[发明专利]在三维网格牙颌模型上快速精确探测牙弓线的方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及计算机辅助设计领域，特别是计算机辅助口腔正畸治疗中，三维牙颌模型上的牙弓线探测方法。

背景技术

牙弓形状在正畸诊断和治疗中具有重要的意义，正畸医生需要绘制出上下颌的牙弓线以判断错颌畸形的程度，测量牙弓进行拥挤度分析是正畸诊断重要的定量评价依据。修正异常的牙弓形态，建立与患者个体匹配的个性化牙弓形状，是口腔正畸的重要目标。正畸医生最早是根据Bonwill-Hawley氏原理来绘制个别弓形图，但是绘制的过程极为复杂、繁琐。后来各种数学模型被用来模拟牙弓形态，比如椭圆线函数、抛物线函数等复杂的数学函数，绘制由数学函数表示的牙弓线更为繁琐、难度更大。

随着计算机技术在口腔正畸治疗中的广泛应用，人们开始使用计算机来绘制牙弓线。Begole首先采集牙颌1∶1的二维图像，在二维图像上手动拾取参照点，使用三次样条曲线拟合参照点得到牙弓线。三维测量技术应用于口腔正畸治疗以后，可以很容易地获得数字化的三维牙颌模型，于是出现了在三维数字模型上绘制牙弓线的方法，Joon Huang等在三维数字牙颌模型上手动选取参照点来拟合牙弓线，Schicho等在三维数字模型上人机交互定义牙弓线，这些手动的或者交互式的算法需要正畸医生的频繁操作、费时费力。Kondo在论文Robust archdetection and tooth segmentation in 3D images of dental plaster models(In：Proceedings International Workshop on Medical Imaging and AugmentedReality[C]，Hong Kong，China，2001：241-246)中介绍了一种自动探测牙弓线的方法，首先确定咬合平面，依据咬合平面调整牙颌模型的坐标，然后把三维模型转换为二维的灰度图像，灰度图像的亮度值代表坐标z值(即高度值)，在灰度图像上使用梯度方向分析(gradient orientation analysis)方法寻找梯度方向间断的点作为初始参照点，使用初始参照点拟合一条初始牙弓线，依据初始牙弓线在灰度图像上提取最终特征点，拟合提取到的最终特征点得到最终牙弓线，这种自动探测牙弓线的方法有良好的适应性，但是由于要把三维模型转换为二维的灰度图像，在转换的过程中部分网格顶点的信息会丢失，如果保证网格顶点信息不丢失则会引入大量的冗余数据，在探测初始特征点时使用的梯度方向分析方法涉及复杂的计算，计算数据量很大的精细模型会耗费大量的时间。

发明内容

针对现有方法的不足，提出了一种直接在三维牙颌模型上快速探测牙弓线的方法，不需要从三维到二维的转换，避免精度损失或引入冗余数据；避免使用复杂的计算，可以实现稳定、快速、精确的探测。

本方法的技术方案如下：

(1)、简单人机交互确定咬合平面：在三维模型上交互选取四个参照点：左右两颗第一恒磨牙的近中颊侧尖点和左右两颗第一尖磨牙的颊侧尖点，使用趋势面分析方法确定咬合平面；

(2)、筛选网格顶点得到初始参照点：首先将网格顶点中其法矢与咬合平面法矢夹角在0°～15°范围内的顶点保留，然后，保留下来的顶点中到咬合平面的距离在0～5mm范围内的顶点作为初始参照点；

(3)、确定初始牙弓线：把三维模型上选中的初始参照点映射到二维平面，在二维平面上用四次多项式拟合映射点，得到初始牙弓线；

(4)、依据初始牙弓线提取最终参照点：将初始牙弓线自动等分为40～60段，在每一段中选取一个初始参照点作为最终参照点，其具体方式为：当该段内所有初始参照点均在咬合平面牙根侧时，选取离咬合平面最近的初始参照点为该段的最终参照点，其它情况，则以咬合平面牙尖侧离咬合平面最远的初始参照点为最终参照点；

(5)、确定最终牙弓线：采用与第(3)步同样的方法，得到最终牙弓线。

本发明的方法直接在三维模型上探测牙弓线，不需要从三维到二维的转换，能够最大限度的利用已有三维牙颌模型的数据或者避免引入冗余数据，使用线性计算筛选初始参照点，避免了使用复杂的计算，能够快速、自动、精确的提取患者个性化牙颌的牙弓线，算法稳定、可靠，在计算机正畸矫治有重要的临床和工程应用价值。

附图说明

图1牙弓线探测流程示意图。

图2确定咬合平面参照点示意图。

图2中符号名称：1、4-第一恒磨牙近中颊侧尖点；2、3-第一尖磨牙的颊侧尖点

图3初始牙弓线示意图。