[发明专利]基于数字化牙齿模型的牙龈线自动提取方法

说明书

本发明提出一种基于数字化牙齿模型的牙龈线自动提取方法，包括：S1：载入数字化牙齿模型并进行数据预处理，得到牙模点云；S2：采用等角度切分牙模点云，得到多个牙模点云切片；S3：在每段点云切片中利用牙龈线特征筛选，提取出特征点云；S4：整合所有切片中的特征点云，并拟合得到提取出的牙龈线。本发明在检测提取过程中无需用户交互式辅助输入，载入模型之后即可实现牙龈线的自动化检测，整个处理过程使得数字化牙科具有更好的自动化和智能程度，更准确便捷，为牙科医生和患者节省大量时间，提高了诊疗效率。

技术领域

本发明涉及一种基于数字化牙齿模型的牙龈线自动提取方法，属于生物医学工程、计算机视觉、计算机图形学技术领域。

背景技术

随着人民生活水平的提高，人们对于牙齿的美观程度有了更高的要求，应运而生了牙齿畸形矫正、牙齿整形等口腔医疗技术，从传统的利用咬合胶泥手动制作石膏牙模来辅助治疗，到现在数字化采集设备的普及，让牙科医生可以直接通过深度传感器设备来采集患者口腔内部的牙齿三维立体数据构建三维模型。其中较常见的采集到的口腔CAD数据有STL、PLY等数据格式。

在临床治疗中，基于牙齿的数字化模型来定制治疗方案是三维数字牙模的最重要也是最基础的应用，由于治疗中要明确区分牙冠、牙床软组织以定位目标矫正的牙齿，牙龈线的检测提取就是一个非常关键的过程。目前使用较多的手段有手动交互式，通过在牙模上指定特征点，然后利用选定的特征点序列拟合出牙龈线，此种方式操作过程繁杂，结果需要数次调整才趋于可用，同时特征关键点的定位精度很大程度上取决于手动选点的准确性的限制，制约着数字化牙科诊疗的效率和准确程度。

发明内容

发明目的：本发明着眼于目前手动选取特征点来辅助提取牙龈线的现状，提出一种基于数字化牙齿模型的牙龈线自动提取方法，无需用户交互式辅助输入，载入模型之后即可实现牙龈线的自动化检测，更准确便捷，节省大量时间，提高诊疗效率。

技术方案：为实现上述目的，本发明主要在于利用局部和全局特征结合的方式，由于牙模上的牙龈线是存在于每颗牙齿每一段中，所以将牙模点云等角度切割为多个点云切片，在每段点云切片中提取出特征点云，然后将所有局部特征点对齐到同一坐标系下，通过非均匀可修剪B样条曲面拟合方法来用所有特征点云构成全局特征点，从而拟合修剪得到平顺光滑的牙龈线。

具体过程如下：

S1：载入数字化牙齿模型并进行数据预处理，得到牙模点云；

S2：采用等角度切分牙模点云，得到多个牙模点云切片；

S3：在每段点云切片中利用牙龈线特征筛选，提取出特征点云；

S4：整合所有切片中的特征点云，并拟合得到提取出的牙龈线。

进一步地，所述步骤S1具体包括：

1.1、载入牙齿模型的CAD数据，并下采样为点云数据；

1.2、将牙模点云数据初始坐标系的原点O平移到点云中央，新的原点O位置坐标为：，其中表示牙模点云在x、y、z方向上的最大值、最小值；

1.3、采用区域生长算法移除内层点云，保留外层点云，作为后续处理的原始输入。

进一步地，所述步骤S2具体包括：

2.1、设过Z轴的平面表达式为Ax+By=0，其与牙模点云的交点坐标为，则直线OP在XOY平面上的投影斜率为，该投影与x轴正方向的夹角为；

2.2、通过此方法遍历牙模点云中的所有点，得到从小到大排序的斜率值序列，序列长度等于点数；

2.3、据此序列将牙模点云等角度切分为β个，则每个切片的角度为，若不足整数则向上取整，其中为此序列角度的最小值、最大值。