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一種估算三維牙軸的方法和裝置.pdf

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一種 估算 三維 方法 裝置
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摘要
申請專利號:

CN201610729405.8

申請日:

20160826

公開號:

CN106214175A

公開日:

20161214

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A61B6/14 主分類號: A61B6/14
申請人: 中國科學院深圳先進技術研究院
發明人: 夏澤洋,張東霞,甘陽洲,熊璟
地址: 518055 廣東省深圳市南山區西麗大學城學苑大道1068號
優先權: CN201610729405A
專利代理機構: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 代理人: 任葵;彭家恩
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610729405.8

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本申請公開了一種估算三維牙軸的方法,包括:將三維口腔CT圖像轉換為多張二維投影圖像,根據所述二維投影圖像提取三維牙軸。本申請還公開了一種估算三維牙軸的裝置。在本申請的具體實施方式中,由于將三維口腔CT圖像轉換為多張二維投影圖像,根據二維投影圖像提取三維牙軸,本申請綜合考慮了牙冠和牙根信息,只需要對每顆牙齒在多張二維投影圖像上進行輪廓分割,無需在患者口腔CT圖像中進行完整牙齒的分割,牙軸估算效率更高。同時,由于二維投影圖像上牙根與牙槽骨的差異比原始的口腔CT圖像中兩者的差異更明顯一些,牙齒輪廓分割更加容易,且估算的三維牙軸也更準確。

權利要求書

1.一種估算三維牙軸的方法,其特征在于,包括:將三維口腔CT圖像轉換為多張二維投影圖像,根據所述二維投影圖像提取三維牙軸。2.如權利要求1所述的估算三維牙軸的方法,其特征在于,所述將三維口腔CT圖像轉換為多張二維投影圖像,根據所述二維投影圖像提取三維牙軸,具體包括:對三維口腔CT圖像進行多次投影獲得多張二維投影圖像;在所述二維投影圖像中分別分割出牙齒輪廓;根據所述牙齒輪廓提取二維軸線;根據多個所述二維軸線合成三維牙軸。3.如權利要求2所述的估算三維牙軸的方法,其特征在于,所述根據所述二維投影圖像分割出牙齒輪廓,具體包括:對所述二維投影圖像進行預處理;對預處理后的二維投影圖像,采用自動或手動交互方式分割提取出牙齒二維輪廓。4.如權利要求2所述的估算三維牙軸的方法,其特征在于,所述根據所述牙齒輪廓提取二維軸線,具體包括:在二維投影圖像上提取二維軸線,提取的二維軸線包括沿所述牙齒輪廓的長軸方向,并通過所述牙齒輪廓的質心點的直線。5.如權利要求2所述的估算三維牙軸的方法,其特征在于,對三維口腔CT圖像進行投影獲得二維投影圖像,具體包括:將牙齒牙槽骨區域從所述三維口腔CT圖像中提取出來;從所述牙齒牙槽骨區域獲取牙弓曲線;將所述牙齒牙槽骨區域以所述牙弓曲線的法線方向為投影方向進行投影,得到第一張二維投影圖像;以所述第一張二維投影圖像的二維牙齒軸線在其牙齒輪廓的左右平行軸線所確定的牙齒牙槽骨區域為投影區域,以過所述第一張二維投影圖像的二維牙齒軸線的平面的法線為投影方向,對所述投影區域進行投影,得到多張二維投影圖像。6.一種估算三維牙軸的裝置,其特征在于,所述裝置,用于將三維口腔CT圖像轉換為多張二維投影圖像,并根據所述二維投影圖像提取三維牙軸。7.如權利要求6所述的估算三維牙軸的裝置,其特征在于,包括:投影模塊,用于對三維口腔CT圖像進行多次投影獲得多張二維投影圖像;分割模塊,用于在所述二維投影圖像中分別分割出牙齒輪廓;提取模塊,用于根據所述牙齒輪廓提取二維軸線;合成模塊,用于根據多個所述二維軸線合成三維牙軸。8.如權利要求6所述的估算三維牙軸的裝置,其特征在于,所述分割模塊,還用于對所述二維投影圖像進行預處理,對預處理后的二維投影圖像,采用自動或手動交互方式分割提取出牙齒二維輪廓。9.如權利要求6所述的估算三維牙軸的裝置,其特征在于,所述提取模塊,還用于在二維投影圖像上提取二維軸線,提取的二維軸線包括沿所述牙齒輪廓的長軸方向,并通過所述牙齒輪廓的質心點的直線。10.如權利要求6所述的估算三維牙軸的裝置,其特征在于,所述投影模塊,還用于將牙齒牙槽骨區域從所述三維口腔CT圖像中提取出來,從所述牙齒牙槽骨區域獲取牙弓曲線,將所述牙齒牙槽骨區域以所述牙弓曲線的法線方向為投影方向進行投影,得到第一張二維投影圖像;以所述第一張二維投影圖像的二維牙齒軸線在其牙齒輪廓的左右平行軸線所確定的牙齒牙槽骨區域為投影區域,以過所述第一張二維投影圖像的二維牙齒軸線的平面的法線為投影方向,對所述投影區域進行投影,得到多張二維投影圖像。

說明書

技術領域

本申請涉及圖像處理,尤其涉及一種估算三維牙軸的方法和裝置。

背景技術

在口腔正畸與牙齒種植中,口腔醫師需要借助牙軸進行治療規劃,牙軸的不準確和缺失可能導致方案規劃的不合理和失敗?,F有很多技術僅利用牙冠進行牙軸估算,這樣估算的牙軸因不能反映牙根的方位,結果不準確;且僅考慮牙冠信息不能確定僅有部分牙冠萌出或無牙冠萌出的阻生牙和埋伏牙的牙軸。隨著計算機技術和口腔CT掃描技術的發展,口腔CT圖像在口腔正畸與口腔修復中受到廣泛應用。有些技術雖然利用口腔CT圖像中完整的牙冠與牙根信息進行牙軸估算,但都需要首先從口腔CT圖像中分割出完整的牙齒。由于口腔CT圖像中牙根與牙槽骨灰度接近,完整牙齒的分割非常困難,這些技術容易造成牙軸估算失敗。同時,同一患者的口腔CT圖像一般有幾百張,分割耗時長,效率低。

發明內容

本申請提供一種估算三維牙軸的方法和裝置。

根據本申請的第一方面,本申請提供一種估算三維牙軸的方法,其特征在于,包括:

將三維口腔CT圖像轉換為多張二維投影圖像,根據所述二維投影圖像提取三維牙軸。

上述方法,所述將三維口腔CT圖像轉換為多張二維投影圖像,根據所述二維投影圖像提取三維牙軸,具體包括:

對三維口腔CT圖像進行多次投影獲得多張二維投影圖像;

在所述二維投影圖像中分別分割出牙齒輪廓;

根據所述牙齒輪廓提取二維軸線;

根據多個所述二維軸線合成三維牙軸。

上述方法,所述將所述二維投影圖像分割出牙齒輪廓,具體包括:

對所述二維投影圖像進行預處理;

采用自動或手動交互方式分割提取出牙齒二維輪廓。

上述方法,所述根據所述牙齒輪廓提取二維軸線,具體包括:

在二維投影圖像上提取二維軸線,提取的二維軸線包括沿所述牙齒輪廓的長軸方向,并通過所述牙齒輪廓的質心點的直線。

上述方法,對三維口腔CT圖像進行投影獲得二維投影圖像,具體包括:

將牙齒牙槽骨區域從所述三維口腔CT圖像中提取出來;

從所述牙齒牙槽骨區域獲取牙弓曲線;

將所述牙齒牙槽骨區域以所述牙弓曲線的法線方向為投影方向進行投影,得到第一張二維投影圖像;

以所述第一張二維投影圖像的二維牙齒軸線在其牙齒輪廓的左右平行軸線所確定的牙齒牙槽骨區域為投影區域,以過所述第一張二維投影圖像的二維牙齒軸線的平面的法線為投影方向,對所述投影區域進行投影,得到多張二維投影圖像。

根據本申請的第二方面,本申請提供一種估算三維牙軸的裝置,所述裝置,用于將三維口腔CT圖像轉換為多張二維投影圖像,并根據所述二維投影圖像提取三維牙軸。

上述裝置中,所述裝置包括:

投影模塊,用于對三維口腔CT圖像進行多次投影獲得多張二維投影圖像;

分割模塊,用于在所述二維投影圖像中分別分割出牙齒輪廓;

提取模塊,用于根據所述牙齒輪廓提取二維軸線;

合成模塊,用于根據多個所述二維軸線合成三維牙軸。

上述裝置中,所述分割模塊,還用于對所述二維投影圖像進行預處理,對預處理后的二維投影圖像,采用自動或手動交互方式分割提取出牙齒二維輪廓。

上述裝置中,所述提取模塊,還用于在二維投影圖像上提取二維軸線,提取的二維軸線包括沿所述牙齒輪廓的長軸方向,并通過所述牙齒輪廓的質心點的直線。

上述裝置中,所述投影模塊,還用于將牙齒牙槽骨區域從所述三維口腔CT圖像中提取出來,從所述牙齒牙槽骨區域獲取牙弓曲線,將所述牙齒牙槽骨區域以所述牙弓曲線的法線方向為投影方向進行投影,得到第一張二維投影圖像;以所述第一張二維投影圖像的二維牙齒軸線在其牙齒輪廓的左右平行軸線所確定的牙齒牙槽骨區域為投影區域,以過所述第一張二維投影圖像的二維牙齒軸線的平面的法線為投影方向,對所述投影區域進行投影,得到多張二維投影圖像。

由于采用了以上技術方案,使本申請具備的有益效果在于:

在本申請的具體實施方式中,由于將三維口腔CT圖像轉換為多張二維投影圖像,根據二維投影圖像提取三維牙軸,本申請綜合考慮了牙冠和牙根信息,只需要對每顆牙齒在多張二維投影圖像上進行輪廓分割,無需在患者口腔CT圖像中進行完整牙齒的分割,牙軸估算效率更高。同時,由于二維投影圖像上牙根與牙槽骨的差異比原始的口腔CT圖像中兩者的差異更明顯一些,牙齒輪廓分割更加容易,且估算的三維牙軸也更準確。

附圖說明

圖1為本申請的方法在一種實施方式中的流程圖;

圖2為本申請的方法在一種實施方式中獲得二維牙齒輪廓的流程圖;

圖3為本申請的方法在一種實施方式中獲得二維投影圖像的流程圖;

圖4為本申請的方法在另一種實施方式中獲得二維投影圖像的流程圖;

圖5為本申請的裝置在一種實施方式中的功能模塊示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結合附圖對本申請作進一步詳細說明。

本申請的估算三維牙軸的方法,首先對口腔CT圖像進行n(n≥2)次投影,然后在n張二維投影圖像里分別分割出牙齒輪廓、提取牙齒輪廓的二維軸線,最后根據n根二維軸線合成一根三維軸線,即所求牙齒的三維牙軸。隨著n的值增大,即投影次數增多,估算的牙軸精確度增高。以下以n=2為例進行說明。本申請的估算三維牙軸的方法,包括三個階段。第一階段即第1根二維軸線的提取。對輸入的原始口腔CT圖像進行第1次投影,然后在投影圖像中分割牙齒二維輪廓、提取牙齒二維軸線。分割結果記為牙齒二維輪廓1,提取結果記為牙齒二維軸線1。第二階段即第2根二維軸線的提取。對輸入的原始口腔CT圖像進行第2次投影(第2次投影方向與第1次投影方向不同),然后在投影圖像上分割牙齒二維輪廓、提取牙齒二維軸線。分割結果記為牙齒二維輪廓2,提取結果記為牙齒二維軸線2。第三階段即三維牙軸的合成。根據提取得到的兩根二維軸線即牙齒二維軸線1和牙齒二維軸線2來合成三維軸線,即所估計的牙齒的三維牙軸。本技術不需要在幾百張的口腔CT圖像上進行完整牙齒的分割,只需要對每顆牙齒在2張投影圖像中進行輪廓分割;且兩張投影圖上牙根與牙槽骨的差異比原始的口腔CT圖像中兩者的差異更明顯,牙齒輪廓分割更加容易,所估算的三維牙軸更為準確。

實施例一:

本申請的估算三維牙軸的方法,其一種實施方式,包括:

將三維口腔CT圖像轉換為多張二維投影圖像,根據二維投影圖像提取三維牙軸。

如圖1所示,本申請的估算三維牙軸的方法,其另一種實施方式,包括以下步驟:

步驟102:對三維口腔CT圖像進行多次投影獲得多張二維投影圖像。

步驟104:在二維投影圖像中分別分割出牙齒輪廓。

步驟106:根據牙齒輪廓提取二維軸線。

步驟108:根據多個二維軸線合成三維牙軸。

其中步驟104,具體可以包括:

步驟1042:對二維投影圖像進行預處理;

步驟1044:對預處理后的二維投影圖像,采用自動或手動交互方式分割提取出牙齒二維輪廓。在合成的二維投影圖像中牙齒輪廓分割的一種實施方式如圖2所示。首先對二維投影圖像進行圖像預處理。這里可以采用自適應閾值算法、Otsu閾值算法、高低帽濾波、butterfly濾波、雙邊濾波、自適應比例變換等方法中的一種或幾種結合來進行圖像預處理,提高二維投影圖像中牙齒輪廓邊界的清晰度。

由于第1張投影圖像中包含了所有的牙齒,需要實現相鄰牙齒的孤立。而第 n(n≥2)張投影圖像上僅包含一顆牙齒,其本身即為獨立牙齒區域,所以不需要進行下述相鄰牙齒的孤立。在預處理之后的第1張投影圖像上,上下牙頜之間的縫隙處及相鄰牙齒之間的邊界處灰度值較低,因此可以用上下牙頜之間及相鄰牙齒之間灰度較低像素構成的直線或曲線將上下牙頜及相鄰牙齒分開,實現獨立牙齒的孤立。此時,二維投影圖像將被這些分離線分割成小塊,每一小塊區域中只有一顆牙齒,即在二維投影圖像上實現了獨立牙齒的孤立。

在獨立牙齒區域中,牙根周圍常常會粘連一些牙槽骨組織,因此可以采用閾值分割、形態學運算、形狀分析等算法去除牙根周圍的部分牙槽骨組織,并以此時獨立牙齒區域中面積最大的聯通區域的邊界作為初始牙齒輪廓。然后,可采用Moore邊界追蹤算法、graph-cut算法、活動輪廓、水平集等算法優化初始牙齒輪廓,即得二維牙齒輪廓。

其中步驟106,具體可以包括:

在二維投影圖像上提取二維軸線,提取的二維軸線包括沿牙齒輪廓的長軸方向,并通過牙齒輪廓的質心點的直線。

步驟102中,對三維口腔CT圖像進行投影獲得第1張二維投影圖像,具體可以包括:

步驟1022:在三維口腔CT圖像中提取牙齒牙槽骨區域;

步驟1024:根據牙齒牙槽骨區域提取牙弓曲線;

步驟1026:對牙齒牙槽骨區域以所述牙弓曲線的法線方向為投影方向進行投影,得第1張投影圖像。

第1張投影圖像的合成流程如圖3所示。本申請中將二維投影圖像1的投影區域限定在口腔CT圖像中牙齒牙槽骨區域。在口腔CT圖像中提取牙齒牙槽骨區域的過程如下:在口腔CT圖像中,由于骨骼組織(牙齒、牙槽骨、其它頜骨組織)與其他組織之間灰度差異較大,可采用閾值分割等方法從口腔CT圖像中提取骨骼組織。對提取出的骨骼組織,采用開運算算法等方法將骨骼組織中的牙齒牙槽骨組織與頸骨等其他骨骼組織斷開。此時,骨骼組織被分為幾部分,其中體積最大的三維連通區域即為牙齒牙槽骨區域。然后,根據提取得到的牙齒牙槽骨區域獲取牙弓曲線,以牙弓曲線的法線為投影方向。牙弓曲線可以在提取得到的牙齒牙槽骨區域的最大灰度投影圖上通過細化、手動描點法結合樣條曲線或其他多項式曲線擬合等方法得到。對提取得到的牙齒牙槽骨區域沿著牙弓曲線的法線進行投影即得第1張投影圖像。

步驟102中,對三維口腔CT圖像進行投影獲得第n(n≥2)張投影圖像的獲取具體可以包括:

步驟1028:第n(n≥2)張投影圖像的合成流程如圖4所示。以所述第1張投影圖像的二維牙齒軸線在其牙齒輪廓的左右平行軸線所確定的牙齒牙槽骨區域為投影區域。以過所述第1張投影圖像的二維牙齒軸線的法線為投影方向,對所述投影區域進行投影,即得第n(n≥2)張投影圖像。

實施例二:

本申請的估算三維牙軸的裝置,用于將三維口腔CT圖像轉換為多張二維投影圖像,并根據二維投影圖像提取三維牙軸。

如圖5所示,本申請的估算三維牙軸的裝置,其另一種實施方式,可以包括投影模塊、分割模塊、提取模塊和合成模塊。其中,投影模塊,用于對三維口腔CT圖像進行多次投影獲得多張二維投影圖像;分割模塊,用于分別將二維投影圖像分割出牙齒輪廓;提取模塊,用于根據牙齒輪廓提取二維軸線;合成模塊,用于根據多個二維軸線合成三維牙軸。

在一種實施方式中,分割模塊還用于對二維投影圖像進行預處理,對預處理后的二維投影圖像,采用自動或手動交互方式分割提取出牙齒二維輪廓。

在合成的二維投影圖像中牙齒輪廓分割的一種實施方式如圖2所示。首先對二維投影圖像進行圖像預處理。這里可以采用自適應閾值算法、Otsu閾值算法、高低帽濾波、butterfly濾波、雙邊濾波、自適應比例變換等方法中的一種或幾種結合來進行圖像預處理,提高二維投影圖像中牙齒輪廓邊界的清晰度。

由于第1張投影圖像中包含了所有的牙齒,需要實現相鄰牙齒的孤立。而第 n(n≥2)張投影圖像上僅包含一顆牙齒,其本身即為獨立牙齒區域,所以不需要進行下述相鄰牙齒的孤立。在預處理之后的第1張投影圖像上,上下牙頜之間的縫隙處及相鄰牙齒之間的邊界處灰度值較低,因此可以用上下牙頜之間及相鄰牙齒之間灰度較低像素構成的直線或曲線將上下牙頜及相鄰牙齒分開,實現獨立牙齒的孤立。此時,二維投影圖像將被這些分離線分割成小塊,每一小塊區域中只有一顆牙齒,即在二維投影圖像上實現了獨立牙齒的孤立。

在獨立牙齒區域中,牙根周圍常常會粘連一些牙槽骨組織,因此可以采用閾值分割、形態學運算、形狀分析等算法去除牙根周圍的部分牙槽骨組織,并以此時獨立牙齒區域中面積最大的聯通區域的邊界作為初始牙齒輪廓。然后,可采用Moore邊界追蹤算法、graph-cut算法、活動輪廓、水平集等算法優化初始牙齒輪廓,即得二維牙齒輪廓。

本申請的提取模塊,還用于在二維投影圖像上提取二維軸線,提取的二維軸線包括沿所述牙齒輪廓的長軸方向,并通過牙齒輪廓的質心點的直線。

在一種實施方式中,投影模塊還用于獲取第1張和第n(n≥2)張投影圖像。

第1張投影圖像的獲取方式為:在三維口腔CT圖像中提取牙齒牙槽骨區域;根據牙齒牙槽骨區域提取牙弓曲線;對牙齒牙槽骨區域以所述牙弓曲線的法線方向為投影方向進行投影,得第1張投影圖像。

第1張投影圖像的合成流程如圖3所示。本申請將二維投影圖像1的投影區域限定在口腔CT圖像中牙齒牙槽骨區域。在口腔CT圖像中提取牙齒牙槽骨區域的過程如下:在口腔CT圖像中,由于骨骼組織(牙齒、牙槽骨、其它頜骨組織)與其他組織之間灰度差異較大,可采用閾值分割等方法從口腔CT圖像中提取骨骼組織。對提取出的骨骼組織,采用開運算算法等方法將骨骼組織中的牙齒牙槽骨組織與頸骨等其他骨骼組織斷開。此時,骨骼組織被分為幾部分,其中體積最大的三維連通區域即為牙齒牙槽骨區域。然后,根據提取得到的牙齒牙槽骨區域獲取牙弓曲線,以牙弓曲線的法線為投影方向。牙弓曲線可以在提取得到的牙齒牙槽骨區域的最大灰度投影圖上通過細化、手動描點法結合樣條曲線或其他多項式曲線擬合等方法得到。對提取得到的牙齒牙槽骨區域沿著牙弓曲線的法線進行投影即得第1張投影圖像。

第n(n≥2)張投影圖像的合成流程如圖4所示。對三維口腔CT圖像進行投影獲得第n(n≥2)張投影圖像的獲取具體可以包括:以所述第1張投影圖像的二維牙齒軸線在其牙齒輪廓的左右平行軸線所確定的牙齒牙槽骨區域為投影區域。以過所述第1張投影圖像的二維牙齒軸線的法線為投影方向對所述投影區域進行投影,即得第n(n≥2)張投影圖像。

以上內容是結合具體的實施方式對本申請所作的進一步詳細說明,不能認定本申請的具體實施只局限于這些說明。對于本申請所屬技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本申請構思的前提下,還可以做出若干簡單推演或替換。

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