一种基于人工智能的牙体状态测量方法及测量系统

本发明涉及口腔医学，具体涉及一种基于人工智能的牙体状态测量方法及测量系统。

背景技术：

1、在口腔影像医学中，牙体影像能够使牙医更准确得发现病因病灶、并进行介入治疗，及早发现潜在问题，从而积极主动地进行牙科保健与修复。目前用于诊断的牙科成像技术主要有三种类型：ct扫描、口内图像扫描仪或非损伤性的影像检测(例如超声检测)。但由于遮挡物和传感器分辨率的原因，上述口扫设备获取的扫描数据通常是不完整的，而且效率较低。

2、此外，还有在建模的基础上，将采集的数据进行融合的牙体状态测量方法，但是，众所周知，这类方法建模过程中，容易导致重所建模型表面失真，无法与真实的牙体结构数据相融合，同时，也出现了三模后数据融合的过程中，感兴趣的区域/数据点噪声大、精度较低等一系列问题。在实际应用中，实现高效的牙体状态测量，在口腔医学技术领域中具有很重要的临床意义及研究价值。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中提出的技术难题，本发明提出了一种基于人工智能的牙体状态测量方法，所述方法包括以下步骤：

2、步骤1：通过线激光扫描仪分别扫描牙体的上/下颌排牙的外轮廓图像，将其转换为ccd相机坐标系下的牙体轮廓三维坐标数据，ccd相机可获取牙体图像；

3、上述步骤1还包括步骤11-步骤12：

4、步骤11：将线激光器伸入口腔内，通过平移机构带动线激光器2进行平面移动，通过线激光器扫描牙体的上/下颌排牙的外轮廓，移动轨迹a为抛物线形(由于抛物线形与口腔形状相适配，不会导致线激光器的扫描区域脱离牙体区域，扫描时，从牙体一侧的智齿处向另一侧处的智齿处移动)；

5、步骤12：线激光器逐帧扫描采集的牙体外轮廓线c，将图像进行坐标系转换，并投影到ccd相机坐标系下，得到牙体外轮廓三维坐标数据(x轴、y轴、z轴)。

6、步骤2：以牙体咬合平面为基准，构建多个垂直于牙体咬合平面且垂直于排牙轮廓的的辅平面b；

7、在人体口腔内，每个牙齿的牙冠顶部并非在同一平面内，为了便于计量和建模，同时考虑到门牙磨损程度较低，位置较稳定，取门牙咬合位置所在的平面为“咬合平面”，上述咬合平面和辅平面b基于计算机视觉软件opencv进行识别和建立。

8、步骤3：将步骤1得到的牙体轮廓三维坐标数据分别投影到多个所述辅平面上，从而获得牙体轮廓的廓形；

9、步骤3还包括步骤步骤31-步骤32：

10、步骤31：根据牙体轮廓在z轴上的坐标数据的大小，识别牙齿之间的缝隙(即将相邻牙齿之间高度最小的最小的外轮廓线视为缝隙)，根据相邻缝隙均值，求取牙齿中心(即节点e)的平面位置坐标，当前节点e的平面位置坐标为xe((x1+x2)/2，(y1+y2)/2)；

11、步骤32：将多个节点在辅平面b的法线方向上进行顺向，得到法向量连线d，以法向量连线d为基准，将ccd相机采集得到的牙体深度图像填充到相邻的两个牙体外轮廓线之间，进而得到完整的牙体轮廓的廓形。

12、步骤4：分级轮廓配准：首先，将门牙处的外轮廓线与参考外轮廓线准确对齐，实现位置点重合，在此基础上，以门牙外轮廓配准为基础，将牙体其他牙体外轮廓线与参考外轮廓线进行配准；

13、本实施例采用互通信息的方式进行轮廓配准，互通信息描述了两个系统之间的相关性，或互相包含信息的多少。在图像配准过程中，两幅图的互通信息是表示为：mi(r,f)＝h(r)+h(f)-h(r,f)。

14、当两幅图像相似度越高或重合部分越大时，其相关性也越大，联合熵越小，也即互通信息越大，进而配准的精度越高。

15、步骤5：在步骤4的基础上，选中牙体轮廓的廓形上感兴趣的点，将其与参考牙体轮廓廓形上的点进行匹配，计算两者之间的偏移距离；

16、步骤6：在步骤5的基础上，根据偏移距离、牙龈与牙冠的位置关系，至少可以判断牙体发育状况、磨损状况、有无龋齿、牙龈萎缩、牙间隙状态，并导出检测分析报告。

17、一种基于人工智能的牙体状态测量系统，至少包括线激光器、ccd相机以及pc机，线激光器与ccd相机相互配合，对口腔中的牙体图像、牙体外轮廓线进行采集，采集的图像上传至pc机进行分析处理，激光器、ccd相机与pc机通信连接；此外，线激光器由平移机构带动，以抛物线形式的移动轨迹沿牙体平移。

18、综上所述，相比于现有技术，本发明的优点在于：

19、1)利用线激光的特性，垂直投射牙体，能够形成牙体的外轮廓线，将外轮廓线投影到辅平面上，进而实现了牙体外轮廓线的非接触式提取，相对于现有技术，仅根据外轮廓线就可以知晓牙体生理状态；

20、2)本发明实现了分级配准，首先，将门牙处的外轮廓线与参考外轮廓线准确对齐，实现位置点重合，在此基础上，以门牙外轮廓配准为基础，将牙体其他牙体外轮廓线与参考外轮廓线进行配准；这种配准方式大大提高了图像配准精度；

21、3)根据牙体轮廓的廓形上偏移距离、牙龈与牙冠的位置关系，至少可以判断牙体发育状况、磨损状况、有无龋齿、牙龈萎缩、牙间隙状态，并导出检测分析报告

22、4)本发明提出了一种新的检测手段，不仅能够用于检查牙体各种疾病，提高检测精度，避免单纯色彩深度识别存在的精度问题，还能够检查儿童牙齿发育情况，形成了私人牙齿生理数据库，能够实现参数自身对比，避免了建模方法不对各项缺陷。

技术特征：

1.一种基于人工智能的牙体状态测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的牙体状态测量方法，其特征在于，所述步骤1还包括步骤11-步骤12：

3.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的牙体状态测量方法，其特征在于，步骤3还包括步骤步骤31-步骤32：

4.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的牙体状态测量方法，其特征在于，在所述步骤3之后，还包括步骤5-步骤6：

5.根据权利要求4所述的一种基于人工智能的牙体状态测量方法，其特征在于，采用互通信息的方式进行轮廓配准，互通信息描述了两个系统之间的相关性，或互相包含信息的多少。在图像配准过程中，两幅图的互通信息是表示为：mi(r,f)＝h(r)+h(f)-h(r,f)。

6.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的牙体状态测量方法，其特征在于，在所述步骤3之后，还包括步骤5-步骤8：

7.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的牙体状态测量方法，其特征在于，采用手动调节线激光器2进行平面移动，移动轨迹为抛物线形。

8.一种基于人工智能的牙体状态测量系统，用于如权利要求1-7任一项所述的一种基于人工智能的牙体状态测量方法，至少包括线激光器、ccd相机以及pc机，线激光器与ccd相机相互配合，对口腔中的牙体图像、牙体外轮廓线进行采集，采集的图像上传至pc机进行分析处理，激光器、ccd相机与pc机通信连接；此外，线激光器由平移机构带动，以抛物线形式的移动轨迹沿牙体平移。

技术总结
本发明涉及一种基于人工智能的牙体状态测量方法及测量系统，本发明相对于现有技术最大的改进在于：利用线激光的线性和非穿透性，使之垂直投射牙体，形成牙体的外轮廓线，再将其投影到辅平面上，实现了牙体外轮廓线的非接触式提取，相对于现有技术，仅根据外轮廓线就可以知晓牙体生理状态；利用分级配准，首先，将门牙处的外轮廓线与参考外轮廓线准确对齐，实现位置点重合，在此基础上，将牙体其他牙体外轮廓线与参考外轮廓线进行配准，这种配准方式大大提高了图像配准精度；根据牙体轮廓的廓形上偏移距离、牙龈与牙冠的位置关系，至少可以判断牙体发育状况、磨损状况、有无龋齿、牙龈萎缩、牙间隙状态，并导出检测分析报告。

技术研发人员：朱玉婷,李晓星,柳毅
受保护的技术使用者：广州医科大学附属口腔医院（广州医科大学羊城医院）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16