CN114587650A - 一种基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法及*** - Google Patents

一种基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法及*** Download PDF

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Abstract

发明提供了一种基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法及***，属于根管治疗领域，该方法通过分别在患者牙齿上预装第一标识物和第二标识物，以第一标识物和第二标识物为基点，基于AI深度学习算法和图像识别算法对牙齿根管口的形状和位置进行识别标记，并将牙齿根管口标记点与第一标识物在世界坐标系下的坐标位置匹配，获取牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置；将第二标识物在投影坐标下的坐标位置与牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置匹配，获取第二标识物与牙齿根管口标记点在投影坐标系下的相对位置。本发明能够有效的对根管进行精准导航辅助治疗，从而提高根管治疗的效率和准确性。

Description

一种基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法及 ***
技术领域
发明属于根管治疗技术领域，尤其涉及一种基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法及***。
背景技术
根管口是指髓室与根管的交界处，或髓室底与根管的移行部。根管口的定位是每一个根管正确定位的关键步骤。单根管牙的髓室与根管为连续的管状，很难从形态上辨认根管口；多牙根呈漏斗状的根管口，但要仔细的处理牙冠部髓室里的内容物后才能找到根管口。
根管治疗术又称牙髓治疗，是牙医学中治疗牙髓坏死和牙根感染的一种手术，该手术保留了牙齿，因而与拔牙术互补，手术繁琐，一般要2-4次就诊才能完成。随着技术和材料的发展，一次性的根管治疗被更多的医生和患者接受，无痛治疗在临床上也得到了广泛的应用，治疗不再痛苦。
临床上，多根管牙因某些原因，寻找根管口比较困难，传统的根管口定位方法不是过度损伤牙本质或牙釉质，就是误差较大，大多还需凭借医师自身经验去假设性判断，对于操作和实施存在试错的风险。
发明内容
发明实施例提供一种基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法及***，旨在解决背景技术中提出的问题。
发明实施例是这样实现的，一种基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法，该辅助导航方法包括：
在患者牙齿和操作器械上分别预装第一标识物和第二标识物；
获取患者口腔内的CT影像数据，并利用CT影像数据制作患者牙齿的AR显示模型；
基于AI深度学习算法和图像识别算法对AR显示模型进行识别，获取牙齿根管口的根管形状和位置，并在AR显示模型上用颜色进行标记；
利用AR眼镜上的双目相机分别对第一标识物和第二标识物进行扫描，获取第一标识物图像和第二标识物图像；
分别对第一标识物图像和第二标识物图像应用基于双目视觉slam算法，获取第一标识物和第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置；
将第一标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为世界坐标系下的坐标位置后与AR显示模型中牙齿根管口标记点进行配准，获取牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置；
将牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置转换为牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置；
将第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为第二标识物在投影坐标系下的坐标位置；
将第二标识物在投影坐标系下的坐标位置与牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置进行匹配，获取第二标识物与牙齿根管口标记点的相对位置关系。
优选的，所述利用CT影像数据制作患者牙齿的AR显示模型，包括：
通过三维可视化工具提取患者牙齿特征数据，并生成三角网格图；
将三角网格图转换为stl格式文件；
调取stl格式文件的内容制作患者牙齿的AR显示模型。
优选的，所述将第一标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为世界坐标系下的坐标位置，包括：
根据双目相机坐标系与AR眼镜坐标系的转换关系，将第一标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为第一标识物在AR眼镜坐标系下的坐标位置；
根据AR眼镜坐标系与世界坐标系的转换关系，将标志物在AR眼镜坐标系下的坐标位置转换为标志物在世界坐标系下的坐标位置。
优选的，所述将牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置转换为牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置，包括：
根据AR眼镜坐标系与世界坐标系的转换关系，将牙齿根管标记点在世界坐标系下的坐标位置转换为牙齿根管口标记点在AR眼镜坐标系下的坐标位置；
根据AR眼镜坐标系与投影坐标系的转换关系，将牙齿根管标记点在AR眼镜坐标系下的坐标位置转换为牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置。
优选的，所述将第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为第二标识物在投影坐标系下的坐标位置，包括：
根据双目相机坐标系与AR眼镜坐标系的坐标转换关系，将第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为第二标识物在AR眼镜坐标系下的坐标位置；
根据AR眼镜坐标系与投影坐标系的坐标转换关系，将第二标识物在AR眼镜坐标系下的坐标位置转换为第二标识物在投影坐标系下的坐标位置。
优选的，所述相对位置关系包括方向、角度和距离。
优选的，所述三维可视化工具至少包括MIMICS软件工具、Amira软件工具、Avizo软件工具以及ORS Visual软件工具中的一种。
优选的，所述将三角网格图转换为stl格式文件通过ORS Visual软件工具进行格式转换。
优选的，所述调取stl格式文件的内容制作患者牙齿的AR显示模型通过Unity实时内容开发平台调取stl格式文件的内容进行患者牙齿的AR显示模型制作。
一种基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的***，该***用于执上述的方法，该***包括处理器以及AR眼镜；
分别在患者牙齿和操作器械上预装第一标识物和第二标识物；
所述处理器接收患者口腔内的CT影像数据，利用CT影像数据制作患者牙齿的AR显示模型，并基于AI深度学习算法和图像识别算法对AR显示模型进行识别，获取牙齿根管口的根管形状和位置，并在AR显示模型上用颜色标记；
利用所述AR眼镜上的双目相机分别对第一标识物和第二标识物进行扫描，获取第一标识物图像和第二标识物图像；
所述处理器分别对第一标识物图像和第二标识物图像应用slam算法，获取第一标识物和第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置；
所述处理器将第一标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为世界坐标系下的坐标位置后与AR显示模型中牙齿根管口标记点进行配准，获取牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置，并将牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置转换为牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置；
所述处理器将第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为第二标识物在投影坐标系下的坐标位置，并将第二标识物在投影坐标系下的坐标位置与牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置匹配，获取第二标识物与牙齿根管口标记点在投影坐标系下的相对位置关系。
本发明可有效地对牙齿根管口进行精准定位，并实时获取操作器械在投影坐标系下的坐标位置，进而获取操作器械与牙齿根管口的相对位置，根据操作器械与牙齿根管口的相对位置移动操作器械，从而对根管进行精准导航辅助治疗，有效地提高根管治疗的效率和准确性。
附图说明
图1是一种基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法的流程示意图；
图2是利用CT影像数据制作患者牙齿的AR显示模型的流程示意图；
图3是获取第一标识物在世界坐标系下的坐标位置的流程示意图；
图4是获取牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置的流程示意图；
图5是获取第二标识物在投影坐标系下的坐标位置的流程示意图；
图6是一种基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的***的***架构示意图。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释发明，并不用于限定发明。
本发明提供一种基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法，如图1所示，该辅助导航方法包括：
S1、在患者牙齿和操作器械上分别预装第一标识物和第二标识物；
S2、获取患者口腔内的CT影像数据，并利用CT影像数据制作患者牙齿的AR显示模型；
S3、基于AI深度学习算法和图像识别算法对AR显示模型进行识别，获取牙齿根管口的根管形状和位置，并在AR显示模型上用颜色进行标记；
S4、利用AR眼镜上的双目相机分别对第一标识物和第二标识物进行扫描，获取第一标识物图像和第二标识物图像；
S5、分别对第一标识物图像和第二标识物图像应用基于双目视觉slam算法，获取第一标识物和第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置；
S6、将第一标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为世界坐标系下的坐标位置后与AR显示模型中牙齿根管口标记点进行配准，获取牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置；
S7、将牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置转换为牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置；
S8、将第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为第二标识物在投影坐标系下的坐标位置；
S9、将第二标识物在投影坐标系下的坐标位置与牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置进行匹配，获取第二标识物与牙齿根管口标记点的相对位置关系；其中，所述相对位置关系包括方向、角度和距离。
该方法通过分别在患者牙齿上预装第一标识物和第二标识物，以第一标识物和第二标识物为基点，分别获取第一标识物和第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置，将第一标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为世界坐标系下的坐标位置，并基于AI深度学习算法和图像识别算法对牙齿根管口的形状和位置进行识别标记，并将牙齿根管口标记点与第一标识物在世界坐标系下的坐标位置匹配，获取牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置，将牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置转换为投影坐标系下的坐标位置；将第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为投影坐标下的坐标位置后与牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置匹配，获取第二标识物与牙齿根管口标记点在投影坐标系下的相对位置，根据第二标识物与牙齿根管口标记点的相对位置进行操作、治疗。
可以进一步理解的是，在实际应用中，第二标识物在投影坐标下的坐标位置可以作为操作器械在投影坐标系下的坐标位置，而为了操作器械的位置定位精准，可根据第二标识物与操作器械的坐标转换关系，获得操作器械在投影坐标系下的坐标位置，即最终获得操作器械与牙齿根管口标记点在投影坐标系下的相对位置，根据操作器械与牙齿根管口标记点在投影坐标系下的相对位置，调整操作器械的位置进行操作、治疗，进而有效地提高根管治疗的效率与准确性。
上述方案的S2中，如图2所示，所述利用CT影像数据制作患者牙齿的AR显示模型，包括：
S21、通过MIMICS软件、Amira软件、Avizo软件、ORS Visual软件等三维可视化工具提取患者牙齿特征数据，并生成三角网格图；
S22、通过ORS Visual软件工具将三角网格图转换为stl格式文件；
S23、通过Unity实时内容开发平台调取stl格式文件的内容制作患者牙齿的AR显示模型。
上述方案的S6中，如图3所示，所述将第一标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为世界坐标系下的坐标位置，包括：
S61、根据双目相机坐标系与AR眼镜坐标系的转换关系，将第一标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为第一标识物在AR眼镜坐标系下的坐标位置；
S62、根据AR眼镜坐标系与世界坐标系的转换关系，将第一标识物在AR眼镜坐标系下的坐标位置转换为第一标识物在世界坐标系下的坐标位置。
上述方案的S7中，如图4所示，所述将牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置转换为牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置，包括：
S71、根据AR眼镜坐标系与世界坐标系的转换关系，将牙齿根管标记点在世界坐标系下的坐标位置转换为牙齿根管口标记点在AR眼镜坐标系下的坐标位置；
S72、根据AR眼镜坐标系与投影坐标系的转换关系，将牙齿根管标记点在AR眼镜坐标系下的坐标位置转换为牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置。
上述方案的S8中，如图5所示，所述将第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为第二标识物在投影坐标系下的坐标位置，包括：
S81、根据双目相机坐标系与AR眼镜坐标系的坐标转换关系，将第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为第二标识物在AR眼镜坐标系下的坐标位置；
S82、根据AR眼镜坐标系与投影坐标系的坐标转换关系，将第二标识物在AR眼镜坐标系下的坐标位置转换为第二标识物在投影坐标系下的坐标位置。
另外，本发明还提供一种基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的***，该***用于执行上述的方法，如图6所示，该***包括处理器以及AR眼镜；
分别在患者牙齿和操作器械上预装第一标识物和第二标识物；
所述处理器接收患者口腔内的CT影像数据，利用CT影像数据制作患者牙齿的AR显示模型，并基于AI深度学习算法和图像识别算法对AR显示模型进行识别，获取牙齿根管口的根管形状和位置，并在AR显示模型上用颜色标记；
利用所述AR眼镜上的双目相机分别对第一标识物和第二标识物进行扫描，获取第一标识物图像和第二标识物图像；
所述处理器分别对第一标识物图像和第二标识物图像应用s l am算法，获取第一标识物和第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置；
所述处理器将第一标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为世界坐标系下的坐标位置后与AR显示模型中牙齿根管口标记点进行配准，获取牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置，并将牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置转换为牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置；
所述处理器将第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为第二标识物在投影坐标系下的坐标位置，并将第二标识物在投影坐标系下的坐标位置与牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置匹配，获取第二标识物与牙齿根管口标记点在投影坐标系下的相对位置关系。
以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制发明，凡在发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法，其特征在于，所述辅助导航方法包括：
在患者牙齿和操作器械上分别预装第一标识物和第二标识物；
获取患者口腔内的CT影像数据，并利用CT影像数据制作患者牙齿的AR显示模型；
基于AI深度学习算法和图像识别算法对AR显示模型进行识别，获取牙齿根管口的根管形状和位置，并在AR显示模型上用颜色进行标记；
利用AR眼镜上的双目相机分别对第一标识物和第二标识物进行扫描，获取第一标识物图像和第二标识物图像；
分别对第一标识物图像和第二标识物图像应用基于双目视觉slam算法，获取第一标识物和第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置；
将第一标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为世界坐标系下的坐标位置后与AR显示模型中牙齿根管口标记点进行配准，获取牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置；
将牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置转换为牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置；
将第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为第二标识物在投影坐标系下的坐标位置；
将第二标识物在投影坐标系下的坐标位置与牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置进行匹配，获取第二标识物与牙齿根管口标记点的相对位置关系。
2.如权利要求1所述的基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法，其特征在于，所述利用CT影像数据制作患者牙齿的AR显示模型，包括：
通过三维可视化工具提取患者牙齿特征数据，并生成三角网格图；
将三角网格图转换为stl格式文件；
调取stl格式文件的内容制作患者牙齿的AR显示模型。
3.如权利要求1所述的基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法，其特征在于，所述将第一标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为世界坐标系下的坐标位置，包括：
根据双目相机坐标系与AR眼镜坐标系的转换关系，将第一标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为第一标识物在AR眼镜坐标系下的坐标位置；
根据AR眼镜坐标系与世界坐标系的转换关系，将标志物在AR眼镜坐标系下的坐标位置转换为标志物在世界坐标系下的坐标位置。
4.如权利要求1所述的基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法，其特征在于，所述将牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置转换为牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置，包括：
根据AR眼镜坐标系与世界坐标系的转换关系，将牙齿根管标记点在世界坐标系下的坐标位置转换为牙齿根管口标记点在AR眼镜坐标系下的坐标位置；
根据AR眼镜坐标系与投影坐标系的转换关系，将牙齿根管标记点在AR眼镜坐标系下的坐标位置转换为牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置。
5.如权利要求1所述的基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法，其特征在于，所述将第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为第二标识物在投影坐标系下的坐标位置，包括：
根据双目相机坐标系与AR眼镜坐标系的坐标转换关系，将第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为第二标识物在AR眼镜坐标系下的坐标位置；
根据AR眼镜坐标系与投影坐标系的坐标转换关系，将第二标识物在AR眼镜坐标系下的坐标位置转换为第二标识物在投影坐标系下的坐标位置。
6.如权利要求1所述的基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法，其特征在于，所述相对位置关系包括方向、角度和距离。
7.如权利要求2所述的基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法，其特征在于，所述三维可视化工具至少包括MIMICS软件工具、Amira软件工具、Avizo软件工具以及ORS Visual软件工具中的一种。
8.如权利要求2所述的基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法，其特征在于，所述将三角网格图转换为stl格式文件通过ORS Visual软件工具进行格式转换。
9.如权利要求2所述的基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的方法及***，其特征在于，所述调取stl格式文件的内容制作患者牙齿的AR显示模型通过Unity实时内容开发平台调取stl格式文件的内容进行患者牙齿的AR显示模型制作。
10.一种基于混合现实技术的牙齿根管口治疗辅助导航的***，其特征在于，所述***用于执行权利要求1-9任意一项所述的方法，所述***包括处理器以及AR眼镜；
分别在患者牙齿和操作器械上预装第一标识物和第二标识物；
所述处理器接收患者口腔内的CT影像数据，利用CT影像数据制作患者牙齿的AR显示模型，并基于AI深度学习算法和图像识别算法对AR显示模型进行识别，获取牙齿根管口的根管形状和位置，并在AR显示模型上用颜色标记；
利用所述AR眼镜上的双目相机分别对第一标识物和第二标识物进行扫描，获取第一标识物图像和第二标识物图像；
所述处理器分别对第一标识物图像和第二标识物图像应用slam算法，获取第一标识物和第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置；
所述处理器将第一标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为世界坐标系下的坐标位置后与AR显示模型中牙齿根管口标记点进行配准，获取牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置，并将牙齿根管口标记点在世界坐标系下的坐标位置转换为牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置；
所述处理器将第二标识物在双目相机坐标系下的坐标位置转换为第二标识物在投影坐标系下的坐标位置，并将第二标识物在投影坐标系下的坐标位置与牙齿根管口标记点在投影坐标系下的坐标位置匹配，获取第二标识物与牙齿根管口标记点在投影坐标系下的相对位置关系。
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