一种基于CBCT规划的种植牙手术的种植精度评估方法及装置与流程

本发明涉及医疗，具体指一种基于cbct规划的种植牙手术的种植精度评估方法及装置。

背景技术：

1、近年来动态导航技术在口腔种植手术领域得到了广泛应用和发展。动态导航植牙手术的主要流程是手术前在患者的cbct或口扫上进行种植体的型号和位置规划置，并在手术过程中实时导航追踪患者口腔、规划种植体、实际种植体的相对位置，辅助医生将种植体植入至规划的位置，达到更精确的执行手术的目的。

2、对种植体植入后的种植精度进行评估则是动态导航种植手术效果的重要评价标准。进行种植精度评估，首先需要将术后的患者口腔数据配准至术前的口腔数据位置上，然后才能计算实际植入种植体和规划种植体的精度误差，误差包括种植体起点误差、终点误差和角度误差。种植术后评估的难点在于：(1)如何对术前和术前的cbct影像进行配准；(2)如何客观且精确的识别实际种植体的起点和终点位置。

3、首先，常用的cbct影像配准方法有点对配准和icp点云配准。其中，点对配准算法的原理是分别在术前和术后的cbct模型上手动选取相同位置的至少三对配准点，如同一颗牙齿的牙尖或下凹位置，然后计算这两组选点的位置转换关系，并应用在cbct配准中。该方法的优点是通过人工手动选点具有极高的配准成功率，缺陷是选点过程需要人工进行，操作繁琐，并且选点位置是人为主观选择，导致配准精度不高。icp算法的原理是先对两个cbct模型进行等值面提取，再对两个等值面进行点云配准，得到等值面的转换关系，最后将转换关系应用在cbct模型配准上。该方法是一种自动配准算法，具有在配准成功时具有较高的配准精度和操作简单的优点，缺点则是两个cbct模型拍摄时间不同并且存在是否具有种植体的差异，导致提取的等值面可能差异很大，因此配准的成功率不高。

4、另外，实际种植体的起点和终点目前通常为操作者手动在cbct影像上放置点位，该方法需要操作者识别影像中的种植体，在种植体的根部和顶部放置特征点，用于术后精度计算。由于人为放置特征点具有主观性，操作者不同就可能会产生较大的评估差异，且放点的过程较为繁琐。此外，若cbct影像质量不佳，如存在金属伪影等情况，则更难以放置特征点。

技术实现思路

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技术实现要素：
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1、本发明的目的在于解决上述背景技术中描述的现有技术方案的缺点，提供一种基于cbct规划的种植牙手术的种植精度评估方法及装置，通过简单的选点以及术前术后影像相同区域选择操作就可以对cbct影像进行精确配准。

2、本发明通过以下技术方案予以实现：第一方面，本发明提供一种基于cbct规划的种植牙手术的种植精度评估方法，包括以下步骤：

3、s101，数据导入，导入术前cbct模型、术后cbct模型以及规划种植体模型，将术前cbct模型记作a，术后cbct模型记作b，规划种植体记作c；

4、s102，点对选取，在术前cbct模型上选取至少三个参考点，在术后cbct模型上选取至少三个参考点，其中，术前cbct模型上的参考点的位置与术后cbct模型上的参考点的位置尽量相同；选点流程完成后，使用点对配准算法，求解转换关系矩阵，将术后模型大致配准至术前模型的位置，实现粗配准的效果；计算将b移动到a的转换关系矩阵t1，即满足下列公式：

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6、s103，区域选择，粗配准完成后，使用roi选择框，在术前cbct模型上选择一块两者相同的长方体区域；具体来说，由于术前和术后拍摄cbct时，患者上下颌闭合度肯定不同，因此需要选择手术所在颌面，即上颌或下颌，同时选择区域不包含种植体；使用该roi分割术前cbct模型a得到a'，分割术后cbct模型b分割得到b'，a'与b'具有较高的相似性，分别提取点云，使用icp配准算法计算将b'移动到a'的转换关系矩阵t2，即满足下列公式：

7、

8、s104，影像配准，将术后cbct模型b移动到术前cbct模型a的最终转换关系矩阵t，满足下列公式：

9、

10、t＝t2·t1；

11、s105，种植体识别，输入术后影像和规划的种植体，通过种植体自动识别方法，得到实际植入种植体的根部和顶部的位置；

12、s106，精度评估，评估参数包括根部点的总偏差、横向偏差、深度偏差，顶部点的总偏差、横向偏差、深度偏差，以及角度偏差共7项；已知坐标包括规划种植体根部为q1，顶部点为q2，实际种植体根部点p'1，顶点p'2；根部点总偏差为q1和p'1的欧式距离，根部点横向偏差为p'1到直线q1q2的距离，根据勾股定理可求根部点深度偏差；同理可求顶点的总偏差、横向偏差、深度偏差；角度偏差则为线段q1q2和p'1p'2的角度。

13、进一步地，s105中所述种植体识别，包括：

14、对术后影像进行等值面提取，由于种植体密度在3000以上，人体组织大部分密度在2000以下，因此选择阈值范围是3000以上，提取结果只残留了部分牙齿以及完整的植入种植体；

15、遍历该等值面的所有连通域，找到与规划种植体距离最接近且大小与规划种植体接近的子区域，即为实际植入的种植体，并将其分离出来记作p；

16、对实际种植体d求解最小包围盒，最小包围盒较小两个面的中心点，分别记作p1和p2；

17、根据d在术后cbct模型中的相对位置，确认手术为上颌或下颌，即p在上半部分为上颌，下半部分则是下颌；

18、根据颌面，确定p1和p2的根部和顶部关系，若为上颌，则z方向坐标值大的点为植入根部，若为下颌，则z方向坐标小的点为植入根部，将p1记作根部点，p2记作顶部点；

19、根据规划种植体c的长度修正p2坐标；计算规划种植体，根部点为q1，顶部点为q2实际长度为l1，实际种植体实际长度为l2，最终实际种植体根部点p'1和顶部点p'2分别为：

20、p′1＝p1；

21、p′2＝p1+(p2-p1)·l1/l2。

22、第二方面，本发明提供一种基于cbct规划的种植牙手术的种植精度评估装置，包括：

23、数据导入模块，导入术前cbct模型、术后cbct模型以及规划种植体模型，将术前cbct模型记作a，术后cbct模型记作b，规划种植体记作c；

24、点对选取模块，在术前cbct模型上选取至少三个参考点，在术后cbct模型上选取至少三个参考点，其中，术前cbct模型上的参考点的位置与术后cbct模型上的参考点的位置尽量相同；选点流程完成后，使用点对配准算法，求解转换关系矩阵，将术后模型大致配准至术前模型的位置，实现粗配准的效果；计算将b移动到a的转换关系矩阵t1，即满足下列公式：

25、

26、区域选择模块，粗配准完成后，使用roi选择框，在术前cbct模型上选择一块两者相同的长方体区域；具体来说，由于术前和术后拍摄cbct时，患者上下颌闭合度肯定不同，因此需要选择手术所在颌面，即上颌或下颌，同时选择区域不包含种植体；使用该roi分割术前cbct模型a得到a'，分割术后cbct模型b分割得到b'，a'与b'具有较高的相似性，分别提取点云，使用icp配准算法计算将b'移动到a'的转换关系矩阵t2，即满足下列公式：

27、

28、影像配准模块，将术后cbct模型b移动到术前cbct模型a的最终转换关系矩阵t，满足下列公式：

29、

30、t＝t2·t1；

31、种植体识别模块，输入术后影像和规划的种植体，通过种植体自动识别方法，得到实际植入种植体的根部和顶部的位置；

32、精度评估模块，评估参数包括根部点的总偏差、横向偏差、深度偏差，顶部点的总偏差、横向偏差、深度偏差，以及角度偏差共7项；已知坐标包括规划种植体根部为q1，顶部点为q2，实际种植体根部点p'1，顶点p'2；根部点总偏差为q1和p'1的欧式距离，根部点横向偏差为p'1到直线q1q2的距离，根据勾股定理可求根部点深度偏差；同理可求顶点的总偏差、横向偏差、深度偏差；角度偏差则为线段q1q2和p'1p'2的角度。

33、第三方面，本发明提供一种基于cbct规划的种植牙手术的种植精度评估设备，所述设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序指令，其中，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序指令，以实现上述所述基于cbct规划的种植牙手术的种植精度评估方法。

34、第四方面，本发明提供一种基于cbct规划的种植牙手术的种植精度评估计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述所述基于cbct规划的种植牙手术的种植精度评估方法。

35、本发明提供了一种基于cbct规划的种植牙手术的种植精度评估方法及装置，通过简单的选点以及术前术后影像相同区域选择操作就可以对cbct影像进行精确配准，相较于目前常用的选点配准方法，具有操作变化不大的情况下，大幅提高配准精度的优点。此外，本发明可以实现实际植入种植体的自动识别，相较于传统的手动放特征点，加速了操作流程，且具有极高的准确性。