一種從牙頜三維模型分割單顆牙冠的計算機交互式方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種從牙頜三維模型分割單顆牙冠的計算機交互式方法，包括：讀入并可視化顯示牙頜三維網(wǎng)格模型；檢測所述牙頜三維網(wǎng)格模型中牙頜上牙齒的解剖學(xué)特征點及咬合平面；指定牙頜三維網(wǎng)格模型調(diào)和場的約束點；根據(jù)約束條件計算調(diào)和場，獲取牙冠分割邊界線；依照獲取的牙冠分割邊界線進行網(wǎng)格切割，得到牙冠模型。使用本發(fā)明公開的方法，可以準確得到牙齒分割邊界，且使用簡單：對于欲分離的單顆牙齒,一般只需用戶在牙頜模型的可視化視圖上交互式的確定2個邊界點，就能準確得到該牙齒的牙冠網(wǎng)格模型。本發(fā)明對于牙齒正畸，牙頜虛擬手術(shù)模擬等有著重要的意義。
【專利說明】一種從牙頜三維模型分割單顆牙冠的計算機交互式方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種從牙頜三維模型分割單顆牙冠的計算機交互式方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著3D采集技術(shù)的發(fā)展，牙頜三維模型目前被廣泛應(yīng)用于牙科相關(guān)領(lǐng)域，如口腔 醫(yī)學(xué)、法醫(yī)學(xué)、人類學(xué)及考古學(xué)等。對于牙頜模型進行分割、歸類等處理是治療計劃制定、虛 擬手術(shù)等牙科虛擬現(xiàn)實應(yīng)用中不可或缺的部分。
[0003] 目前針對牙冠的網(wǎng)格自動分割方法很難得到準確的模型，魯棒性不強。交互式分 割方法雖然可以利用人的先驗知識，充分體現(xiàn)用戶的操作意圖，但目前的方法一般都需要 用戶沿著預(yù)想的牙冠分割線指定若干個邊界點，這種繁瑣、耗時的工序顯然不符合智能化 的標識。以往的方法要么需要大量手工交互來確定邊界，耗時費力，要么得不到準確的牙冠 分割結(jié)果、魯棒性差。因此，要準確且智能化的從包含復(fù)雜牙冠邊緣信息的牙頜網(wǎng)格模型中 準確分離出所有的牙冠模型是一件具有挑戰(zhàn)性的課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種從牙頜三維 模型分割單顆牙冠的計算機交互式方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種從牙頜三維模型分割單 顆牙冠的計算機交互式方法，包括以下步驟：
[0006] 1)讀入并可視化顯示牙頜三維網(wǎng)格模型；
[0007] 2)檢測所述牙頜三維網(wǎng)格模型中牙頜上牙齒的解剖學(xué)特征點及咬合平面；
[0008] 3)指定牙頜三維網(wǎng)格模型調(diào)和場的約束點；
[0009] 4)根據(jù)約束點計算調(diào)和場，獲取牙冠分割邊界線；
[0010] 5)依照獲取的牙冠分割邊界線進行網(wǎng)格切割，得到牙冠模型。
[0011] 所述步驟2)中，利用所述牙頜三維網(wǎng)格模型上頂點的曲率信息及分水嶺方法獲 取牙頜上牙齒的解剖學(xué)特征點，利用所述解剖學(xué)特征點確定咬合平面。
[0012] 所述步驟3)中，為目標牙冠分別指定1個位于近中牙縫處和1個位于遠中牙縫處 的約束點。
[0013] 所述步驟4)中，調(diào)和場的計算過程為：設(shè)牙頜三維網(wǎng)格模型中有m個節(jié)點，n個 約束點，求解AO=b，得到的解即為牙頜三維網(wǎng)格模型各個頂點對應(yīng)的調(diào)和場值；其中，

【權(quán)利要求】
1. 一種從牙頜三維模型分割單顆牙冠的計算機交互式方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 讀入并可視化顯示牙頜三維網(wǎng)格模型； 2) 檢測所述牙頜三維網(wǎng)格模型中牙頜上牙齒的解剖學(xué)特征點及咬合平面； 3) 指定牙頜三維網(wǎng)格模型調(diào)和場的約束點； 4) 根據(jù)約束點計算調(diào)和場，獲取牙冠分割邊界線； 5) 依照獲取的牙冠分割邊界線進行網(wǎng)格切割，得到牙冠模型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從牙頜三維模型分割單顆牙冠的計算機交互式方法，其特征 在于，所述步驟2)中，利用所述牙頜三維網(wǎng)格模型上頂點的曲率信息及分水嶺方法獲取牙 頜上牙齒的解剖學(xué)特征點，利用所述解剖學(xué)特征點確定咬合平面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的從牙頜三維模型分割單顆牙冠的計算機交互式方法，其特征 在于，所述步驟3)中，為目標牙冠分別指定1個位于近中牙縫處和1個位于遠中牙縫處的 約束點。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的從牙頜三維模型分割單顆牙冠的計算機交互式方法，其特 征在于，所述步驟4)中，調(diào)和場的計算過程為：設(shè)牙頜三維網(wǎng)格模型中有m個節(jié)點，η個 約束點，求解ΑΦ = b，得到的解即為牙頜三維網(wǎng)格模型各個頂點對應(yīng)的調(diào)和場值；其中，
^ ? ^ ' ' 一
Lij是mXm階的拉普拉斯矩陣， （i, j) e E，0彡i, j彡m-1， i P E為牙頜三維網(wǎng)格模型中邊的集合；
如果Vi或\處為凹點，Vi為牙 頜三維網(wǎng)格模型i點處的坐標值，F(xiàn)代表牙頜三維網(wǎng)格模型平均邊長，〇為常量；
C中的元素= 1,其余為0,0彡p彡m-1,p為第r個約束點 在牙頜三維網(wǎng)格模型中的序號，
中各元素的取值e {0,0.5, 1}。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的從牙頜三維模型分割單顆牙冠的計算機交互式方法，其特征 在于，所述步驟4)中，獲取牙冠分割邊界線的過程為：從所述調(diào)和場中抽取若干條等值線 作為候選邊界線集合，選取評分最高的一條候選邊界環(huán)作為牙冠牙冠分割邊界線。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的從牙頜三維模型分割單顆牙冠的計算機交互式方法，其 特征在于，所述η個約束點包括所述步驟2)獲得的解剖學(xué)特診點、步驟3)指定的兩個約束 點和一系列圍繞且不屬于目標牙冠的約束點B ;所述約束點B的確定方法如下：找到所有解 剖學(xué)特征點在所述咬合平面上的投影點，找到位于所述咬合平面上、且經(jīng)過所述投影點的 直線；以咬合平面的法線為軌跡，將所述直線朝牙頜底部平移一段距離，所述距離設(shè)定為從 牙冠尖點到牙頜底部垂直距離的2/3倍；獲取所述直線與牙頜三維網(wǎng)格模型的交點，所述 交點的集合即為Β。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的從牙頜三維模型分割單顆牙冠的計算機交互式方法，其特征 在于，所述步驟4)中，獲取所述牙冠分割邊界線后，優(yōu)化所述牙冠分割邊界線，優(yōu)化過程如 下：為牙冠分割邊界線上各點計算一個標量場，每個點對應(yīng)的標量值為該點的單位法向量 與B中近舌側(cè)點的平均單位法向量的點積，由點積的概念可知，該標量場的值域為[_1，1]; 選取大于〇的閾值對該標量場進行閾值化，將所述牙冠分割邊界線分為近唇側(cè)和近舌側(cè)兩 部分，舍棄近舌側(cè)部分，保留近唇側(cè)邊界線部分；然后，在貼近牙頜近舌側(cè)表面的平面上構(gòu) 造樣條線，所述平面由所保留的近唇側(cè)邊界線的2個端點以及B中近舌側(cè)的1點確定，將該 樣條線作為新的近舌側(cè)牙冠邊界線；最后，將所述近唇側(cè)邊界線部分邊界線和所述新的近 舌側(cè)牙冠邊界線結(jié)合起來，成為優(yōu)化后的完整的牙冠分割邊界線。
【文檔編號】G06T19/00GK104392492SQ201410680473
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】廖勝輝, 劉石堅, 羅雄, 梁毅雄, 鄒北驥, 陳再良, 王磊, 向遙 申請人:中南大學(xué)