CN106214175B - 一种估算三维牙轴的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种估算三维牙轴的方法，包括：将三维口腔CT图像转换为多张二维投影图像，根据所述二维投影图像提取三维牙轴。本申请还公开了一种估算三维牙轴的装置。在本申请的具体实施方式中，由于将三维口腔CT图像转换为多张二维投影图像，根据二维投影图像提取三维牙轴，本申请综合考虑了牙冠和牙根信息，只需要对每颗牙齿在多张二维投影图像上进行轮廓分割，无需在患者口腔CT图像中进行完整牙齿的分割，牙轴估算效率更高。同时，由于二维投影图像上牙根与牙槽骨的差异比原始的口腔CT图像中两者的差异更明显一些，牙齿轮廓分割更加容易，且估算的三维牙轴也更准确。
Description
技术领域
本申请涉及图像处理，尤其涉及一种估算三维牙轴的方法和装置。
背景技术
在口腔正畸与牙齿种植中，口腔医师需要借助牙轴进行治疗规划，牙轴的不准确和缺失可能导致方案规划的不合理和失败。现有很多技术仅利用牙冠进行牙轴估算，这样估算的牙轴因不能反映牙根的方位，结果不准确；且仅考虑牙冠信息不能确定仅有部分牙冠萌出或无牙冠萌出的阻生牙和埋伏牙的牙轴。随着计算机技术和口腔CT扫描技术的发展，口腔CT图像在口腔正畸与口腔修复中受到广泛应用。有些技术虽然利用口腔CT图像中完整的牙冠与牙根信息进行牙轴估算，但都需要首先从口腔CT图像中分割出完整的牙齿。由于口腔CT图像中牙根与牙槽骨灰度接近，完整牙齿的分割非常困难，这些技术容易造成牙轴估算失败。同时，同一患者的口腔CT图像一般有几百张，分割耗时长，效率低。
发明内容
本申请提供一种估算三维牙轴的方法和装置。
根据本申请的第一方面，本申请提供一种估算三维牙轴的方法，其特征在于，包括：
将三维口腔CT图像转换为多张二维投影图像，根据所述二维投影图像提取三维牙轴。
上述方法，所述将三维口腔CT图像转换为多张二维投影图像，根据所述二维投影图像提取三维牙轴，具体包括：
对三维口腔CT图像进行多次投影获得多张二维投影图像；
在所述二维投影图像中分别分割出牙齿轮廓；
根据所述牙齿轮廓提取二维轴线；
根据多个所述二维轴线合成三维牙轴。
上述方法，所述将所述二维投影图像分割出牙齿轮廓，具体包括：
对所述二维投影图像进行预处理；
采用自动或手动交互方式分割提取出牙齿二维轮廓。
上述方法，所述根据所述牙齿轮廓提取二维轴线，具体包括：
在二维投影图像上提取二维轴线，提取的二维轴线包括沿所述牙齿轮廓的长轴方向，并通过所述牙齿轮廓的质心点的直线。
上述方法，对三维口腔CT图像进行投影获得二维投影图像，具体包括：
将牙齿牙槽骨区域从所述三维口腔CT图像中提取出来；
从所述牙齿牙槽骨区域获取牙弓曲线；
将所述牙齿牙槽骨区域以所述牙弓曲线的法线方向为投影方向进行投影，得到第一张二维投影图像；
以所述第一张二维投影图像的二维牙齿轴线在其牙齿轮廓的左右平行轴线所确定的牙齿牙槽骨区域为投影区域，以过所述第一张二维投影图像的二维牙齿轴线的平面的法线为投影方向，对所述投影区域进行投影，得到多张二维投影图像。
根据本申请的第二方面，本申请提供一种估算三维牙轴的装置，所述装置，用于将三维口腔CT图像转换为多张二维投影图像，并根据所述二维投影图像提取三维牙轴。
上述装置中，所述装置包括：
投影模块，用于对三维口腔CT图像进行多次投影获得多张二维投影图像；
分割模块，用于在所述二维投影图像中分别分割出牙齿轮廓；
提取模块，用于根据所述牙齿轮廓提取二维轴线；
合成模块，用于根据多个所述二维轴线合成三维牙轴。
上述装置中，所述分割模块，还用于对所述二维投影图像进行预处理，对预处理后的二维投影图像，采用自动或手动交互方式分割提取出牙齿二维轮廓。
上述装置中，所述提取模块，还用于在二维投影图像上提取二维轴线，提取的二维轴线包括沿所述牙齿轮廓的长轴方向，并通过所述牙齿轮廓的质心点的直线。
上述装置中，所述投影模块，还用于将牙齿牙槽骨区域从所述三维口腔CT图像中提取出来，从所述牙齿牙槽骨区域获取牙弓曲线，将所述牙齿牙槽骨区域以所述牙弓曲线的法线方向为投影方向进行投影，得到第一张二维投影图像；以所述第一张二维投影图像的二维牙齿轴线在其牙齿轮廓的左右平行轴线所确定的牙齿牙槽骨区域为投影区域，以过所述第一张二维投影图像的二维牙齿轴线的平面的法线为投影方向，对所述投影区域进行投影，得到多张二维投影图像。
由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：
在本申请的具体实施方式中，由于将三维口腔CT图像转换为多张二维投影图像，根据二维投影图像提取三维牙轴，本申请综合考虑了牙冠和牙根信息，只需要对每颗牙齿在多张二维投影图像上进行轮廓分割，无需在患者口腔CT图像中进行完整牙齿的分割，牙轴估算效率更高。同时，由于二维投影图像上牙根与牙槽骨的差异比原始的口腔CT图像中两者的差异更明显一些，牙齿轮廓分割更加容易，且估算的三维牙轴也更准确。
附图说明
图1为本申请的方法在一种实施方式中的流程图；
图2为本申请的方法在一种实施方式中获得二维牙齿轮廓的流程图；
图3为本申请的方法在一种实施方式中获得二维投影图像的流程图；
图4为本申请的方法在另一种实施方式中获得二维投影图像的流程图；
图5为本申请的装置在一种实施方式中的功能模块示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
本申请的估算三维牙轴的方法，首先对口腔CT图像进行n(n≥2)次投影，然后在n张二维投影图像里分别分割出牙齿轮廓、提取牙齿轮廓的二维轴线，最后根据n根二维轴线合成一根三维轴线，即所求牙齿的三维牙轴。随着n的值增大，即投影次数增多，估算的牙轴精确度增高。以下以n=2为例进行说明。本申请的估算三维牙轴的方法，包括三个阶段。第一阶段即第1根二维轴线的提取。对输入的原始口腔CT图像进行第1次投影，然后在投影图像中分割牙齿二维轮廓、提取牙齿二维轴线。分割结果记为牙齿二维轮廓1，提取结果记为牙齿二维轴线1。第二阶段即第2根二维轴线的提取。对输入的原始口腔CT图像进行第2次投影（第2次投影方向与第1次投影方向不同），然后在投影图像上分割牙齿二维轮廓、提取牙齿二维轴线。分割结果记为牙齿二维轮廓2，提取结果记为牙齿二维轴线2。第三阶段即三维牙轴的合成。根据提取得到的两根二维轴线即牙齿二维轴线1和牙齿二维轴线2来合成三维轴线，即所估计的牙齿的三维牙轴。本技术不需要在几百张的口腔CT图像上进行完整牙齿的分割，只需要对每颗牙齿在2张投影图像中进行轮廓分割；且两张投影图上牙根与牙槽骨的差异比原始的口腔CT图像中两者的差异更明显，牙齿轮廓分割更加容易，所估算的三维牙轴更为准确。
实施例一：
本申请的估算三维牙轴的方法，其一种实施方式，包括：
将三维口腔CT图像转换为多张二维投影图像，根据二维投影图像提取三维牙轴。
如图1所示，本申请的估算三维牙轴的方法，其另一种实施方式，包括以下步骤：
步骤102：对三维口腔CT图像进行多次投影获得多张二维投影图像。
步骤104：在二维投影图像中分别分割出牙齿轮廓。
步骤106：根据牙齿轮廓提取二维轴线。
步骤108：根据多个二维轴线合成三维牙轴。
其中步骤104，具体可以包括：
步骤1042：对二维投影图像进行预处理；
步骤1044：对预处理后的二维投影图像，采用自动或手动交互方式分割提取出牙齿二维轮廓。在合成的二维投影图像中牙齿轮廓分割的一种实施方式如图2所示。首先对二维投影图像进行图像预处理。这里可以采用自适应阈值算法、Otsu阈值算法、高低帽滤波、butterfly滤波、双边滤波、自适应比例变换等方法中的一种或几种结合来进行图像预处理，提高二维投影图像中牙齿轮廓边界的清晰度。
由于第1张投影图像中包含了所有的牙齿，需要实现相邻牙齿的孤立。而第 n(n≥2)张投影图像上仅包含一颗牙齿，其本身即为独立牙齿区域，所以不需要进行下述相邻牙齿的孤立。在预处理之后的第1张投影图像上，上下牙颌之间的缝隙处及相邻牙齿之间的边界处灰度值较低，因此可以用上下牙颌之间及相邻牙齿之间灰度较低像素构成的直线或曲线将上下牙颌及相邻牙齿分开，实现独立牙齿的孤立。此时，二维投影图像将被这些分离线分割成小块，每一小块区域中只有一颗牙齿，即在二维投影图像上实现了独立牙齿的孤立。
在独立牙齿区域中，牙根周围常常会粘连一些牙槽骨组织，因此可以采用阈值分割、形态学运算、形状分析等算法去除牙根周围的部分牙槽骨组织，并以此时独立牙齿区域中面积最大的联通区域的边界作为初始牙齿轮廓。然后，可采用Moore边界追踪算法、graph-cut算法、活动轮廓、水平集等算法优化初始牙齿轮廓，即得二维牙齿轮廓。
其中步骤106，具体可以包括：
在二维投影图像上提取二维轴线，提取的二维轴线包括沿牙齿轮廓的长轴方向，并通过牙齿轮廓的质心点的直线。
步骤102中，对三维口腔CT图像进行投影获得第1张二维投影图像，具体可以包括：
步骤1022：在三维口腔CT图像中提取牙齿牙槽骨区域；
步骤1024：根据牙齿牙槽骨区域提取牙弓曲线；
步骤1026：对牙齿牙槽骨区域以所述牙弓曲线的法线方向为投影方向进行投影，得第1张投影图像。
第1张投影图像的合成流程如图3所示。本申请中将二维投影图像1的投影区域限定在口腔CT图像中牙齿牙槽骨区域。在口腔CT图像中提取牙齿牙槽骨区域的过程如下：在口腔CT图像中，由于骨骼组织（牙齿、牙槽骨、其它颌骨组织）与其他组织之间灰度差异较大，可采用阈值分割等方法从口腔CT图像中提取骨骼组织。对提取出的骨骼组织，采用开运算算法等方法将骨骼组织中的牙齿牙槽骨组织与颈骨等其他骨骼组织断开。此时，骨骼组织被分为几部分，其中体积最大的三维连通区域即为牙齿牙槽骨区域。然后，根据提取得到的牙齿牙槽骨区域获取牙弓曲线，以牙弓曲线的法线为投影方向。牙弓曲线可以在提取得到的牙齿牙槽骨区域的最大灰度投影图上通过细化、手动描点法结合样条曲线或其他多项式曲线拟合等方法得到。对提取得到的牙齿牙槽骨区域沿着牙弓曲线的法线进行投影即得第1张投影图像。
步骤102中，对三维口腔CT图像进行投影获得第n(n≥2)张投影图像的获取具体可以包括：
步骤1028：第n(n≥2)张投影图像的合成流程如图4所示。以所述第1张投影图像的二维牙齿轴线在其牙齿轮廓的左右平行轴线所确定的牙齿牙槽骨区域为投影区域。以过所述第1张投影图像的二维牙齿轴线的法线为投影方向，对所述投影区域进行投影，即得第n(n≥2)张投影图像。
实施例二：
本申请的估算三维牙轴的装置，用于将三维口腔CT图像转换为多张二维投影图像，并根据二维投影图像提取三维牙轴。
如图5所示，本申请的估算三维牙轴的装置，其另一种实施方式，可以包括投影模块、分割模块、提取模块和合成模块。其中，投影模块，用于对三维口腔CT图像进行多次投影获得多张二维投影图像；分割模块，用于分别将二维投影图像分割出牙齿轮廓；提取模块，用于根据牙齿轮廓提取二维轴线；合成模块，用于根据多个二维轴线合成三维牙轴。
在一种实施方式中，分割模块还用于对二维投影图像进行预处理，对预处理后的二维投影图像，采用自动或手动交互方式分割提取出牙齿二维轮廓。
在合成的二维投影图像中牙齿轮廓分割的一种实施方式如图2所示。首先对二维投影图像进行图像预处理。这里可以采用自适应阈值算法、Otsu阈值算法、高低帽滤波、butterfly滤波、双边滤波、自适应比例变换等方法中的一种或几种结合来进行图像预处理，提高二维投影图像中牙齿轮廓边界的清晰度。
由于第1张投影图像中包含了所有的牙齿，需要实现相邻牙齿的孤立。而第 n(n≥2)张投影图像上仅包含一颗牙齿，其本身即为独立牙齿区域，所以不需要进行下述相邻牙齿的孤立。在预处理之后的第1张投影图像上，上下牙颌之间的缝隙处及相邻牙齿之间的边界处灰度值较低，因此可以用上下牙颌之间及相邻牙齿之间灰度较低像素构成的直线或曲线将上下牙颌及相邻牙齿分开，实现独立牙齿的孤立。此时，二维投影图像将被这些分离线分割成小块，每一小块区域中只有一颗牙齿，即在二维投影图像上实现了独立牙齿的孤立。
在独立牙齿区域中，牙根周围常常会粘连一些牙槽骨组织，因此可以采用阈值分割、形态学运算、形状分析等算法去除牙根周围的部分牙槽骨组织，并以此时独立牙齿区域中面积最大的联通区域的边界作为初始牙齿轮廓。然后，可采用Moore边界追踪算法、graph-cut算法、活动轮廓、水平集等算法优化初始牙齿轮廓，即得二维牙齿轮廓。
本申请的提取模块，还用于在二维投影图像上提取二维轴线，提取的二维轴线包括沿所述牙齿轮廓的长轴方向，并通过牙齿轮廓的质心点的直线。
在一种实施方式中，投影模块还用于获取第1张和第n(n≥2)张投影图像。
第1张投影图像的获取方式为：在三维口腔CT图像中提取牙齿牙槽骨区域；根据牙齿牙槽骨区域提取牙弓曲线；对牙齿牙槽骨区域以所述牙弓曲线的法线方向为投影方向进行投影，得第1张投影图像。
第1张投影图像的合成流程如图3所示。本申请将二维投影图像1的投影区域限定在口腔CT图像中牙齿牙槽骨区域。在口腔CT图像中提取牙齿牙槽骨区域的过程如下：在口腔CT图像中，由于骨骼组织（牙齿、牙槽骨、其它颌骨组织）与其他组织之间灰度差异较大，可采用阈值分割等方法从口腔CT图像中提取骨骼组织。对提取出的骨骼组织，采用开运算算法等方法将骨骼组织中的牙齿牙槽骨组织与颈骨等其他骨骼组织断开。此时，骨骼组织被分为几部分，其中体积最大的三维连通区域即为牙齿牙槽骨区域。然后，根据提取得到的牙齿牙槽骨区域获取牙弓曲线，以牙弓曲线的法线为投影方向。牙弓曲线可以在提取得到的牙齿牙槽骨区域的最大灰度投影图上通过细化、手动描点法结合样条曲线或其他多项式曲线拟合等方法得到。对提取得到的牙齿牙槽骨区域沿着牙弓曲线的法线进行投影即得第1张投影图像。
第n(n≥2)张投影图像的合成流程如图4所示。对三维口腔CT图像进行投影获得第n(n≥2)张投影图像的获取具体可以包括：以所述第1张投影图像的二维牙齿轴线在其牙齿轮廓的左右平行轴线所确定的牙齿牙槽骨区域为投影区域。以过所述第1张投影图像的二维牙齿轴线的法线为投影方向对所述投影区域进行投影，即得第n(n≥2)张投影图像。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (6)
1.一种估算三维牙轴的方法，其特征在于，包括：
将三维口腔CT图像转换为多张二维投影图像，根据每颗牙齿的所述二维投影图像提取三维牙轴；
所述将三维口腔CT图像转换为多张二维投影图像，根据每颗牙齿的所述二维投影图像提取三维牙轴，具体包括：
对三维口腔CT图像进行多次投影获得多张二维投影图像；
在每颗牙齿的所述二维投影图像中分别分割出牙齿轮廓；
根据每颗牙齿的所述牙齿轮廓提取二维轴线；
根据每颗牙齿的多个所述二维轴线合成三维牙轴；
对三维口腔CT图像进行投影获得二维投影图像，具体包括：
将牙齿牙槽骨区域从所述三维口腔CT图像中提取出来；
从所述牙齿牙槽骨区域获取牙弓曲线；
将所述牙齿牙槽骨区域以所述牙弓曲线的法线方向为投影方向进行投影，得到第一张二维投影图像；
以所述第一张二维投影图像的二维牙齿轴线在其牙齿轮廓的左右平行轴线所确定的牙齿牙槽骨区域为投影区域，以过所述第一张二维投影图像的二维牙齿轴线的平面的法线为投影方向，对所述投影区域进行投影，得到多张二维投影图像。
2.如权利要求1所述的估算三维牙轴的方法，其特征在于，所述根据所述二维投影图像分割出牙齿轮廓，具体包括：
对所述二维投影图像进行预处理；
对预处理后的二维投影图像，采用自动或手动交互方式分割提取出牙齿二维轮廓。
3.如权利要求1所述的估算三维牙轴的方法，其特征在于，所述根据所述牙齿轮廓提取二维轴线，具体包括：
在二维投影图像上提取二维轴线，提取的二维轴线包括沿所述牙齿轮廓的长轴方向，并通过所述牙齿轮廓的质心点的直线。
4.一种估算三维牙轴的装置，其特征在于，
所述装置，用于将三维口腔CT图像转换为多张二维投影图像，并根据每颗牙齿的所述二维投影图像提取三维牙轴；
所述装置具体包括：
投影模块，用于对三维口腔CT图像进行多次投影获得多张二维投影图像；
分割模块，用于在每颗牙齿的所述二维投影图像中分别分割出牙齿轮廓；
提取模块，用于根据每颗牙齿的所述牙齿轮廓提取二维轴线；
合成模块，用于根据每颗牙齿的多个所述二维轴线合成三维牙轴；
所述投影模块，还用于将牙齿牙槽骨区域从所述三维口腔CT图像中提取出来，从所述牙齿牙槽骨区域获取牙弓曲线，将所述牙齿牙槽骨区域以所述牙弓曲线的法线方向为投影方向进行投影，得到第一张二维投影图像；以所述第一张二维投影图像的二维牙齿轴线在其牙齿轮廓的左右平行轴线所确定的牙齿牙槽骨区域为投影区域，以过所述第一张二维投影图像的二维牙齿轴线的平面的法线为投影方向，对所述投影区域进行投影，得到多张二维投影图像。
5.如权利要求4所述的估算三维牙轴的装置，其特征在于，
所述分割模块，还用于对所述二维投影图像进行预处理，对预处理后的二维投影图像，采用自动或手动交互方式分割提取出牙齿二维轮廓。
6.如权利要求4所述的估算三维牙轴的装置，其特征在于，
所述提取模块，还用于在二维投影图像上提取二维轴线，提取的二维轴线包括沿所述牙齿轮廓的长轴方向，并通过所述牙齿轮廓的质心点的直线。
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| Title |
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| CT图像中牙齿的半自动分割及应用;吴琳;《中国优秀硕士学位论文全文数据库医药卫生科技辑》;20160715;第2016卷(第07期);第5页第3段，第7-31,53-56页 * |
| 基于三维CT图像的牙齿牙根方向计算及其应用;林斌;《中国优秀硕士学位论文全文数据库医药卫生科技辑》;20130715;第2013卷(第07期);第5-6，11-20,27-34,58-59页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106214175A (zh) | 2016-12-14 |
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