一种三维数据牙齿冠根整合的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于口腔正畸领域的三维数据牙齿冠根融合方法，其特征是通过数字化技术将不同数据来源的牙冠和牙根合并，从而得到冠根衔接自然的整合模型。
【背景技术】
[0002]临床上牙根位置对正畸医生诊断、治疗以及疗效的评价至关重要。绝大多数正畸医师通过治疗中和治疗完成阶段的曲面体层X线片观察牙根位置，但是已有大量研究证实，曲面体层X线片并不能准确反映牙根的真实位置。随着计算机三维成像技术的发展，采用CT来源的牙齿与三维激光扫描数字化模型相结合建立带有牙根信息的高精度牙颂模型成为国内外学者研究的重点，但目前研究所得模型或模型牙冠并未分开，或牙龈组织并未去除，冠根衔接都不理想。
【发明内容】
[0003]为了克服现有整合模型到冠根不能良好过渡的不足，本发明提供一种新的方法可使冠根衔接非常自然，从而获得满足临床需要的既有高精度牙冠形态又有牙根信息且各牙齿彼此独立的整合模型。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:
[0005]—种三维数据牙齿冠根整合的方法，其步骤包括:
[0006]I)拍摄大视野CBCT;
[0007]2)冠根数据的获取；
[0008]3)激光扫描数据的获取；
[0009]4)坐标系的配准；
[0010]5)冠根融合:
[0011 ] a)分割激光三维扫描模型，获得牙冠数据；
[0012]b)将牙冠边缘分割线根向移动Imm;
[0013]c)投影并分割锥形束CT牙齿重建数据；
[0014]d)合并，填充缺隙；
[0015]本发明的有益效果是:I)真正做到冠根融合。受CBCT图像的质量和牙齿与周围结构复杂性的影响，分割出的牙齿与激光三维扫描模型的精度相差较大，二者如何对接是模型整合最大的难点，相对于以往研究，本发明真正做到了二者的无缝对接。2)为三维虚拟排牙提供方法学基础。目前无论是人工排牙，还是已商业化的计算机虚拟排牙，仅考虑牙冠的排列和咬合接触，而缺少对牙根信息、牙槽骨限度及牙根与颅面骨骼关系的参照，难以保证其生物学的合理性。。本发明使得带牙根的三维虚拟排牙成为可能。
【附图说明】
[0016]图1为CBCT冠根数据的获取。
[0017]图2为CBCT来源的牙齿与激光扫描模型坐标系的配准
[0018]图3为激光扫描模型牙冠的分割。
[0019]图4为牙冠边缘分割线根向移动1mm。
[0020]图5为牙冠边缘分割线分别投影至锥形束CT牙齿重建数据。
[0021]图6为获得CBCT牙根数据。
[0022]图7为将锥形束CT牙根数据与石膏模型激光三维扫描的牙冠数据逐一合并，填充缺隙
[0023]图8为获得三维数据牙齿冠根融合模型
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明进行说明:
[0025]受CBCT图像的质量和牙齿与周围结构复杂性的影响，分割出的牙齿与激光三维扫描模型的精度相差较大，二者如何对接是模型整合最大的难点。目前用于口腔正畸领域的冠根融合方法主要有两大类:1、仅将CBCT数据与激光扫描模型配准，做到视觉上的冠根整合，或配准后用切割工具将CBCT牙冠大致切除，这种方法所得模型牙冠并未分开，或牙龈组织并未去除，冠根衔接都不理想;2、采用了径向基函数方式，S卩CT牙模型根据激光扫描牙冠模型的形状通过非刚性形变得到融合结果。这种方法冠根衔接非常自然，但是并没有完全恢复牙冠的解剖形态。本发明针对上述方法的缺陷，运用数字化技术去除对接处牙颈部约Imm数据，再利用软件的自动填充功能达到良好的冠根衔接。其步骤如下:
[0026]1.拍摄大视野CBCT:采用CBCT扫描机(EW00 DCT PRO型锥形束CT扫描机，威株式会社，韩国)获取志愿者最大牙尖交错位(ICP)时颅面部影像。扫描条件:电压:90kv，电流7mA，体素0.4mm，扫描范围大视野20X19cm，共475层，数据以DICOM格式保存输出。
[0027]2.冠根数据的获取:如图1所示，将DI⑶M数据导入Amira5.5.3(Visage ImagingInc.,CA, USA)三维生物信息图像处理软件中，结合阈值分割法和手动分割法分割重建出28颗牙齿模型。
[0028]3.激光扫描数据的获取:用娃橡胶印模材料(Affinis，Coltgne ffhaledent Inc.,Switzerland)获取高精度的牙列阴模，用超硬石膏(IV型的高强度人造石，贺利氏古莎齿科有限公司)灌制上下颂模型。使用3shape三维激光扫描仪(R700，Copenhagen ,Denmark)分别对上下颂模型、咬合模型进行高精度(±0.02mm)扫描获得表面数据，输出为STL格式文件。
[0029]4.坐标系的配准:如图2所示，由于CBCT来源的牙颂模型和三维激光扫描来源的数字化模型具有不同的参考系，要将三维数字化牙颂模型的牙冠来替换CBCT来源牙齿的牙冠，需要进行模型的配准。将CBCT分离得到的牙齿模型和恢复咬合关系的激光三维扫描模型导入逆向工程软件Geomagic stud1 2013(Geomagic,Inc.NC,USA)，以CBCT牙齿为基准，按牙冠形态将模型与之进行配准，统一坐标系。
[0030]5.冠根融合:
[0031]I)如图3所示，沿龈缘画牙冠边缘分割线分割激光三维扫描模型，获得牙冠数据；
[0032I 2)如图4所示，将牙冠边缘分割线根向移动Imm;
[0033]3)如图5所示，将移动后的分割线按牙位分别投影至CBCT牙齿重建数据；
[0034]4)如图6所示，按投影线切割CBCT数据，去掉牙冠部分，保留所有牙根；
[0035]5)如图7所示，将牙根与对应的模型的牙冠合并，并通过软件的填充功能填补缺隙。
[0036]6)如图6所示，获得衔接自然的高精度三维数据牙齿冠根融合模型。这Imm仅为软件操作需要，并无实质意义，且牙颈部精度对于正畸临床应用也无影响。
【主权项】
1.一种三维数据牙齿冠根整合的方法，其特征是通过数字化技术将不同数据来源的牙冠和牙根合并，得到冠根衔接自然的整合模型，其步骤包括: 1)拍摄大视野CBCT; 2)冠根数据的获取； 3)激光扫描数据的获取； 4)坐标系的配准； 5)冠根融合: a)分割激光三维扫描模型，获得牙冠数据； b)将牙冠边缘分割线根向移动Imm; c)投影并分割锥形束CT牙齿重建数据； d)合并冠根图像，填充缺隙。2.如权利要求1所示的三维数据牙齿冠根整合的方法，其特征在于:在步骤I)中采用CBCT扫描机获取最大牙尖交错位(ICP)时颅面部影像，并保存和输出数据。3.如权利要求1所示的三维数据牙齿冠根整合的方法，其特征在于:在步骤2)中将CBCT扫描仪输出的数据导入三维生物信息图像处理软件中，结合阈值分割法和手动分割法分割重建出28颗牙齿模型。4.如权利要求1所示的三维数据牙齿冠根整合的方法，其特征在于:在步骤3)中，用硅橡胶印模材料获取高精度的牙列阴模，超硬石膏灌制上下颂模型。使用三维激光扫描仪分别对上下颂模型、咬合模型进行高精度土 0.02mm扫描获得表面数据并输出。5.如权利要求1所示的三维数据牙齿冠根整合的方法，其特征在于:在步骤4)中，将CBCT分离得到的牙齿模型和恢复咬合关系的激光三维扫描模型导入逆向工程软件中，以CBCT牙齿模型为基准，按牙冠形态将激光扫描模型与之进行配准，统一坐标系。6.如权利要求1所示的三维数据牙齿冠根整合的方法，其特征在于:在步骤5)中，沿牙冠边缘分离激光三维扫描模型，仅保留牙冠数据，将边缘分割线根向移动Imm投影至CBCT牙齿重建模型，分割并去掉其牙冠部分，将余下的CBCT牙根数据与激光三维扫描模型牙冠数据合并，并将二者之间的间隙填充达到良好的冠根衔接。
【专利摘要】本发明涉及一种用于口腔正畸领域的三维数据牙齿冠根融合方法，其特征是通过数字化技术将不同数据来源的牙冠和牙根合并，得到冠根衔接自然的整合模型。其步骤包括：1、拍摄大视野CBCT；2、冠根数据的获取；3、激光扫描数据的获取；4、坐标系的配准；5、冠根融合：1)分割激光三维扫描模型，获得牙冠数据；2)将牙冠边缘分割线根向移动1mm；3)投影并分割锥形束CT牙齿重建数据；4)合并，填充缺隙。
【IPC分类】A61C19/00, A61C9/00, A61C7/00, A61B6/14
【公开号】CN105662608
【申请号】CN201510946681
【发明人】刘怡, 侯瑜琳, 温馥嘉, 王斯维, 王勇, 赵一姣
【申请人】北京大学口腔医学院
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2015年12月18日