[發明專利]一種CBCT牙齒分割及建模算法

有效

• 申請號: 201710651340.4
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107564023B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 王啟超;宋雷;孫夏;宣夢潔
• 申請（專利權）人: 杭州美齊科技有限公司
• 主分類號: G06T7/12
• 分類號: G06T7/12;G06T3/00;G06T5/00;G06T17/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種CBCT牙齒分割及建模算法。采集CBCT二維圖像序列，對圖像序列中各層的圖像進行平滑處理；構建所需要分割牙齒的初始輪廓，構建水平集函數；利用底層特征對水平集函數進行迭代計算直至收斂，獲得分割輪廓結果；重復步驟對每層圖像進行處理，第一次以牙齒輪廓清晰的一層作為初始層，并將當前層圖像的分割輪廓結果進行擴張作為下一相鄰層圖像的初始輪廓，使得層之間傳遞迭代，獲得所有層圖像分割輪廓結果；由所有層的分割輪廓結果組成三維圖像，重建三維模型。本發明能有效地從CBCT圖像中抽取并重建整顆牙齒的三角網格模型，可輔助牙齒矯正過程的評估過程。

技術領域

本發明涉及了數字口腔領域，具體地說是涉及了一種CBCT牙齒分割及建模算法。

背景技術

近年來，數字口腔技術發展迅速，牙齒隱形正畸也逐漸普及。在對牙齒正畸過程中，需要建立牙齒的三維網格模型，用于虛擬矯治。牙根的信息只能通過CBCT掃描得到，故提出一種CBCT牙齒分割及建模算法，用于從CBCT數據中抽取并重建牙齒的三維網格模型。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明提供了一種CBCT牙齒分割及建模算法。

本發明所采用的技術方案如下：

1)采集CBCT二維圖像序列，對圖像序列中各層的圖像進行平滑處理；

2)構建所需要分割牙齒的初始輪廓，構建水平集函數；

3)利用底層特征對水平集函數進行迭代計算直至收斂，獲得分割輪廓結果；

所述的底層特征包括梯度、灰度值和水平集函數。

4)重復上述步驟2)～3)對每層圖像進行處理，第一次處理時選取CBCT二維圖像序列中牙齒輪廓清晰的一層作為初始層，每次重復步驟2)～3)處理時將當前層圖像的分割輪廓結果進行擴張作為下一相鄰層圖像的初始輪廓，使得層之間傳遞迭代，獲得所有層圖像針對所需要分割牙齒的分割輪廓結果；

具體實施中采用牙冠中點所在層作為初始層。

下一層是指相鄰的上層或者下層，具體實施中采用牙冠中點所在層作為初始層后，向上和向下的相鄰層圖像分別進行傳遞迭代。

5)由所有層的分割輪廓結果組成三維圖像，重建三維模型。

所述步驟B具體是包括：

2-1)建立在牙齒輪廓附近的凸多邊形作為初始輪廓，也作為感興趣區域(Regionof Interests，簡稱ROI)，并使得凸多邊形僅包圍該顆牙齒，而不包圍其他牙齒；

2-2)構造一個以圖像長寬為維度的矩陣，矩陣的大小和圖像大小相同；

2-2)對矩陣賦值，使得初始輪廓外的元素為正值，初始輪廓內的元素為負值，以矩陣作為水平集函數Phi。此矩陣值的改變即代表了初始輪廓形狀的改變。

所述步驟3)具體是包括：

3-1)根據圖像分別沿X和Y方向的梯度值，X和Y方向是指圖像的水平和豎直方向，采用以下公式計算梯度算子g：

其中，I表示灰度值矩陣，灰度值矩陣是由CBCT二維圖像的所有像素值經歸一化后組成的矩陣，G_X和G_Y表示對灰度值矩陣在X和Y方向上求導的結果，G_X²表示矩陣G_X中的每個元素分別取平方；

3-2)利用梯度算子g采用以下公式計算圖像的區域算子Area：