数字口腔中多模态数据配准算法研究及应用

发布时间：2020-06-08 06:26

【摘要】：随着计算机辅助医疗的发展与普及,利用锥形束X线断层摄影术(CBCT),磁共振成像(MRI)等扫描得到的医学数据大大推动了临床医学应用的发展。在数字口腔领域,不同模态数据的配准,可以得到更加完备的患者信息,有助于医生制定更完备的治疗方案。本文对数字化口腔涉及的不同模态数据配准技术做了研究与分析,并基于该技术实现了原型系统的开发。围绕不同模态数据的配准,本论文介绍了CBCT数据与网格数据配准、全景片与网格数据配准、CBCT与MRI数据配准三个方面的内容。论文主要工作包括:首先,提出了头部CBCT数据与牙冠三维网格数据的配准方法,为下一步自动牙根提取打下基础,采用融合几何描述符算法和迭代最近点(ICP)的混合配准算法,解决了ICP初始条件差导致的不收敛问题;其次,在缺乏CBCT数据的情况下,提出全景片模拟算法,将模拟得到的虚拟全景片与真实全景片配准来得到牙根点的三维坐标,进而修复患者牙根;然后,为了从MRI中提取颞下颂关节,采用随机梯度下降搜索方法,实现了基于互信息的多分辨率配准算法来配准CBCT与MRI数据。最后,基于相关配准技术,通过模块化设计,完成了原型系统的开发,并经过了实际案例,验证了算法的有效性。
【图文】：

数据定义,医学图像

的数据是体数据（Ｖｏｌｕｍｅ邋ｄａｔａ），保存成ＤＩＣＯＭ格式。体数据可以看做三维纹逡逑理，在空间中有ＺｘＦｘ／Ｚ个体素，每个体素上有一个或多个密度值。也可以看做逡逑是一系列Ｘ－ｍｙ图像的集合。体数据经由体绘制后得到的结果如图２－２（ａ）所示。逡逑三角形网格三角网格是指全部由三角形组成的多边形网格，是现代计算机逡逑图形学中最常见的表示形式，适用于大部分的数字几何处理算法。在正畸学中，逡逑制作牙齿石膏模型后，，用三维扫描仪进行扫描，可以得到牙齿牙冠部分的三角形逡逑网格。再利用一些成熟的口腔软件进行预处理和切割牙冠，得到的结果如图２－２逡逑（ｂ）所示。逡逑本章是对三维体数据和三维三角网格进行配准，前者是规则的体素数据，后逡逑者是不规则的三角形网格数据。需要配准的部分是牙冠部分，因为是骨骼数据，逡逑配准前后的变形可以忽略，所以使用刚性变换矩阵。两者的数据结构并不一致，逡逑一个方式是使用等值面抽取的方法将体数据中的牙冠部分的网格抽取出来

配准,前后对比,方法,点集

（ａ）ＣＢＣＴ得到的体数据逦（ｂ）切割后的牙冠三角面片模型逡逑图２－２三维数据的表现与可视化逡逑本章提出使用阈值分割的方法，将一定范围内的密度体素保存下来，然后将逡逑保留下来的每一个体素用体素的中心点代替，得到一系列点集。这些点集的特点逡逑是噪声多，除了牙冠点，牙根的点集和下颌的点集都保留下来了。可以使用一些逡逑点集配准的方法来配准两种数据。逡逑获得体数据的点云之后可以利用点云数据处理技术进行预处理，比如，通过逡逑去噪平滑去除噪声坏点和毛刺。使用标准骨骼阈值分割得到的点集和三维网格的逡逑点集配准前后如图２－３，预处理前后的点云如图２－５。逡逑２．２基于ＩＣＰ的配准算法逡逑公式（２．１）是一个泛化的公式，公式中，Ｒ是体数据经过阈值筛选后的点逡逑集，Ｆ是三维网格数据上的点集，通常我们采用点距离平方和（Ｍｅａｎ邋Ｓｑｕａｒｅ）逡逑作为评价函数
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.7;R78

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