[发明专利]一种牙齿模型中牙冠的自动分割方法

摘要

本发明公开了一种牙齿模型中牙冠的自动分割方法，包括以下步骤：一、根据临床获取的牙颌实物模型获取牙齿数字化模型：提取数据信息并将获得数据存储至PC机、重构拓扑结构以及实现牙齿数字化模型的显示；二、通过PC机对牙齿数字化模型表面的三角形面片进行拾取；三、通过PC机且采用标记区分法对牙齿数字化模型中的牙冠和牙龈以及牙冠和牙冠之间进行分割：确定分割区域个数、初始化堆栈和堆栈运行，完成牙齿数字化模型中所有牙冠对应分割区域的扩展分割过程后，剩余所有三角形面片均属于牙龈对应分割区域。本发明设计新颖合理、实现方便且运行速度快、数据处理精度高、分割效果好，能实现多个复杂结构之间的精确分割且适用范围广。

主权项

一种牙齿模型中牙冠的自动分割方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、根据临床获取的牙颌实物模型获取患者的牙齿数字化模型，其过程如下：101、提取数据信息：采用扫描设备获取所述牙颌实物模型的三维模型表面数据，并将所获得的三维模型表面数据存储至PC机；102、重构拓扑结构，其重构过程如下：1021、将三维模型表面数据转换为STL文件进行存储：利用PC机对三维模型表面数据进行分析处理，并将三维模型表面数据转换为由多个三角面片的无序集合组成的STL文件，之后将STL文件存储至存储器中；STL文件中每个三角形面片均由三个顶点坐标(xi，yi，zi)和一个用于指明三维模型实体包含在本三角形面片哪一侧的法向量{n1，n2，n3}来表示；1022、在依次读入所述STL文件中所记载三维模型表面数据的同时，建立牙齿数字化模型的拓扑结构：利用PC机依次读取三角形面片，查找并依次去除所述STL文件中所记录的重复顶点，建立一个不重复的包含所有三角形面片顶点的点表，同时建立包含所有三角形面片的面表；点表中记录所有不重复顶点的顶点坐标、各顶点所在的边以及三角形面片，并对所有不重复顶点进行连续编号；所述面表中记录各三角形面片所包含三个顶点在点表中的编号，并对所有三角形面片进行连续编号；之后，根据建立起的面表，建立一个包含所有边且不重复的边表，边表中记录各边的两个顶点在点表中的编号且记录各边所在三角形面片在面表中的编号以及该边所属面的数量；最后，利用所述PC机将所建立的点表、面表和边表存储至所述存储器中，即通过所述点表、面表和边表建立起所述牙齿数字化模型的拓扑结构；103、牙齿数字化模型交互显示：通过所述PC机读取存储至存储器中的点表、面表和边表，并调用OpenGL开放图形处理模块实现所述牙齿数字化模型的真实显示，同时实现对所述牙齿数字化模型的各种基本的几何操作；步骤二、通过所述PC机且采用射线拾取法对所述牙齿数字化模型表面的三角形面片进行拾取；步骤三、通过所述PC机且采用标记区分法对所述牙齿数字化模型中的牙冠和牙龈以及牙冠和牙冠之间进行分割，其分割过程如下：301、确定分割区域个数：所述分割区域的个数为牙齿数字化模型中所有牙冠的数量再加上一个牙龈数量之和，即对牙龈和每个牙冠对应建立一个分割区域；在确定分割区域个数的同时，为每个分割区域分别定义一个数组，用以存放该分割区域内的所有三角形面片；302、采用步骤二中所述的拾取方法在所述牙齿数字化模型中的每个牙冠上分别拾取一个三角形面片并相应进行区别标记，之后以每个标记过的三角形面片作为分割时其所在分割区域的种子面片进行扩展分割，对于所述牙齿数字化模型中任一个分割区域m*而言，其扩展分割过程如下：3021、初始化堆栈：首先，定义一个堆栈stack；其次，确定距离阈值ε：所述距离阈值ε＝d*e，其中d为标记三角形面片之间的距离，e为一个乘积系数取值且其为0～1，本分割区域m*中的种子面片记作f*；之后，查找与种子面片f*相邻的三角形面片并计算种子面片f*与各相邻三角形面片间的间距di：当di＞ε时且将此相邻三角形面片对应的结构体三元组压入堆栈stack，被压入堆栈stack相邻三角形面片记为fi；否则继续计算其它相邻的三角形面片和种子面片f*间的间距，直至找到di＞ε的与种子面片f*相邻的三角形面片fi，便完成所定义堆栈stack的初始化；所述结构体三元组为＜fi，m*，H(f*，fi)＞，其中fi代表三角形面片fi的编号，m*为标记号码且其代表分割后三角形面片fi所属的分割区域，H(f*，fi)代表三角形面片fi与种子面片f*间的相对弯曲程度；3022、堆栈运行，其堆栈运行过程包括以下步骤：1)压入堆栈stack中的三角形面片fi出栈，将三角形面片fi标记为m*且将其对应的结构体三元组添加到分割区域m*对应的数组中；之后，查找与三角形面片fi相邻且未标记的所有三角形面片，并将所查找出的相邻未标记三角形面片对应的结构体三元组压入堆栈stack中；2)压入堆栈stack中的三角形面片出栈，并判断出栈的三角形面片是否被标记：当出栈的三角形面片未被标记时，将其标记为m*且将其对应的结构体三元组添加到分割区域m*对应的数组中，之后查找与该出栈三角形面片相邻且未标记的所有三角形面片；并将所查找出的相邻未标记三角形面片对应的结构体三元组压入堆栈stack中；否则，当出栈的三角形面片已被标记时，则将该出栈的三角形面片从堆栈stack中删除；之后，返回步骤2)；直至将堆栈stack内部为空时，即完成所述牙齿数字化模型中分割区域m*的扩展分割过程，所有连通的三角形面片均被唯一标记为m*且同属于一个分割区域m*；303、重复步骤302，直至完成所述牙齿数字化模型中所有牙冠所对应分割区域的扩展分割过程；304、完成所述牙齿数字化模型中所有牙冠所对应分割区域的扩展分割过程后，剩余的所有三角形面片则均属于同一个分割区域且该分割区域为牙龈对应的分割区域，因而对所述剩余的所有三角形面片进行同一标记，便完成所述牙齿数字化模型中的牙冠和牙龈以及牙冠和牙冠之间的整个分割过程。