基于形态学与二值图像细化的牙弓线提取方法及相关装置

本发明属于三维医学图像处理，涉及一种基于形态学与二值图像细化的牙弓线提取方法及相关装置。

背景技术：

1、随着计算机辅助设计与制造、激光技术为代表的三维成像技术的发展，数字化技术开始广泛地应用到包括口腔疾病诊疗、牙齿正畸以及医疗美容等专业在内的医疗领域内。在利用数字化技术重建牙颌虚拟模型、个性化定制矫正器和治疗工具的过程中，牙弓线作为定义上下颌牙齿所在位置的关键参数，为诊断分析、规划牙齿种植和矫正等治疗方案提供依据。通过牙弓线的划定，可以更准确地确认牙齿的位置和排列，有助于制定更为精准的治疗方案。提取牙弓线的精确与否直接影响弓丝或隐性矫治托槽等模型设计与制造的质量，因此，准确地提取牙弓线具有重要意义。

2、传统的牙弓线提取方法一般通过人工选取磨牙尖点、尖牙尖点和切牙中点等牙弓特征点，利用几何方法手工作图绘制牙弓曲线并计算曲线长度；或者根据特定曲线函数连接特征点拟合牙弓曲线，进而根据曲线函数的方程计算牙弓线长。这些方法存在以下显著缺点：①一方面，作为基础的牙弓特征点受畸形牙齿影响较大，对于畸形牙齿较多的牙颌模型，牙弓线提取精度相对较低，对模型的质量要求较高；②另一方面，这些方法虽简单、直观，但是对于人员的操作水平和经验有一定要求，人工参与度较高，提取效率较低。综上，上述方法不能兼顾牙弓线提取的精度与效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于形态学与二值图像细化的牙弓线提取方法及相关装置，通过形态学膨胀运算及二值图像细化抽取三维牙颌模型投影的骨架线，能准确有效地提取牙弓线，避免传统提取方法带来的复杂操作，对个性化较强的牙弓线提取操作具有较好的鲁棒性。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、第一方面，本发明提供一种基于形态学与二值图像细化的牙弓线提取方法，包括以下步骤：

4、根据三维牙颌网格模型数据，对三角网格的中心点做咬合面方向上的投影，得到二维投影点集，构成二维投影图；

5、对二维投影图像进行形态学膨胀运算，得到膨胀投影图像；

6、对膨胀投影图像进行二值化处理，得到二值化投影图像；

7、对二值化投影图像进行细化运算，得到二维骨架线；

8、采用高阶多项式样条曲线拟合的方法对二维骨架线进行平滑处理，得到牙弓线。

9、第二方面，本发明提供一种基于形态学与二值图像细化的牙弓线提取系统，包括：

10、二维投影点集计算模块，用于根据三维牙颌网格模型数据，对三角网格的中心点做咬合面方向上的投影，得到二维投影点集，构成二维投影图；

11、膨胀运算模块，用于对二维投影图像进行形态学膨胀运算，得到膨胀投影图像；

12、二值化处理模块，用于对膨胀投影图像进行二值化处理，得到二值化投影图像；

13、细化运算模块，用于对二值化投影图像进行细化运算，得到二维骨架线；

14、平滑处理模块，用于采用高阶多项式样条曲线拟合的方法对二维骨架线进行平滑处理，得到牙弓线。

15、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理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，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述方法的步骤。

16、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述方法的步骤。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、本发明利用三维牙颌网格模型的二维投影作为提取骨架线的数据基础，同时通过形态学膨胀运算消除畸形牙齿的干扰，提高了牙弓线提取方法的抗干扰能力，降低了对模型质量的要求；二值图像细化方法抽取骨架线，能够准确表达牙颌模型中牙弓线的拓扑特征，增强了方法提取牙弓线的精度。

技术特征：

1.基于形态学与二值图像细化的牙弓线提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于形态学与二值图像细化的牙弓线提取方法，其特征在于，所述根据三维牙颌网格模型数据，对三角网格的中心点做咬合面方向上的投影，得到二维投影点集，构成二维投影图，包括：

3.根据权利要求1所述的基于形态学与二值图像细化的牙弓线提取方法，其特征在于，所述对二维投影图像进行形态学膨胀运算，得到膨胀投影图像，包括：

4.根据权利要求1所述的基于形态学与二值图像细化的牙弓线提取方法，其特征在于，所述对膨胀投影图像进行二值化处理，得到二值化投影图像，包括：

5.根据权利要求4所述的基于形态学与二值图像细化的牙弓线提取方法，其特征在于，所述像素点灰度阈值为127。

6.根据权利要求1所述的基于形态学与二值图像细化的牙弓线提取方法，其特征在于，所述对二值化投影图像进行细化运算，得到二维骨架线，包括：

7.根据权利要求1所述的基于形态学与二值图像细化的牙弓线提取方法，其特征在于，所述采用高阶多项式样条曲线拟合的方法对二维骨架线进行平滑处理，得到牙弓线，包括：

8.基于形态学与二值图像细化的牙弓线提取系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理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，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于形态学与二值图像细化的牙弓线提取方法及相关装置，首先获取三维牙颌网格模型，对牙冠区域里每个牙冠所包含的三角网格的中心点做咬合面方向上的投影；选择椭圆形结构元素对二维投影图像做形态学滤波膨胀运算；对膨胀投影图像做灰度处理，灰度投影图像做二值化处理，得到二值化投影图像；对二值化图像做细化运算，将二值化图像每个连接的部件细化到单像素宽的骨架；对所得骨架线采用高阶多项式样条曲线拟合的方式平滑做平滑处理，在缩小比例后即得到所需提取的牙弓线。本发明通过形态学膨胀运算和二值图像细化能够从三维模型中全自动地准确提取牙弓线，无需人工参与，提高了牙弓线提取的精度和效率。

技术研发人员：廖与禾,薛久涛,刘志华,唐浩,孟晓敏
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22