一种基于牙齿表面特征点构建咬合的方法及系统与流程

文档序号:30771670发布日期:2022-07-16 00:37阅读:194来源:国知局
一种基于牙齿表面特征点构建咬合的方法及系统与流程

1.本发明属于数字化三维图形图像处理领域,是一种基于牙齿表面特征点构建 上下牙颌咬合的方法及系统。


背景技术:

2.现如今,随着数字口腔技术的快速普及,越来越多的患者选择医学正畸。在 正畸过程中,需要考虑两点问题:1、如何确定良好的咬合关系;2、如果区分良 好的咬合深度。为了让临床端的医生可以更加直观的看到牙齿咬合的效果,因此 需要一种快速且精确的咬合方法。


技术实现要素:

3.本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种基于牙齿表面特征点构建上 下牙颌咬合的方法。本发明的核心创新在于:首先根据不同牙齿的形状确定不同 位置的特征点,然后通过特征点的匹配大致确定上下颌面的位置,最后通过碰撞 检测,精确确定上下牙的咬合深度。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:
5.步骤1、提取不同位置上牙冠的特征点;
6.步骤2、对特征点进行icp配准,找出最优的旋转平移矩阵;
7.步骤3、碰撞检测,找到最佳咬合深度。
8.实验结果表明,该方法的牙齿咬合效果可达到口腔辅助诊断和治疗系统对速 度和精度的需求。
9.进一步的,本发明步骤1所述的提取不同位置上牙冠的特征点,具体实现如 下:
10.1.1分别对上颌模型和下颌模型的姿态初始化,使其咬合面平行于x-o-y 平面,牙齿朝向z轴正方向;
11.1.2取上颌所有牙齿的中心点,并采用最小二乘法对获取的中心点进行曲 线拟合,最终得到上颌牙齿的牙弓线;对下颌进行相同操作获取下颌牙齿的牙弓 线;
12.1.3作垂直于上颌牙弓线的平面,与上颌模型相交,得到上颌牙齿的截面 曲线,如图4所示;对下颌进行相同操作,得到下颌牙齿的截面曲线;
13.1.4对于上颌的后牙部分:将每个截面曲线上中间段最低处作为特征点(如 图5黑点);对于上颌的前牙部分,取后牙特征点z轴方向高度的平均值作为前 牙特征点的高度值,再取前牙截面曲线的舌侧在此高度值下的点作为前牙特征点;
14.1.5对于下颌的后磨牙:
15.取其截面曲线的颊侧尖端作为特征点(如图6灰点);对于下颌的尖牙和切 牙取其截面曲线的最高点作为特征点;
16.进一步的,本发明步骤2所述的对特征点进行icp配准,找出最优的旋转平 移变换,具体实现如下:
17.2.1对上牙和下牙两组特征点进行icp配准;
18.2.1.1icp算法是基于最小二乘法的最优配准方法。该算法重复进行选择对 应关系点对,计算最优刚体变换这一过程,直到满足正确配准的收敛精度要求。 icp是一个广泛使用的配准算法,主要目的就是找到旋转和平移参数,将两个不 同坐标系下的点云,以其中一个点云坐标系为全局坐标系,另一个点云经过旋转 和平移后两组点云重合部分完全重叠。设上牙组特征点为目标点云;下牙组特征 点为参考点云;则上牙和下牙两组特征点进行icp配准的基本过程如下:
19.1、对于目标点云中的每个点,匹配参考点云(或选定集合)中的最近点;
20.2、求得使上述对应点对计算均方根(root mean square,rms)最小的刚体 变换,求得平移参数和旋转参数;
21.3、使用获得的转换矩阵来转换目标点云;
22.4、迭代(重新关联点),直到满足终止迭代的条件(迭代次数或误差小于阈 值)。这里的误差最小,可以是相邻两次均方根差的绝对值小于某一限差。
23.进一步的,本发明步骤3所述的碰撞检测,找到最佳咬合深度,具体实现如 下:
24.3.1将icp配准后获取的最优旋转平移变换应用到上颌模型和下颌模型, 从而建立obb层次包围盒树;
25.3.2对上颌模型进行上下平移,实时碰撞检测;
26.3.3确定上颌模型和下颌模型碰撞的交点个数,当连续3次相邻碰撞的交 点个数差值在设定阈值范围内,则表明找到最佳的咬合深度(图8左侧为咬合深 度过深,右侧刚好)。
27.一种基于牙齿表面特征点构建上下牙颌咬合的系统,包括特征点提取模块、 特征点配准模块、碰撞检测模块;
28.所述的特征点提取模块用于提取不同位置上牙冠的特征点;
29.所述的特征点配准模块对特征点进行icp配准,找出最优的旋转平移矩阵;
30.所述的碰撞检测模块是通过碰撞检测,找到最佳咬合深度。
31.本发明提供了一种基于牙齿表面特征点的咬合算法,具备以下有益效果:
32.本发明预先根据不同牙齿的形状确定不同位置的特征点,再通过特征点的匹 配大致确定上下颌面的位置,最后通过碰撞检测,精确确定上下牙的咬合深度。
33.本发明的创新在于快速且精确,且通过本发明方法最后达到的牙齿咬合效果 可达到口腔辅助诊断和治疗系统对速度和精度的需求。
附图说明
34.图1为本发明的流程示意图;
35.图2为本发明的上下颌初始化模型示意图;
36.图3为本发明的上颌模型及截面曲线示意图;
37.图4为本发明的上牙特征点分布示意图;
38.图5为本发明的下牙特征点分布示意图;
39.图6为本发明的未进行点云匹配状态示意图;
40.图7为本发明进行点云匹配的状态示意图;
41.图8为本发明的上下颌咬合状态示意图。
具体实施方式
42.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。
43.实施案例一
44.如图1所示,一种基于牙齿表面特征点的咬合算法,包括以下步骤:
45.s1、提取不同位置上牙冠的特征点;
46.如图2所示,步骤s11、预先将上下颌模型姿态初始化,并使其咬合面平行 于x-o-y平面,牙齿朝向z轴正方向;
47.如图3所示,步骤s12、取上颌牙齿的中心点,并采用最小二乘法进行曲线 拟合,最终得到上颌牙齿的牙弓线,并对下颌进行相同操作;
48.如图4所示,步骤s13、作垂直于上颌牙弓线的平面,与上颌模型相交,得 到上颌牙齿的截面曲线,并对下颌进行相同操作;
49.如图5所示,s14、对于上颌的后牙部分,取截面上中间段最低处作为特征 点;对于上颌的前牙部分,取后牙特征点z轴方向高度的平均值作为前牙特征点 的高度值,再取前牙截面曲线的舌侧在此高度下的点作为其特征点;
50.如图6所示,s15、对于下颌的后磨牙,取其截面的颊侧尖端作为特征点; 对于下颌的尖牙和切牙取其截面的最高点作为特征点。
51.如图7和图8所示,s2、对特征点进行icp配准,找出最优的旋转平移变换;
52.其中,icp算法是基于最小二乘法的最优配准方法,该算法重复进行选择对 应关系点对,计算最优刚体变换这一过程,直到满足正确配准的收敛精度要求; icp是一个广泛使用的配准算法,主要目的就是找到旋转和平移参数,将两个不 同坐标系下的点云,以其中一个点云坐标系为全局坐标系,另一个点云经过旋转 和平移后两组点云重合部分完全重叠,具体的包括以下步骤:
53.s21、对于目标点云中的每个点,匹配参考点云或选定集合)中的最近点;
54.s22、求得使上述对应点对计算均方根最小的刚体变换,求得平移参数和旋 转参数;
55.s23、使用获得的转换矩阵来转换目标点云;
56.s24、迭代(重新关联点),直到满足终止迭代的条件(迭代次数或误差小于 阈值),其中,这里的误差最小,可以是相邻两次均方根差的绝对值小于某一限 差。
57.s3、碰撞检测,找到最佳咬合深度;
58.s31、对上牙和下牙建立obb层次包围盒树;
59.s32、对上牙进行上下平移,实时碰撞检测;
60.s33、确定碰撞的交点个数,找到最佳的咬合深度(图8左侧为咬合深度过深, 右侧刚好)。
61.实施案例二
62.采用若干个贴片式压力传感器贴敷于上、下颌牙齿上,并将压力传感器与可 实现数据建模的上位机实现数据传输,并借助ct扫描仪,以及口腔扫描仪与上 位机连接,可将
扫描采集的上、下颌牙齿模型数据传输至上位机,并通过牙齿咬 合,采集上、下颌牙齿施力点,并将数据反馈给上位机,判断作用点位于牙齿的 位置,并配合牙齿模型判断咬合深度。
63.以上,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此, 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术 方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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