CN110135397B - 一种识别三维牙齿模型中牙冠部分的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种识别三维牙齿模型中牙冠部分的方法，包括：遍历牙颌模型各顶点，计算并确定第一凹点集合S；确定需要识别的牙冠数量m；按照实际牙冠的排列顺序依次对每个牙冠的模型进行识别，得到牙冠集合T＝{T1，T2，…，Tm}，T1，T2，…，Tm表示各牙冠；遍历牙冠集合T，判断相邻两个牙冠的边界顶点集合是否有重叠情况，若没有，则结束；若有，则去除重叠。本发明能够有效提高识别效率和精确度。

Description

一种识别三维牙齿模型中牙冠部分的方法

技术领域

本发明涉及牙冠识别技术领域。

背景技术

牙冠识别是通过专业的计算机软件，在患者单个牙颌面中勾勒出单颗目标牙冠部分的操作。通过3D扫描患者的牙齿模型，得到可以在计算机中展示的三维牙齿模型文件，经过牙冠识别操作后，获取每颗牙齿牙冠部分的三维特征信息。

目前已经广泛应用的牙冠识别技术，主要存在两大缺陷：

1)牙齿模型质量依赖性高。牙齿模型的扫描精度不高，造成在牙冠与牙龈、牙冠与牙冠分割边界处的凹陷不明显，造成无法精确地识别到牙冠与牙龈、牙冠与牙冠的分割边界。

2)适应范围存在局限性。牙冠与牙龈、牙冠与牙冠分割边界处没有明显凹陷的区域，识别到的牙冠与牙龈、牙冠与牙冠之间的分割边界不精确。牙冠与牙龈、牙冠与牙冠分割分界处有明显凹陷的区域，识别到的牙冠与牙龈、牙冠与牙冠之间的分割边界没有准确的达到凹陷区域。

以上问题降低了牙冠识别操作的工作效率以及牙冠识别的精确程度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种识别三维牙齿模型中牙冠部分的方法，有效提高识别效率和精确度。

实现上述目的的技术方案是：

一种识别三维牙齿模型中牙冠部分的方法，包括：

遍历牙颌模型各顶点，计算并确定第一凹点集合S；

确定需要识别的牙冠数量m；

按照实际牙冠的排列顺序依次对每个牙冠的模型进行识别，得到牙冠集合T＝{T1，T2，…，Tm}，T1，T2，…，Tm表示各牙冠；

遍历牙冠集合T，判断相邻两个牙冠的边界顶点集是否有重叠情况，若没有，则结束；若有，则去除重叠。

优选的，通过对牙颌模型的每个顶点计算该顶点法矢与其邻域三角面法矢的夹角均值a，若夹角均值a<90度，则该顶点为凹点，将其加入第一凹点集合S中。

优选的，对每个牙冠的模型进行识别，包括：

确定单颗牙冠的右分割平面plane1和左分割平面plane2；

遍历第一凹点集合S，找出右分割平面plane1和左分割平面plane2之间的第二凹点集合S1；

去除第二凹点集合S1中不是分割牙冠与牙龈、牙冠与牙冠的凹点，得到第三凹点集合S2；

按照牙颌模型顶点的连通性，将第三凹点集合S2分成多个凹点集合得到凹点分块集合A，并根据第三凹点集合S2的形状，对凹点分块集合A排序，使得凹点分块集合A中两个下标相邻的凹点分块在牙颌模型中亦是相邻的，记凹点分块集合A＝{A1，A2，…，An}，A1，A2，…，An表示各凹点分块；

筛选牙颌模型中的任意相邻两个凹点分块以外的顶点添加到凹点分块集合A中，使相邻的两个凹点分块能够连通，并最终使所有凹点分块形成一个封闭的区域，记为封闭区域AC；

筛选出封闭区域AC中的点集B，使得点集B保持封闭区域AC的形状，并且点集B构成一个封闭的环，该环内以及环上的所有顶点构成一个模型，该环外以及环上的所有顶点构成另一个模型，在该两个模型中选择空间区域小的模型作为识别到的牙冠的模型。

优选的，所述的筛选出封闭区域AC中的点集B，指重复操作：删除环状的封闭区域AC的最外侧和最内侧的点，如果某处只有一个点，删除该点会使得环状区域不封闭，则不删除该点；

之后，剩余的所有点按顺序连接成一条封闭的线，即为点集B。

优选的，假设牙冠T1与T2的边界顶点集合B1与B2有重叠，所述的去除重叠，包括：

令B11、B12分别为边界顶点集合B1与B2的有重叠的部分边界顶点的集合和不重叠的部分边界顶点的集合，B21、B22分别为边界顶点集合B2与B1的有重叠的部分边界顶点的集合和不重叠的部分边界顶点的集合，

重新计算B11和B21为B11’和B21’，使得B11’和B21’保持B11和B21的形状，并且B11’和B21’没有重叠情况；

将B11’和B12构成牙冠T1的新边界顶点集合B1’，进行识别牙冠的模型的操作，将牙冠T1更新为T1’，将B21’和B22构成T2的新边界顶点集合B2’，进行识别牙冠的模型的操作，将牙冠T2更新为T2’，记操作后的牙冠集合仍为T，T＝{T1’，T2’，T3,…，Tm}。

本发明的有益效果是：本发明通过依次识别各单颗牙冠以及去重叠，提高牙冠识别成功率，降低了因为患者牙齿模型质量而导致的牙冠识别区域错误的几率。同时，扩大牙冠识别算法的适应范围，避免了因为患者牙齿模型中牙冠与牙龈、牙冠与牙冠分割边界处凹陷的区域不明显，而无法精确识别出牙冠分割边界的情况，并且识别出的牙冠分割边界可以准确的达到牙冠与牙龈、牙冠与牙冠分割边界处的凹陷区域。

附图说明

图1是本发明的识别三维牙齿模型中牙冠部分的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1，本发明的识别三维牙齿模型中牙冠部分的方法，包括下列步骤：

步骤S11，遍历牙颌模型顶点，对每个顶点计算该顶点法矢与其邻域三角面法矢的夹角均值a，若夹角均值a<90度，则该点为凹点，将其加入第一凹点集合S中。

步骤S12，确定需要识别的牙冠数量m。

步骤S13，按照实际牙冠的排列顺序依次对每个牙冠的模型进行识别，得到牙冠集合T＝{T1，T2，…，Tm}。T1，T2，…，Tm表示各牙冠。具体地，包括：

步骤S131，确定单颗牙冠的右分割平面plane1和左分割平面plane2。

步骤S132，遍历第一凹点集合S，找出右分割平面plane1和左分割平面plane2之间的第二凹点集合S1。

步骤S133，去除第二凹点集合S1中不是明显分割牙冠与牙龈、牙冠与牙冠的凹点，得到第三凹点集合S2。这些凹点通常位于牙齿与牙龈的分界处，牙齿表面的沟壑处，牙龈表面的沟壑处。

步骤S134，按照牙颌模型顶点的连通性，将第三凹点集合S2分成多个凹点集合得到凹点分块集合A，并根据第三凹点集合S2的形状，对凹点分块集合A排序，使得凹点分块集合A中两个下标相邻的凹点分块在牙颌模型中亦是相邻的，记凹点分块集合A＝{A1，A2，…，An}，A1，A2，…，An表示各凹点分块。由牙颌模型是一个整体知A1与An也是相邻的。牙颌模型顶点的连通性定义：对于牙颌模型中任意一个顶点p1和在牙颌模型中的另一个顶点p2，若p2与p1在一个三角面上，则称顶点p1与顶点p2是连通的。

步骤S135，闭合凹点分块集合A中任意相邻的两个凹点分块，即筛选牙颌模型中的任意相邻两个凹点分块以外的顶点添加到凹点分块集合A中，使之相邻的两个凹点分块能够连通，并最终所有凹点分块形成一个封闭的区域，记为封闭区域AC。若初始凹点分块集合A只有一个分块，则筛选牙颌模型中该凹点分块以外的顶点添加到凹点分块中使之形成一个封闭的区域。

步骤S136，抽取封闭区域AC的框架，也就是筛选出封闭区域AC中的点集B，使得点集B保持封闭区域AC的形状，并且点集B构成一个封闭的环。通常采用如下方法进行抽取：封闭区域AC是一个环状的区域，删除环状区域的最外侧和最内侧的点，如果某处只有一个点，删除该点会使得环状区域不封闭，则不删除该点。重复上述操作使得最终只有所有点按顺序连接成一条封闭的线，结束。

步骤S137，点集B是一个封闭的环，该环内以及环上的所有顶点构成一个模型，该环外以及环上的所有顶点构成另一个模型，由此可知，点集B将牙颌模型分成两个模型，选择空间区域小的那个模型作为识别到的牙冠的模型。点集B即是牙冠的边界顶点集合。

步骤S14，遍历牙冠集合T，判断相邻两个牙冠的边界顶点集合是否有重叠情况，若没有，则结束。若有，则去除重叠。例如：牙冠T1与T2的边界顶点集合B1与B2有重叠，令B11、B12分别为边界顶点集合B1与B2的有重叠的部分边界顶点的集合和不重叠的部分边界顶点的集合，B21、B22分别为边界顶点集合B2与B1的有重叠的部分边界顶点的集合和不重叠的部分边界顶点的集合，然后重新计算B11和B21为B11’和B21’，使得B11’和B21’尽量保持B11和B21的形状，并且B11’和B21’没有重叠情况。则B11’和B12将构成T1的新边界顶点集合B1’，进行步骤S137操作，T1更新为T1’，B21’和B22将构成T2的新边界顶点集合B2’，进行步骤S137操作，T2更新为T2’，记操作后的牙冠集合仍为T，T＝{T1’，T2’，T3,…，Tm}。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种识别三维牙齿模型中牙冠部分的方法，其特征在于，包括：

遍历牙颌模型各顶点，计算并确定第一凹点集合S；

确定需要识别的牙冠数量m；

按照实际牙冠的排列顺序依次对每个牙冠的模型进行识别，得到牙冠集合T＝{T1，T2，…，Tm}，T1，T2，…，Tm表示各牙冠；

遍历牙冠集合T，判断相邻两个牙冠的边界顶点集合是否有重叠情况，若没有，则结束；若有，则去除重叠；

对每个牙冠的模型进行识别，包括：

确定单颗牙冠的右分割平面plane1和左分割平面plane2；

遍历第一凹点集合S，找出右分割平面plane1和左分割平面plane2之间的第二凹点集合S1；

去除第二凹点集合S1中不是分割牙冠与牙龈、牙冠与牙冠的凹点，得到第三凹点集合S2；

按照牙颌模型顶点的连通性，将第三凹点集合S2分成多个凹点集合得到凹点分块集合A，并根据第三凹点集合S2的形状，对凹点分块集合A排序，使得凹点分块集合A中两个下标相邻的凹点分块在牙颌模型中亦是相邻的，记凹点分块集合A＝{A1，A2，…，An}，A1，A2，…，An表示各凹点分块；

筛选牙颌模型中的任意相邻两个凹点分块以外的顶点添加到凹点分块集合A中，使相邻的两个凹点分块能够连通，并最终使所有凹点分块形成一个封闭的区域，记为封闭区域AC；

筛选出封闭区域AC中的点集B，使得点集B保持封闭区域AC的形状，并且点集B构成一个封闭的环，该环内以及环上的所有顶点构成一个模型，该环外以及环上的所有顶点构成另一个模型，在该两个模型中选择空间区域小的模型作为识别到的牙冠的模型；

顶点的连通性定义：对于牙颌模型中任意一个顶点p1和在牙颌模型中的另一个顶点p2，若p2与p1在一个三角面上，则称顶点p1与顶点p2是连通的。

2.根据权利要求1所述的识别三维牙齿模型中牙冠部分的方法，其特征在于，通过对牙颌模型的每个顶点计算该顶点法矢与其邻域三角面法矢的夹角均值a，若夹角均值a<90度，则该顶点为凹点，将其加入第一凹点集合S中。

3.根据权利要求1所述的识别三维牙齿模型中牙冠部分的方法，其特征在于，所述的筛选出封闭区域AC中的点集B，指重复操作：删除环状的封闭区域AC的最外侧和最内侧的点，如果某处只有一个点，删除该点会使得环状区域不封闭，则不删除该点；

之后，剩余的所有点按顺序连接成一条封闭的线，即为点集B。

4.根据权利要求1所述的识别三维牙齿模型中牙冠部分的方法，其特征在于，假设牙冠T1与T2的边界顶点集合B1与B2有重叠，所述的去除重叠，包括：

令B11、B12分别为边界顶点集合B1与B2的有重叠的部分边界顶点的集合和不重叠的部分边界顶点的集合，B21、B22分别为边界顶点集合B2与B1的有重叠的部分边界顶点的集合和不重叠的部分边界顶点的集合，

重新计算B11和B21为B11’和B21’，使得B11’和B21’保持B11和B21的形状，并且B11’和B21’没有重叠情况；

将B11’和B12构成牙冠T1的新边界顶点集合B1’，进行识别牙冠的模型的操作，将牙冠T1更新为T1’，将B21’和B22构成T2的新边界顶点集合B2’，进行识别牙冠的模型的操作，将牙冠T2更新为T2’，记操作后的牙冠集合仍为T，T＝{T1’，T2’，T3,…，Tm}。

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