基于CT和光学扫描数据的牙齿模型重建系统的研究

发布时间：2020-06-14 15:12

【摘要】：在计算机口腔修复系统中,完整的数字化三维牙齿模型将直接关系到后续的排牙、种植、正畸、以及生物力学分析的结果。基于CT和光学扫描数据的牙齿模型重建系统能够快速、高效的得到数据完整的、精度较高的三维牙齿数字模型。该系统主要分为五个模块:模块一是CT数据的初始重建;模块二是光学牙冠和牙龈的分离;模块三是初始重建后的CT数据与光学牙冠的配准;模块四是两种模型的共同分割;模块五是模型的融合。本文主要负责两种模型的配准和共同分割。为了解决这两种不同分辨率数据图像的配准,本文提出了一种基于CT与光学扫描牙齿模型的高效配准算法。在初始配准时,首先使用正确的比例因子创建一个临时点集,生成空间缩放尺度参数,进行各向同性缩放,设置更为精确的初始旋转矩阵;其次,在最终配准前通过比率采样算法选取具有原始数据的信息保持性的p个数据点(pn),然后使用具有7自由度的ICP算法进行精确配准,从而减少数据量的计算,并用K-D tree查找对应的点对来提高运行效率。通过实验表明,文中采用的算法能够解决尺度变换和不同分辨率数据的配准问题,配准结果收敛速度较快,配准误差较小,可以用于无托槽隐形矫治器的辅助设计。针对牙齿的CT数据分割的时间效率低,分割困难等缺点,本文提出了一种牙齿的CT数据和光学牙冠数据进行共分割的方法。首先我们利用两者的组成部分的异同进行光学牙冠的边缘的细化,仅保留牙冠与CT牙模的相同部分,除去不相同的区域,分离出光学牙冠边沿的少量牙龈部分。然后将分离出单个的牙冠模型,并且用来指导CT模型的精确切割。使用CT切片切割光学牙冠,从而在每张CT切片上都映射形成初始轮廓,采用经典的Level set方法进行迭代,分割完整的牙齿模型。最后利用完整的CT牙齿模型再次精确分割光学牙冠,对单个牙齿的缺口处进行缝补,生成完整的光学牙齿模型。实验结果表明,本文提出的算法分割效率高、速度较快。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R816.98;TP391.41
【图文】：

工作流程图,牙齿,光学扫描,工作流程图

基于ＣＴ和光学扫描数据牙齿模型的重构系统是利用牙齿ＣＴ切片中分离出逡逑来的牙根部分和光学扫描模型分离出的牙冠部分进行重构，得到包含精度较高的逡逑牙冠和完整牙根三维数字模型，可用于无托槽隐形矫治系统中，模拟牙齿的移动逡逑以及重新排列牙齿。逡逑该系统的工作流程如下：逡逑（１）利用移动立方体（Ｍａｒｃｈｉｎｇ邋Ｃｕｂｅｓ）算法将ＣＴ切片重建为三维牙齿模逡逑型；逡逑（２）利用网格分割算法对三维重建后的牙齿模型进行分割，保留牙冠部分；逡逑（３）利用本文的配准算法对重建后的ＣＴ模型和光学牙冠进行配准；逡逑（４）用配准后的ＣＴ模型指导光学牙冠进行边缘的细化；逡逑（５）利用精确的光学牙冠指导ＣＴ切片分割出单个牙齿模型；逡逑（６）使用ＣＴ牙齿模型指导单个光学牙冠分割与缝补；逡逑（７）考虑边界形状，将两个分段模型无缝地融合，建立完整的、精度较高逡逑的牙齿三维模型。逡逑基于ＣＴ和激光扫描数据牙齿模型的重构系统的工作流程图如图２－１所示。逡逑

图像配准,算法,仿射变换,投影变换

图２－２图像配准的主要算法逡逑２．４．２图像配准的变换方式逡逑配准是为了找到在不同时间和不同条件下获取的两个图像的映射关系，使得逡逑图像ａ中的每个点可以在图像ｂ上找到对应的一对点。实际上，映射关系是两个逡逑图像上的一组连续空间变换。目前，常用的空间变换包括：刚体变换（Ｒｉｇｉｄ邋ｂｏｄｙ逡逑ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋）、仿射变换（Ａｆｆｍｅ邋ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、投影变换（Ｐｒｏｊｅｃｔｉｖｅ逡逑ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）和非线性变换（Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）［２７］等。逡逑（１）刚体变换的方式．？是指在进行变换前后，图像中任意两点间的距离依旧保逡逑持不变。该类的刚体变换可分解为平移变换和旋转变换逡逑（２）仿射变换的方式［２９］：是将直线映射为保持平行性的直线的变换。它可以是逡逑均匀缩放的变换，其中变换系数在所有方向上是均匀的，或者是具有不一致的变逡逑换系数的非均匀缩放变换。逡逑（３）投影变换的方式：基本上类似与仿射变换，主要区别在于投影变换将图像逡逑

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