三维牙齿模型与头颅侧位片、单反照片相互配准的方法与流程

1.本发明涉及牙科领域，特别是涉及一种三维牙齿模型与颅侧位片、单反照片相互配准的方法。


背景技术：

2.矫正方案设计中，根据x光头颅侧位片（以下简称侧位片）分析，进行矫正目标设定，获得可预期治疗目标的方法已经很成熟。但是，无法将该设计的目标从二维转换成三维模型上。随着牙科数字化技术的发展，口扫设备越来越普及，可以很方便的进行三维模型的查看及测量。由于缺乏头面部数据，三维牙齿模型的排列没有考虑到牙槽骨的状态，没有考虑面部的突度，因此得到的结果通常缺乏可实现性。已经有一些研究报道，是将cbct（cone beam ct，简称cbct，即锥形束投照计算机重组断层影像设备）扫描得到的dcm数据分割牙根、牙槽骨，并与三维扫描的牙齿模型配准，还可以扫描面部三模型，一起配准得到面部和牙根、牙槽骨的综合数据，但是这些方法处于研究阶段，完成一个病例的数据整合需要一周甚至更长时间，需要专业的第三方软件，费用昂贵。因此，需要一种快速将二维x光头颅侧位片、单反侧面照片、三维牙模进行配准的方法，可以快速、便捷的完成数据整合，为医生制定矫正方案提供有效的信息帮助。


技术实现要素：

3.针对上述情况，为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种三维牙齿模型与头颅侧位片、单反照片相互配准的方法。
4.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种三维牙齿模型与头颅侧位片、单反照片相互配准的方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤一，三维牙齿模型与二维x光头颅侧位片的配准步骤；步骤二，二维x光头颅侧位片与单反侧面照片的自动配准步骤；步骤三，三维牙齿模型与单反正面微笑照片的自动配准步骤。
5.优选地，所述步骤一具体包括以下步骤：步骤十一，将x光头颅侧位片放置到三维牙齿模型的正中矢状平面上，该正中矢状平面需要与面部中线所在平面重合，将二维x光侧位片上的比例标尺与三维牙模的比例标尺配准成一致的；步骤十二，自动寻找x光头颅侧位片中上颌最前突牙齿的最下点，将牙冠表面投影到正中矢状平面上，自助寻找三维牙齿模型投影该平面影像的上颌最前突牙齿的最下点，平移x光头颅侧位片，使得x光头颅侧位片中上颌最前突牙齿的最下点与三维牙齿模型投影该平面影像的上颌最前突牙齿的最下点重合，以x光头颅侧位片中上颌最前突牙齿的最下点为圆心旋转x光头颅侧位片，使三维牙齿模型投影后的最前突上颌牙齿的唇侧边界与x光头颅侧位片上最前突上颌牙齿的唇侧边界重合，同时检查三维牙齿模型投影后的咬合平面是否与x光头颅侧位片的咬合平面平行；
步骤十三，检查三维牙齿模型投影在正中矢状平面的牙冠表面轮廓，是否与x光头颅侧位片上的牙冠轮廓影像重合，如果不重合，以牙弓线的中轴线为旋转中心左右倾斜正中矢状平面，使两者影像重合，或沿着通过牙弓线中点并垂直于矢状平面的直线作为旋转中轴线；步骤十四，完成上述操作后，检查三维牙齿模型上颌最后一颗牙齿的最远点在正中矢状平面的投影，是否与x光头颅侧位片上颌最后一颗牙齿的最远点重合，若不重合，放大或者缩小x光头颅侧位片，使三维牙齿模型上颌最后一颗牙齿的最远点在正中矢状平面的投影与x光头颅侧位片上颌最后一颗牙齿的最远点重合，放大或者缩小的中心点为x光头颅侧位片中上颌最前突牙齿的最下点或三维牙齿模型投影该平面影像的上颌最前突牙齿的最下点；步骤十五，完成上述三维牙齿模型与二维x光头颅侧位片的配准后，将两者坐标系绑定在牙模的三维坐标系，同时缩放或者旋转三维牙齿模型和x光头颅侧位片。
6.优选地，所述步骤二是二维x光头颅侧位片与单反侧面照片的自动配准步骤，具体是在二维x光头颅侧位片上自动寻找一条与软组织鼻部及颏部相切的直线分别得到第一点、第二点，在单反侧面照片上，自动寻找一条与软组织鼻部及颏部相切的直线分别得到第三点、第四点，该相切的直线具有唯一性，将第一点与第三点重合，第二点与第四点重合，完成二维x光头颅侧位片与单反侧面照片的初次配准；再手动微调，使得额部最凹区域与鼻尖最凸区域重合优选地，所述步骤三是在三维牙齿模型最前一颗牙齿的唇侧最前点建立一个平面，该平面与咬合平面垂直，与牙弓线的中轴垂直，将单反正面微笑的照片半透效果后放置于该平面，平移并旋转照片，使得照片上的上颌两颗中切牙的邻接点与三维牙模上两颗上颌中切牙的邻接点重合，放大或者缩小照片，使得照片左右中切牙分别与三维牙齿模型上的左右中切牙重合，将单反正面微笑照片中沿着嘴唇内侧将牙齿的部分裁切掉，余下照片其余部分，这样看到的牙齿是三维模型，将两者坐标系绑定到三维牙齿模型的坐标系。
7.本发明的积极进步效果在于：本发明可以将三维牙齿牙模与二维x光头颅侧位片、单反照片进行精确配准，快速、便捷的完成数据整合，为医生制定矫正方案提供有效的帮助。
附图说明
8.图1为x光头颅侧位片放置到三维牙齿模型的正中矢状平面上的示意图（外面的框是x光头颅侧位片）；图2为x光头颅侧位片上颌最前突牙齿的最下点a与三维牙齿模型上颌最前突牙齿的最下点b重合的示意图；图3为点a与点b重合后，上颌最前突切牙唇侧面重合，并检查咬合平面是两者一致的示意图；图4 为正中矢状平面可以沿着ef线、eg线旋转的示意图；图5 为维牙齿模型上颌最后一颗牙齿的最远点在正中矢状平面的投影c与x光头颅侧位片上颌最后一颗牙齿的最远点d重合的示意图；图6 为x光头颅侧位片与单反侧面照片自动重合的示意图；
图7为正面单反微笑照片与三维牙齿模型融合的示意图。
具体实施方式
9.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
10.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
11.本发明三维牙齿模型与头颅侧位片、单反照片相互配准的方法包括以下步骤：步骤一，三维牙齿模型与二维x光头颅侧位片的配准步骤，具体包括以下步骤：步骤十一，如图1所示，将x光头颅侧位片放置到三维牙齿模型的正中矢状平面上，该正中矢状平面需要与面部中线所在平面重合，将二维x光侧位片上的比例标尺与三维牙模的比例标尺配准成一致的。拍摄x光侧位片上均有比例标尺，通常标注了30mm长度，只需要在x光侧位片上点击两个点并设置该长度即可确定标尺，三维牙模在扫描时通常设备做过标定是按照实际比例大小建立的三维模型，因此这两者可以很方便的统一比例标尺。步骤十二，自动寻找x光头颅侧位片中上颌最前突牙齿的最下点a，将三维牙齿模型的牙冠投影到正中矢状平面后自助寻找上颌最前突牙齿的最下点b，平移x光头颅侧位片，使得上述两个最下点（点a与点b）重合（图2），以a点为圆心旋转x光头颅侧位片，使三维牙齿模型投影后的最前突上颌牙齿的唇侧边界与x光头颅侧位片上最前突上颌牙齿的唇侧边界重合（图3），同时检查三维牙齿模型投影后的咬合平面是否与x光头颅侧位片的咬合平面平行。自动寻找x光头颅侧位片中上颌最前突牙齿的最下点a，是因为在x光头颅侧位片上，该点没有任何阻挡，处于黑色和白色交接最明显的位置，最下点也是软件自动计算最容易的位置。 步骤十三，如图4所示，检查三维牙齿模型投影在正中矢状平面的牙冠表面轮廓，是否与x光头颅侧位片上的牙冠轮廓影像重合，如果不重合，以牙弓线的中轴线ef为旋转中心左右倾斜正中矢状平面，使两者影像重合，或者也可以沿着通过牙弓线中点并垂直于咬合平面的直线fg作为旋转中轴线，使两者影像重合。 在拍摄x光头颅侧位片时，患者的头部不一定是完全垂直的，这样导致x光头颅侧位片上的牙冠轮廓影像与三维牙齿模型投影在正中矢状平面的牙冠表面轮廓不一致，因此需要调整正中矢状平面的前后向及左右向倾斜角度。步骤十四，如图5所示，完成上述操作后，检查三维牙齿模型上颌最后一颗牙齿的最远点在正中矢状平面的投影c，是否与x光头颅侧位片上颌最后一颗牙齿的最远点d重合，若不重合，放大或者缩小x光头颅侧位片，使点c与点d重合，放大或者缩小的中心点为点a（或点b）。确定一个平面的位置和方向，只需要一个点和一个角度或者两个点就可以，两点越接近则误差越大。因此只需要a点和b点重合，再取上颌最远牙齿的最远点重合，这样可以通过长距离来减少误差。当然也可以取上颌第一磨牙的最远点，因为该点通常在做头影测量时会自动标记。但是上颌第一磨牙的最远点没有最后一颗磨牙的最远点距离大，首选上颌最后一颗磨牙的最远点。步骤十五，完成上述三维牙齿模型与二维x光头颅侧位片的配准后，将两者坐标系绑定在牙模的三维坐标系，可以同时缩放或者旋转三维牙齿模型和x光头颅侧位片。
12.步骤二，如图6所示，二维x光头颅侧位片与单反侧面照片的自动配准步骤，具体是
在二维x光头颅侧位片上自动寻找一条与软组织鼻部及颏部相切的直线分别得到第一点o、第二点s，在单反侧面照片上，自动寻找一条与软组织鼻部及颏部相切的直线分别得到第三点h、第四点k，该相切的直线具有唯一性，将第一点o与第三点h重合，第二点s与第四点k重合，完成二维x光头颅侧位片与单反侧面照片的初次配准。os和hk是软件自动计算最容易确定的点，但是由于拍摄x光头颅侧位片和单反照片时患者头部的扭转角度不可能完全一致，同时颏部收缩成都也可能不一样，导致os和hk不一定完全一样，再手动微调，使得额部最凹区域m与鼻尖最凸区域n重合。因为这两个区域是最不易变形的区域，额头部位虽然也很稳定，但是额部比较平，不易确定特征点。
13.步骤三，如图7所示，三维牙齿模型与单反正面微笑照片的自动配准步骤，具体是在三维牙齿模型最前一颗牙齿的唇侧最前点建立一个平面，该平面与咬合平面垂直，与牙弓线的中轴垂直，将单反正面微笑的照片半透效果后放置于该平面，平移并旋转照片，使得照片上的上颌两颗中切牙的邻接点与三维牙模上两颗上颌中切牙的邻接点重合，放大或者缩小照片，使得照片左右中切牙分别与三维牙齿模型上的左右中切牙重合，将单反正面微笑照片中沿着嘴唇内侧将牙齿的部分裁切掉，余下照片其余部分，这样看到的牙齿是三维模型，将两者坐标系绑定到三维牙齿模型的坐标系。
14.综上所述，本发明可以将三维牙齿牙模与二维x光头颅侧位片、单反照片进行精确配准，快速、便捷的完成数据整合，为医生制定矫正方案提供有效的帮助。
15.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
16.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。