【摘要】：在計(jì)算機(jī)口腔修復(fù)系統(tǒng)中,完整的數(shù)字化三維牙齒模型將直接關(guān)系到后續(xù)的排牙、種植、正畸、以及生物力學(xué)分析的結(jié)果。基于CT和光學(xué)掃描數(shù)據(jù)的牙齒模型重建系統(tǒng)能夠快速、高效的得到數(shù)據(jù)完整的、精度較高的三維牙齒數(shù)字模型。該系統(tǒng)主要分為五個(gè)模塊:模塊一是CT數(shù)據(jù)的初始重建;模塊二是光學(xué)牙冠和牙齦的分離;模塊三是初始重建后的CT數(shù)據(jù)與光學(xué)牙冠的配準(zhǔn);模塊四是兩種模型的共同分割;模塊五是模型的融合。本文主要負(fù)責(zé)兩種模型的配準(zhǔn)和共同分割。為了解決這兩種不同分辨率數(shù)據(jù)圖像的配準(zhǔn),本文提出了一種基于CT與光學(xué)掃描牙齒模型的高效配準(zhǔn)算法。在初始配準(zhǔn)時(shí),首先使用正確的比例因子創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)點(diǎn)集,生成空間縮放尺度參數(shù),進(jìn)行各向同性縮放,設(shè)置更為精確的初始旋轉(zhuǎn)矩陣;其次,在最終配準(zhǔn)前通過比率采樣算法選取具有原始數(shù)據(jù)的信息保持性的p個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(pn),然后使用具有7自由度的ICP算法進(jìn)行精確配準(zhǔn),從而減少數(shù)據(jù)量的計(jì)算,并用K-D tree查找對應(yīng)的點(diǎn)對來提高運(yùn)行效率。通過實(shí)驗(yàn)表明,文中采用的算法能夠解決尺度變換和不同分辨率數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)問題,配準(zhǔn)結(jié)果收斂速度較快,配準(zhǔn)誤差較小,可以用于無托槽隱形矯治器的輔助設(shè)計(jì)。針對牙齒的CT數(shù)據(jù)分割的時(shí)間效率低,分割困難等缺點(diǎn),本文提出了一種牙齒的CT數(shù)據(jù)和光學(xué)牙冠數(shù)據(jù)進(jìn)行共分割的方法。首先我們利用兩者的組成部分的異同進(jìn)行光學(xué)牙冠的邊緣的細(xì)化,僅保留牙冠與CT牙模的相同部分,除去不相同的區(qū)域,分離出光學(xué)牙冠邊沿的少量牙齦部分。然后將分離出單個(gè)的牙冠模型,并且用來指導(dǎo)CT模型的精確切割。使用CT切片切割光學(xué)牙冠,從而在每張CT切片上都映射形成初始輪廓,采用經(jīng)典的Level set方法進(jìn)行迭代,分割完整的牙齒模型。最后利用完整的CT牙齒模型再次精確分割光學(xué)牙冠,對單個(gè)牙齒的缺口處進(jìn)行縫補(bǔ),生成完整的光學(xué)牙齒模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的算法分割效率高、速度較快。
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R816.98;TP391.41
【圖文】：

基于ＣＴ和光學(xué)掃描數(shù)據(jù)牙齒模型的重構(gòu)系統(tǒng)是利用牙齒ＣＴ切片中分離出逡逑來的牙根部分和光學(xué)掃描模型分離出的牙冠部分進(jìn)行重構(gòu)，得到包含精度較高的逡逑牙冠和完整牙根三維數(shù)字模型，可用于無托槽隱形矯治系統(tǒng)中，模擬牙齒的移動(dòng)逡逑以及重新排列牙齒。逡逑該系統(tǒng)的工作流程如下：逡逑（１）利用移動(dòng)立方體（Ｍａｒｃｈｉｎｇ邋Ｃｕｂｅｓ）算法將ＣＴ切片重建為三維牙齒模逡逑型；逡逑（２）利用網(wǎng)格分割算法對三維重建后的牙齒模型進(jìn)行分割，保留牙冠部分；逡逑（３）利用本文的配準(zhǔn)算法對重建后的ＣＴ模型和光學(xué)牙冠進(jìn)行配準(zhǔn)；逡逑（４）用配準(zhǔn)后的ＣＴ模型指導(dǎo)光學(xué)牙冠進(jìn)行邊緣的細(xì)化；逡逑（５）利用精確的光學(xué)牙冠指導(dǎo)ＣＴ切片分割出單個(gè)牙齒模型；逡逑（６）使用ＣＴ牙齒模型指導(dǎo)單個(gè)光學(xué)牙冠分割與縫補(bǔ)；逡逑（７）考慮邊界形狀，將兩個(gè)分段模型無縫地融合，建立完整的、精度較高逡逑的牙齒三維模型。逡逑基于ＣＴ和激光掃描數(shù)據(jù)牙齒模型的重構(gòu)系統(tǒng)的工作流程圖如圖２－１所示。逡逑

圖２－２圖像配準(zhǔn)的主要算法逡逑２．４．２圖像配準(zhǔn)的變換方式逡逑配準(zhǔn)是為了找到在不同時(shí)間和不同條件下獲取的兩個(gè)圖像的映射關(guān)系，使得逡逑圖像ａ中的每個(gè)點(diǎn)可以在圖像ｂ上找到對應(yīng)的一對點(diǎn)。實(shí)際上，映射關(guān)系是兩個(gè)逡逑圖像上的一組連續(xù)空間變換。目前，常用的空間變換包括：剛體變換（Ｒｉｇｉｄ邋ｂｏｄｙ逡逑ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋）、仿射變換（Ａｆｆｍｅ邋ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、投影變換（Ｐｒｏｊｅｃｔｉｖｅ逡逑ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）和非線性變換（Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）［２７］等。逡逑（１）剛體變換的方式．？是指在進(jìn)行變換前后，圖像中任意兩點(diǎn)間的距離依舊保逡逑持不變。該類的剛體變換可分解為平移變換和旋轉(zhuǎn)變換逡逑（２）仿射變換的方式［２９］：是將直線映射為保持平行性的直線的變換。它可以是逡逑均勻縮放的變換，其中變換系數(shù)在所有方向上是均勻的，或者是具有不一致的變逡逑換系數(shù)的非均勻縮放變換。逡逑（３）投影變換的方式：基本上類似與仿射變換，主要區(qū)別在于投影變換將圖像逡逑

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本文編號：2712964