一種從三維牙科錐形束ct數(shù)據(jù)中提取全景圖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種X射線全景圖生成方法，尤其是一種從三 維牙科錐形束CT數(shù)據(jù)中提取全景圖的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] X射線全景圖是口腔中所有牙齒的X射線二維投影圖像，可以直觀地顯示所有牙齒 的分布情形，有助于醫(yī)生了解口腔中牙齒的全貌。X射線全景圖是牙科醫(yī)生廣泛使用的一類 簡(jiǎn)單方便的影像檢查技術(shù)。但是，傳統(tǒng)的X射線全景圖存在一些缺點(diǎn)，例如，幾何變形、結(jié)構(gòu) 置加、圖像t旲糊等。
[0003] 目前，牙科錐形束CT以其高空間分辨率、低輻射劑量和靈活的后處理軟件等優(yōu)勢(shì)， 已經(jīng)廣泛被應(yīng)用于牙科診斷與整形領(lǐng)域。但是根據(jù)三維CT數(shù)據(jù)，無(wú)法直觀地觀察全口牙齒， 從CT數(shù)據(jù)中合成全景圖成為牙科錐形束CT系統(tǒng)的一個(gè)重要軟件功能。
[0004] 現(xiàn)有的從三維牙科錐形束CT數(shù)據(jù)中提取全景圖的方法，首先在某二維斷層或者三 維數(shù)據(jù)在豎直方向上的最大密度投影(MIP)圖像上，擬合牙弓曲線;然后將該曲線應(yīng)用在所 有的CT斷層數(shù)據(jù)上，得到柱面;根據(jù)牙弓曲線的法線方向，增加柱面的厚度，使得厚度柱面 覆蓋全口牙齒;最后沿法線方向?qū)⒑穸戎鏀?shù)據(jù)投影在中心柱面上，得到擬X射線全景圖。 因?yàn)槿祟愌例X有一定的傾角，此類方法需要一定的厚度，才能將全口牙齒顯示在全景圖上， 然而厚度投影，會(huì)造成圖像模糊，降低圖像質(zhì)量，影響診斷的精度。
[0005] 通過檢索，尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明專利申請(qǐng)相關(guān)的專利公開文獻(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，針對(duì)現(xiàn)有全景圖提取方法中所存在 的問題，提供一種從三維牙科錐形束CT數(shù)據(jù)中提取全景圖的方法，該方法擬合一個(gè)通過全 口牙齒中心的三維曲面，得到三維口腔全景曲面;展開該三維全景曲面，最終得到口腔全景 圖，相對(duì)傳統(tǒng)提取全景圖的方法，減少了曲面厚度，解決了透視圖像模糊與結(jié)構(gòu)重疊問題， 提尚了診斷的精度。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0008] -種從三維牙科錐形束CT數(shù)據(jù)中提取全景圖的方法，步驟如下：
[0009] ⑴根據(jù)三維牙科錐形束CT數(shù)據(jù)生成牙弓曲線；
[001 0]⑵根據(jù)生成的牙弓曲線提取三維口腔全景曲面；
[0011 ] ⑶展開三維口腔全景曲面得到口腔全景圖。
[0012] 而且，所述步驟⑴中根據(jù)三維牙科錐形束CT數(shù)據(jù)生成牙弓曲線具體步驟為:沿豎 直方向計(jì)算三維CT數(shù)據(jù)的最大密度投影圖像，在最大密度投影圖像中分離牙弓，擬合牙弓 曲線。
[0013] 而且，在最大密度投影圖像中分離牙弓的具體步驟為:結(jié)合基于灰度的分割方法 和坐標(biāo)閾值，在最大密度投影圖像中分離牙弓。
[0014] 而且，根據(jù)所述基于灰度的分割方法，得到最大密度投影圖像中最亮的骨頭區(qū)域； 所述坐標(biāo)閾值用四邊形鄰域表示，計(jì)算所述骨頭區(qū)域像素點(diǎn)的重心點(diǎn)及其四邊形鄰域，使 得該鄰域覆蓋骨頭區(qū)域一定的比例P50 %-100 %。
[0015] 而且，所述擬合牙弓曲線具體步驟為:根據(jù)分離出的牙弓所在的像素位置，擬合二 次曲線，在該曲線上對(duì)稱選取控制點(diǎn)，根據(jù)控制點(diǎn)，采用三次樣條插值得到牙弓曲線。
[0016] 而且，所述步驟⑵中根據(jù)生成的牙弓曲線提取三維口腔全景曲面的具體步驟為： 根據(jù)牙弓曲線擬合牙體長(zhǎng)軸曲線，并依序排列所有的牙體長(zhǎng)軸曲線，得到三維口腔全景曲 面。
[0017] 而且，所述擬合牙體長(zhǎng)軸曲線具體步驟為:計(jì)算牙弓曲線的法向，將法向應(yīng)用在三 維CT數(shù)據(jù)的所有斷層上，得到一系列的牙齒矢狀圖；對(duì)每一幅矢狀圖，應(yīng)用基于灰度的分割 方法，從矢狀圖中分割出牙齒;根據(jù)描述牙齒的像素點(diǎn)位置，擬合牙體長(zhǎng)軸曲線。
[0018] 而且，所述步驟⑶中展開三維口腔全景曲面得到口腔全景圖的具體步驟為：將牙 弓曲線按弧長(zhǎng)展開成直線，并計(jì)算牙體長(zhǎng)軸曲線與牙弓曲線的交點(diǎn)在展開直線上的位置， 記為對(duì)應(yīng)牙體長(zhǎng)軸曲線在全景圖上的橫坐標(biāo);將牙體長(zhǎng)軸曲線按其豎直坐標(biāo)展開成直線； 根據(jù)牙體長(zhǎng)軸曲線在全景圖上的橫坐標(biāo)，依次排序展開牙體長(zhǎng)軸曲線得到的直線，得到全 景圖。
[0019] 而且，具體步驟如下：
[0020] ⑴根據(jù)三維牙科錐形束CT數(shù)據(jù)生成牙弓曲線：
[0021 ]沿豎直方向計(jì)算三維CT數(shù)據(jù)的最大密度投影圖像；
[0022] 在最大密度投影圖像上應(yīng)用k-means++聚類方法，提取聚類后最亮的骨頭區(qū)域;計(jì) 算骨頭區(qū)域的重心點(diǎn)，及其四邊形鄰域，使得四邊形鄰域覆蓋骨頭區(qū)域的P = 75%，得到四 邊形鄰域表示的坐標(biāo)范圍;在骨頭區(qū)域上應(yīng)用坐標(biāo)閾值，得到分離的牙弓；
[0023] 根據(jù)分離出的牙弓所在的像素位置，擬合二次曲線，在該曲線上，對(duì)稱選取13個(gè)控 制點(diǎn);根據(jù)選取的控制點(diǎn)，采用三次樣條插值得到牙弓曲線；
[0024]⑵根據(jù)生成的牙弓曲線提取三維口腔全景曲面：
[0025]根據(jù)樣條插值函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)計(jì)算牙弓曲線的法線；
[0026]將法線應(yīng)用在三維CT數(shù)據(jù)的所有斷層上，得到一系列的牙齒矢狀圖；
[0027] 對(duì)每一幅矢狀圖，應(yīng)用基于灰度的分割方法，分割出牙齒；
[0028] 根據(jù)描述牙齒的像素點(diǎn)位置，擬合牙體長(zhǎng)軸曲線；
[0029]依序排列所有的牙體長(zhǎng)軸曲線，得到三維口腔全景曲面；
[0030] ⑶展開三維全景曲面，得到單幀口腔全景圖：
[0031] 牙體長(zhǎng)軸曲線與牙弓曲線的交點(diǎn)組成分段曲線，將該曲線按弧長(zhǎng)展開：
[0032]
(a)
[0033] 其中，Lj表示第j個(gè)線段的弧長(zhǎng)，則Wl即為第i條牙體長(zhǎng)軸曲線在全景圖上的橫坐 標(biāo)；
[0034] 將牙體長(zhǎng)軸曲線按其豎直坐標(biāo)展開成直線：
[0035] hj = Zj, (b)
[0036] 其中，是牙體長(zhǎng)軸曲線上第j個(gè)像素點(diǎn)的豎直坐標(biāo)；
[0037]根據(jù)牙體長(zhǎng)軸曲線在全景圖上的橫坐標(biāo)，依次排序展開牙體長(zhǎng)軸曲線得到的直 線，則(Wuhj)即為第i條牙體長(zhǎng)軸曲線上第j個(gè)像素點(diǎn)在全景圖上的坐標(biāo)，得到單幀口腔全 景圖；
[0038]⑷計(jì)算三維全景曲面上各像素點(diǎn)的法向，沿著一定長(zhǎng)度的法線透視投影三維CT數(shù) 據(jù)到全景曲面，并按照公式(a)、(b)展開曲面，得到厚度全景圖。
[0039] 本發(fā)明取得的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0040] 1、本方法可以用三維牙科錐形束CT數(shù)據(jù)提取牙齒曲面斷層圖像，解決結(jié)構(gòu)重疊和 圖像模糊的問題，提高了診斷的精度;利用該方法，可以得到單幀口腔全景圖，而且該方法 得到的單幀口腔全景圖能夠顯示全口齒列，能清晰地辨識(shí)出牙齒的解剖結(jié)構(gòu)，如:牙釉質(zhì)、 牙本質(zhì)、牙髓等，有效地避免了由透視引起的圖像模糊，無(wú)結(jié)構(gòu)重疊。
[0041] 2、本方法也可以得到厚度全景圖，無(wú)結(jié)構(gòu)重疊，能清晰地辨識(shí)出牙齒的解剖結(jié)構(gòu) 和下頌神經(jīng)。
[0042] 3、給定聚類數(shù)目和比例p后，該方法可自動(dòng)實(shí)施，有效減少了手動(dòng)操作。
【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1為本發(fā)明方法的流程圖；
[0044] 圖2為本發(fā)明方法中生成牙弓曲線步驟的流程圖；其中，圖2-1為三維牙科錐形束 CT數(shù)據(jù)圖，圖2-2為MIP圖像，圖2-3為分離的牙弓圖，圖2-4為牙弓曲線圖；
[0045] 圖3為本發(fā)明方法中提取三維口腔全景曲面的流程圖；其中，圖3-1為牙弓曲線的 法線，圖3-2為牙齒矢狀圖，圖3-3為牙體長(zhǎng)軸曲線圖，圖3-4為三維口腔全景曲面圖；
[0046] 圖4為本發(fā)明方法的口腔全景圖；其中，圖4-1為單幀口腔全景圖，圖4-2為厚度口 腔全景圖；
[0047] 圖5為本發(fā)明方法的口腔全景圖中的牙齒解剖結(jié)構(gòu)指示圖；其中，左側(cè)圖為單幀口 腔全景圖中單顆牙齒的解剖結(jié)構(gòu)指示圖，右側(cè)圖為厚度口腔全景圖中單顆牙齒的解剖結(jié)構(gòu) 指示圖，其中，1為牙釉質(zhì)，2為牙本質(zhì)，3為牙髓。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明；下述實(shí)施例是說(shuō)明性的，不是限定性的， 不能以下述實(shí)施例來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0049] 本發(fā)明中所使用的設(shè)備，如無(wú)特殊規(guī)定，均為本領(lǐng)域內(nèi)常用的設(shè)備;本發(fā)明中所使 用的方法，如無(wú)特殊規(guī)定，均為本領(lǐng)域內(nèi)常用的方法。
[0050] 本發(fā)明中三維口腔全景曲面是經(jīng)過全口牙齒中心的曲面，所述提取三維口腔全景 曲面，具體包括:根據(jù)所述牙弓曲線，擬合牙體長(zhǎng)軸曲線;并依序排列所有的牙體長(zhǎng)軸曲線， 得到三維口腔全景曲面，所述牙體長(zhǎng)軸曲線，是描述上頌、下頌牙齒的牙體長(zhǎng)軸的曲線。 [0051 ] 實(shí)施例1
[0052] 一種從三維牙科錐形束CT數(shù)據(jù)中提取全景圖的方法，步驟如下：
[0053]⑴根據(jù)三維牙科錐形束CT數(shù)據(jù)生成牙弓曲線；
[0054]⑵根據(jù)生成的牙弓曲線提取三維口腔全景曲面；
[0055] ⑶展開三維口腔全景曲面得到口腔全景圖。
[0056] 較優(yōu)地，所述步驟⑴中根據(jù)三維牙科錐形束CT數(shù)據(jù)生成牙弓曲線具體步驟為:沿 豎直方向計(jì)算三維CT數(shù)據(jù)的最大密度投影圖像，在最大密度投影圖像中分離牙弓，擬合牙 弓曲線。
[0057] 較優(yōu)地，在最大密度投影圖像中分離牙弓的具體步驟為:結(jié)合基于灰度的分割方 法和坐標(biāo)閾值，在最大密度投影圖像中分離牙弓。
[0058]較優(yōu)地，根據(jù)所述基于灰度的分割方法，得到最大密度投影圖像中最亮的骨頭區(qū) 域;所述坐標(biāo)閾值用四邊形鄰域表示，計(jì)算所述骨頭區(qū)域像素點(diǎn)的重心點(diǎn)及其四邊形鄰域， 使得該鄰域覆蓋骨頭區(qū)域一定的比例P50 %-100 %。
[0059] 較優(yōu)地，