本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)是集醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料學(xué)、機(jī)械等多學(xué)科為一體的交叉領(lǐng)域。主要用途為使用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)模擬醫(yī)學(xué)手術(shù)所涉及的各種過程，比如手術(shù)規(guī)劃、手術(shù)導(dǎo)航、輔助性治療規(guī)劃等。

然而，雖然利用計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)能夠用于輔助手術(shù)中的導(dǎo)航定位，但是，對于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，還存在手術(shù)器械坐標(biāo)與病人牙齒坐標(biāo)不統(tǒng)一的問題。

因此，針對上述難點(diǎn)，有必要提出進(jìn)一步的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提一種基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法，其包括如下步驟：

S1、建立牙齒的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型，制作與患者牙齒相配合的牙套，所述牙套的表面設(shè)置有定位凹槽，將所述牙套裝配在對應(yīng)的牙齒上，獲取定位凹槽在所述計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型坐標(biāo)系中的坐標(biāo)信息；

S2、將參考板固定于人體牙頜或者仿真牙頜上，利用安裝有鉆針的牙科手機(jī)，獲取定位凹槽在牙科手機(jī)的定位器械所在空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)信息；

S3、根據(jù)參考板所在空間坐標(biāo)系與導(dǎo)航儀坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以及牙科手機(jī)的定位器械所在空間坐標(biāo)系與導(dǎo)航儀坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將定位凹槽的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到參考板坐標(biāo)系下；

S4、基于步驟S1中定位凹槽在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型坐標(biāo)系中的坐標(biāo)信息和S3中的定位凹槽在參考板坐標(biāo)系中的坐標(biāo)信息，利用配準(zhǔn)法將牙科手機(jī)的定位器械所在空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型坐標(biāo)系中。

作為本發(fā)明的基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法的改進(jìn)，所述步驟S1中，根據(jù)患者牙齒的咬合面特征，通過3D打印或模具制造的方式，制作與患者牙齒相配合的牙套。

作為本發(fā)明的基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法的改進(jìn)，所述步驟S1中，所述定位凹槽為若干個(gè)，若干個(gè)定位凹槽分布于牙套表面選定的位置上。

作為本發(fā)明的基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法的改進(jìn)，所述步驟S1中，所述定位凹槽為半球形。

作為本發(fā)明的基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法的改進(jìn)，所述步驟S1中，所述牙套的材料為樹脂材料。

作為本發(fā)明的基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法的改進(jìn)，所述步驟S2還包括：參考板與牙齒相對位置固定不變，根據(jù)參考板與牙齒的相對位置關(guān)系，先將定位凹槽坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到參考板坐標(biāo)系中，之后通過配準(zhǔn)法把參考板坐標(biāo)系中定位凹槽的坐標(biāo)配準(zhǔn)到牙齒計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型坐標(biāo)系中。

作為本發(fā)明的基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法的改進(jìn)，所述步驟S2中，所述鉆針為球形鉆針，所述球形鉆針的前端為球形，所述球形前端的直徑與所述半球形凹槽的直徑相等。

作為本發(fā)明的基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法的改進(jìn)，所述步驟S2具體包括：

將球形鉆針的端部依次放置于各半球形定位凹槽中，并使鉆針和定位凹槽重合，根據(jù)鉆針與牙科手機(jī)的位置關(guān)系，獲取定位凹槽在牙科手機(jī)的定位器械所在空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)信息。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法本發(fā)明用于統(tǒng)一定位器械所在的空間坐標(biāo)系與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型坐標(biāo)系，使定位器械和牙齒的數(shù)據(jù)模型準(zhǔn)確、統(tǒng)一地反映為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)牙科器械對牙齒的高精度操作。

本發(fā)明的基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法還具備如下優(yōu)點(diǎn)：(1)采用基于球心位置的配準(zhǔn)法，配準(zhǔn)精度高；(2)輔助工具尺寸小，結(jié)構(gòu)精密，裝配精度高，安裝拆卸方便；(3)3D打印技術(shù)可為每20顆牙齒快速定制配準(zhǔn)工具；(4)配準(zhǔn)過程操作簡易。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法的方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖所示的各實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但應(yīng)當(dāng)說明的是，這些實(shí)施方式并非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所作的功能、方法、或者結(jié)構(gòu)上的等效變換或替代，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明的基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法用于統(tǒng)一定位器械所在的空間坐標(biāo)系與牙齒所處坐標(biāo)系，使定位器械和牙齒的數(shù)據(jù)模型準(zhǔn)確、統(tǒng)一地反映為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)牙科器械對牙齒的高精度操作。

如圖1所示，本發(fā)明的基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法包括如下步驟S1～S4：

S1、建立牙齒的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型，制作與患者牙齒相配合的牙套，所述牙套的表面設(shè)置有定位凹槽，將所述牙套裝配在對應(yīng)的牙齒上，獲取定位凹槽在所述計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型坐標(biāo)系中的坐標(biāo)信息。

其中，建立牙齒的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型，定位凹槽在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型坐標(biāo)系中的坐標(biāo)已知。制作與患者牙齒相配合的牙套時(shí)，根據(jù)患者牙齒的咬合面特征，通過3D打印或模具制造的方式，制作與患者牙齒相配合的牙套。制作的牙套具有與牙齒外表面完全一致的配合面，通過該配合面可將牙套緊密地安裝在對應(yīng)的牙齒上。優(yōu)選地，所述牙套的材料為樹脂材料。采用3D打印的方式可為每個(gè)牙齒快速定制配準(zhǔn)工具。

進(jìn)一步地，所述定位凹槽為若干個(gè)，若干個(gè)定位凹槽分布于牙套表面選定的位置上。優(yōu)選地，所述定位凹槽為半球形，此時(shí)，當(dāng)獲取定位凹槽相對牙齒以及牙科手機(jī)所在坐標(biāo)系的坐標(biāo)信息時(shí)，基于所述半球形凹槽的球心。

S2、將參考板固定于人體牙頜或者仿真牙頜上，利用安裝有鉆針的牙科手機(jī)，獲取定位凹槽在牙科手機(jī)的定位器械所在空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)信息。

其中，獲取定位凹槽在牙科手機(jī)的定位器械所在空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)信息時(shí)，首先，將參考板固定于患者口腔內(nèi)的牙頜上，然后，利用參考板與牙齒相對位置不變的關(guān)系，確定牙齒實(shí)物坐標(biāo)系，即參考板坐標(biāo)系為牙齒實(shí)物的坐標(biāo)系。此處所稱參考板是指，固定于仿真牙頜或病人的牙頜上，與牙齒的相對位置關(guān)系固定，可被光學(xué)導(dǎo)航儀實(shí)時(shí)地識別，用來追蹤牙齒的空間位置的定位器械。

進(jìn)一步地，根據(jù)定位凹槽與牙齒的相對位置關(guān)系，獲取定位凹槽在牙齒所在空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)信息。其中，帶有定位器械的牙科手機(jī)，是在牙科手機(jī)的尾部安裝了計(jì)算機(jī)視覺導(dǎo)航定位裝置，可在手術(shù)導(dǎo)航過程中，被光學(xué)導(dǎo)航儀實(shí)時(shí)地識別，從而實(shí)現(xiàn)了追蹤器械的空間位置。

為了與半球形定位凹槽相配合，所述鉆針優(yōu)選為球形鉆針。此時(shí)，所述球形鉆針的前端為球形，所述球形前端的直徑與所述半球形凹槽的直徑相等。

基于所述球形鉆針，所述步驟S2還包括：將球形鉆針的端部依次放置于各半球形定位凹槽中，并使鉆針和定位凹槽重合，根據(jù)鉆針與牙科手機(jī)的位置關(guān)系，獲取定位凹槽在牙科手機(jī)的定位器械所在空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)信息。

此外，所述步驟S2還包括：參考板與牙齒相對位置固定不變，根據(jù)參考板與牙齒的相對位置關(guān)系，先將定位凹槽坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到參考板坐標(biāo)系中，之后通過配準(zhǔn)法把參考板坐標(biāo)系中定位凹槽的坐標(biāo)配準(zhǔn)到牙齒計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型坐標(biāo)系中。

S3、根據(jù)參考板所在空間坐標(biāo)系與導(dǎo)航儀坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以及牙科手機(jī)的定位器械所在空間坐標(biāo)系與導(dǎo)航儀坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將定位凹槽的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到參考板坐標(biāo)系下。

其中，當(dāng)定位凹槽為半球形時(shí)，所述配準(zhǔn)法基于所述半球形定位凹槽的球心位置，具有配準(zhǔn)精度高的優(yōu)點(diǎn)。

所述導(dǎo)航儀是計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的主要組成部分，一般由兩個(gè)CCD相機(jī)為主的光學(xué)系統(tǒng)、圖形圖像處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。在手術(shù)進(jìn)行過程中，光學(xué)系統(tǒng)實(shí)時(shí)對導(dǎo)航定位器械上傳感標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行成像，圖形圖像處理模塊通過光學(xué)系統(tǒng)拍攝的圖片計(jì)算出器械的三維空間位置坐標(biāo)，數(shù)據(jù)傳輸模塊將獲取的三維位置信息反饋給手術(shù)導(dǎo)航軟件，進(jìn)行后續(xù)的手術(shù)模擬過程。

S4、基于步驟S1中定位凹槽在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型坐標(biāo)系中的坐標(biāo)信息和S3中的定位凹槽在參考板坐標(biāo)系中的坐標(biāo)信息，利用配準(zhǔn)法將牙科手機(jī)的定位器械所在空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型坐標(biāo)系中。

導(dǎo)航儀獲取了手機(jī)定位器械在空間中的位置信息，轉(zhuǎn)換到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型坐標(biāo)系后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒N植牙手術(shù)導(dǎo)航軟件中，軟件仿真同一坐標(biāo)系下的牙齒數(shù)據(jù)模型和牙科手機(jī)數(shù)據(jù)模型，進(jìn)而，實(shí)現(xiàn)了對手術(shù)過程的實(shí)時(shí)模擬與導(dǎo)航。

綜上所述，本發(fā)明的基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法本發(fā)明用于統(tǒng)一定位器械所在的空間坐標(biāo)系與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型坐標(biāo)系，使定位器械和牙齒的數(shù)據(jù)模型準(zhǔn)確、統(tǒng)一地反映為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)牙科器械對牙齒的高精度操作。

本發(fā)明的基于牙套的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法還具備如下優(yōu)點(diǎn)：(1)采用基于球心位置的配準(zhǔn)法，配準(zhǔn)精度高；(2)輔助工具尺寸小，結(jié)構(gòu)精密，裝配精度高，安裝拆卸方便；(3)3D打印技術(shù)可為每20顆牙齒快速定制配準(zhǔn)工具；(4)配準(zhǔn)過程操作簡易。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。