一种正畸矫治过程中的牙齿矫治状态的检测方法技术

本发明专利技术属于数字化医疗领域中的数字化口腔正畸技术领域，特别涉及一种正畸矫治过程中的牙齿矫治状态的检测方法。本发明专利技术利用拍摄的患者牙齿照片，基于计算机二维图像处理技术和计算机三维建模技术，来低成本地检测患者的牙齿矫治状态。本发明专利技术使得患者在家中进行牙齿矫治状态检测成为可能，无需患者去医院进行口腔扫描或者牙齿咬模，大大降低了患者和医院的成本。同时，本发明专利技术方案直接利用患者在进行正畸治疗前的牙齿模型来进行患者牙齿矫治状态检测，因此能够直接复用患者之前的数字化正畸方案，大大降低了正畸的成本。大大降低了正畸的成本。大大降低了正畸的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种正畸矫治过程中的牙齿矫治状态的检测方法


[0001]本专利技术属于数字化医疗领域中的数字化口腔正畸
，特别涉及一种正畸矫治过程中的牙齿矫治状态的检测方法。

技术介绍

[0002]正畸即矫正牙齿，通过矫治托槽、矫治牙套等利用外力牵引牙齿，将牙齿排列整齐。数字化正畸即将计算机辅助技术应用于正畸治疗，进行数字化地牙齿数据获取、储存、正畸方案设计等步骤。
[0003]患者在进行正畸治疗过程中，经常需要去医院进行复诊，检查牙齿的矫治状态。现有的牙齿矫治状态检测方法主要有3种：第一种是患者去医院，医生在现场对患者的牙齿进行检查，检测患者牙齿的矫治状态；第二种是患者去医院，利用石膏模型对患者的牙齿进行咬模，或者通过专业的口腔扫描仪对患者的牙齿进行三维建模，获取患者的牙齿三维扫描模型；第三种是患者用手机、相机等对自己的牙齿进行拍照，然后将照片发送给医生。
[0004]以上方法的缺点是，1、如果只对患者的牙齿进行拍照，则只能获取牙齿的二维信息，而不能获得患者的三维信息，无法很好地量化患者三维的牙齿矫治状态；2、如果利用石膏咬合模型进行取模，则需要患者到医院进行操作，对于医院和患者来说，成本都相对较高；3、使用专业的口腔扫描仪进行口腔模型扫描，都需要患者到医院进行操作，对于医院和患者来说，成本都相对较高；而且扫描获得口腔扫描模型，需要重新进行牙冠分割、正畸方案设计等步骤，无法直接使用原有的数字化正畸方案，费时费力。4、医生在现场对患者的牙齿进行检测，患者的矫治状态检查依赖于医生的经验，无法进行量化衡量，检查结果也无法数字化，无法复用原先的数字化正畸设计方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种正畸矫治过程中的牙齿矫治状态检测方法，利用拍摄的患者牙齿照片，基于计算机二维图像处理技术和计算机三维建模技术，以低成本地检测患者的牙齿矫治状态。
[0006]本专利技术提出的正畸矫治过程中的牙齿矫治状态的检测方法，包括：
[0007]获取牙齿矫治状态信息；
[0008]对数字化口腔网格模型进行预处理，得到数字化口腔网格模型；
[0009]使用基于投影的二维
‑
三维配准方法，对每颗牙齿的三维网格模型进行刚性变换,使得每颗牙齿的三维网格模型投影到该照片的二维平面上，将每颗牙齿的二维投影牙齿轮廓与患者牙齿轮廓进行配准，得到该照片坐标系下每颗牙齿的真实刚性变换矩阵；
[0010]根据每张照片坐标系下牙齿的真实刚性变换矩阵，获取两张照片坐标系的关联矩阵；
[0011]根据坐标系关联矩阵和刚性变换矩阵，获得整副牙齿模型，实现正畸矫治过程中的牙齿矫治状态的检测。
[0012]本专利技术提出的正畸矫治过程中的牙齿矫治状态的检测方法，其优点是：
[0013]本专利技术的正畸矫治过程中的牙齿矫治状态的检测方法，利用拍摄的患者牙齿照片，基于计算机二维图像处理技术和计算机三维建模技术，以低成本地检测患者的牙齿矫治状态。本专利技术方法使得患者在家中进行牙齿矫治状态检测成为可能，无需患者去医院进行口腔扫描或者牙齿咬模，大大降低了患者和医院的成本。同时，本专利技术方案直接利用患者在进行正畸治疗前的牙齿模型来进行患者牙齿矫治状态检测，因此能够直接复用患者之前的数字化正畸方案，大大降低了正畸的成本。
附图说明
[0014]图1是本专利技术提出的正畸矫治过程中的牙齿矫治状态的检测方法的流程框图。
具体实施方式
[0015]本专利技术提出的正畸矫治过程中的牙齿矫治状态的检测方法，包括：
[0016]获取牙齿矫治状态信息；
[0017]对数字化口腔网格模型进行预处理，得到数字化口腔网格模型；
[0018]使用基于投影的二维
‑
三维配准方法，对每颗牙齿的三维网格模型进行刚性变换,使得每颗牙齿的三维网格模型投影到该照片的二维平面上，将每颗牙齿的二维投影牙齿轮廓与患者牙齿轮廓进行配准，得到该照片坐标系下每颗牙齿的真实刚性变换矩阵；
[0019]根据每张照片坐标系下牙齿的真实刚性变换矩阵，获取两张照片坐标系的关联矩阵；
[0020]根据坐标系关联矩阵和刚性变换矩阵，获得整副牙齿模型，实现正畸矫治过程中的牙齿矫治状态的检测。
[0021]以下结合附图，详细介绍本专利技术的内容：
[0022]本专利技术提出的正畸矫治过程中的牙齿矫治状态的检测方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤：
[0023](1)获取牙齿矫治状态信息，具体过程如下：
[0024](1
‑
1)在隐形正畸治疗前，使用三维扫描枪对患者的牙齿进行扫描，获取患者的数字化口腔网格模型，其中数字化网格模型使用行业常用的obj(3D模型文件格式)文件格式存储，数字化口腔网格模型中存储网格模型的三维空间点、线和面的位置信息；
[0025](1
‑
2)从不同角度拍摄带有标签示意图的患者牙齿照片，口腔照片使用手机拍摄，患者牙齿照片为彩色的M*N二维图像，标签示意图是由黑色和白色的类似于二维码的正方形图像，M为二维图像的宽度，N为二维图像的高度；
[0026](2)对步骤(1)的数字化口腔网格模型进行预处理，具体过程如下：
[0027](2
‑
1)对患者在隐形正畸前的口内扫描网格模型进行分牙操作。分牙操作为对步骤(1
‑
1)的数字化口腔网格模型进行分割，得到每颗牙齿的三维网格模型，并根据正畸学对现实中牙齿的编号，并对每颗牙齿的三维网格模型进行编号，得到编号为j的牙冠网格模型A
j
；
[0028]获取拍摄照片的相机内参数(相机内参数是与相机自身特性相关的参数,比如相机的焦距、像素大小等)。
[0029](2
‑
2)对步骤(1
‑
2)的患者牙齿照片进行去畸变处理，得到去畸变处理后的患者口腔M*N二维图像；使用图像处理工具OpenCV(一个基于BSD许可发行的跨平台计算机视觉和机器学习软件库)，对拍摄的每一张患者照片进行去畸变处理。
[0030](2
‑
3)获取步骤(1
‑
2)中拍摄照片时的相机内参数和相机外参数；(相机外参数是在世界坐标系中的参数，比如相机的位置、旋转方向等)。在对患者牙齿进行拍照时，用定制的标签(1cm*1cm，类似于二维码)的标签贴在患者嘴唇上，使得标签能出现在照片中。根据照片中标签的位置，来获取相机的外参数，该方法为公知公用方法。
[0031](2
‑
4)从步骤(2
‑
2)的去畸变处理后的患者口腔M*N二维图像中提取患者牙齿轮廓，具体过程如下：
[0032](2
‑4‑
1)采用Canny边缘检测方法，对步骤(2
‑
2)患者口腔M*N二维图像进行轮廓边缘检测，得到带有边缘信息的M*N二维图像；
[0033]本专利技术提出的低成本牙齿矫治状态检测方法中，主本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正畸矫治过程中的牙齿矫治状态的检测方法，其特征在于该检测方法包括：获取牙齿矫治状态信息；对数字化口腔网格模型进行预处理，得到数字化口腔网格模型；使用基于投影的二维
‑
三维配准方法，对每颗牙齿的三维网格模型进行刚性变换，使得每颗牙齿的三维网格模型投影到该照片的二维平面上，将每颗牙齿的二维投影牙齿轮廓与患者牙齿轮廓进行配准，得到该照片坐标系下每颗牙齿的真实刚性变换矩阵；根据每张照片坐标系下牙齿的真实刚性变换矩阵，获取两种照片坐标系的关联矩阵；根据坐标系关联矩阵和刚性变换矩阵，获得整副牙齿模型，实现正畸矫治过程中的牙齿矫治状态的检测。2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于其中所述的获取牙齿矫治状态信息，具体过程如下：(1)在隐形正畸治疗前，对患者的牙齿进行扫描，获取患者的数字化口腔网格模型，数字化口腔网格模型中存储网格模型的三维空间点、线和面的位置信息；(2)从不同角度拍摄带有标签示意图的患者牙齿照片，患者牙齿照片为彩色的M*N二维图像，M为二维图像的宽度，N为二维图像的高度。3.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于其中对步骤(1)的数字化口腔网格模型进行预处理，以得到数字化口腔网格模型，具体过程如下：(1)对数字化口腔网格模型进行分割，得到每颗牙齿的三维网格模型，并对每颗牙齿的三维网格模型进行编号，得到编号为j的牙冠网格模型A
j
；(2)对患者牙齿照片进行去畸变处理，得到去畸变处理后的患者口腔M*N二维图像；(3)获取拍摄照片时的相机内参数和相机外参数。4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于其中所述的从去畸变处理后的患者口腔M*N二维图像中提取患者牙齿轮廓，具体过程如下：(1)采用canny边缘检测方法，对患者口腔M*N二维图像进行轮廓边缘检测，得到带有边缘信息的M*N二维图像；(2)对患者口腔M*N二维图像进行Garbor滤波处理，得到带有轮廓信息的M*N二维图像；(3)利用生成式边缘学习方法对步骤(2)的患者口腔M*N二维图像进行处理，得到只有牙齿轮廓信息的M*N二维图像；(4)采用轮廓融合提取方法，将上述步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)得到的三张M*N二维图像进行融合，得到带有患者牙齿轮廓的M*N二维图像，包括以下步骤：(4
‑
1)设定图像中像素值的阈值，对步骤(2
‑4‑
2)的Garbor滤波后得到的M*N二维图像进行二值化处理，将该二值化处理后的二维图像中像素值高于阈值的边缘判定为边缘轮廓；(4
‑
2)将步骤(4
‑
1)、步骤(1)和步骤(3)的M*N二维图像进行“交”运算，即步骤(4
‑
1)、步骤(1)和步骤(3)同时判定为边缘轮廓的点才确定为牙齿轮廓的边缘点；(5)对带有患者牙齿轮廓的M*N二维图像中的每颗牙齿轮廓进行编号，即得到B
ij
，B
ij
表示第i张牙齿照片中编号为j牙齿的轮廓。5.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于其中对患者牙齿轮廓B
ij
与步骤的牙齿数字化三维模型A
j
进行二维三维配准，即使用基于投影的二维
‑
三维配准方法，对每颗牙齿的
三维网格模型进行刚性变换，使得每颗牙齿的三维网格模型投影到二维平面上，投影得到每颗牙齿的M*N二维投影牙齿轮廓，将每颗牙齿的M*N二维投影牙齿轮廓与步骤(2
‑
4)的患者牙齿轮廓进行配准，得到每颗牙齿的真实刚性变换矩阵其中，i表示第i张照片，j表示牙齿的编号，获取第i张照片中编号为j的牙齿的真实刚性变换矩阵包括以下步骤：(5
‑
1)根据第i张照片的每颗牙齿轮廓B
ij
，按照牙齿所在的上颌面或下颌面，分成两个颌面的牙列轮廓，将上颌面牙列轮廓或下颌面牙列轮廓分别与牙齿数字化三维模型A
j
进行二维三维配准，得到第i张牙齿照片中相应颌面牙齿的刚性变换矩阵T
′
i
，T
i
表示第i张牙齿照片中颌面牙齿的刚性变换矩阵理论值，T
′
i
为T
i
的计算值；整副牙列二维三维配准的步骤用以下公式表示：使用第i张牙齿照片中整个颌面牙齿的刚性变换矩阵T
i
，对步骤(2
‑
1)得到的牙齿数字化三维模型A
j
进行刚性变化，得到刚性变化后牙齿三维模型其中，其中N
i
为牙齿照片i中上颌面或下颌面上被标出的牙齿轮廓数量；刚性变换矩阵T由六个参数构成，分别是t
x
、t
y
、t
z
、α、β、γ，其中，t
x
、t
y
、t
z
表示空间内平移量，α、β、γ表示空间内旋转角度，其中T和t
x
、t
y
、t
z
、α、β、γ的关系为：整副牙列的牙齿配准过程如下：(5
‑1‑
1)使用函数对得到的刚性变化后牙齿三维模型从三维网格模型投影到二维平面，得到二维投影图形其中，函数由相机内参数和相机外参数决定；(5
‑1‑
2)使用函数C，对得到的二维投影图形进行牙齿轮廓提取，得到投影牙齿轮廓(5
‑1‑
3)使用在二维层面两个轮廓的距离度量函数F
2D
，对投影牙齿轮廓和牙齿轮廓B
ij
进行距离度量，获得度量距离(5
‑1‑
4)遍历一副牙列上的所有牙齿，对每一颗牙齿，重复上述步骤(5
‑1‑
1)、(5
‑1‑
2)和(5
‑1‑
3)，得到所有每颗牙齿的度量距离，求所有每颗牙齿的度量距离的平均值，得到整副牙列的距离度量均值其中N
i
为牙齿照片i中上颌面或下颌面上被标出的牙齿轮廓数量；(5
‑1‑
5)使用最优化方法，不断调整牙列的刚性...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈莉，金林荣，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：