基于CBCT与三维扫描的数字化牙列建模与应用

摘要

口腔三维数字化模型的建立是其他齿科计算机应用的基础，CBCT技术是近些年来兴起的一种齿科诊断方式，三维扫描则提供了牙冠表面的精确形状，本文研究的目的在于基于这两种数据来源建立牙列的三维数字化模型。
　　CBCT原始数据的计算机表示形式是DICOM文件，为获取图像数据，并降低图像的噪声以及边缘模糊问题对后续算法的影响，本文在对DICOM标准进行分析的基础上设计了解析程序从DICOM文件中提取出图像数据，并采用阈值处理、高斯滤波、Laplacian边缘增强技术对数据进行了预处理。
　　为了从图像中提取出牙齿所属像素，并建立较为精确的三维模型表示，本文利用预处理的结果，基于可变形三角网格模型，模拟气泡在内部气压以及外力场的作用下变形的过程定义了模型顶点的变形力，并针对变形过程中拓扑结构变化以及模型流动性变差的问题，结合基于仿射元胞图像分解（Affine Cell Image Decomposition，ACID）栅格的模型重参数化方法，提出了一种直接基于CT体数据进行分割与重建的医学图像三维重建算法，实验结果表明该算法能够正确地识别出牙髓腔等结构，对于牙根部位与牙槽骨密度相近的部分的分割也具有较好的效果。
　　本文在使用ICP算法对CBCT重建模型与三维扫描模型进行配准之后，设计了一种基于ACID栅格重参数化的三角网格模型融合算法对两种模型进行融合操作，以综合前者的完整性与后者的精确性。为了对三维重建与融合的结果进行定性的评价，以及便于用户同时使用三维模型与CT图像进行诊断与治疗，本文实现了一种稳定的三角网格模型的平面切割算法，采用该算法可将三维模型投影到CT断层图像中。
　　为方便对算法进行验证以及基于本文建立的口腔数字化模型进行齿科应用开发，本文基于OpenGL与Qt库开发了跨平台的三维显示与交互框架，提供了人性化的三维鼠标交互操作方式以及便于扩展的程序接口，并在此框架的基础上设计了利用CBCT图像与三维扫描数据构建口腔三维数字化模型的口腔建模应用系统，基于该系统开发了方丝弓矫治器辅助设计应用。
　　利用本文实现的三维重建应用系统对一名成年女性的口腔CBCT扫描数据进行三维重建实验的结果表明本文的算法可以成功地实现口腔中各类牙齿的三维重建工作。

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第1章 绪论

1.1 课题背景与研究的目的及意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 研究内容

第2章 CBCT图像数据提取与预处理

2.1 引言

2.2 DICOM标准简介

2.3 DICOM3.0文件结构

2.4 图像的显示

2.5 图像预处理

2.6 本章小结

第3章 基于CBCT体数据的三维重建

3.1 引言

3.2 三维模型表示

3.3 三角网格模型的属性计算

3.4 三维图像分割与模型重建算法

3.5 ACID栅格与重参数化

3.6 本章小结

第4章 模型融合算法、重建实验与口腔模型建立

4.1 引言

4.2 融合的总体流程

4.3 三维模型的配准技术

4.4 三维扫描模型初始分割

4.5 基于ACID栅格的三角网格模型融合算法

4.6 图像分割实验与口腔模型建立

4.7 本章小结

第5章 模型重建基础应用框架与正畸应用

5.1 总体结构

5.2 开发环境

5.3 可视化与交互框架设计

5.4 口腔建模功能

5.5 方丝弓矫治器辅助设计与演示应用

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

参考文献