[發(fā)明專利]一種牙齒CT圖像像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化至3D打印數(shù)據(jù)的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710395611.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN107220928A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳思;張小麗;王遠(yuǎn);李敬;陳云斌;劉清華;李壽濤;李世根;石正軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G06T3/00
• 分類號(hào): G06T3/00;G06T17/20
• 代理公司: 北京同輝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11357
• 代理人: 張素紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種牙齒CT圖像像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化至3D打印數(shù)據(jù)的方法。

背景技術(shù)

目前，諸多CT圖像處理及可視化軟件均可完成由CT圖像像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化至數(shù)據(jù)接口的功能，例如：Mimics、Geomagie、Imageware、Rapidform和surface等。浙江大學(xué)反求工程CAD實(shí)驗(yàn)室在CT復(fù)原三維模型方面開展了大量的工作，推出了RE-SOFT軟件系統(tǒng)，解決了該軟件和CAD軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。上海交通大學(xué)逆向工程在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用起步較早，與臨床結(jié)合好，己取得很多實(shí)際成果，如開發(fā)了與Mimics功能相近的Quickform軟件，并應(yīng)用于臨床，取得很大的成功，在國(guó)內(nèi)影響很大，同時(shí)，它在醫(yī)學(xué)假體CAD/CAM等領(lǐng)域取得較大成果。但是，以上提到的軟件適用于處理簡(jiǎn)單的通用CT圖像，針對(duì)醫(yī)療圖像來說，傳統(tǒng)或者通用的算法自適應(yīng)程度不高，且大都沒有提供專門的針對(duì)3D打印數(shù)據(jù)輸出接口，需要對(duì)輸出數(shù)據(jù)編輯修補(bǔ)后方可鏈接3D打印設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明人針對(duì)小尺寸醫(yī)療圖像的多為自由曲面的特點(diǎn)，提出一套牙齒CT圖像像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化至3D打印數(shù)據(jù)的方法，旨在提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化效率和精度，發(fā)明人通過整合現(xiàn)有的成熟算法，并結(jié)合CT掃描和非接觸掃描，創(chuàng)新性地整合兩種掃描方式的優(yōu)勢(shì)，為提取牙齒表面數(shù)據(jù)提供快速高效的解決方案。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種牙齒CT圖像像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化至3D打印數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟：

S1：獲取牙齒的CT圖像，提取圖像像素?cái)?shù)據(jù)生成像素輪廓點(diǎn)云；

S2：獲取牙齒的外表面點(diǎn)云；

S3：對(duì)像素輪廓點(diǎn)云、外表面點(diǎn)云進(jìn)行粗配準(zhǔn)和精配準(zhǔn)，分別形成精配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫；

S4：設(shè)定判定值，驗(yàn)證精配準(zhǔn)結(jié)果，若結(jié)果大于判定值，執(zhí)行步驟S3，反之，執(zhí)行步驟S5；

S5：合并步驟S3中的精配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫，得到牙齒的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫；

S6：基于牙齒的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫重建三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫，形成3D打印設(shè)備支持的STL格式，即可。

進(jìn)一步，所述步驟S1中，利用CT設(shè)備掃描牙齒獲取CT圖像，基于切片輪廓高精度提取方法提取圖像像素?cái)?shù)據(jù)，獲得牙齒的像素輪廓，像素輪廓轉(zhuǎn)化為散亂點(diǎn)云生成像素輪廓點(diǎn)云，存儲(chǔ)格式為點(diǎn)云的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，所述步驟S2中，利用非接觸掃描設(shè)備掃描牙齒獲取牙齒的外表面點(diǎn)云，存儲(chǔ)格式為點(diǎn)云的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，所述步驟S3中，在像素輪廓點(diǎn)云和外表面點(diǎn)云上分別選擇三個(gè)相對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)，利用七參數(shù)法完成粗配準(zhǔn)，像素輪廓點(diǎn)云和外表面點(diǎn)云分別形成粗配準(zhǔn)點(diǎn)云坐標(biāo)庫，輸入粗配準(zhǔn)點(diǎn)云坐標(biāo)庫，利用ICP迭代最近點(diǎn)算法完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)精配準(zhǔn)，像素輪廓點(diǎn)云和外表面點(diǎn)云分別形成精配準(zhǔn)點(diǎn)云坐標(biāo)庫。

進(jìn)一步，所述步驟S4中，預(yù)先設(shè)定判定值，利用修正的Hausdorff距離值驗(yàn)證精配準(zhǔn)結(jié)果，其中，判定值不大于1mm。

進(jìn)一步，所述步驟S5中，合并像素輪廓點(diǎn)云和外表面點(diǎn)云的精配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫，得到牙齒的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫，對(duì)完整點(diǎn)云坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理操作，得到基于曲率的精簡(jiǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)格式為點(diǎn)云的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，所述步驟S6中，利用Delaunay快速三角剖分原理，基于精簡(jiǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫重建三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫，形成3D打印設(shè)備支持的STL格式。

本發(fā)明的有益效果是：

為適應(yīng)牙齒表面的非自由曲面，采用切片輪廓高精度提取方法以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)提取，并創(chuàng)新性的結(jié)合CT掃描和非接觸掃描，整合現(xiàn)有的成熟算法，實(shí)現(xiàn)了牙齒CT圖像像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化至3D打印數(shù)據(jù)，有效的提高了圖像轉(zhuǎn)化效率和精度，針對(duì)性強(qiáng)，另外，通過對(duì)點(diǎn)云的去噪、平滑、精簡(jiǎn)、排序等預(yù)處理操作，精簡(jiǎn)點(diǎn)云，為面片的擬合提供良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，使得算法自適應(yīng)程度高，確保3D打印設(shè)備輸入數(shù)據(jù)精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程框圖；

圖2(a)是牙齒的封閉的像素輪廓圖；

(b)是牙齒的外表面點(diǎn)云圖；

(c)是牙齒的完整點(diǎn)云圖；

(d)是牙齒的精簡(jiǎn)點(diǎn)云圖；

(e)是重建后的三維網(wǎng)格面片圖；

(f)是打印模型圖；

(g)是僅采用結(jié)構(gòu)光掃描儀獲取牙齒數(shù)據(jù)擬合面片圖；

(h)是僅采用CT掃描儀獲取獲取牙齒數(shù)據(jù)擬合面片圖。

具體實(shí)施方式