口腔闭颌图像三维重建与微型种植体应力分析

发布时间：2017-04-20 13:15

  本文关键词：口腔闭颌图像三维重建与微型种植体应力分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在口腔正畸治疗领域,正畸医生为患者制定正畸方案,依靠的是自己的临床治疗经验,是一种“试错”的治疗方式。随着计算机等技术的发展,计算机辅助治疗为正畸治疗中医患沟通与正畸治疗方案的制定提供了很大帮助与便利。计算机辅助治疗所面临的主要挑战是进行牙齿的三维重建任务。重建牙齿三维模型任务主要有两个目的:首先为临床医生提供牙列三维可视化模型,便于临床医生进行观察诊断;其次是建立牙列三维实体模型,为正畸医生进行口腔生物力学仿真建立实验平台。目前已有学者研究口腔CT图像的分割工作,但是对于口腔闭颌CT图像研究较少,本文针对口腔闭颌CT图像三维重建问题,研究图像分割算法与三维分割算法,基于算法研究提出解决方案,此外本文还建立牙齿-牙周膜-牙槽骨(Tooth-PDL-Bone-Complex,TPBC)实体模型,用于进行微型种植体应力分析的仿真工作。本文基于水平集方法(Level Set Method)的研究,建立了混合水平集函数,利用混合水平集函数将所有CT图像分割出来。其中,本文建立的混合水平集函数包含全局灰度能量函数、局部灰度能量函数、边界检测函数与形状先验函数以确保图像分割的准确性。利用Marching Cube算法,本文将分割后的二维切片结果重建为三角网格模型。本文通过对三角网格模型数据结构的学习研究,简化了模型的数据结构,且重新建立牙齿三角网格模型的拓扑信息,用来后续将要进行牙齿三角网格分割任务做准备工作。本文解决了牙列三角网格的分割问题,将上下牙齿分割出来。本文首先对牙齿三角网格模型进行顶点表面曲率与顶点平均测地线距离的计算。基于网格顶点表面曲率的信息与顶点平均测地线距离信息的合理融合,本文建立了用于三角网格分割的分割高度函数。在三角网格分割过程中,本文基于建立的分割高度函数,采用快速分水岭算法进行牙齿网格模型分割。其后,采用孔洞填充算法进行网格孔洞的填充。本文采用多个评价指标来评估牙列重建结果,证明本文分割重建模型具有较高的精确性。本文利用逆向工程技术,将口腔网格模型建立为TPBC实体模型,并设计托槽、弓丝及微型种植体模型,进行正畸治疗中的微型种植体应力分析。
【关键词】：图像分割 水平集方法 三角网格分割 分割高度函数 微型种植体
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景及意义10-13
• 1.1.1 课题研究背景10-12
• 1.1.2 课题研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 二维口腔CT图像分割研究现状13-15
• 1.2.2 三维牙列模型分割研究现状15-16
• 1.2.3 微型种植体研究现状16-17
• 1.3 课题主要研究内容17-18
• 第2章 口腔闭颌CT图像二维分割18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 水平集方法18-21
• 2.2.1 水平集方法介绍18-19
• 2.2.2 水平集方法数学原理19-21
• 2.3 基于水平集方法的口腔闭颌CT图像分割函数研究21-25
• 2.3.1 局部灰度能量函数22-23
• 2.3.2 边界检测函数23-24
• 2.3.3 全局灰度能量函数24
• 2.3.4 形状约束能量函数24-25
• 2.3.5 混合水平集函数25
• 2.4口腔CT图像分割25-30
• 2.4.1口腔CT图像分割流程26-27
• 2.4.2 单切片CT图像分割27-28
• 2.4.3 分割结果28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 牙齿三角网格模型分割31-49
• 3.1 引言31
• 3.2 MARCHING CUBE算法重建牙列模型31-32
• 3.2.1 Marching Cube算法介绍31-32
• 3.2.2 牙齿模型重建32
• 3.3 牙齿三角网格模型拓扑关系建立32-37
• 3.3.1 三角网格模型与STL文件32-35
• 3.3.2 三角网格模型数据简化35-36
• 3.3.3 三角网格模型拓扑信息建立36-37
• 3.4 快速分水岭算法与分割高度函数37-43
• 3.4.1 快速分水岭算法37-39
• 3.4.2 网格模型曲率估计39-42
• 3.4.3 平均测地线距离42
• 3.4.4 分割高度函数42-43
• 3.5 牙齿三角网格模型分割与结果分析43-48
• 3.5.1 牙齿三角网格模型分割流程43-45
• 3.5.2 牙齿三角网格模型孔洞填充45
• 3.5.3 评价指标45-46
• 3.5.4 分割重构结果分析46-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 微型种植体应力分析49-60
• 4.1 引言49
• 4.2口腔组织实体模型重建49-53
• 4.2.1 牙槽骨模型分割重建49-50
• 4.2.2 逆向工程重建牙周组织实体模型50-53
• 4.3 正畸托槽与正畸弓丝建模53-55
• 4.3.1 正畸托槽53-54
• 4.3.2 正畸弓丝54
• 4.3.3 托槽与弓丝建模54-55
• 4.4 微型种植体建模与应力分析55-59
• 4.4.1 微型种植体介绍55-56
• 4.4.2 微型种植体建模56-57
• 4.4.3 微型种植体稳定性应力仿真57-59
• 4.5 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-67
• 致谢67

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