[发明专利]一种针对CT与光学扫描牙齿模型的高效配准方法

说明书

本发明提供了一种针对CT与光学扫描牙齿模型的高效配准方法，属于计算机口腔修复领域。该方法包括：(1)数据准备：通过对口腔的CT数据进行三维可视化处理获得CT重建牙齿图像；通过对牙冠和牙龈部分的光学扫描数据进行可视化处理获得光学扫描牙冠图像；将CT重建牙齿图像、光学扫描牙冠图像放入统一的世界坐标系下；(2)初始配准：通过手动选取特征点对CT重建牙齿图像、光学扫描牙冠图像进行处理获得初始配准模型；(3)精确配准：通过自动选取特征点对所述初始配准模型进行处理获得精确配准模型。本发明解决了尺度变换和不同分辨率数据的配准问题，并且配准结果收敛速度快、配准误差小。

技术领域

本发明属于计算机口腔修复领域，具体涉及一种针对CT与光学扫描牙齿模型的高效配准方法，用以形成数据完整的、精度高的三维牙齿模型。

背景技术

在计算机口腔种植修复系统中，在无托槽隐形矫治器的辅助设计中，最重要的就是获取由CT的牙根数据和光学扫描的牙冠数据所组成的数据完整的、精度较高的三维数字化牙齿模型，因为模型的精度和完整性直接关系到后续的排牙、种植、正畸、以及生物力学分析的结果(可参考文献“Wu T，Zhang L B.Three dimention tooth reconstructionusing level set active contour model[J].Journal of Image and Graphics，2016，21(8):1078-1087”)。口腔领域常用的三维成像技术包括激光扫描(物理牙模激光扫描或口内激光扫描)和口腔计算机断层扫描(computed tomography，CT)(可参考文献“ZHANGDongxia,GAN Yangzhou,XIONG Jing,ect.Three-dimensional tooth modelreconstruction based on fusion of dental computed tomography images andlaser-scanned images.Journal of Biomedical Engineering,2017,34(1):2-14”)。激光扫描图像主要包含患者牙冠的三维信息，其具有较高的分辨率，所重构的模型精度较高，但是不能获得牙齿的牙根信息；口腔CT图像重建的牙齿模型虽然包含了完整的牙齿三维信息，但由于CBCT扫描的精度低和切片厚度以及金属伪影的影响，导致牙冠的表面精度不足，所以只有将两者融合才能获得数据完整的、精度较高的三维数字模型。而两种三维数据模型的配准是生成完整模型的关键步骤。

配准是将不同来源的同一物体的测量得到的三维模型进行坐标系的调整，使两个模型中属于同一结构的部分在同一坐标系下的位置也一致。在牙齿模型重建过程中，想要实现牙齿的完整的较精确的融合，两种牙齿图像的配准步骤是必不可少的。配准精度越高，冠、根位置精度就越高，才能够指导两种数据的共同精确分割，且冠、根三维融合效果也会越好，因此，光学扫描牙列模型与CT牙列模型在牙冠部分的配准重合度，一定程度上决定了冠、根融合的最终效果(可参考文献“Z Yijao，L yi，S Yuchun，etc.Three-dimensionaldata fusion method for tooth crown and root based on curvature continuityalgorithm[J].journal of PEKING Uinversity(Health sciences),2017,49(4):719-723”)。在配准过程中，出现了两个主要的困难问题：一个是特征点选择，另一个是不同分辨率的不同模态图像的合并(可参考文献“Mei X,Li Z,Xu S,et al.Registration of theCone Beam CT and blue-ray scanned dental model based on the improved ICPalgorithm[J].International Journal of Biomedical Imaging,2014:348740-348740”。)。