法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2018-11-06
授权
授权
2016-06-22
实质审查的生效 IPC(主分类):G06T19/20 申请日:20151217
实质审查的生效
2016-05-25
公开
公开
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域,涉及一种X射线全景图生成方法,尤其是一种从三维牙科锥形束CT数据中提取全景图的方法。
背景技术
X射线全景图是口腔中所有牙齿的X射线二维投影图像,可以直观地显示所有牙齿的分布情形,有助于医生了解口腔中牙齿的全貌。X射线全景图是牙科医生广泛使用的一类简单方便的影像检查技术。但是,传统的X射线全景图存在一些缺点,例如,几何变形、结构叠加、图像模糊等。
目前,牙科锥形束CT以其高空间分辨率、低辐射剂量和灵活的后处理软件等优势,已经广泛被应用于牙科诊断与整形领域。但是根据三维CT数据,无法直观地观察全口牙齿,从CT数据中合成全景图成为牙科锥形束CT系统的一个重要软件功能。
现有的从三维牙科锥形束CT数据中提取全景图的方法,首先在某二维断层或者三维数据在竖直方向上的最大密度投影(MIP)图像上,拟合牙弓曲线;然后将该曲线应用在所有的CT断层数据上,得到柱面;根据牙弓曲线的法线方向,增加柱面的厚度,使得厚度柱面覆盖全口牙齿;最后沿法线方向将厚度柱面数据投影在中心柱面上,得到拟X射线全景图。因为人类牙齿有一定的倾角,此类方法需要一定的厚度,才能将全口牙齿显示在全景图上,然而厚度投影,会造成图像模糊,降低图像质量,影响诊断的精度。
通过检索,尚未发现与本发明专利申请相关的专利公开文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处,针对现有全景图提取方法中所存在的问题,提供一种从三维牙科锥形束CT数据中提取全景图的方法,该方法拟合一个通过全口牙齿中心的三维曲面,得到三维口腔全景曲面;展开该三维全景曲面,最终得到口腔全景图,相对传统提取全景图的方法,减少了曲面厚度,解决了透视图像模糊与结构重叠问题,提高了诊断的精度。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案如下:
一种从三维牙科锥形束CT数据中提取全景图的方法,步骤如下:
⑴根据三维牙科锥形束CT数据生成牙弓曲线;
⑵根据生成的牙弓曲线提取三维口腔全景曲面;
⑶展开三维口腔全景曲面得到口腔全景图。
而且,所述步骤⑴中根据三维牙科锥形束CT数据生成牙弓曲线具体步骤为:沿竖直方向计算三维CT数据的最大密度投影图像,在最大密度投影图像中分离牙弓,拟合牙弓曲线。
而且,在最大密度投影图像中分离牙弓的具体步骤为:结合基于灰度的分割方法和坐标阈值,在最大密度投影图像中分离牙弓。
而且,根据所述基于灰度的分割方法,得到最大密度投影图像中最亮的骨头区域;所述坐标阈值用四边形邻域表示,计算所述骨头区域像素点的重心点及其四边形邻域,使得该邻域覆盖骨头区域一定的比例p50%-100%。
而且,所述拟合牙弓曲线具体步骤为:根据分离出的牙弓所在的像素位置,拟合二次曲线,在该曲线上对称选取控制点,根据控制点,采用三次样条插值得到牙弓曲线。
而且,所述步骤⑵中根据生成的牙弓曲线提取三维口腔全景曲面的具体步骤为:根据牙弓曲线拟合牙体长轴曲线,并依序排列所有的牙体长轴曲线,得到三维口腔全景曲面。
而且,所述拟合牙体长轴曲线具体步骤为:计算牙弓曲线的法向,将法向应用在三维CT数据的所有断层上,得到一系列的牙齿矢状图;对每一幅矢状图,应用基于灰度的分割方法,从矢状图中分割出牙齿;根据描述牙齿的像素点位置,拟合牙体长轴曲线。
而且,所述步骤⑶中展开三维口腔全景曲面得到口腔全景图的具体步骤为:将牙弓曲线按弧长展开成直线,并计算牙体长轴曲线与牙弓曲线的交点在展开直线上的位置,记为对应牙体长轴曲线在全景图上的横坐标;将牙体长轴曲线按其竖直坐标展开成直线;根据牙体长轴曲线在全景图上的横坐标,依次排序展开牙体长轴曲线得到的直线,得到全景图。
而且,具体步骤如下:
⑴根据三维牙科锥形束CT数据生成牙弓曲线:
沿竖直方向计算三维CT数据的最大密度投影图像;
在最大密度投影图像上应用k-means++聚类方法,提取聚类后最亮的骨头区域;计算骨头区域的重心点,及其四边形邻域,使得四边形邻域覆盖骨头区域的p=75%,得到四边形邻域表示的坐标范围;在骨头区域上应用坐标阈值,得到分离的牙弓;
根据分离出的牙弓所在的像素位置,拟合二次曲线,在该曲线上,对称选取13个控制点;根据选取的控制点,采用三次样条插值得到牙弓曲线;
⑵根据生成的牙弓曲线提取三维口腔全景曲面:
根据样条插值函数的导函数计算牙弓曲线的法线;
将法线应用在三维CT数据的所有断层上,得到一系列的牙齿矢状图;
对每一幅矢状图,应用基于灰度的分割方法,分割出牙齿;
根据描述牙齿的像素点位置,拟合牙体长轴曲线;
依序排列所有的牙体长轴曲线,得到三维口腔全景曲面;
⑶展开三维全景曲面,得到单帧口腔全景图:
牙体长轴曲线与牙弓曲线的交点组成分段曲线,将该曲线按弧长展开:
其中,Lj表示第j个线段的弧长,则wi即为第i条牙体长轴曲线在全景图上的横坐标;
将牙体长轴曲线按其竖直坐标展开成直线:
hj=zj,(b)
其中,zj是牙体长轴曲线上第j个像素点的竖直坐标;
根据牙体长轴曲线在全景图上的横坐标,依次排序展开牙体长轴曲线得到的直线,则(wi,hj)即为第i条牙体长轴曲线上第j个像素点在全景图上的坐标,得到单帧口腔全景图;
⑷计算三维全景曲面上各像素点的法向,沿着一定长度的法线透视投影三维CT数据到全景曲面,并按照公式(a)、(b)展开曲面,得到厚度全景图。
本发明取得的优点和积极效果是:
1、本方法可以用三维牙科锥形束CT数据提取牙齿曲面断层图像,解决结构重叠和图像模糊的问题,提高了诊断的精度;利用该方法,可以得到单帧口腔全景图,而且该方法得到的单帧口腔全景图能够显示全口齿列,能清晰地辨识出牙齿的解剖结构,如:牙釉质、牙本质、牙髓等,有效地避免了由透视引起的图像模糊,无结构重叠。
2、本方法也可以得到厚度全景图,无结构重叠,能清晰地辨识出牙齿的解剖结构和下颌神经。
3、给定聚类数目和比例p后,该方法可自动实施,有效减少了手动操作。
附图说明
图1为本发明方法的流程图;
图2为本发明方法中生成牙弓曲线步骤的流程图;其中,图2-1为三维牙科锥形束CT数据图,图2-2为MIP图像,图2-3为分离的牙弓图,图2-4为牙弓曲线图;
图3为本发明方法中提取三维口腔全景曲面的流程图;其中,图3-1为牙弓曲线的法线,图3-2为牙齿矢状图,图3-3为牙体长轴曲线图,图3-4为三维口腔全景曲面图;
图4为本发明方法的口腔全景图;其中,图4-1为单帧口腔全景图,图4-2为厚度口腔全景图;
图5为本发明方法的口腔全景图中的牙齿解剖结构指示图;其中,左侧图为单帧口腔全景图中单颗牙齿的解剖结构指示图,右侧图为厚度口腔全景图中单颗牙齿的解剖结构指示图,其中,1为牙釉质,2为牙本质,3为牙髓。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明进一步说明;下述实施例是说明性的,不是限定性的,不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
本发明中所使用的设备,如无特殊规定,均为本领域内常用的设备;本发明中所使用的方法,如无特殊规定,均为本领域内常用的方法。
本发明中三维口腔全景曲面是经过全口牙齿中心的曲面,所述提取三维口腔全景曲面,具体包括:根据所述牙弓曲线,拟合牙体长轴曲线;并依序排列所有的牙体长轴曲线,得到三维口腔全景曲面,所述牙体长轴曲线,是描述上颌、下颌牙齿的牙体长轴的曲线。
实施例1
一种从三维牙科锥形束CT数据中提取全景图的方法,步骤如下:
⑴根据三维牙科锥形束CT数据生成牙弓曲线;
⑵根据生成的牙弓曲线提取三维口腔全景曲面;
⑶展开三维口腔全景曲面得到口腔全景图。
较优地,所述步骤⑴中根据三维牙科锥形束CT数据生成牙弓曲线具体步骤为:沿竖直方向计算三维CT数据的最大密度投影图像,在最大密度投影图像中分离牙弓,拟合牙弓曲线。
较优地,在最大密度投影图像中分离牙弓的具体步骤为:结合基于灰度的分割方法和坐标阈值,在最大密度投影图像中分离牙弓。
较优地,根据所述基于灰度的分割方法,得到最大密度投影图像中最亮的骨头区域;所述坐标阈值用四边形邻域表示,计算所述骨头区域像素点的重心点及其四边形邻域,使得该邻域覆盖骨头区域一定的比例p50%-100%。
较优地,所述拟合牙弓曲线具体步骤为:根据分离出的牙弓所在的像素位置,拟合二次曲线,在该曲线上对称选取控制点,根据控制点,采用三次样条插值得到牙弓曲线,例如,可以通过手动移动所述的控制点,可以相应地修改所述的牙弓曲线。
较优地,所述步骤⑵中根据生成牙弓曲线提取三维口腔全景曲面的具体步骤为:根据牙弓曲线拟合牙体长轴曲线,并依序排列所有的牙体长轴曲线,得到三维口腔全景曲面。
较优地,所述拟合牙体长轴曲线具体步骤为:计算牙弓曲线的法向,将法向应用在三维CT数据的所有断层上,得到一系列的牙齿矢状图;对每一幅矢状图,应用基于灰度的分割方法,从矢状图中分割出牙齿;根据描述牙齿的像素点位置,拟合牙体长轴曲线。
较优地,所述步骤⑶中展开三维口腔全景曲面得到口腔全景图的具体步骤为:将牙弓曲线按弧长展开成直线,并计算牙体长轴曲线与牙弓曲线的交点在展开直线上的位置,记为对应牙体长轴曲线在全景图上的横坐标;将牙体长轴曲线按其竖直坐标展开成直线;根据牙体长轴曲线在全景图上的横坐标,依次排序展开牙体长轴曲线得到的直线,得到全景图。
实施例2
一种从三维牙科锥形束CT数据中提取全景图的方法,能够提取三维口腔全景曲面,并展开三维曲面得到口腔全景图。
方法流程如图1所示,具体步骤如下:
1、根据三维牙科锥形束CT数据生成牙弓曲线,具体实施方法如下:
沿竖直方向计算三维CT数据的MIP图像,如图2-2所示;
在最大密度投影图像上应用k-means++聚类方法,提取聚类后最亮的骨头区域;计算骨头区域的重心点,及其四边形邻域,使得四边形邻域覆盖骨头区域的p=75%,得到四边形邻域表示的坐标范围;在骨头区域上应用坐标阈值,得到分离的牙弓,如图2-3所示;
根据分离出的牙弓所在的像素位置,拟合二次曲线,在该曲线上,对称选取13个控制点,如图2-4的红点所示;根据选取的控制点,采用三次样条插值得到牙弓曲线,如图2-4的绿线所示。
2、根据生成的牙弓曲线提取三维口腔全景曲面,具体实施方法如下:
根据样条插值函数的导函数计算牙弓曲线的法线,如图3-1中的黄色短线;
将法线应用在三维CT数据的所有断层上,得到一系列的牙齿矢状图,如图3-2给出了三个矢状图示例;
对每一幅矢状图,应用基于灰度的分割方法,分割出牙齿;
根据描述牙齿的像素点位置,拟合牙体长轴曲线,如图3-3中的白色曲线所示;
依序排列所有的牙体长轴曲线,得到三维口腔全景曲面,如图3-4给出了三维口腔全景曲面的三个不同方向的视图。
3、展开三维全景曲面,得到单帧口腔全景图,具体实施方法如下:
牙体长轴曲线与牙弓曲线的交点组成分段曲线,将该曲线按弧长展开:
其中,Lj表示第j个线段的弧长,则wi即为第i条牙体长轴曲线在全景图上的横坐标;
将牙体长轴曲线按其竖直坐标展开成直线:
hj=zj,(b)
其中,zj是牙体长轴曲线上第j个像素点的竖直坐标;
根据牙体长轴曲线在全景图上的横坐标,依次排序展开牙体长轴曲线得到的直线,则(wi,hj)即为第i条牙体长轴曲线上第j个像素点在全景图上的坐标,得到单帧口腔全景图,如图4-1所示。
4、计算三维全景曲面上各像素点的法向,沿着一定长度的法线透视投影三维CT数据到全景曲面,并按照公式(a)、(b)展开曲面,得到厚度全景图,如图4-2所示。
综上所述,本发明是一种从三维牙科锥形束CT数据中提取全景图的方法,本发明方法拟合三维口腔全景曲面,并展开三维曲面得到全景图。相对传统的提取全景图的方法,减少了曲面厚度,解决了透视图像模糊与结构重叠问题,提高了全景图中牙齿解剖结构的辨识度。
以上述依据本发明的理想实施案例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
机译: 使用深度学习自动检测三维医学图像数据的特征点的方法和装置,用于自动化牙科三维数据的定位对准的方法,用于自动检测牙科三维扫描数据中的地标的方法,用于确定匹配精度的方法 三维牙科CT图像和三维数字印象模型,以及计算机可读记录介质,其中记录了用于在计算机中执行方法的程序
机译: 通过使用包括标头区域和数据区域的数据单元对图像数据进行三维(3D)编码的方法。通过在设备中使用三维图像(3D)对设备中的图像数据进行三维(3D)解码的方法包括标题区域和数据区域的数据单元。通过使用包括标题区域和数据区域的数据单元对图像数据进行三维(3D)解码的方法。用于对图像数据进行三维编码的设备(3D)通过使用包括标头区域和数据区域的数据单元。通过使用包括标头区域和数据区域的数据单元提供三维图像(3D)的设备用于通过使用包括头区域和数据区域的数据单元在解码装置中对数据进行解码的设备。其中,指示该数据区域中包括的数据的类型的类型信息被包括在头区域中。通过使用包含以下内容的数据单元进行三维(3D)数据:
机译: 3用于提取三维牙科扫描数据的地标的自动化和简化方法,以及具有执行该方法的程序的计算机可读介质