[发明专利]三维牙颌网格模型分割方法

说明书

本发明公开了一种三维牙颌网格模型分割方法，属于计算机图像学技术领域，本发明针对三维空间中的牙颌模型数据，对每颗牙齿进行分割提取。首先对牙齿与牙龈间的过渡区域进行定位，通过局部二次曲面拟合的方式计算三维牙颌网格模型每一个点的平均曲率，根据负极小值原则筛选出牙齿与牙龈间的过渡区域凹陷点集；然后基于数学形态学操作将牙齿与牙龈间的凹陷点集构建成围绕牙齿一圈封闭的单点宽度轮廓线，再利用并查集算法将牙齿与牙龈分割出来；最后将分割得到的整体牙齿投影到二维上进行细化得到一条牙弓曲线，从而识别牙齿尖点，最后查找到两个牙齿尖点之间的最短路径作为牙齿之间的分割线，分割得到单颗牙齿。实现牙齿的自动分割提取。

技术领域

本发明属于计算机图像学技术领域，具体涉及一种三维牙颌网格模型分割方法。

背景技术

近年来，随着三维数据扫描技术和计算机图形图像处理技术的应用和发展，计算机辅助设计系统出现在越来越多的领域，他们利用硬件支持的计算机图形图像技术来高效地完成传统上工作量很大的任务。目前全球许多牙科诊所都使用计算机辅助正畸治疗系统对患者的牙齿进行矫正治疗，计算机辅助正畸系统在现代牙科中起着重要作用。它能高效地帮助医生进行牙齿矫正的定位、牙弓形态预测以及牙齿治疗前后配准等医学操作，使临床牙医避免许多重复工作，有助于形成一套准确的治疗计划。计算机辅助正畸系统接受三维扫描设备如“3Shape”扫描获取的患者的三维牙颌点云数据作为输入。三维点云是三维空间中离散的坐标点集，当前技术还可以将得到的点云数据网格化，即将三维离散点集按照一定顺序进行连接，使得点云数据变成一个个三角面片或者其他多边形面片，变成更具有几何结构的三维网格数据，从而让牙医能更直观、方便地在计算机上对三维牙颌网格数据进行可视化观察分析，并利用计算机辅助正畸系统提取、移动、去除和重新排列牙齿，以模拟治疗效果,为医生省去了很多繁琐费时的操作。

而在计算机辅助正畸治疗系统中，牙齿的分割是这些系统中最基本和最关键的组成部分。在通过扫描患者的口腔获取三维牙颌网格模型(即牙颌模型)后，一般都包含有牙齿和牙龈两部分，口腔医生通常需要从牙颌模型中分割出所有牙齿。分割得到牙齿后，医生会在计算机上分析牙齿的位置和排列，并进行模拟以制定适用于患者的治疗计划。所以在牙齿矫正治疗过程中，将三维牙颌网格模型分割成一个个单颗牙齿是至关重要的一步，是否能精确地分割出牙齿会影响后续治疗工作的准确性，同时高效地分割牙齿也会为医生节约很多时间，缩短牙齿正畸治疗的周期。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种三维牙颌网格模型分割方法，能够有效地分割出牙龈和每颗牙齿，实现牙齿的准确分割提取。

本发明的三维牙颌网格模型分割方法，包括下列步骤：

牙齿与牙龈过渡区域定位：

基于凹陷感知定位牙齿与牙龈间的过渡区域，得到过渡区域的凹陷点集；即过渡区域为凹陷感知所获取的凹陷点集确定；

牙齿轮廓线构建：

对牙齿与牙龈间的过渡区域的凹陷点集进行三维数学形态学操作，得到封闭的凹陷点集，再将封闭的凹陷点集细化成单点宽度的牙齿轮廓线；

牙齿与牙龈的分割：

基于牙齿轮廓线，采用并查集算法对将牙齿与牙龈进行分割，得到整体牙齿；

牙齿之间的分割：

对整体牙齿进行降维细化并拟合得到一条牙弓曲线；

基于牙齿轮廓线与牙弓曲线识别出每颗牙齿的牙齿尖点；

基于牙弓曲线对识别出的每颗牙齿之间的尖点进行配对，得到每颗牙齿两侧的牙齿尖点对；

查找各颗牙齿的两个牙齿尖点对之间的最短路径，并将该最短路径作为牙齿之间的分割线，分割得到单颗牙齿。