用于配准3D牙科数据的自动化方法以及具有用于执行该方法的程序的计算机可读介质与流程

用于配准3d牙科数据的自动化方法以及具有用于执行该方法的程序的计算机可读介质
技术领域
1.实施例涉及一种用于配准3d(三维)牙科数据的自动化方法，以及一种非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质上存储有用于配准3d牙科数据的自动化方法的程序指令。更具体地，实施例涉及一种用于配准3d牙科数据从而减少用于配准牙科ct(计算机断层扫描)图像和数字印模模型的时间和精力的自动化方法，以及一种非暂时性计算机可读存储介质，该非暂时性计算机可读介质上存储有用于配准3d牙科数据的自动化方法的程序指令。


背景技术：

2.在牙科诊所中，将3d患者医学图像数据和3d数字印模模型扫描数据用于诊断、分析和假体制作。这两个数据具有不同的信息，并且当组合成一者时，可能实现更有效且各种的诊断、分析和制作。然而，由于这两个数据是在不同的坐标系中限定的3d数据，因此需要用于将这两个数据进行匹配的配准过程。
3.为了3d患者医学图像数据和3d数字印模模型扫描数据的配准，可以在3d患者医学图像数据和3d数字印模模型扫描数据中的每一者中设定标志点。
4.从两个3d数据(即，牙科ct图像和数字印模模型)选择六个标志点可能要花费很多时间和精力。另外，即使使用人工智能技术找到了标志点，所找到的标志点可能并不彼此完全匹配。另外，当存在缺失的牙齿时或当两个数据的数据区域彼此不同时，仅通过标志点的初始配准结果可能并不好。


技术实现要素：

5.实施例提供了一种用于将3d牙科数据配准的自动化方法，所述方法能够减少用于牙科ct图像和数字印模模型的配准的时间和精力。
6.实施例提供了一种非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质上存储有用于将3d牙科数据配准的自动化方法的程序指令。
7.在根据本发明概念的一种用于将3d牙科数据配准的示例自动化方法中，所述方法包括：提取ct(计算机化断层扫描)数据的标志点；提取数字印模模型的扫描数据的标志点；确定表示患者眼睛和鼻子的方向的向上矢量并且标识所述扫描数据的所述标志点的左边和右边；提取所述扫描数据的牙齿部分；在所述ct数据的样条曲线上搜索所述扫描数据的源点，以生成候选目标点组；以及将与所述ct数据的所述标志点具有最小误差的所述候选目标点组确定为最终候选。
8.在一个实施例中，所述ct数据的所述标志点可以包括上颌骨中的三个或更多个标志点以及下颌骨中的三个或更多个标志点。所述扫描数据的所述标志点可以包括三个标志点。
9.在一个实施例中，所述扫描数据的第一标志点和第三标志点可以指示所述扫描数
据的牙齿在横向方向上的最外点。
10.在一个实施例中，当所述扫描数据的第一标志点是p
11
，所述扫描数据的第二标志点是p
12
，所述扫描数据的第三标志点是p
13
，并且通过对来自形成所述扫描数据的网格的所有点的所有法向矢量求平均获得的平均矢量是时，可以使用和的交叉乘积和所述平均矢量来标识所述扫描数据的所述标志点的所述左边和所述右边。
11.在一个实施例中，当所述扫描数据表示上颌骨数据并且判别式d＜0时，表示所述患者的牙齿的左边最外点的左边牙齿标志点p
l
可以是p
11
，并且表示所述患者的所述牙齿的右边最外点的右边牙齿标志点pr可以是p
13
。当所述扫描数据表示所述上颌骨数据并且所述判别式d＞＝0时，所述左边牙齿标志点p
l
可以是p
13
，并且所述右边牙齿标志点pr可以是p
11
。所述判别式d可以被定义为
12.在一个实施例中，当所述扫描数据表示下颌骨数据并且所述判别式d＜0时，所述左边牙齿标志点p
l
可以是p
13
，并且所述右边牙齿标志点pr可以是p
11
。当所述扫描数据表示所述下颌骨数据并且所述判别式d＞＝0时，所述左边牙齿标志点p
l
可以是p
11
，并且所述右边牙齿标志点pr可以是p
13
。
13.在一个实施例中，当所述向上矢量是表示所述患者的牙齿的左边最外点的左边牙齿标志点是p
l
，表示所述患者的所述牙齿的右边最外点的右边牙齿标志点是pr，所述扫描数据的第二标志点是p
12
，并且所述扫描数据表示所述上颌骨数据时，
14.在一个实施例中，当所述向上矢量是表示所述患者的牙齿的左边最外点的左边牙齿标志点是p
l
，表示所述患者的所述牙齿的右边最外点的右边牙齿标志点是pr，所述扫描数据的第二标志点是p
12
，并且所述扫描数据表示所述下颌骨数据时，
15.在一个实施例中，所述方法还可以包括确定所述ct数据和所述扫描数据是否具有相同区域。当d1＝||p
1-p3||，d2＝||p
5-p3||，d3＝||p
11-p
12
||，d4＝||p
13-p
12
||，th是用于确定所述ct数据和所述扫描数据具有所述相同区域的第一阈值，p1、p3和p5是所述ct数据的所述标志点，p
11
、p
12
和p
13
是所述扫描数据的所述标志点，并且满足||(d1 d2)-(d3 d4)||＜th时，所述ct数据和所述扫描数据被确定为具有所述相同区域。
16.在一个实施例中，所述提取所述扫描数据的所述牙齿部分可以包括：当所述扫描数据表示上颌骨数据时，提取所述扫描数据的第一标志点、第二标志点和第三标志点之中的在所述向上矢量的方向上的最高点；将所述扫描数据切割成在从所述最高点沿所述向上矢量的正方向移动第一距离的点处具有所述向上矢量的法向矢量的平面；以及将所述扫描数据切割成在从所述最高点沿所述向上矢量的负方向移动第二距离的点处具有所述向上矢量的法向矢量的平面。
17.在一个实施例中，所述提取所述扫描数据的所述牙齿部分还可以包括：当所述扫描数据表示下颌骨数据时，提取所述扫描数据的所述第一标志点、所述第二标志点和所述
第三标志点之中的在所述向上矢量的所述方向上的最低点；将所述扫描数据切割成在从所述最低点沿所述向上矢量的正方向移动所述第一距离的点处具有所述向上矢量的法向矢量的平面；以及将所述扫描数据切割成在从所述最低点沿所述向上矢量的负方向移动所述第二距离的点处具有所述向上矢量的法向矢量的平面。
18.在一个实施例中，从所述扫描数据的所述第二标志点到右边牙齿标志点的矢量可以被定义为并且从所述第二标志点到左边牙齿标志点的矢量可以被定义为所述提取所述扫描数据的所述牙齿部分还可以包括：将所述扫描数据切割成在从所述右边牙齿标志点沿的方向移动第三距离的点处具有的法向矢量的平面；以及将所述扫描数据切割成在从所述左边牙齿标志点沿的方向移动所述第三距离的点处具有的法向矢量的平面。
19.在一个实施例中，所述第三距离的绝对值可以小于所述第一距离的绝对值和所述第二距离的绝对值。
20.在一个实施例中，第一矢量被定义为从所述矢量旋转-90度的矢量，第二矢量被定义为从所述矢量旋转 90度的矢量，第三矢量被定义为从所述矢量旋转 90度的矢量，第四矢量被定义为从所述矢量旋转-90度的矢量。所述提取所述扫描数据的所述牙齿部分还可以包括：将所述扫描数据切割成在从所述右边牙齿标志点沿的方向移动所述第三距离且沿所述第一矢量的方向移动第四距离的点处具有所述第一矢量的法向矢量的平面；将所述扫描数据切割成在从所述右边牙齿标志点沿的方向移动所述第三距离且沿所述第二矢量的方向移动所述第四距离的点处具有所述第二矢量的法向矢量的平面；将所述扫描数据切割成在从所述左边牙齿标志点沿的方向移动所述第三距离且沿所述第三矢量的方向移动所述第四距离的点处具有所述第三矢量的法向矢量的平面；以及将所述扫描数据切割成在从所述左边牙齿标志点沿的方向移动所述第三距离且沿所述第四矢量的方向移动所述第四距离的点处具有所述第四矢量的法向矢量的平面。
21.在一个实施例中，所述第四距离的绝对值可以大于所述第一距离的绝对值、所述第二距离的绝对值以及所述第三距离的绝对值。
22.在一个实施例中，所述提取所述扫描数据的所述牙齿部分还可以包括：将所述扫描数据切割成在从所述第二标志点沿的方向移动第五距离的点处具有作为和的总和的矢量的法向矢量的平面；以及将所述扫描数据切割成在从所述第二标志点沿-的方向移动所述第五距离的点处具有矢量-的法向矢量的平面。
23.在一个实施例中，所述在所述ct数据的所述样条曲线上搜索所述扫描数据的所述源点可以包括基于所述ct数据的上颌骨的多个标志点或所述ct数据的下颌骨的多个标志点来计算所述样条曲线c(u)。
24.在一个实施例中，所述源点可以包括左边牙齿标志点、第二标志点和右边牙齿标志点这三个点。
25.在一个实施例中，p
l
可以是所述左边牙齿标志点，p
12
可以是所述第二标志点，并且pr可以是所述右边牙齿标志点。可以在将参数u增加第一值的同时在c(u)上搜索目标点的第一点c(u1)。可以在将所述参数u增加第二值的同时在c(u)上搜索所述目标点的第二点c(u2)。目标点的第二点c(u2)可以是使d11＝||c(u1)-c(u2)||-||p
l-p
12
||最小化的点。可以
在将所述参数u增加第三值的同时在c(u)上搜索所述目标点的第三点c(u3)。目标点的第三点c(u3)可以是使d12＝||c(u2)-c(u3)||-||p
12-pr||最小化的点。当所有的d11、d12和d13＝||c(u3)-c(u1)||-||p
r-p
l
||都小于第二阈值时，所述目标点c(u1)、c(u2)和c(u3)可以被选择作为所述候选目标点组。所述目标点组可以包括c(u1)、c(u2)和c(u3)这三个点。
26.在一个实施例中，所述将与所述ct数据的所述标志点具有所述最小误差的所述候选目标点组确定为所述最终候选可以包括：使用变换矩阵将所述候选目标点组变换到所述ct数据的域；以及将变换误差计算为所述经变换的候选目标点组与所述ct数据的所述标志点之间的距离的平均值。
27.在根据本发明概念的一种用于将3d牙科数据配准的自动化方法的示例方法中，所述方法包括：提取ct(计算机化断层扫描)数据的标志点；提取数字印模模型的扫描数据的标志点；确定表示患者眼睛和鼻子的方向的向上矢量并且标识所述扫描数据的所述标志点的左边和右边；确定所述ct数据和所述扫描数据是否具有相同区域；提取所述扫描数据的牙齿部分；当所述ct数据和所述扫描数据具有不同区域时，在所述ct数据的样条曲线上搜索所述扫描数据的源点，以生成候选目标点组；以及将多个候选目标点组之中的具有所述ct数据和所述扫描数据的配准的最小误差的候选目标点组推荐为最终候选。
28.在一种其上存储有至少一个程序命令的示例非暂时性计算机可读存储介质中，所述程序命令可由至少一个硬件处理器执行以：提取ct数据的标志点；提取数字印模模型的扫描数据的标志点；确定表示患者眼睛和鼻子的方向的向上矢量并且标识所述扫描数据的所述标志点的左边和右边；提取所述扫描数据的牙齿部分；在所述ct数据的样条曲线上搜索所述扫描数据的源点，以生成候选目标点组；以及将与所述ct数据的所述标志点具有最小误差的所述候选目标点组确定为最终候选。
29.在一种其上存储有至少一个程序命令的示例非暂时性计算机可读存储介质中，所述程序命令可由至少一个硬件处理器执行以：提取ct(计算机化断层扫描)数据的标志点；提取数字印模模型的扫描数据的标志点；确定表示患者眼睛和鼻子的方向的向上矢量并且标识所述扫描数据的所述标志点的左边和右边；确定所述ct数据和所述扫描数据是否具有相同区域；提取所述扫描数据的牙齿部分；当所述ct数据和所述扫描数据具有不同区域时，在所述ct数据的样条曲线上搜索所述扫描数据的源点，以生成候选目标点组；以及将多个候选目标点组之中的具有所述ct数据和所述扫描数据的配准的最小误差的候选目标点组推荐为最终候选。
30.根据用于将3d牙科数据配准的自动化方法，即使没有用户输入且数据区域不同，也可以获得良好的初始配准结果。因此，可以在没有用户输入的情况下迅速地获得精细配准的结果。
31.根据用于将3d牙科数据配准的自动化方法，可以显著减少在牙科诊所和牙科实验室中针对诊断、分析和假体制作频繁地执行的用于患者医学图像数据(ct或cbct)和数字印模模型扫描数据的配准的时间和精力。
附图说明
32.通过参考附图详细描述本发明概念的详细实施例，本发明概念的上述和其他特征和优点将变得更加显而易见，在附图中：
33.图1是示出根据本发明概念的实施例的用于牙科ct(计算机化断层扫描)图像和数字印模模型的配准的自动化方法的流程图；
34.图2示出了牙科ct图像和数字印模模型的扫描数据；
35.图3示出了牙科ct图像的标志点；
36.图4示出了数字印模模型的扫描数据的标志点；
37.图5至图8示出了确定向上矢量的方法和标识扫描数据的标志点的左边和右边的方法；
38.图9示出了在扫描数据表示上颌骨数据时的向上矢量；
39.图10示出了在扫描数据表示下颌骨数据时的向上矢量；
40.图11和图12示出了图1的确定ct数据的区域和扫描数据的区域是否匹配的步骤；
41.图13和图14示出了图1的提取扫描数据的牙齿部分的步骤；
42.图15示出了通过图1的提取扫描数据的牙齿部分的步骤提取的牙齿部分；
43.图16示出了通过图1的提取扫描数据的牙齿部分的步骤提取的牙齿部分；
44.图17示出了图1的搜索ct样条曲线上的扫描数据的源点的步骤；
45.图18a至图18c示出了图1的粗略配准的步骤的结果；并且
46.图19a至图19c示出了图1的精细配准的步骤的结果。
具体实施方式
47.现在将在下文参考附图更全面地描述本发明概念，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明概念可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文所阐述的示例性实施例。
48.相反，提供这些示例性实施例以使得本公开将彻底且完整，并且将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。相同的附图标记始终指代相同的元件。
49.应理解，尽管在本文中术语第一、第二、第三等可用于描述各种元件、部件、区域、层和/或区段，但这些元件、部件、区域、层和/或区段应不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或区段与另一个区域、层或区段区分开来。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，可将以下论述的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一区段称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二区段。
50.本文中使用的术语仅是为了描述特定示例性实施例的目的，而不旨在限制本发明。如这里所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文清楚地指出。还应理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprise)”和/或“包括(comprising)”指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。
51.除非另外定义，否则本文中所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。还将理解，术语(诸如在常用词典中定义的术语)应当被解释为具有与它们在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且不会以理想化或过于正式的意义来解释，除非在本文中明确地如此定义。
52.除非本文另外指明或上下文明显矛盾，否则本文描述的所有方法可以合适的次序执行。除非另外指明，否则任何和所有示例或示例性语言(例如“诸如”)的使用仅旨在更好
地说明本发明，并且不对本发明的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应被理解为指示对于如本文所使用的本发明概念的实践来说必要的任何未要求保护的要素。
53.在下文中，将参考附图详细地解释本发明概念。
54.图1是示出根据本发明概念的实施例的用于牙科ct(计算机化断层扫描)图像和数字印模模型的配准的自动化方法的流程图。图2示出了牙科ct图像和数字印模模型的扫描数据。图3示出了牙科ct图像的标志点。图4示出了数字印模模型的扫描数据的标志点。
55.参考图1至图4，为了牙科ct图像和数字印模图像的配准，可以提取牙科ct图像的标志点(步骤s100)并且可以提取数字印模图像的标志点(步骤s200)。
56.例如，牙科ct图像可以是锥形束ct(cbct)图像。牙科ct图像可以包括牙齿、骨和神经管。例如，可以通过用扫描器扫描患者嘴的内部来获得数字印模模型的扫描数据。例如，可以通过用扫描器扫描患者嘴的内部的石膏模型来获得扫描数据。
57.图2的左侧图像可以是数字印模模型的扫描数据。图2的右侧图像可以是牙科ct图像。在本实施例中，数字印模模型可以对应于患者的上颌骨和下颌骨中的一者。在本实施例中，牙科ct图像可以包括患者的上颌骨和下颌骨两者的信息。
58.例如，在图3中，牙科ct图像的标志点可以指示牙齿的具体位置。例如，牙科ct图像的标志点可以包括上颌骨中的三个或更多个标志点以及下颌骨中的三个或更多个标志点。牙科ct图像的标志点可以包括上颌骨中的五个标志点p1、p2、p3、p4和p5以及下颌骨中的五个标志点p6、p7、p8、p9和p10。例如，上颌骨的第一标志点p1和上颌骨的第五标志点p5可以指示上颌骨的牙齿在横向方向上的最外点。上颌骨的第三标志点p3可以指示两个上颌中切牙之间。上颌骨的第二标志点p2可以设置在第一标志点p1与第三标志点p3之间。上颌骨的第四标志点p4可以设置在第三标志点p3与第五标志点p5之间。例如，下颌骨的第六标志点p6和下颌骨的第十标志点p10可以指示下颌骨的牙齿在横向方向上的最外点。下颌骨的第八标志点p8可以指示两个下颌中切牙之间。下颌骨的第七标志点p7可以设置在第六标志点p6与第八标志点p8之间。下颌骨的第九标志点p9可以设置在第八标志点p8与第十标志点p10之间。
59.例如，在图4中，扫描数据的标志点可以指示牙齿的具体位置。扫描数据的标志点可以包括三个标志点p
11
、p
12
和p
13
。在本文中，扫描数据可以表示患者的上颌骨或患者的下颌骨。例如，扫描数据的第一标志点p
11
和第三标志点p
13
可以指示扫描数据的牙齿在横向方向上的最外点。扫描数据的第二标志点p
12
可以指示两个中切牙之间。
60.在本实施例中，可以使用人工智能深度学习方法自动地提取ct图像的标志点(例如，p1至p10)。另外，可以使用人工智能深度学习方法自动地提取扫描数据的标志点(例如，p
11
至p
13
)。扫描数据表示上颌骨还是下颌骨可以通过用户的输入来确定，或者可以使用扫描数据的附加信息自动地确定。
61.图5至图8示出了确定向上矢量的方法和标识扫描数据的标志点的左边和右边的方法。
62.参考图5至图8来解释确定表示扫描数据的向上方向(患者眼睛和鼻子的方向)的向上矢量的方法和标识扫描数据的标志点p
11
至p
13
的左边和右边的方法(步骤s300)。
63.例如，在图5中，牙齿在扫描数据中向下突出，第一标志点p
11
设置在扫描数据的左边部分中，并且第三标志点p
13
设置在扫描数据的右边部分中。即使图5的扫描数据的牙齿向
下突出，图5的扫描数据也不一定意指上颌骨数据。如上文所解释，扫描数据表示上颌骨还是下颌骨可以通过用户的输入或者使用扫描数据的附加信息来确定。
64.可以从图5的形成扫描数据的网格的所有点(扫描数据的表面上的所有点)获得法向矢量。通过对来自所有点的所有法向矢量求平均来获得平均矢量的单位矢量通过对来自所有点的法向矢量求平均获得的平均矢量在图5中可以向下指向。平均矢量的单位矢量在向下方向上可以具有单位长度。
65.在以下等式1中示出了用于标识扫描数据的标志点的左边和右边的判别式。
66.[等式1]
[0067][0068]
当扫描数据表示上颌骨数据并且判别式d＜0时，表示患者牙齿的左边最外点的左边牙齿标志点p
l
可以是p
11
，并且表示患者牙齿的右边最外点的右边牙齿标志点pr可以是p
13
。相反，当扫描数据表示上颌骨数据并且判别式d＞＝0时，左边牙齿标志点p
l
可以是p
13
，并且右边牙齿标志点pr可以是p
11
。
[0069]
当扫描数据表示下颌骨数据并且判别式d＜0时，表示患者牙齿的左边最外点的左边牙齿标志点p
l
可以是p
13
，并且表示患者牙齿的右边最外点的右边牙齿标志点pr可以是p
11
。相反，当扫描数据表示下颌骨数据并且判别式d＞＝0时，左边牙齿标志点p
l
可以是p
11
，并且右边牙齿标志点pr可以是p
13
。
[0070]
在图5中，由于具有向下方向，因此当向上方向应该是正方向时，具有向下方向，因此当向上方向应该是正方向时，和的交叉乘积可以具有向下方向(负值)。因此，按照等式1，d等于或大于零(d＞＝0)，使得当图5中的扫描数据表示上颌骨数据时，左边标志点p
l
＝p
13
并且右边牙齿标志点pr＝p11。相反，按照等式1，d等于或大于零(d＞＝0)，使得当图5中的扫描数据表示下颌骨数据时，左边标志点p
l
＝p
11
并且右边牙齿标志点pr＝p
13
。
[0071]
例如，在图6中，牙齿在扫描数据中向下突出，第三标志点p
13
设置在扫描数据的左边部分中，并且第一标志点p
11
设置在扫描数据的右边部分中。
[0072]
在图6中，由于具有向下方向，因此当向上方向应该是正方向时，具有向下方向，因此当向上方向应该是正方向时，和的交叉乘积可以具有向上方向(正值)。因此，按照等式1，d小于零(d＜0)，使得当图6中的扫描数据表示上颌骨数据时，左边标志点p
l
＝p
11
并且右边牙齿标志点pr＝p
13
。相反，按照等式1，d小于零(d＜0)，使得当图6中的扫描数据表示下颌骨数据时，左边标志点p
l
＝p
13
并且右边牙齿标志点pr＝p
11
。
[0073]
例如，在图7中，牙齿在扫描数据中向上突出，第三标志点p
13
设置在扫描数据的左边部分中，并且第一标志点p
11
设置在扫描数据的右边部分中。
[0074]
在图7中，由于具有向上方向，因此当向上方向应该是正方向时，具有向上方向，因此当向上方向应该是正方向时，和的交叉乘积可以具有向上方向(正值)。因此，按照等式1，d等于或大于零(d＞＝0)，使得当图7中的扫描数据表示下颌骨数据时，左边标志点p
l
＝p
11
并且右边牙齿标志点pr＝p
13
。相反，按照等式1，d等于或大于零(d＞＝0)，使得当图7中的扫描数据表示上颌骨数据时，左边标志点p
l
＝p
13
并且右边牙齿标志点pr＝p
11
。
[0075]
例如，在图8中，牙齿在扫描数据中向上突出，第一标志点p
11
设置在扫描数据的左
边部分中，并且第三标志点p
13
设置在扫描数据的右边部分中。
[0076]
在图8中，由于具有向上方向，因此当向上方向应该是正方向时，具有向上方向，因此当向上方向应该是正方向时，和的交叉乘积可以具有向下方向(负值)。因此，按照等式1，d小于零(d＜0)，使得当图8中的扫描数据表示下颌骨数据时，左边标志点p
l
＝p
13
并且右边牙齿标志点pr＝p
11
。相反，按照等式1，d小于零(d＜0)，使得当图8中的扫描数据表示上颌骨数据时，左边标志点p
l
＝p
11
并且右边牙齿标志点pr＝p
13
。
[0077]
当扫描数据表示上颌骨数据时，表示患者眼睛和鼻子的方向的向上矢量可以被表示为以下等式2。
[0078]
[等式2]
[0079][0080]
例如，当图5的扫描数据表示上颌骨数据时，根据判别式，左边标志点p
l
＝p
13
并且右边牙齿标志点pr＝p
11
。根据等式2，作为p
r-p
12
和p
l-p
12
的交叉乘积的可以具有向上方向(正值)。
[0081]
当扫描数据表示下颌骨数据时，表示患者眼睛和鼻子的方向的向上矢量可以被表示为以下等式3。
[0082]
[等式3]
[0083][0084]
例如，当图7的扫描数据表示下颌骨数据时，根据判别式，左边标志点p
l
＝p
11
并且右边牙齿标志点pr＝p
13
。根据等式3，作为p
l-p
12
和p
r-p
12
的交叉乘积的可可以具有向上方向(正值)。
[0085]
图9示出了在扫描数据表示上颌骨数据时的向上矢量。图10示出了在扫描数据表示下颌骨数据时的向上矢量。
[0086]
如图9所示，当扫描数据表示上颌骨数据时，向上矢量的方向可以与牙齿的突出方向相反。
[0087]
如图10所示，当扫描数据表示下颌骨数据时，向上矢量的方向可以与牙齿的突出方向相同。
[0088]
图11和图12示出了图1的确定ct数据的区域和扫描数据的区域是否匹配的步骤。
[0089]
参考图1至图12，在ct数据和扫描数据的配准中，可以区分开情况1和情况2(步骤s400)。情况1表示ct数据和扫描数据具有相同区域。情况2表示ct数据和扫描数据具有不同区域。当满足以下等式4时，可以确定ct数据和扫描数据具有相同区域。
[0090]
[等式4]
[0091]
||(d1 d2)-(d3 d4)||＜th
[0092]
在本文中，d1＝||p1-p3||，d2＝||p
5-p3||，d3＝||p
11-p
12
||，d4＝||p
13-p
12
||，th是用于确定ct数据和扫描数据具有相同区域的第一阈值。例如，第一阈值th可以是5mm。
[0093]
图13和图14示出了图1的提取扫描数据的牙齿部分的步骤。图15示出了通过图1的提取扫描数据的牙齿部分的步骤提取的牙齿部分。
[0094]
参考图1至图15，为了基于作为两个数据之间的公共区域的牙齿部分来执行配准，可以仅从扫描数据中切出牙齿部分(步骤s500)。当扫描数据表示上颌骨数据时，在向上矢量的方向上提取第一标志点p
11
、第二标志点p
12
和第三标志点p
13
之中的最高点。当扫描数据表示下颌骨数据时，在向上矢量的方向上提取第一标志点p
11
、第二标志点p
12
和第三标志点p
13
之中的最低点。
[0095]
当扫描数据表示上颌骨数据时，扫描数据可以被切割成在从扫描数据的最高点沿向上矢量的正方向移动第一距离( a)的点处具有的法向矢量的无限平面，并且扫描数据可以被切割成在从扫描数据的最高点沿向上矢量的负方向移动第二距离(-b)的点处具有的法向矢量的无限平面(图13)。例如，第一距离( a)可以为6mm。例如，第二距离(-b)可以为-6mm。例如，第一距离( a)的绝对值可以等于第二距离(-b)的绝对值。替代地，第一距离( a)的绝对值可以不同于第二距离(-b)的绝对值。
[0096]
当扫描数据表示下颌骨数据时，扫描数据可以被切割成在从扫描数据的最低点沿向上矢量的正方向移动第一距离( a)的点处具有的法向矢量的无限平面cp1，并且扫描数据可以被切割成在从扫描数据的最低点沿向上矢量的负方向移动第二距离(-b)的点处具有的法向矢量的无限平面cp2(图13)。
[0097]
如图14所示，从第二标志点p
12
到右边牙齿标志点pr的矢量可以被定义为并且从第二标志点p
12
到左边牙齿标志点p
l
的矢量可以被定义为扫描数据可以被切割成在从右边牙齿标志点pr沿的方向移动第三距离的点处具有的法向矢量的无限平面cp3。扫描数据可以被切割成在从左边牙齿标志点p
l
沿的方向移动第三距离的点处具有的法向矢量的无限平面cp4。例如，第三距离的绝对值可以小于第一距离的绝对值和第二距离的绝对值。在本文中，第三距离可以是1mm。
[0098]
第一矢量可以被定义为从矢量旋转-90度的矢量。扫描数据可以被切割成在从右边牙齿标志点pr沿的方向移动第三距离且沿第一矢量的方向移动第四距离的点处具有第一矢量的法向矢量的无限平面cp5。第二矢量可以被定义为从矢量旋转 90度的矢量。扫描数据可以被切割成在从右边牙齿标志点pr沿的方向移动第三距离且沿第二矢量的方向移动第四距离的点处具有第二矢量的法向矢量的无限平面cp6。例如，第四距离的绝对值可以大于第一距离的绝对值、第二距离的绝对值以及第三距离的绝对值。在本文中，第四距离可以是10mm。
[0099]
第三矢量可以被定义为从矢量旋转 90度的矢量。扫描数据可以被切割成在从左边牙齿标志点p
l
沿的方向移动第三距离且沿第三矢量的方向移动第四距离的点处具有第三矢量的法向矢量的无限平面cp7。第四矢量可以被定义为从矢量旋转-90度的矢量。扫描数据可以被切割成在从左边牙齿标志点p
l
沿的方向移动第三距离且沿第四矢量的方向移动第四距离的点处具有第四矢量的法向矢量的无限平面cp8。
[0100]
另外，扫描数据可以被切割成在从第二标志点p
12
沿的方向移动第五距离的点处具有作为的和总和的矢量的法向矢量的无限平面cp10。扫描数据可以被切割成在从第二标志点p
12
沿-的方向移动第五距离的点处具有矢量的法向矢量的无限平面cp9。例如，第五距离的绝对值可以大于第三距离的绝对值且小于第四距离的绝对值。在本
文中，第五距离可以是6mm。
[0101]
图15表示通过使用切割平面cp1至cp10切割扫描数据来获得的牙齿部分。
[0102]
可以使用ct数据的上颌骨的第一标志点p1至第五标志点p5作为控制点来计算参数样条曲线c(u)。在本文中，u满足0＜＝u＜＝1。在患者的最左侧u＝0，并且在患者的最右侧u＝1。
[0103]
参数样条曲线c(u)可以意指连接ct数据的上颌骨的五个标志点p1至p5的弧线的样条曲线。替代地，可以使用ct数据的下颌骨的五个标志点p6至p10作为控制点来计算参数样条曲线c(u)。
[0104]
可以在ct样条曲线c(u)上搜索扫描数据的源点，以生成目标点(步骤s600)。
[0105]
扫描数据的源点可以包括左边牙齿标志点p
l
、第二标志点p
12
和右边牙齿标志点pr这三个点。
[0106]
在将参数u增加第一值的同时可以在c(u)上搜索目标点的第一点。目标点的第一点可以被表示为c(u1)。第一值可以是0.05。
[0107]
在将参数u增加第二值的同时可以在c(u)上搜索目标点的第二点。目标点的第二点可以被表示为c(u2)。目标点的第二点c(u2)可以是使d11＝||c(u1)-c(u2)||-||p
l-p
12
||最小化的点。在本文中，u＞u1并且第二值可以是0.001。
[0108]
在将参数u增加第三值的同时可以在c(u)上搜索目标点的第三点。目标点的第三点可以被表示为c(u3)。目标点的第三点c(u3)可以是使d12＝||c(u2)-c(u3)||-||p
12-pr||最小化的点。在本文中，u＞u2并且第三值可以是0.001。
[0109]
当所有的d11、d12和d13＝||c(u3)-c(u1)||-||p
r-p
l
||都小于第二阈值时，目标点c(u1)、c(u2)和c(u3)可以被选择作为候选。第二阈值可以是8mm。
[0110]
图16示出了通过图1的提取扫描数据的牙齿部分的步骤提取的牙齿部分。
[0111]
参考图1至图16，在本实施例中，示出了ct数据和扫描数据具有不同区域的情况2。例如，ct数据可以包括患者牙齿的整个区域，而扫描数据可以仅包括患者牙齿的一部分。尽管例如在本实施例中，ct数据包括患者牙齿的整个区域，而扫描数据仅包括患者牙齿的一部分，但本发明概念可以不限于此。
[0112]
当满足等式4时，ct数据和扫描数据可以被辨别为ct数据和扫描数据具有相同区域的情况1。当不满足等式4时，ct数据和扫描数据可以被辨别为ct数据和扫描数据具有不同区域的情况2。在本实施例中，可能不满足等式4，使得ct数据和扫描数据可以具有不同区域。
[0113]
如图16所示，扫描数据可以包括患者牙齿的一部分。
[0114]
图17示出了图1的搜索ct样条曲线上的扫描数据的源点的步骤。
[0115]
参考图1至图17，如参考图15解释，在图16中，可以使用ct数据的上颌骨的第一标志点p1至第五标志点p5作为控制点来计算参数样条曲线c(u)。
[0116]
对于图16的扫描数据，可以在ct样条曲线c(u)上搜索扫描数据的源点，以生成目标点(步骤s600)。
[0117]
扫描数据的源点可以包括左边牙齿标志点p
l
、第二标志点p
12
和右边牙齿标志点pr这三个点。
[0118]
在将参数u增加第一值的同时可以在c(u)上搜索目标点的第一点。目标点的第一
点可以被表示为c(u1)。第一值可以是0.05。
[0119]
在将参数u增加第二值的同时可以在c(u)上搜索目标点的第二点。目标点的第二点可以被表示为c(u2)。目标点的第二点c(u2)可以是使d11＝||c(u1)-c(u2)||-||p
l-p
12
||最小化的点。在本文中，u＞u1并且第二值可以是0.001。
[0120]
在将参数u增加第三值的同时可以在c(u)上搜索目标点的第三点。目标点的第三点可以被表示为c(u3)。目标点的第三点c(u3)可以是使d12＝||c(u2)-c(u3)||-||p
12-pr||最小化的点。在本文中，u＞u2并且第三值可以是0.001。
[0121]
当所有的d11、d12和d13＝||c(u3)-c(u1)||-||p
r-p
l
||都小于第二阈值时，目标点c(u1)、c(u2)和c(u3)可以被选择作为候选。第二阈值可以是8mm。
[0122]
图18a至图18c示出了图1的粗略配准的步骤的结果。
[0123]
参考图1至图18c，候选目标点组可以包括六个点，并且可以在步骤s500中生成多个候选目标点组。
[0124]
可以通过用于多个候选目标点组的标志变换来计算变换矩阵m。变换误差可以被计算为扫描数据的经变换的标志点pi’＝mpi(i＝l、12、r)与ct数据的标志点pk(k＝1、3、5或者k＝6、8、10)之间的距离的平均值。变换矩阵m可以将扫描数据的标志点移动到ct数据的域。
[0125]
在步骤s400中，在ct数据和扫描数据具有相同区域的情况1中，具有最小变换误差的候选目标点组可以被确定为最终候选。
[0126]
将扫描数据的标志点移动到ct数据的域的步骤和确定具有最小变换误差的最终候选的步骤可以被称为粗略配准(步骤s700)。
[0127]
在步骤s400中，在ct数据和扫描数据具有不同区域的情况2中，具有最小变换误差的候选目标点组可以不被确定为最终候选，因为在情况2中，左边牙齿标志点p
l
、第二标志点p
12
和右边牙齿标志点pr不对应于ct数据的第一标志p1、第三标志p3和第五标志p5。
[0128]
相反，在情况2中，可以在下文解释的精细配准的步骤(步骤s800)中确定最终候选。
[0129]
在图18a至图18c中，表示牙齿的形状的背景图像可以是ct数据。在图18a至图18c中，实线可以是通过与ct数据配准而生成的扫描数据的轮廓。图18a表示在ct数据和扫描数据的粗略配准之后的轴向视图。图18b表示在ct数据和扫描数据的粗略配准之后的矢状视图。图18c表示在ct数据和扫描数据的粗略配准之后的冠状视图。
[0130]
图19a至图19c示出了图1的精细配准的步骤的结果。
[0131]
参考图1至图19c，在粗略配准(步骤s700)之后，可以操作用于将ct数据的牙齿区域与扫描数据的牙齿区域进一步匹配的精细配准(步骤s800)。在精细配准中，可以将扫描数据的长牙部分用于源数据，并且可以将患者的ct图像用于目标数据。
[0132]
在图19a至图19c中，表示牙齿的形状的背景图像可以是ct数据。在图19a至图19c中，实线可以是通过与ct数据配准而生成的扫描数据的轮廓。图19a表示在ct数据和扫描数据的精细配准之后的轴向视图。图18b表示在ct数据和扫描数据的精细配准之后的矢状视图。图18c表示在ct数据和扫描数据的精细配准之后的冠状视图。
[0133]
如图19a至图19c所示，与图18a至图18c相比，ct数据的牙齿部分和扫描数据的牙齿部分可以更精确地匹配。
[0134]
在ct数据和扫描数据具有不同区域的情况2中，可以针对多个候选目标点组来操作精细配准。可以通过按最小误差的次序排列精细配准的结果来向用户推荐多个候选目标点组中的最终候选。
[0135]
用户可以基于通过精细配准获得的误差来将候选目标点组中的一者确定为最终候选。
[0136]
根据本实施例，即使没有用户输入且数据区域不同，也可以获得良好的初始配准结果。因此，可以在没有用户输入的情况下迅速地获得精细配准的结果。
[0137]
根据用于将3d牙科数据配准的自动化方法，可以显著减少在牙科诊所和牙科实验室中针对诊断、分析和假体制作频繁地执行的用于患者医学图像数据(ct或cbct)和数字印模模型扫描数据的配准的时间和精力。
[0138]
根据本发明概念的实施例，可以提供一种非暂时性计算机可读存储介质，该非暂时性计算机可读存储介质上存储有用于将3d牙科数据配准的自动化方法的程序指令。上述方法可以被写为在计算装置(诸如计算机)上执行的程序。该方法可以在使用计算机可读介质来操作程序的通用数字计算机中实施。另外，上述方法中使用的数据的结构可以通过各种方式写在计算机可读介质上。计算机可读介质可以包括单独的或组合的程序指令、数据文件和数据结构。写在介质上的程序指令可以被专门设计并配置成用于本发明概念，或者可以是计算机软件领域的技术人员众所周知的。例如，计算机可读介质可以包括磁性介质(诸如硬盘、软盘和磁带)、光学介质(诸如cd-rom和dvd)、磁光介质(诸如光磁盘)，以及专门被配置用于存储和执行程序指令的硬件装置(诸如rom、ram和闪存存储器)。例如，程序指令可以包括由编译器产生的机器语言代码，以及可以由计算机使用解释器等执行的高级语言代码。硬件装置可以被配置用于作为一个或多个软件模块来操作以便执行本发明概念的操作。
[0139]
另外，上述用于将3d牙科数据配准的方法可以以计算机执行的计算机程序或存储在存储方法中的应用程序的形式来实施。
[0140]
本发明概念涉及用于将3d牙科数据配准的自动化方法以及其上存储有用于将3d牙科数据配准的自动化方法的程序指令的非暂时性计算机可读存储介质，可以减少用于牙科ct数据和数字印模模型的配准的时间和精力。
[0141]
前述内容是对本发明概念的说明，并且不应被解释为对其的限制。尽管已经描述了本发明概念的几个实施例，但是本领域的技术人员将容易了解，在本质上不背离本发明概念的新颖教导和优点的情况下，可能在实施例中进行许多修改。因此，所有此类修改意图包括在如权利要求所限定的本发明概念的范围内。在权利要求中，装置加功能条款意图覆盖本文中所描述的执行所述功能的结构，并且不仅包括结构等同物还包括等同结构。因此，应理解，前述内容是对本发明概念的说明，并且不应解释为限于公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包括在所附权利要求的范围内。本发明概念由以下权利要求限定，权利要求的等同物包括在其中。