[發明專利]一種基于調和場的牙頜三維模型自動分割全部牙冠的方法

有效

• 申請號: 201510032895.1
• 申請日: 2015-01-22
• 公開（公告）號: CN104715475B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 廖勝輝;劉石堅;羅雄;梁毅雄;鄒北驥;黃俊輝;陳再良;王磊;向遙
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司43113
• 代理人: 馬強,王娟

技術領域

本發明涉及一種基于調和場的牙頜三維模型自動分割全部牙冠的方法。

背景技術

隨著3D采集技術的發展，牙頜三維模型目前被廣泛應用于牙科相關領域，如口腔醫學、法醫學、人類學及考古學等。對于牙頜模型進行分割、歸類等處理是治療計劃制定、虛擬手術等牙科虛擬現實應用中不可或缺的部分。

目前針對牙冠的網格自動分割方法很難得到準確的模型，魯棒性不強。交互式分割方法雖然可以利用人的先驗知識，充分體現用戶的操作意圖，但目前的方法一般都需要用戶沿著預想的牙冠分割線指定若干個邊界點，這種繁瑣、耗時的工序顯然不符合智能化的標識。因此，要準確且自動化的從包含復雜牙冠邊緣信息的牙頜網格模型中準確分離出所有的牙冠模型是一件具有挑戰性的課題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對上述現有技術的不足，提供一種基于調和場的牙頜三維模型自動分割全部牙冠的方法。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種基于調和場的牙頜三維模型自動分割全部牙冠的方法，包括以下步驟：

1)讀入并可視化顯示牙頜三維網格模型；

2)對所述牙頜三維網格模型中牙頜上牙齒的解剖學特征點進行檢測和分類，并識別咬合平面；

3)切除牙頜三維網格模型底部代表非牙冠部分的無用數據：使用空間特定平面切割牙頜三維網格模型，去除牙頜三維網格模型底部代表非牙冠部分的無用數據，得到包含牙冠部分的牙頜模型；

4)為上述步驟3)得到的牙頜模型指定牙頜三維網格模型調和場的約束條件；

5)根據約束條件計算調和場，獲取牙冠分割邊界線；

6)依照獲取的牙冠分割邊界線進行網格切割，得到牙冠模型。

所述步驟2)中，利用所述牙頜三維網格模型上頂點的曲率信息及分水嶺方法獲取牙頜上牙齒的解剖學特征點，利用圖匹配的方法對所述解剖學特征點進行分類，利用所述解剖學特征點及主成份分析法確定咬合平面。

所述步驟2)中，利用所述牙頜三維網格模型上頂點的曲率信息及分水嶺方法獲取牙頜上牙齒的解剖學特征點，利用圖匹配的方法對所述解剖學特征點進行分類，利用所述解剖學特征點及主成分分析法確定咬合平面。

所述空間特定平面確定過程如下：所述空間特定平面初始時候位于所述咬合平面上，然后以每次1mm的距離沿咬合平面法向移動，向牙頜三維網格模型底部推移，直至該空間特定平面與牙頜三維網格模型不相交；在此過程中，不同空間特定平面與牙頜三維網格模型相交會得到不同的曲線，為第i次相交情況計算一個能量函數其中n為相交曲線上點的數目，c_min,k、c_min,avg分別對應第k個點的最小主曲率和所有n個點的最小主曲率的平均值，并對{φ_i|1≤i≤N}進行歸一化處理，使得{φ_i|1≤i≤N}的值域在[0,1]區間內，其中N代表可能存在的相交平面數目的總和；在平移的過程中，當空間特定平面與牙頜三維網格模型僅相交為一條曲線，且φ_i的值小于0.5并停止遞減時對應的平面即為所需的理想的切割平面，即得到所需的切割牙頜三維網格模型的空間特定平面；1≤k≤n。

所述步驟4)中，約束點包括步驟2)中所述的解剖學特征點、步驟3)中所述的切割平面與牙頜三維網格模型相交曲線上的所有點。

所述步驟5)中，調和場的計算過程為：設牙頜模型中有m個節點，n個約束點，所述約束點是指解剖學特征點和步驟3)中所述的切割平面與牙頜三維網格模型相交曲線上的所有點，求解AΦ＝b，得到的解即為牙頜模型各個頂點對應的調和場值；其中，L_sj是m×m階的拉普拉斯矩陣，E為牙頜模型中邊的集合，k為與s鄰接的點；v_s為牙頜模型s點處的坐標值，代表牙頜模型平均邊長，Θ為常量；C中的元素c_r,p＝1，其余為0，0≤p≤m-1，p為第r個約束點在牙頜模型中的序號，r＝0,1,…n-1；w＝1000；其中b'中元素b_i的取值∈{0,0.5,1}。

所述n個約束點在調和場計算時對應的b'中各元素的取值確定方法如下：同一牙冠上的所有解剖學特征點對應的約束值相同，都為0或者1；相鄰牙冠上的解剖學特征點對應的約束值不同，交替地取值為0或者1；步驟3)中所述的切割平面與牙頜三維網格模型相交曲線上的所有點對應的約束值均為0.5。