一種牙頜黑三角的自動(dòng)檢測(cè)和修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無托槽隱形矯治器領(lǐng)域，特別是在制作無托槽隱形矯治器時(shí)檢測(cè)牙頒黑三角和修復(fù)牙頒黑三角的方法。
技術(shù)背景
[0002]隨著計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)以及掃描技術(shù)的快速發(fā)展，無托槽隱形矯治技術(shù)已廣泛應(yīng)用到臨床口腔正畸中。無托槽隱形矯治器是一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制作的透明彈性材料活動(dòng)矯正裝置，它是一序列連續(xù)的矯治裝置，通過不斷的小范圍牙移動(dòng)達(dá)到牙齒的矯治目的。
[0003]制作無托槽隱形矯治器時(shí)，要現(xiàn)將患者的牙頒模型進(jìn)行數(shù)字化處理。模型數(shù)字化主要是指根據(jù)患者的牙頒印模，利用掃描設(shè)備，實(shí)現(xiàn)患者牙頒的三維虛擬模型重建。操作技師根據(jù)三維虛擬模型分離出單個(gè)的牙齒模型，通過再將目標(biāo)牙齒單獨(dú)移動(dòng)到目標(biāo)位置，完成矯治方案的設(shè)計(jì)。
[0004]對(duì)于牙齦萎縮的患者，由于鄰間齦乳頭不能完全覆蓋齦楔狀隙而形成三角形間隙，該三角形間隙俗稱“黑三角”。黑三角往往給數(shù)字化模型的后續(xù)處理帶來困難，尤其是單個(gè)牙齒的分離操作無法進(jìn)行，因此，在進(jìn)行矯治方案設(shè)計(jì)時(shí)，必須首先消除牙頒黑三角。
[0005]傳統(tǒng)黑三角處理方法為人工檢測(cè)，即操作技師逐個(gè)查看相鄰牙齒的間隙，憑經(jīng)驗(yàn)確定是否存在黑三角。這種檢測(cè)方法的缺點(diǎn)是:效率低下，且容易遺漏；而一旦遺漏，往往需要重啟整個(gè)處理流程。
[0006]人工修復(fù)是利用Geomagic等模型處理軟件，反復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)刪除和修補(bǔ)操作。人工修復(fù)的缺點(diǎn)是操作繁瑣，且不直觀，操作者之間的處理結(jié)果也會(huì)有較大的差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服人工檢測(cè)和修復(fù)黑三角存在效率低下，容易遺漏，操作繁瑣的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種能夠自動(dòng)檢測(cè)并修復(fù)黑三角，準(zhǔn)確性高，效率高的牙頒黑三角的自動(dòng)檢測(cè)和修復(fù)方法。
[0008]一種牙頒黑三角的自動(dòng)檢測(cè)和修復(fù)方法，包括以下步驟:
I )、將患者牙頒進(jìn)行三維虛擬重建，形成牙頒模型；
2)、牙頒模型采用空間三角網(wǎng)格M=(G，R)表示，其中G=(V，E，F(xiàn))是由頂點(diǎn)集V={vi}、邊集E={(vi，vj)}、三角形面集F={(vi，vj, vk)}組成的連通圖，且網(wǎng)格模型滿足二維流形性質(zhì)；
3)、應(yīng)用網(wǎng)格平面參數(shù)化方法，將空間三角網(wǎng)格M進(jìn)行平面參數(shù)化形成平面三角網(wǎng)格P，空間三角網(wǎng)格M與平面三角網(wǎng)格P拓?fù)渖贤瑯?gòu)；
4)、檢測(cè)平面三角網(wǎng)格P上的所有相交三角形面集，將相交三角形面集記為T，根據(jù)網(wǎng)格拓?fù)潢P(guān)系，尋找到相交三角形面集T中的所有連通區(qū)域，連通區(qū)域之間相互獨(dú)立，每個(gè)連通區(qū)域構(gòu)成空間三角網(wǎng)格M的一個(gè)黑三角；
5)、分別將每個(gè)黑三角與牙頒模型分離，并將分離后的黑三角區(qū)域刪除，原黑三角在牙頒模型上形成孔洞；
6)、將牙頒模型的每個(gè)孔洞分別進(jìn)行平滑和修復(fù)，得到修復(fù)黑三角后的新牙頒模型。
[0009]進(jìn)一步，步驟5)的具體操作方法包括:
(5.1)、對(duì)于檢測(cè)得到的每個(gè)黑三角，計(jì)算組成該黑三角連通區(qū)域的最小二乘平面，該最小二乘平面與空間三角網(wǎng)格M求交獲得若干條交線，這些交線中、封閉的交線即為黑三角的分割線；
(5.2)、根據(jù)每個(gè)黑三角分割線，得到相應(yīng)的待分裂的三角形面集，所有與黑三角分割線相交的三角形組成所述的待分裂的三角形面集；根據(jù)預(yù)定的系統(tǒng)誤差要求，以及網(wǎng)格的拓?fù)潢P(guān)系，將待分裂的三角形面集按照三角形的連接關(guān)系逐步向外拓展，直到待分裂的三角形面集與牙頒模型分開；
(5.3)、刪除空間三角網(wǎng)格M上擴(kuò)張得到的區(qū)域、形成若干個(gè)孔洞。
[0010]進(jìn)一步，步驟6)的具體操作方法包括:
(6.1)、分別對(duì)每個(gè)孔洞邊界進(jìn)行平滑；
(6.2)、利用RBF (徑向基函數(shù))算法，完成孔洞修補(bǔ)，完成黑三角修復(fù)。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:能夠自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別出牙頒模型上的黑三角，無需人工經(jīng)驗(yàn)干預(yù)，具有準(zhǔn)確性高，效率高的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0012]圖1是用空間三角網(wǎng)格表示牙頒模型的示意圖和黑三角部分的放大示意圖。
[0013]圖2是平面參數(shù)化后形成的平面三角網(wǎng)格表示的牙頒模型的示意圖和黑三角部分的放大示意圖。
[0014]圖3是步驟4)檢測(cè)得到的一個(gè)黑三角的示意圖。
[0015]圖4是步驟5)中獲得的最小二乘平面的示意圖。
[0016]圖5是步驟5)中最小二乘平面與空間三角網(wǎng)格牙頒模型相交形成的黑三角分割線的示意圖。
[0017]圖6是步驟6)中分裂區(qū)域的示意圖。
[0018]圖7是步驟7)中刪除分裂區(qū)域后的牙頒模型的示意圖。
[0019]圖8是步驟8)對(duì)每個(gè)孔洞平滑后的示意圖。
[0020]圖9是修復(fù)黑三角后的示意圖。
[0021]圖10是本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖10所示，一種牙頒黑三角的自動(dòng)檢測(cè)和修復(fù)方法，包括以下步驟:
I )、將患者牙頒進(jìn)行三維虛擬重建，形成牙頒模型；
2)、牙頒模型采用空間三角網(wǎng)格M=(G，R)表示，其中G=(V，E，F(xiàn))是由頂點(diǎn)集V={vi}、邊集E={(vi，vj)}、三角形面集F={(vi，vj, vk)}組成的連通圖，且網(wǎng)格模型滿足二維流形性質(zhì)；如圖1所示。
[0023]3)、應(yīng)用網(wǎng)格平面參數(shù)化方法，將空間三角網(wǎng)格M進(jìn)行平面參數(shù)化形成平面三角網(wǎng)格P，空間三角網(wǎng)格M與平面三角網(wǎng)格P拓?fù)渖贤瑯?gòu)；如圖2所示。
[0024]4)、檢測(cè)平面三角網(wǎng)格P上的相交三角形面集T，根據(jù)網(wǎng)格拓?fù)潢P(guān)系，將相交三角形面集T分割成多個(gè)連通區(qū)域，每個(gè)連通區(qū)域構(gòu)成空間三角網(wǎng)格M的一個(gè)黑三角。根據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析，如果牙頒存在黑三角，那么平面三角網(wǎng)格P上相應(yīng)區(qū)域的三角形面集必自相交。因此，只需要找出相交的三角形面集即可得到黑三角，如圖3所示。
[0025]5)、分別將每個(gè)黑三角與牙頒模型分離，并將分離后的黑三角區(qū)域刪除，原黑三角在牙頒模型上形成孔洞；
(5.1)、對(duì)于檢測(cè)得到的每個(gè)黑三角，利用PCA (主成分分析)算法，計(jì)算組成該黑三角連通區(qū)域的最小二乘平面，該最小二乘平面與空間三角網(wǎng)格M求交獲得若干條交線，這些交線中、封閉的交線即為黑三角的分割線；如圖4、5所示。
[0026](5.2)、根據(jù)每個(gè)黑三角分割線，得到相應(yīng)的待分裂的三角形面集，根據(jù)預(yù)定的系統(tǒng)誤差要求(一般為0.5mm)，以及網(wǎng)格的拓?fù)潢P(guān)系，將待分裂的三角形面集按照三角形的連接關(guān)系逐步向外拓展，直到待分裂的三角形面集與牙頒模型分開，如圖6所示。
[0027](5.3)、刪除空間三角網(wǎng)格M上擴(kuò)張得到的區(qū)域，形成若干個(gè)孔洞，如圖7所示。
[0028]6)、將牙頒模型的每個(gè)孔洞分別進(jìn)行平滑和修復(fù)，得到修復(fù)黑三角后的新牙頒模型；
(6.1)、利用Laplace算法，分別對(duì)每個(gè)孔洞邊界進(jìn)行平滑，如圖8所示。
[0029](6.2)、利用RBF (徑向基函數(shù))算法，完成孔洞修補(bǔ)，完成黑三角修復(fù)，如圖9所示。
[0030]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:能夠自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別出牙頒模型上的黑三角，無需人工經(jīng)驗(yàn)干預(yù)，具有準(zhǔn)確性高，效率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0031]本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種牙頒黑三角的自動(dòng)檢測(cè)和修復(fù)方法，包括以下步驟: I)、將患者牙頒進(jìn)行三維虛擬重建，形成牙頒模型； 2)、牙頒模型采用空間三角網(wǎng)格M=(G，R)表示，其中G=(V，E，F(xiàn))是由頂點(diǎn)集V={vi}、邊集E={(vi，vj)}、三角形面集F={(vi，vj, vk)}組成的連通圖，且網(wǎng)格模型滿足二維流形性質(zhì)； 3)、應(yīng)用網(wǎng)格平面參數(shù)化方法，將空間三角網(wǎng)格M進(jìn)行平面參數(shù)化形成平面三角網(wǎng)格P，空間三角網(wǎng)格M與平面三角網(wǎng)格P拓?fù)渖贤瑯?gòu)； 4)、檢測(cè)平面三角網(wǎng)格P上的所有相交三角形面集，將相交三角形面集記為T，根據(jù)網(wǎng)格拓?fù)潢P(guān)系，尋找到相交三角形面集T中的所有連通區(qū)域，連通區(qū)域之間相互獨(dú)立，每個(gè)連通區(qū)域構(gòu)成空間三角網(wǎng)格M的一個(gè)黑三角； 5)、分別將每個(gè)黑三角與牙頒模型分離，并將分離后的黑三角區(qū)域刪除，原黑三角在牙頒模型上形成孔洞； 6)、將牙頒模型的每個(gè)孔洞分別進(jìn)行平滑和修復(fù)，得到修復(fù)黑三角后的新牙頒模型。
2.如權(quán)利要求1所述的牙頒黑三角的自動(dòng)檢測(cè)和修復(fù)方法，其特征在于:步驟5)的具體操作方法包括: (5.1)、對(duì)于檢測(cè)得到的每個(gè)黑三角，計(jì)算組成該黑三角連通區(qū)域的最小二乘平面，該最小二乘平面與空間三角網(wǎng)格M求交獲得若干條交線，這些交線中、封閉的交線即為黑三角的分割線； (5.2)、根據(jù)每個(gè)黑三角分割線，得到相應(yīng)的待分裂的三角形面集，所有與黑三角分割線相交的三角形組成所述的待分裂的三角形面集；根據(jù)預(yù)定的系統(tǒng)誤差要求，以及網(wǎng)格的拓?fù)潢P(guān)系，將待分裂的三角形面集按照三角形的連接關(guān)系逐步向外拓展，直到待分裂的三角形面集與牙頒模型分開； (5.3)、刪除空間三角網(wǎng)格M上擴(kuò)張得到的區(qū)域、形成若干個(gè)孔洞。
3.如權(quán)利要求2所述的牙頒黑三角的自動(dòng)檢測(cè)和修復(fù)方法，其特征在于:步驟6)的具體操作方法包括: (6.1)、分別對(duì)每個(gè)孔洞邊界進(jìn)行平滑； (6.2)、利用RBF (徑向基函數(shù))算法，完成孔洞修補(bǔ)，完成黑三角修復(fù)。
【專利摘要】一種牙頜黑三角的自動(dòng)檢測(cè)和修復(fù)方法包括將患者牙頜進(jìn)行三維虛擬重建，形成牙頜模型；牙頜模型采用空間三角網(wǎng)格M表示；將空間三角網(wǎng)格M進(jìn)行平面參數(shù)化形成平面三角網(wǎng)格P；檢測(cè)平面三角網(wǎng)格P上的所有相交三角形面集，將相交三角形面集記為T，尋找到相交三角形面集T中的所有連通區(qū)域，連通區(qū)域之間相互獨(dú)立，每個(gè)連通區(qū)域構(gòu)成空間三角網(wǎng)格M的一個(gè)黑三角；分別將每個(gè)黑三角與牙頜模型分離，并將分離后的黑三角區(qū)域刪除，原黑三角在牙頜模型上形成孔洞；將牙頜模型的每個(gè)孔洞分別進(jìn)行平滑和修復(fù)，得到修復(fù)黑三角后的新牙頜模型。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：能夠自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別出牙頜模型上的黑三角，無需人工經(jīng)驗(yàn)干預(yù)，具有準(zhǔn)確性高，效率高的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G06T17-30, G06T7-00
【公開號(hào)】CN104599327
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510047765
【發(fā)明人】陳飛舟
【申請(qǐng)人】杭州一牙數(shù)字口腔有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日