一种隐裂牙检测方法、系统、装置及存储介质与流程

1.本技术涉及牙体检测技术领域，尤其是一种隐裂牙检测方法、系统、装置及存储介质。


背景技术：

2.隐裂牙综合征是一种较为常见的牙体硬组织的非龋性疾病，该综合征也称为不完全牙齿裂痕，是指通常发生在牙冠表面的非生理性微裂纹。由于微裂纹难以发现和早期临床症状不明显，因此很容易被误诊。若隐裂牙未得到适当的治疗，裂痕将继续扩大，并最终导致牙髓炎的发作或整颗牙齿的骨折。
3.相关技术中，可用的临床诊断方法具有一些局限性：如隐裂牙体外观检查，咬伤诊断等方法可能在某种程度上取决于临床医生的经验。锥束x射线计算机断层扫描(cbct)在诊断隐裂牙上具有优越的成像分辨率，但随之产生的辐射会对人体安全造成一定影响。而一些非破坏性的隐裂牙诊断方法尚处于探索阶段，且存在一定的不足：例如，应用表面激光超声对隐裂牙进行检测时，表面激光所产生的脉冲信号与不规则牙齿结构之间复杂的相互作用机制可能给进一步的临床诊断中的成像和信号处理带来一定困难；而以人工智能算法为基础所实现的基于图像的裂纹检测方法也同样具有一定的局限性，这种方法的准确性可能在很大程度上取决于裂纹图像训练数据的数量。
4.综合上述，相关技术中存在的技术问题亟需得到解决。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于至少一定程度上解决相关技术中存在的技术问题之一。
6.为此，本技术实施例的一个目的在于提供一种隐裂牙检测方法，该方法对检测环境要求低，实施检测方便，且可以得到较为准确的检测结果。
7.本技术实施例的另一个目的在于提供隐裂牙检测系统。
8.为了达到上述技术目的，本技术实施例所采取的技术方案包括：
9.第一方面，本技术实施例提供了一种隐裂牙检测方法，所述方法包括以下步骤：
10.对待检测的牙体喷涂散斑，进行标记预处理；
11.对所述牙体进行加载，并在加载的过程中通过dic技术确定所述牙体的应变场图像；
12.对所述应变场图像进行二值化处理，得到二值化图像，并对所述二值化图像进行骨架化形态学操作，确定所述二值化图像中的裂纹路径；
13.根据所述裂纹路径和所述应变场图像，确定所述牙体的裂纹张开量。
14.另外，根据本技术上述实施例的隐裂牙检测方法，还可以具有以下附加的技术特征：
15.进一步地，在本技术的一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：
16.获取待处理的牙体；
17.对所述待处理的牙体进行液氮浸泡处理，并将处理后的牙体放入沸水中浸泡，得到待检测的牙体。
18.进一步地，在本技术的一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：
19.对待检测的牙体进行磨平和抛光处理。
20.进一步地，在本技术的一个实施例中，所述对待检测的牙体喷涂散斑，包括：通过喷枪、喷笔或者气压泵中的任意一种工具对待检测的牙体喷涂散斑。
21.进一步地，在本技术的一个实施例中，所述对所述应变场图像进行二值化处理，得到二值化图像，包括：
22.通过第一应变阈值对所述应变场图像进行二值化处理，得到第一图像；
23.通过第二应变阈值对所述应变场图像进行二值化处理，得到第二图像；所述第二应变阈值小于所述第一应变阈值；
24.对所述第一图像进行膨胀操作，得到更新后的第二图像；
25.对更新后的第一图像和所述第二图像进行逻辑与操作，得到第三图像；
26.计算所述第三图像中所有点的像素之和，当所述和大于预设阈值时，返回所述对所述第一图像进行膨胀操作的步骤；当所述和小于等于预设阈值时，将当前的第一图像确定为二值化图像。
27.进一步地，在本技术的一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：
28.根据所述裂纹张开量，绘制所述牙体的裂纹张开量云图。
29.第二方面，本技术实施例提供了一种隐裂牙检测系统，包括：
30.喷涂模块，用于对待检测的牙体喷涂散斑，进行标记预处理；
31.加载和图像采集模块，用于对所述牙体进行加载，并在加载的过程中通过dic技术确定所述牙体的应变场图像；
32.处理模块，用于对所述应变场图像进行二值化处理，得到二值化图像，并对所述二值化图像进行骨架化形态学操作，确定所述二值化图像中的裂纹路径；
33.计算模块，用于根据所述裂纹路径和所述应变场图像，确定所述牙体的裂纹张开量。
34.第三方面，本技术实施例提供了一种隐裂牙检测装置，包括：
35.至少一个处理器；
36.至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
37.当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实现第一方面所述的隐裂牙检测方法。
38.第四方面，本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于实现第一方面所述的隐裂牙检测方法。
39.本技术的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到：
40.本技术实施例中提供的隐裂牙检测方法，对待检测的牙体喷涂散斑，进行标记预处理；对所述牙体进行加载，并在加载的过程中通过dic技术确定所述牙体的应变场图像；对所述应变场图像进行二值化处理，得到二值化图像，然后对所述二值化图像进行骨架化
形态学操作，确定所述二值化图像中的裂纹路径，并根据所述裂纹路径和所述应变场图像，确定所述牙体的裂纹张开量。该方法具有显著的应用环境简单、成本低、对测量环境要求低、非接触的特点，并且通过图像实现对牙体变形的精确分析，有利于提高隐裂牙的检测精度，可以帮助患者更快、更准确地确定病情，进而及时得到有效治疗。
附图说明
41.为了更清楚地说明本技术实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本技术实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本技术的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员来说，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
42.图1为本技术实施例中提供的一种隐裂牙检测方法的示意图；
43.图2为本技术实施例中提供的一种牙体的位移场图像示意图；
44.图3为本技术实施例中提供的一种牙体的应变场图像示意图；
45.图4为本技术实施例中提供的隐裂牙检测方法得到的裂纹路径示意图；
46.图5为本技术实施例中提供的隐裂牙检测方法得到的裂纹张开量云图；
47.图6为本技术实施例中提供的一种隐裂牙检测系统具体实施例的结构示意图；
48.图7为本技术实施例中提供的一种隐裂牙检测装置具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
49.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
50.本技术实施例中提供一种隐裂牙检测方法，该方法可应用于终端中，也可应用于服务器中，还可以是运行于终端或服务器中的软件等。终端可以是平板电脑、笔记本电脑、台式计算机等，但并不局限于此。服务器可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统。
51.具体地，请参照图1，本技术实施例中的隐裂牙检测方法，包括步骤110至步骤140：
52.步骤110、对待检测的牙体喷涂散斑，进行标记预处理；
53.本技术实施例中，待检测的牙体是指需要检测出裂纹路劲的隐裂牙，该牙体既可以是临床上患者的牙体，也可以是用于医学分析的离体牙体。具体地，对于患者的牙体，可以由医生经过观测和经验确定出是否属于隐裂牙；对于离体的牙体，本技术实施例中可以将其记为待处理的牙体，最理想的检测对象是直接提取得到的隐裂牙，但是实际上想要直接获取完整的隐裂牙是较为困难的。这是因为一般离体的牙体是正常牙体，隐裂牙的样本较少。故而本技术实施例中可以对其进行一定的处理，以获取得到待检测的牙体。例如使用冷热温差的方法来制备模拟的隐裂牙，具体的方法流程包括：首先获取待处理的牙体，为了使后续得到的图像更为清洗，此处可以人工使用生理盐水擦拭牙齿表面的软垢和污物，擦干净的牙齿样本可以经由液氮浸泡处理后放入沸水中，从而得到待检测的牙体。需要说明
的是，本技术实施例中对待处理牙体的处理，可以经自动化控制系统通过执行程序实现，例如：可以设置液氮罐和沸水罐，通过机械手取放、排列牙体进行处理，例如可以通过程序控制机械手将牙体放入液氮罐中24小时，在24小时之后，再通过程序控制机械手将牙体取出放入沸水罐中浸泡10分钟取出，从而得到待检测的牙体。在一些实施例中，得到待检测的牙体后，还可以使用研磨抛光机对牙齿牙冠表面进行磨平和抛光处理，并可以由人工通过显微镜观察牙体是否产生裂纹。
54.本技术实施例中，对于待检测的牙体，为了增强后续生成图像的对比度，可以使用喷枪对牙体喷涂散斑，进行标记预处理的工作。具体地，本技术实施例中采用的喷枪直径可以是0.2mm，通过控制喷涂相关的参数，例如喷枪和牙体之间的距离、喷涂的持续时间，可以实现直径为30
‑
50um的均匀斑点。当然，在一些实施例中，也可以使用喷笔工具，此时由于喷射针口细小，需要使用专用的墨水；在一些实施例中，还可以使用气压泵作为喷射的动力来源，将盒子里的墨水从针口挤压喷射出去。
55.需要说明的是，本技术实施例中，在对待检测的牙体喷涂散斑时，需要注意控制喷射量与喷射距离，若喷射量或者喷射距离控制不当，可能导致散斑的体积过大，后续不易提取图像中的特征纹理信息；同时，还需要注意不可对同一区域持续喷射过长的时间，否则可能导致整块牙体的表面出现涂黑，基本彻底失去特征纹理信息。经过散斑喷涂后，牙体表面会出现足够的特征纹理信息，可以方便完成后续的数字图像处理分析的工作。需要补充说明的是，若待检测的牙体为病人的牙体，可将墨水替换为可食用色素或者其他具有颜色的口腔可喷涂液体，对疑似的隐裂牙牙体进行喷涂散斑的标记预处理。
56.步骤120、对所述牙体进行加载，并在加载的过程中通过dic技术确定所述牙体的应变场图像；
57.本步骤中，通过数字图像相关方法(digital image correlation，dic)对牙体的受力进行分析。具体地，dic技术可以通过图像计算得出物体表面的变形场信息，而要确定牙体的变形情况，需要对其进行力学加载，并在牙体受力加载的过程中进行图像采集。此处，需要注意的是，为dic技术的计算需要，需要在加载前(未变形状态)记录一副未变形的牙体的原始图像，之后再使用加载工具对牙体进行加载，并进行图像记录，即采集变形的牙体的图像。本技术实施例中，使用的加载工具可以是试验机或者其他的便携式加载装置，并且需要说明的是，在加载过程中需要注意控制载荷的大小，例如可以使得加载力小于等于一般的牙齿正常咀嚼应力，从而减少因加载对牙体可能造成的二次伤害。本技术实施例中，使用的图像记录装置可以是相机、dv或者其他图像记录装置。例如，可以使用材料万能试验机对离体的隐裂牙进行加载，并使用工业相机记录牙体的表面变形图像。
58.本技术实施例中，基于dic技术，根据得到的表面变形图像可以计算确定牙体的位移场图像和应变场图像。例如，参照图2和图3，图2中的(a)为得到的牙体的x方向位移场图像，图2中的(b)为得到的牙体的y方向位移场图像；图3中的(e)为得到的牙体的x方向应变场图像，图2中的(f)为得到的牙体的y方向应变场图像。可以看出，考虑到隐裂牙表面上随机分布的裂纹，应变场图像中的主应变应该是进一步提取裂纹的最合适的选择，因为，当裂纹方向平行于力加载的方向时，单向的位移场图像可能会丢失一些信息，所以这里选择应变场图像进行进一步的分析。
59.步骤130、对所述应变场图像进行二值化处理，得到二值化图像，并对所述二值化
图像进行骨架化形态学操作，确定所述二值化图像中的裂纹路径；
60.本技术实施例中，裂纹路径的提取可以通过matlab软件进行图像处理实现。具体地，步骤130可以包括以下图像处理步骤：1.二值化；2.腐蚀或膨胀形态运算；3.骨架化提取。首先，对应变场图像进行二值化处理，在图像处理过程中需要指出的是：单一的分割阈值可能会导致图像二值化与噪声(如分支与主裂纹一起)混合在一起，从而对提取主裂纹的路径造成一定困难。本技术实施例中，提出通过不断扩大较高的应变数值的图像区域(对应于主裂纹区域)，使用迭代的过程来获得主裂纹的路径。该过程可以在下列步骤中描述，经过几次图像处理迭代后，主应变场中的裂纹区域附近的高应变区域可以很完整地获取到，具体实施步骤如下：
61.步骤s1、分别设置两个阈值，记为第一应变阈值和第二应变阈值，其中第一应变阈值大于第二应变阈值，例如第一应变阈值可以是主应变峰值的80％，第二应变阈值可以是主应变峰值的36％。当然，这里的阈值可以根据情况进行调整。然后对应变场图像进行二值化处理，生成两个二值化图，分别记为：第一图像bh和第二图像bl，其中第一图像bh是以主应变峰值的80％作为阈值(即第一应变阈值)得到的二值化图像，bl是以主应变峰值的36％(即第二应变阈值)作为阈值得到的二值化图像。
62.步骤s2、对第一图像bh进行1个像素的膨胀操作，生成新的二值化图像，记为更新后的第一图像bh；
63.步骤s3、对第一图像bh和第二图像bl两幅二值化图像进行元素值的逻辑与操作，得到第三图像b；
64.步骤s4、计算二进制的第三图像b中的所有点的像素之和；如果该和大于一个预设阈值，则返回到步骤s2以进行迭代；否则，将当前得到的第一图像bh作为最终的二值化图像，进行骨架化形态学操作，得到含有裂纹路径的二值化图像，如图4所示。
65.步骤140、根据所述裂纹路径和所述应变场图像，确定所述牙体的裂纹张开量。
66.本技术实施例中，在得到牙体的裂纹路径后，还可以对其进行定量描述，例如基于裂纹运动学计算其裂纹张开量，从而更准确地判断牙体的状态。具体地，由常识可以得知，裂纹是由两个面(例如a和b)组成的，选取两个面的运动学点与刚体旋转点，可以计算出a与b的相对张开位移与相对滑动位移，具体地：
67.δ＝δ
b
‑
δ
a
68.δ
a
＝δ
a1
(i2‑
r
a
)a169.δ
b
＝δ
b1
(i2‑
r
b
)b170.其中，δ为a和b的相对位移，r
a
以及r
b
是变换矩阵，由两个面的旋转角组成，i2是单位矩阵；δ
a1
与δ
b1
是裂纹尖端位移向量，a1与b1是未变形状态下两个面的位置向量。
71.根据裂纹的倾斜角度，将计算出的位移分解为相对张开位移和相对滑动位移。然后相对张开位移可以通过以下公式计算得到：
72.δ
n
＝sin(α
r
)||δ||
73.其中，α
r
是裂纹倾斜角度，δ
n
为相对张开位移角度，也即面a和b之间的裂纹张开量。本技术实施例中，对于裂纹倾斜角度的计算，是在裂纹的二值化图像上，对裂纹点逐个进行索引，以裂纹点为倾角计算窗口中点，选取一定大小的窗口，对该窗口内的离散裂纹点进行二元一次方程y＝kx b拟合，对k值进行反正切计算即可得到倾角的近似值。一般来说，考虑
到时间计算成本与成像精度问题，可将裂纹计算窗口大小选择为7个像素左右。
74.在一些实施例中，本技术的方法还可以包括以下步骤：
75.根据所述裂纹张开量，绘制所述牙体的裂纹云图。
76.本技术实施例中，通过上述的裂纹检测和裂纹运动学方法，可以定量计算出裂纹不同位置的张开量。基于得到的裂纹张开量，可以绘制牙体的裂纹张开量云图，参照图5，图5展示了一种计算生成的裂纹张开量云图。在图5中，裂缝开口处的张开量使用在热图模式下绘制的色条进行了轮廓处理。可以发现，牙体裂纹的张开量是不均匀的，其范围分布在2μm(0.1个像素)到10μm(0.5个像素)之间，最大的张开量位于裂纹的中心区域附近，长度大概为10μm。该裂纹张开量云图可以告诉相关人员在牙体的这段裂纹中哪个部分的张开量更大，同时也意味着这个部位更加危险，该信息对于隐裂牙的诊疗具有更加直接的指导意义。
77.下面结合附图描述本技术实施例中提供的一种隐裂牙检测系统。
78.参照图6，具体地，控制系统包括：
79.喷涂模块101，用于对待检测的牙体喷涂散斑，进行标记预处理；
80.加载和图像采集模块102，用于对所述牙体进行加载，并在加载的过程中通过dic技术确定所述牙体的应变场图像；
81.处理模块103，用于对所述应变场图像进行二值化处理，得到二值化图像，并对所述二值化图像进行骨架化形态学操作，确定所述二值化图像中的裂纹路径；
82.计算模块104，用于根据所述裂纹路径和所述应变场图像，确定所述牙体的裂纹张开量。
83.可以理解的是，上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
84.参照图7，本技术实施例提供了隐裂牙检测装置，包括：
85.至少一个处理器201；
86.至少一个存储器202，用于存储至少一个程序；
87.当至少一个程序被至少一个处理器201执行时，使得至少一个处理器201实现的隐裂牙检测方法。
88.同理，上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
89.本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器201可执行的程序，处理器201可执行的程序在由处理器201执行时用于执行上述的隐裂牙检测方法。
90.同理，上述方法实施例中的内容均适用于本计算机可读存储介质实施例中，本计算机可读存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
91.在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本技术的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于
本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
92.此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本技术，但应当理解的是，除非另有相反说明，功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本技术是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本技术。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本技术的范围，本技术的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
93.功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
94.在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
95.计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。
96.应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
97.在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结
构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
98.尽管已经示出和描述了本技术的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。
99.以上是对本技术的较佳实施进行了具体说明，但本技术并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本技术精神的前提下可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。