CN106251284A - 基于牙套的医学图像配准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于牙套的医学图像配准方法，其包括如下步骤：S1、获取定位凹槽在所述计算机数据模型坐标系中的坐标信息；S2、获取定位凹槽在牙科手机的***械所在空间坐标系中的坐标信息；S3、将定位凹槽的坐标系转换到参考板坐标系下；S4、基于步骤S1中定位凹槽在计算机数据模型坐标系中的坐标信息和S3中的定位凹槽在参考板坐标系中的坐标信息，利用配准法将牙科手机的***械所在空间坐标系转换到计算机数据模型坐标系中。本发明用于统一***械所在的空间坐标系与计算机数据模型坐标系，使***械和牙齿的数据模型准确、统一地反映为计算机数据模型，实现牙科器械对牙齿的高精度操作。

Description

基于牙套的医学图像配准方法

技术领域

本发明涉及医学图像技术领域，尤其涉及一种基于牙套的医学图像配准方法。

背景技术

计算机辅助手术导航技术是集医学、计算机技术、材料学、机械等多学科为一体的交叉领域。主要用途为使用计算机图形学技术模拟医学手术所涉及的各种过程，比如手术规划、手术导航、辅助性治疗规划等。

然而，虽然利用计算机辅助手术导航技术能够用于辅助手术中的导航定位，但是，对于口腔医学领域，还存在手术器械坐标与病人牙齿坐标不统一的问题。

因此，针对上述难点，有必要提出进一步的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于牙套的医学图像配准方法，以克服现有技术中存在的不足。

为实现上述发明目的，本发明提一种基于牙套的医学图像配准方法，其包括如下步骤：

S1、建立牙齿的计算机数据模型，制作与患者牙齿相配合的牙套，所述牙套的表面设置有定位凹槽，将所述牙套装配在对应的牙齿上，获取定位凹槽在所述计算机数据模型坐标系中的坐标信息；

S2、将参考板固定于人体牙颌或者仿真牙颌上，利用安装有钻针的牙科手机，获取定位凹槽在牙科手机的***械所在空间坐标系中的坐标信息；

S3、根据参考板所在空间坐标系与导航仪坐标系的转换关系，以及牙科手机的***械所在空间坐标系与导航仪坐标系的转换关系，将定位凹槽的坐标系转换到参考板坐标系下；

S4、基于步骤S1中定位凹槽在计算机数据模型坐标系中的坐标信息和S3中的定位凹槽在参考板坐标系中的坐标信息，利用配准法将牙科手机的***械所在空间坐标系转换到计算机数据模型坐标系中。

作为本发明的基于牙套的医学图像配准方法的改进，所述步骤S1中，根据患者牙齿的咬合面特征，通过3D打印或模具制造的方式，制作与患者牙齿相配合的牙套。

作为本发明的基于牙套的医学图像配准方法的改进，所述步骤S1中，所述定位凹槽为若干个，若干个定位凹槽分布于牙套表面选定的位置上。

作为本发明的基于牙套的医学图像配准方法的改进，所述步骤S1中，所述定位凹槽为半球形。

作为本发明的基于牙套的医学图像配准方法的改进，所述步骤S1中，所述牙套的材料为树脂材料。

作为本发明的基于牙套的医学图像配准方法的改进，所述步骤S2还包括：参考板与牙齿相对位置固定不变，根据参考板与牙齿的相对位置关系，先将定位凹槽坐标转换到参考板坐标系中，之后通过配准法把参考板坐标系中定位凹槽的坐标配准到牙齿计算机数据模型坐标系中。

作为本发明的基于牙套的医学图像配准方法的改进，所述步骤S2中，所述钻针为球形钻针，所述球形钻针的前端为球形，所述球形前端的直径与所述半球形凹槽的直径相等。

作为本发明的基于牙套的医学图像配准方法的改进，所述步骤S2具体包括：

将球形钻针的端部依次放置于各半球形定位凹槽中，并使钻针和定位凹槽重合，根据钻针与牙科手机的位置关系，获取定位凹槽在牙科手机的***械所在空间坐标系中的坐标信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的基于牙套的医学图像配准方法本发明用于统一***械所在的空间坐标系与计算机数据模型坐标系，使***械和牙齿的数据模型准确、统一地反映为计算机数据模型，实现牙科器械对牙齿的高精度操作。

本发明的基于牙套的医学图像配准方法还具备如下优点：(1)采用基于球心位置的配准法，配准精度高；(2)辅助工具尺寸小，结构精密，装配精度高，安装拆卸方便；(3)3D打印技术可为每20颗牙齿快速定制配准工具；(4)配准过程操作简易。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的基于牙套的医学图像配准方法的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

本发明的基于牙套的医学图像配准方法用于统一***械所在的空间坐标系与牙齿所处坐标系，使***械和牙齿的数据模型准确、统一地反映为计算机数据模型，实现牙科器械对牙齿的高精度操作。

如图1所示，本发明的基于牙套的医学图像配准方法包括如下步骤S1～S4：

S1、建立牙齿的计算机数据模型，制作与患者牙齿相配合的牙套，所述牙套的表面设置有定位凹槽，将所述牙套装配在对应的牙齿上，获取定位凹槽在所述计算机数据模型坐标系中的坐标信息。

其中，建立牙齿的计算机数据模型，定位凹槽在计算机数据模型坐标系中的坐标已知。制作与患者牙齿相配合的牙套时，根据患者牙齿的咬合面特征，通过3D打印或模具制造的方式，制作与患者牙齿相配合的牙套。制作的牙套具有与牙齿外表面完全一致的配合面，通过该配合面可将牙套紧密地安装在对应的牙齿上。优选地，所述牙套的材料为树脂材料。采用3D打印的方式可为每个牙齿快速定制配准工具。

进一步地，所述定位凹槽为若干个，若干个定位凹槽分布于牙套表面选定的位置上。优选地，所述定位凹槽为半球形，此时，当获取定位凹槽相对牙齿以及牙科手机所在坐标系的坐标信息时，基于所述半球形凹槽的球心。

S2、将参考板固定于人体牙颌或者仿真牙颌上，利用安装有钻针的牙科手机，获取定位凹槽在牙科手机的***械所在空间坐标系中的坐标信息。

其中，获取定位凹槽在牙科手机的***械所在空间坐标系中的坐标信息时，首先，将参考板固定于患者口腔内的牙颌上，然后，利用参考板与牙齿相对位置不变的关系，确定牙齿实物坐标系，即参考板坐标系为牙齿实物的坐标系。此处所称参考板是指，固定于仿真牙颌或病人的牙颌上，与牙齿的相对位置关系固定，可被光学导航仪实时地识别，用来追踪牙齿的空间位置的***械。

进一步地，根据定位凹槽与牙齿的相对位置关系，获取定位凹槽在牙齿所在空间坐标系中的坐标信息。其中，带有***械的牙科手机，是在牙科手机的尾部安装了计算机视觉导航定位装置，可在手术导航过程中，被光学导航仪实时地识别，从而实现了追踪器械的空间位置。

为了与半球形定位凹槽相配合，所述钻针优选为球形钻针。此时，所述球形钻针的前端为球形，所述球形前端的直径与所述半球形凹槽的直径相等。

基于所述球形钻针，所述步骤S2还包括：将球形钻针的端部依次放置于各半球形定位凹槽中，并使钻针和定位凹槽重合，根据钻针与牙科手机的位置关系，获取定位凹槽在牙科手机的***械所在空间坐标系中的坐标信息。

此外，所述步骤S2还包括：参考板与牙齿相对位置固定不变，根据参考板与牙齿的相对位置关系，先将定位凹槽坐标转换到参考板坐标系中，之后通过配准法把参考板坐标系中定位凹槽的坐标配准到牙齿计算机数据模型坐标系中。

S3、根据参考板所在空间坐标系与导航仪坐标系的转换关系，以及牙科手机的***械所在空间坐标系与导航仪坐标系的转换关系，将定位凹槽的坐标系转换到参考板坐标系下。

其中，当定位凹槽为半球形时，所述配准法基于所述半球形定位凹槽的球心位置，具有配准精度高的优点。

所述导航仪是计算机辅助手术导航***的主要组成部分，一般由两个CCD相机为主的光学***、图形图像处理模块和数据传输模块组成。在手术进行过程中，光学***实时对导航***械上传感标记点进行成像，图形图像处理模块通过光学***拍摄的图片计算出器械的三维空间位置坐标，数据传输模块将获取的三维位置信息反馈给手术导航软件，进行后续的手术模拟过程。

S4、基于步骤S1中定位凹槽在计算机数据模型坐标系中的坐标信息和S3中的定位凹槽在参考板坐标系中的坐标信息，利用配准法将牙科手机的***械所在空间坐标系转换到计算机数据模型坐标系中。

导航仪获取了手机***械在空间中的位置信息，转换到计算机数据模型坐标系后，将数据传输到种植牙手术导航软件中，软件仿真同一坐标系下的牙齿数据模型和牙科手机数据模型，进而，实现了对手术过程的实时模拟与导航。

综上所述，本发明的基于牙套的医学图像配准方法本发明用于统一***械所在的空间坐标系与计算机数据模型坐标系，使***械和牙齿的数据模型准确、统一地反映为计算机数据模型，实现牙科器械对牙齿的高精度操作。

本发明的基于牙套的医学图像配准方法还具备如下优点：(1)采用基于球心位置的配准法，配准精度高；(2)辅助工具尺寸小，结构精密，装配精度高，安装拆卸方便；(3)3D打印技术可为每20颗牙齿快速定制配准工具；(4)配准过程操作简易。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于牙套的医学图像配准方法，其特征在于，所述医学图像配准方法包括如下步骤：

S1、建立牙齿的计算机数据模型，制作与患者牙齿相配合的牙套，所述牙套的表面设置有定位凹槽，将所述牙套装配在对应的牙齿上，获取定位凹槽在所述计算机数据模型坐标系中的坐标信息；

S2、将参考板固定于人体牙颌或者仿真牙颌上，利用安装有钻针的牙科手机，获取定位凹槽在牙科手机的***械所在空间坐标系中的坐标信息；

S3、根据参考板所在空间坐标系与导航仪坐标系的转换关系，以及牙科手机的***械所在空间坐标系与导航仪坐标系的转换关系，将定位凹槽的坐标系转换到参考板坐标系下；

S4、基于步骤S1中定位凹槽在计算机数据模型坐标系中的坐标信息和S3中的定位凹槽在参考板坐标系中的坐标信息，利用配准法将牙科手机的***械所在空间坐标系转换到计算机数据模型坐标系中。

2.根据权利要求1所述的基于牙套的医学图像配准方法，其特征在于，所述步骤S1中，根据患者牙齿的咬合面特征，通过3D打印或模具制造的方式，制作与患者牙齿相配合的牙套。

3.根据权利要求1所述的基于牙套的医学图像配准方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述定位凹槽为若干个，若干个定位凹槽分布于牙套表面选定的位置上。

4.根据权利要求1所述的基于牙套的医学图像配准方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述定位凹槽为半球形。

5.根据权利要求1所述的基于牙套的医学图像配准方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述牙套的材料为树脂材料。

6.根据权利要求1所述的基于牙套的医学图像配准方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：参考板与牙齿相对位置固定不变，根据参考板与牙齿的相对位置关系，先将定位凹槽坐标转换到参考板坐标系中，之后通过配准法把参考板坐标系中定位凹槽的坐标配准到牙齿计算机数据模型坐标系中。

7.根据权利要求4所述的基于牙套的医学图像配准方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述钻针为球形钻针，所述球形钻针的前端为球形，所述球形前端的直径与所述半球形凹槽的直径相等。

8.根据权利要求7所述的基于牙套的医学图像配准方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

将球形钻针的端部依次放置于各半球形定位凹槽中，并使钻针和定位凹槽重合，根据钻针与牙科手机的位置关系，获取定位凹槽在牙科手机的***械所在空间坐标系中的坐标信息。