[发明专利]一种牙颌模型分割方法及装置

说明书

本发明公开了一种牙颌模型分割方法，包括如下步骤。步骤S110：建立具有表面颜色信息和几何特征信息的数字化牙颌模型。步骤S120：利用谱聚类(spectral clustering)方法并结合数字化牙颌模型的表面颜色信息和几何特征信息对牙颌模型进行牙齿与牙龈的分割。由于参考了牙颌模型的表面颜色信息，本发明对牙颌模型进行牙齿、牙龈分割更为准确。

技术领域

本发明涉及一种计算机图像处理领域中的网格分割技术，尤其涉及一种从牙颌三角网格(triangle mesh)模型中自动分割出表征牙齿、牙龈的三角面片(triangle patch)的方法。

背景技术

隐形牙齿矫治技术目前采用的技术手段为，首先建立患者的数字化牙齿模型，为虚拟矫治方案的设计提供数据支持。为建立精准的数字化牙齿模型，需要先通过光学方法扫描与患者牙齿一致的牙颌石膏模型以获得患者实际的牙颌三维数据，再利用计算机图像处理技术分割数字化牙齿和牙龈模型。当利用牙颌石膏模型的扫描数据做分割时，只有牙颌模型本身的几何特征作为分割依据，并且在进行牙颌模型的扫描时，扫描结果为均一颜色的数字化模型，在进行数字化牙齿模型和牙龈模型分割时，当遇到牙颌三角网格模型上牙龈和牙齿边界融合在一起，两者界限不明显的情况时，分割就会有误差产生，并且该种扫描方式获得的数字化模型分辨率和网格重建精度有局限性，使得自动分割变得极为困难，且对后续进行隐形牙齿矫治器佩戴治疗结果会有部分影响。

口内扫描(简称为口扫)仪是应用小型探入式光学扫描头，直接在人体口腔内获取牙齿、牙龈、黏膜等软硬组织表面三维形貌及彩色纹理信息，并生成逼真的彩色牙颌模型。口扫数据在牙颌石膏模型扫描数据的基础上，增加了表面颜色信息，能够更方便的区分牙齿与牙龈的边界。

因此，研究一种在对牙齿分割过程中，能够更好的对数字化牙齿模型和数字化牙龈模型进行分割的方法具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是利用采集的数字化牙颌模型的表面颜色信息，协助对牙颌模型进行数字化牙齿模型和数字化牙龈模型的分割，为后续矫治方案的设计提供更加准确的数据。

为解决上述技术问题，本发明提供了第一种牙颌模型分割方法，包括如下步骤。步骤S110：建立具有表面颜色信息和几何特征信息的数字化牙颌模型。步骤S120：利用谱聚类(spectral clustering)方法并结合数字化牙颌模型的表面颜色信息和几何特征信息对牙颌模型进行牙齿与牙龈的分割。上述方法是本发明的实施例一，用来对牙颌模型进行牙齿的整体与牙龈的整体的分割。

进一步地，所述步骤S110中，采用口内扫描仪在人体口腔内获取口内数据，并基于口内数据建立数字化牙颌模型。口扫数据包含有牙颌的表面颜色信息，适宜用来建立具有表面颜色信息和几何特征信息的数字化牙颌模型。

进一步地，所述步骤S110中，所述数字化牙颌模型为采用三角网格的数字模型，每个三角网格称为一个三角面片。这是数字化牙颌模型的一种常见的实现方式。

进一步地，所述步骤S120进一步包括如下步骤；步骤S122：根据牙颌三角网格模型中相邻三角面片之间的距离计算相似矩阵，其中由相邻三角面片之间的颜色函数和角度函数综合得到相邻三角面片之间的距离；步骤S124：根据相似矩阵计算归一化的拉普拉斯矩阵；步骤S126：计算归一化的拉普拉斯矩阵的最小和次小的特征值所对应的两个特征向量；步骤S128：利用k-平均聚类方法或最大类间方差法将所述两个特征向量中的元素分成两类，也就是将牙颌三角网络模型中的三角面片分成两类，一类表示牙齿，另一类表示牙龈。这是步骤S120的一种具体实现方式。

进一步地，所述步骤S122中，牙颌三角网格模型中相邻三角面片i、j之间的距离Dist(i,j)的计算公式如下；