本發(fā)明涉及口腔正畸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠的融合方法。
背景技術(shù)：
隨著正畸患者對矯治器的美觀性要求越來越高，隱形矯治已經(jīng)越來越多地被正畸醫(yī)生所關(guān)注。為此出現(xiàn)了幾種隱形的矯治技術(shù)，然而，現(xiàn)有的矯治技術(shù)都是醫(yī)生只根據(jù)病人的牙冠數(shù)據(jù)來進(jìn)行排牙矯治。在矯治的過程中醫(yī)生始終無法知道病人牙根的移動情況，而且還忽視了牙根在牙槽骨中的位置關(guān)系。如此，導(dǎo)致矯治過程增加了矯正后的復(fù)發(fā)、骨開窗、骨開裂等并發(fā)癥的風(fēng)險，很難保證正畸治療效果的平衡與穩(wěn)定。
隨著CBCT機(jī)在口腔領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為口腔醫(yī)生從二維時代進(jìn)入三維時代創(chuàng)造了條件。CBCT作為正畸輔助診斷的重要手段，大大提高了口腔正畸診斷的精確性及方案制定的正確性，尤其在生成、發(fā)育及矯正前后三維評價上已被普遍使用。CBCT在口腔正畸中的廣泛運用，為基于牙根和牙冠一體的隱形矯正的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件。
受CBCT圖像的質(zhì)量和牙齒與周圍結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的影響，分割出的牙齒與口內(nèi)掃描的精度相差較大，CBCT分割出來的牙冠無法用于隱形矯治器的生成，因此，對CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠進(jìn)行融合是根冠一體的隱形矯正技術(shù)中必不可少的一環(huán)。
然而，現(xiàn)有技術(shù)中，對這兩者進(jìn)行融合的主要困難有兩點：(1)如何將CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠比較完美自然地融合在一起，使之屬于一個整體。(2)如何自動化地進(jìn)行快速融合，提高融合的效率。
因此，針對上述難點，有必要提出進(jìn)一步的解決方案。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠的融合方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠的融合方法，其包括如下步驟：
S1、利用CBCT掃描，得到顱面影像，基于得到的顱面影像，分割重建獲得CBCT牙齒模型；
S2、利用口內(nèi)掃描，得到牙頜模型，基于得到的牙頜模型，分割重建獲得口內(nèi)掃描牙齒模型；
S3、將所述CBCT牙齒模型牙冠與所述口內(nèi)掃描牙齒模型中的牙冠進(jìn)行配準(zhǔn)；
S4、將CBCT牙齒模型中的根與冠分離，得到完整牙根模型；
S5、識別出步驟S4中牙根模型的有序邊界、以及口內(nèi)掃描牙齒模型中牙冠模型的有序邊界；
S6、將識別出的牙根模型的有序邊界、以及口內(nèi)掃描牙齒模型中牙冠模型的有序邊界進(jìn)行合并，對合并后的有序邊界進(jìn)行三角化；
S7、將三角化的有序邊界依次進(jìn)行細(xì)分、平滑處理，得到相互融合的根冠模型。
作為本發(fā)明的CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠的融合方法的改進(jìn)，所述步驟S1中，利用CBCT掃描，得到顱面影像，將所述顱面影像以DICOM格式導(dǎo)出，利用水平集分割的方法分割重建獲得CBCT牙齒模型。
作為本發(fā)明的CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠的融合方法的改進(jìn)，所述步驟S2中，利用口內(nèi)掃描，得到牙頜模型，將所述牙頜模型以STL格式導(dǎo)出，通過Snake分割方法，分割重建獲得口內(nèi)掃描牙齒模型。
作為本發(fā)明的CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠的融合方法的改進(jìn)，所述步驟S3中，利用自動化剛體配準(zhǔn)的方式，將所述CBCT牙齒模型牙冠與所述口內(nèi)掃描牙齒模型中的牙冠進(jìn)行配準(zhǔn)。
作為本發(fā)明的CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠的融合方法的改進(jìn)，所述步驟S4具體包括：
計算CBCT牙齒模型中的每個頂點到口內(nèi)掃描牙齒模型中牙冠的距離，將CBCT牙齒模型中距離小于1mm的頂點和面片刪除，實現(xiàn)根與冠的分離，然后找出CBCT牙齒模型中距離口內(nèi)掃描的牙冠最大的頂點，并根據(jù)該頂點所在區(qū)域，生成完整的牙根模型。
作為本發(fā)明的CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠的融合方法的改進(jìn)，所述步驟S5中，通過圖形學(xué)中網(wǎng)格孔洞的識別方法識別出步驟S4中牙根模型的有序邊界、以及口內(nèi)掃描牙齒模型中牙冠模型的有序邊界。
作為本發(fā)明的CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠的融合方法的改進(jìn)，所述步驟S6中，按照如下步驟將識別出的牙根模型的有序邊界、以及口內(nèi)掃描牙齒模型中牙冠模型的有序邊界進(jìn)行合并：
S61、將牙根模型的有序邊界和牙冠模型的有序邊界分別表示為S1,S2，其中，S1,S2中分別包含的頂點集合為V1,V2；
S62、計算出V1,V2中歐式距離最近的點對(a,b)，其中a∈V1,b∈V2；
S63、基于S62的計算結(jié)果，所述S1,S2表示為：S1＝(P1,a,Q1),S2＝(P2,b,Q2)；
S64、將牙根模型的有序邊界、以及牙冠模型的有序邊界進(jìn)行合并，得到合并后的有序邊界S＝(a,Q1,P1,a,b,Q2,P2,b)。
作為本發(fā)明的CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠的融合方法的改進(jìn)，所述步驟S7中，將三角化的有序邊界按照如下步驟進(jìn)行細(xì)分處理：
S71、計算各三角形(vi,vj,vk)的質(zhì)心vc及其權(quán)重σ，其中，三角形頂點vi的權(quán)重等于與vi相鄰的邊的邊長的算術(shù)平均值，即，σ(vc)＝(σ(vi)+σ(vj)+σ(vk))/3；
S72、如α||vc-vm||＞σ(vc)和α||vc-vm||＞σ(vm)同時成立，則用細(xì)化之后的三個三角形(vc,vj,vk),(vi,vc,vk),(vi,vj,vc)來替換(vi,vj,vk)。
作為本發(fā)明的CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠的融合方法的改進(jìn)，所述步驟S7中，將細(xì)分后的有序邊界按照如下步驟進(jìn)行平滑處理：
S71'、細(xì)化三角形中的每條邊(vi,vj)進(jìn)行權(quán)重賦值：ω(vi,vj)＝1/||vi-vj||，其中，vi是v的相鄰頂點；
S72'、針對于每個頂點v，定義平滑算子：
S73'、由所述平滑算子遞歸生成二階平滑算子：求解每個頂點v的二階平滑算子構(gòu)建的線性方程組。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠的融合方法能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的難點，能夠?qū)崿F(xiàn)牙冠與牙根的全自動的融合，具有融合效率高、成本低的優(yōu)點。進(jìn)一步地，通過本發(fā)明的融合方法能夠獲得根冠自然完美融合的牙齒模型，通過該模型，在矯治過程中就能清楚地知道牙根和牙冠的移動情況以及牙根在牙槽骨中的位置關(guān)系，從而，。能夠有效地降低矯正后的復(fù)發(fā)、骨開窗、骨開裂等并發(fā)癥的風(fēng)險。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明的CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠的融合方法的方法流程示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖所示的各實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但應(yīng)當(dāng)說明的是，這些實施方式并非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所作的功能、方法、或者結(jié)構(gòu)上的等效變換或替代，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
如圖1所示，本發(fā)明的CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠的融合方法包括如下步驟S1～S7，其中，步驟S1～S3為根冠融合前的準(zhǔn)備步驟，步驟S4～S7為根冠的融合步驟：
S1、利用CBCT掃描，得到顱面影像，基于得到的顱面影像，分割重建獲得CBCT牙齒模型。
其中，所述步驟S1用于獲得CBCT來源的牙齒模型。具體地，利用CBCT掃描，得到顱面影像，將所述顱面影像以DICOM格式導(dǎo)出，然后，利用水平集分割的方法分割重建獲得CBCT牙齒模型。
S2、利用口內(nèi)掃描，得到牙頜模型，基于得到的牙頜模型，分割重建獲得口內(nèi)掃描牙齒模型。
其中，所述步驟S2用于獲得口內(nèi)掃描來源的牙齒模型。具體地，利用口內(nèi)掃描，得到牙頜模型，將所述牙頜模型以STL格式導(dǎo)出，通過Snake分割方法，分割重建獲得口內(nèi)掃描牙齒模型。
S3、將所述CBCT牙齒模型牙冠與所述口內(nèi)掃描牙齒模型中的牙冠進(jìn)行配準(zhǔn)。
其中，由于CBCT來源的顱面數(shù)據(jù)和口內(nèi)掃描來源的牙頜數(shù)據(jù)具有不同的坐標(biāo)系，因此，要用口內(nèi)掃描的牙冠來替換CBCT來源的牙冠，需要進(jìn)行兩種模型的配準(zhǔn)。具體地，利用自動化剛體配準(zhǔn)的方式，將所述CBCT牙齒模型牙冠與所述口內(nèi)掃描牙齒模型中的牙冠進(jìn)行配準(zhǔn)。
S4、將CBCT牙齒模型中的根與冠分離，得到完整牙根模型。
其中，所述步驟S4具體包括：計算CBCT牙齒模型中的每個頂點到口內(nèi)掃描牙齒模型中牙冠的距離，將CBCT牙齒模型中距離小于1mm的頂點和面片刪除，實現(xiàn)根與冠的分離，然后找出CBCT牙齒模型中距離口內(nèi)掃描的牙冠最大的頂點，并根據(jù)該頂點所在區(qū)域，生成完整的牙根模型。
S5、識別出步驟S4中牙根模型的有序邊界、以及口內(nèi)掃描牙齒模型中牙冠模型的有序邊界。
其中，所述有序邊界是指三角表面網(wǎng)格的邊界的頂點有序集合。具體地，所述步驟S5中，通過圖形學(xué)中網(wǎng)格孔洞的識別方法識別出步驟S4中牙根模型的有序邊界、以及口內(nèi)掃描牙齒模型中牙冠模型的有序邊界。
S6、將識別出的牙根模型的有序邊界、以及口內(nèi)掃描牙齒模型中牙冠模型的有序邊界進(jìn)行合并，對合并后的有序邊界進(jìn)行三角化。
具體地，按照如下步驟將識別出的牙根模型的有序邊界、以及口內(nèi)掃描牙齒模型中牙冠模型的有序邊界進(jìn)行合并：
S61、將牙根模型的有序邊界和牙冠模型的有序邊界分別表示為S1,S2，其中，S1,S2中分別包含的頂點集合為V1,V2；
S62、計算出V1,V2中歐式距離最近的點對(a,b)，其中a∈V1,b∈V2；
S63、基于S62的計算結(jié)果，所述S1,S2表示為：S1＝(P1,a,Q1),S2＝(P2,b,Q2)；
S64、將牙根模型的有序邊界、以及牙冠模型的有序邊界進(jìn)行合并，得到合并后的有序邊界S＝(a,Q1,P1,a,b,Q2,P2,b)。
此外，對合并后的有序邊界進(jìn)行三角化的標(biāo)準(zhǔn)是保證三角化的表面積之和最小。
S7、將三角化的有序邊界依次進(jìn)行細(xì)分、平滑處理，得到相互融合的根冠模型。
具體地，所述步驟S7中，將三角化的有序邊界按照如下步驟進(jìn)行細(xì)分處理：
S71、計算各三角形(vi,vj,vk)的質(zhì)心vc及其權(quán)重σ，其中，三角形頂點vi的權(quán)重等于與vi相鄰的邊的邊長的算術(shù)平均值，即，σ(vc)＝(σ(vi)+σ(vj)+σ(vk))/3；
S72、如α||vc-vm||＞σ(vc)和α||vc-vm||＞σ(vm)同時成立，則用細(xì)化之后的三個三角形(vc,vj,vk),(vi,vc,vk),(vi,vj,vc)來替換(vi,vj,vk)。
進(jìn)一步地，將細(xì)分后的有序邊界按照如下步驟進(jìn)行平滑處理：
S71'、細(xì)化三角形中的每條邊(vi,vj)進(jìn)行權(quán)重賦值：ω(vi,vj)＝1/||vi-vj||，其中，vi是v的相鄰頂點；
S72'、針對于每個頂點v，定義平滑算子：
S73'、由所述平滑算子遞歸生成二階平滑算子：求解每個頂點v的二階平滑算子構(gòu)建的線性方程組。
所述步驟S73'中，求解每個頂點v的二階平滑算子構(gòu)建的線性方程組時，就是要求細(xì)化三角形中的每個頂點v的二階平滑算子時，求解每個頂點v的二階平滑算子構(gòu)建的線性方程組的解。
綜上所述，本發(fā)明的CBCT的牙根與口內(nèi)掃描的牙冠的融合方法能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的難點，能夠?qū)崿F(xiàn)牙冠與牙根的全自動的融合，具有融合效率高、成本低的優(yōu)點。進(jìn)一步地，通過本發(fā)明的融合方法能夠獲得根冠自然完美融合的牙齒模型，通過該模型，在矯治過程中就能清楚地知道牙根和牙冠的移動情況以及牙根在牙槽骨中的位置關(guān)系，從而，。能夠有效地降低矯正后的復(fù)發(fā)、骨開窗、骨開裂等并發(fā)癥的風(fēng)險。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。