对牙齿根管的弯曲度进行三维可视化的方法与流程

1.本发明涉及牙齿图像处理技术，更加具体地，涉及利用计算机断层扫描(ct：computed tomography)牙齿图像数据自动计算并可视化牙齿根管的弯曲度(root canal curvature)的技术。


背景技术：

2.在牙齿医疗领域，在由于严重的蛀牙而导致牙齿损伤的情形下，进行用于去除受损的牙髓组织的神经治疗。为了进行神经治疗而使用称为锉刀(file)的工具去除牙齿的牙齿根管内的受损牙髓组织，该锉刀的厚度通常较薄，在牙齿根管的弯曲度较大的情形下，锉刀会受到过度的压力，从而有不小的可能性导致锉刀因此断裂。如果锉刀在牙齿根管内断裂，则不仅难以去除，即使小部分未被去除的锉刀留在牙齿根管内，便可能成为继发性炎症的原因。
3.因此，为了成功进行针对牙齿的神经治疗，需要注意不使锉刀断裂，而为了注意不使锉刀断裂，需要确认牙齿的牙齿根管的弯曲度并预先认知弯曲度较大的部分。以往为了掌握牙齿的牙齿根管的弯曲度而在单一的二维x射线图像中显示牙齿根管并用肉眼大致掌握发生弯曲的部分，然后再画出与相应部位外切的圆，然后用圆的尺寸衡量弯曲度。然而，在这种方式中，由于在单一的二维x射线图像中寻找牙齿根管，因此当牙齿根管沿无法在二维平面上确认的z轴方向排列的情形下，无法正确掌握弯曲度。并且，由于在用户用肉眼确认牙齿根管之后需要亲手画出线和圆，较为麻烦，并且画出的线和圆难免存在误差。


技术实现要素：

4.本发明的课题在于提供一种为了使用户能够容易地确认牙齿的牙齿根管的弯曲度而利用ct牙齿图像数据对牙齿的牙齿根管的弯曲度进行三维可视化的方法及其装置。
5.本发明期望解决的课题并不限于以上提及的课题，本领域技术人员应当可以从以下的记载明确理解未提及的其他课题。
6.在一侧面，提供一种对牙齿根管的弯曲度进行三维可视化的方法。本方法可以包括如下步骤：(a)通过关于至少一个牙齿的ct图像数据显示关于所述至少一个牙齿的ct图像；(b)响应于用户利用所述ct图像选择所述至少一个牙齿中的感兴趣对象牙齿，而对所述感兴趣对象牙齿的牙齿根管的至少一部分进行三维渲染；以及(c)通过视觉要素显示所述三维渲染的牙齿根管的至少一部分的至少一个弯曲度。
7.根据本发明的实施例，通过利用ct牙齿图像数据对牙齿的牙齿根管的弯曲度进行三维可视化，具有能够使用户容易地确认牙齿的牙齿根管弯曲度的技术效果。
附图说明
8.图1是示出用于对牙齿的牙齿根管的弯曲度进行三维可视化的装置的框图的一实施例的图。
9.图2是示出用于说明对牙齿的牙齿根管的弯曲度进行三维可视化的方法的流程图的一实施例的图。
10.图3是示出关于牙齿的ct图像的一实施例的照片的图。
11.图4和图5是示出针对牙齿的全景x射线图像和与被选择的感兴趣对象牙齿的长度方向交叉的剖面图像的实施例的图。
12.图6至图9是示出表示三维渲染的牙齿根管的弯曲度的图像的实施例的照片的图。
13.【附图标记说明】
14.110：输入接口
15.120：图像处理部
16.130：存储部
17.140：显示器部
具体实施方式
18.参照附图和一并详细后述的实施例，本发明的优点、特征以及实现其的方法将变得明确。然而，本发明并不限于以下公开的实施例，而将以彼此不同的形态实现，本实施例仅使本发明的公开变得完整，并且是为了向在本技术领域具有普通知识的人员完整地告知发明的范围而提供的，本发明仅通过权利要求书的范围而被定义。
19.本说明书中使用的术语仅用于说明特定实施例，并不旨在用于限定本发明。例如，只要语境中没有明确地仅表示单数，则以单数描述的构成要素应当被理解为包括复数的构成要素的概念。并且，在本发明的说明书中，“包括”或者“具有”等术语仅旨在指定说明书中记载的特征、数字、步骤、操作、构成要素、部件或者其组合的存在，使用这些术语并不排除一个或者其以上的其他特征或者数字、步骤、操作、构成要素、部件或者其组合的存在或者附加可能性。并且，在本说明书中记载的实施例中，“模块”或者“部”可以表示执行至少一个功能或者操作的功能性部分。
20.此外，只要不被不同地定义，包括技术性或者科学性的术语，在此使用的所有术语具有与本发明所属技术领域具有普通的知识的人通常理解的含义相同的含义。与一般使用的词典中的定义相同的术语应当被解释为具有与在相关技术的语境下的含义一致的含义，并且，除非本发明的说明书中明确定义，不应被解释为理想含义或者过于形式性的含义。
21.以下，参照附图更加详细地说明本发明的实施例。然而，在以下的说明中，若可能不必要地混淆本发明的要旨的情形下，将省略关于广为人知的功能或者构成的具体说明。
22.图1是示出用于对牙齿的牙齿根管的弯曲度进行三维可视化的装置的框图的一实施例的图。
23.如图1所示，装置100可以包括输入接口110、图像处理部120、存储部130以及显示器部140。输入接口110可以由用于为了执行根据本发明的实施例的图像处理而输入用户指令的硬件模块和软件模块构成。输入接口110可以将需要的多种命令输入到图像处理部120、将通过ct拍摄获取的关于至少一个牙齿的ct图像数据等多种图像数据输入到存储部130或者为了指示显示的图像的一部分或者全部并据此执行多种图像处理而被有效地利用。输入接口110还可以有效地用于在ct牙齿图像或者全景x射线图像中指定任意的点而进行输入。在一实施例中，输入接口110可以包括计算机的键盘(keyboard)、按键(keypad)、触
摸板(touchpad)、鼠标(mouse)等，但输入接口的种类并不限于此。例如，输入接口110还可以包括能够利用前述的输入装置进行控制的图形用户界面(graphic user interface)。这种图形用户界面可以包括用于在画面上呈现包含上限线、下限线以及基准线的导航仪(navigator)的技术手段。显示器部140用于根据本发明的多种实施例而显示多种图像，可以包括lcd显示器、led显示器、amoled显示器、crt显示器等多种显示装置。
24.存储部130可以用于存储通过ct拍摄获取的关于至少一个牙齿的ct图像等多种图像的数据。存储部130可以用于存储通过执行根据本发明的多种实施例的图像处理的中间结果的图像数据、通过执行根据本发明的多种实施例的图像处理而得到的结果图像数据、执行根据本发明的多种实施例的图像处理所需的变量值。在多种实施例中，存储部130可以将前述的各种图像存储为医学数字成像和通信(dicom：digital imaging and communications in medicine)形式或者普通的图像文件形式(bmp、jpeg、tiff等)。存储部130还可以存储实现图像处理部120所需的软件/固件等。存储部130可以实现为闪存型(flash memory type)、硬盘型(hard disk type)、多媒体存卡(mmc：multimedia card)、卡型存储器(例如，安全数字(sd：secure digital)卡)或者极限数字(xd：extream digital)卡等)、随机存取存储器(ram：random access memory)、静态随机存取存储器(sram：static random access memory)、只读存储器(rom：read
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only memory)、电可擦可编程只读存储器(eeprom：electrically erasable programmable read
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only memory)、可编程只读存储器(prom：programmable read
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only memory)、磁存储器、磁盘以及光盘中的一种储存介质，但只要是本领域技术人员便可知存储部130的实现形态并不限于此。
25.图像处理部120可以构成为利用关于至少一个牙齿的ct图像数据在显示器部140显示关于至少一个牙齿的ct图像。在一实施例中，图像处理部120还可以构成为利用ct图像数据生成关于至少一个牙齿的全景x射线图像而将其显示到显示器部140。图像处理部120可以响应于用户选择ct图像或者全景x射线图像所包括的至少一个牙齿中的感兴趣对象牙齿而对感兴趣对象牙齿的牙齿根管的至少一部分进行三维渲染。在一实施例中，选择ct图像或者全景x射线图像所包括的至少一个牙齿中的感兴趣对象牙齿可以通过使用户通过输入接口110将导航仪放到ct图像或者全景x射线图像中的感兴趣对象牙齿而实现。在一实施例中，图像处理部120还可以构成为利用ct图像数据根据例如边缘检测算法(edge detection algorithm)、图像分割算法(image segmentation algorithm)等计算出感兴趣对象牙齿的牙齿根管的三维坐标，并且基于计算出的三维坐标对感兴趣对象牙齿的牙齿根管的至少一部分进行三维渲染。
26.在一实施例中，图像处理部120可以响应于用户在ct图像或者全景x射线图像选择感兴趣对象牙齿，而利用ct图像数据在显示器部140显示与感兴趣对象牙齿的长度方向交叉的剖面图像。在一实施例中，图像处理部120可以构成为响应于用户沿感兴趣对象牙齿的长度方向而按每次指定一个部分的方式指定感兴趣对象牙齿的彼此不同的部分，而在显示器部140按每次显示一个剖面图像的方式显示与彼此不同的部分分别对应的剖面图像。在一实施例中，图像处理部120还可以构成为响应于用户将导航仪放到ct图像或者全景x射线图像中的感兴趣对象牙齿的状态下将导航仪的基准线从上限线拖动到下限线，而在显示器部140显示与通过这种拖动而被覆盖的感兴趣对象牙齿的长度方向交叉的剖面图像。在一实施例中，与感兴趣对象牙齿的长度方向交叉的剖面图像可以是按高度的轴向(axial)剖
面图像。
27.在一实施例中，图像处理部120还可以构成为响应于用户在剖面图像中的至少一部分图像指定与感兴趣对象牙齿的牙齿根管对应的位置，而计算出指定的位置的三维坐标，并基于计算出的三维坐标而对感兴趣对象牙齿的牙齿根管的至少一部分进行三维渲染。在这种实施例中，用户可以将在与感兴趣对象牙齿的长度方向交叉的剖面图像中与位于感兴趣对象牙齿的中央部分的较暗的部分对应的位置指定为与牙齿根管对应的位置。在一实施例中，图像处理部120利用计算出的三维坐标推测剖面图像中除了指定了与牙齿根管对应的位置的至少一部分的图像之外的剩余图像中与感兴趣对象牙齿的牙齿根管对应的位置的三维坐标，利用根据用户的牙齿根管位置指定而算出的三维坐标以及推测的三维坐标而对感兴趣对象牙齿的牙齿根管的至少一部分进行重构并将其三维渲染而显示到显示器部140。在这种实施例中，剖面图像中前述的至少一部分图像以外的其他图像中相当于感兴趣对象牙齿的牙齿根管的位置的三维坐标可以对根据用户的牙齿根管位置指定而算出的三维坐标应用三维曲线拟合算法(3d curve fitting algorithm)而推定。在一实施例中，图像处理部120还可以构成为除了根据用户的牙齿根管位置指定而计算出的三维坐标和推测的三维坐标之外，还计算出它们之间内插的三维坐标，并全部利用这些坐标对感兴趣对象牙齿的牙齿根管的至少一部分进行重构而进行三维渲染。
28.图像处理部120还可以构成为将三维渲染的牙齿根管的至少一部分的弯曲度通过视觉要素显示到显示器部140。在一实施例中，视觉要素可以包括标记、文字、图形以及颜色中的至少一个。在三维渲染的牙齿根管的至少一部分的弯曲度可以根据其弯曲程度而显示为彼此不同，也可以显示为部分相同。在一实施例中，用户可以在三维渲染的牙齿根管的至少一部分上指定位置，图像处理部120还可以构成为响应于此而将指定位置的弯曲度通过视觉要素显示到显示器部140。图像处理部120可以每当用户在三维渲染的牙齿根管的至少一部分上指定位置时响应于此而将指定位置的弯曲度通过在指定位置与牙齿根管相切的圆显示到显示器部140。如果用户在三维渲染的牙齿根管的至少一部分上指定其他位置，则该位置的弯曲度也会改变，因此，在该位置与牙齿根管相切的圆的尺寸也可以不同。在指定位置与牙齿根管相切的圆可以沿在相应位置三维上最小曲率的平面而布置。在指定位置与牙齿根管相切的圆的尺寸可以基于指定位置和与指定位置相邻的位置的微分值而确定。在一实施例中，图像处理部120还可构成为以数值形式示出显示的圆的半径。在一实施例中，图像处理部120还可以构成为以数值形式显示从牙齿根管的最上部的位置到指定位置的距离。在一实施例中，图像处理部120可以构成为执行图像处理，使得用户可以利用输入接口110旋转三维渲染的牙齿根管的至少一部分并在期望的方向确认牙齿根管的形状和弯曲度。例如，图像处理部120可以构成为，如果用户沿期望的方向摆放三维渲染的牙齿根管的至少一部分并滚动鼠标滚轮则实时显示根据牙齿根管的位置的弯曲度的圆。
29.借助通过图像处理部120提供的如上所述的功能，用户可以参照圆朝向的方向而认知牙齿根管在相应位置弯曲的方向，可以用肉眼观察圆的尺寸或者观察以数值显示的圆的半径并直观地认知牙齿根管在相应位置弯曲的程度。并且，用户可以查看以数值显示的距离而认知指定位置离牙齿根管的最上部的距离。如果利用通过图像处理部120提供的如上所述的功能，则具有如下优点：第一，基于三维数据测定作为三维结构物的牙齿根管的弯曲度，从而防止在基于现有的二维x射线图像而测量的方式中可能发生的测量错误；第二，
可以防止需要用肉眼寻找弯曲度较大的部分带来的误差；第三，由于在重构的三维牙齿根管自动测定弯曲度，因此提高了弯曲度测定的便利性；第四，由于弯曲度大小被自动转换为圆的尺寸而可视化，因此可以大大提高用户的弯曲度认知度。
30.在硬件方面，图像处理部120可以利用专用集成电路(asic：application specific integrated circuit)、数字信号处理器(dsp：digital signal processor)、数字信号处理元件(dspd：digital signal processing device)、可编程逻辑器件(pld：programmable logic device)、现场可编程门阵列(fpga：field
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programmable gate array)、处理器(processor)、控制器(controller)、微控制器(micro
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controller)以及微处理器(microprocessor)中的至少一个实现。图像处理部120可以实现为能够在前述的硬件平台运行的固件(firmware)模块/软件模块。在此情形下，固件模块/软件模块可以通过以合适的程序(program)语言编写的一个或者其以上的软件应用(software application)实现。
31.图2是示出用于说明对牙齿的牙齿根管的弯曲度进行三维可视化的方法的流程图的一实施例的图。图3是示出关于牙齿的ct图像的一实施例的照片的图。图4和图5是示出关于牙齿的全景x射线图像和与被选择的感兴趣对象牙齿的长度方向交叉的剖面图像的实施例的图。图6至图9是示出三维渲染的牙齿根管的弯曲度的图像的实施例的照片的图。
32.如图2所示，本发明开始于，利用关于至少一个牙齿的ct图像数据将关于至少一个牙齿的ct图像显示到显示器部140的步骤s205。关于牙齿的ct图像可以是例如，如图3所示的照片的图像。在一实施例中，也可以利用ct图像数据生成关于至少一个牙齿的全景x射线图像而显示到显示器部140。关于牙齿的全景x射线图像可以是例如，在图4和图5所示的照片的上端部显示的图像。在步骤s210，检查用户是否通过输入接口110选择了ct图像或者全景x射线图像中包括的至少一个牙齿中的感兴趣对象牙齿。与通过普通牙科用全景x射线装置拍摄的二维全景x射线图像不同，本发明中关于牙齿的全景x射线图像可以是基于ct图像数据而以能够一眼掌握齿列的整体结构的方式通过牙科用全景x射线图像的形态而示出的，这种本发明中关于牙齿的全景x射线图像可以与ct图像数据联动。
33.在步骤s210的检查结果，判断为用户没有选择感兴趣对象牙齿的情形下，处理返回步骤s210。相反，在步骤s210的检查结果，判断为用户选择了感兴趣对象牙齿的情形下，在步骤s215对感兴趣对象牙齿的牙齿根管的至少一部分进行三维渲染。在一实施例中，ct图像或者全景x射线图像包括的至少一个牙齿中选择感兴趣对象的操作可以是用户通过输入接口110将在图4或者图5的全景x射线图像所示的导航仪放到ct图像或者全景x射线图像中的感兴趣对象牙齿而实现的。响应于用户选择感兴趣对象牙齿而对感兴趣对象牙齿的牙齿根管的至少一部分进行三维渲染的方式可以通过自动方式和手动方式中的一种方式执行。
34.自动方式是利用ct图像数据根据例如边缘检测算法(edge detection algorithm)、图像分割算法(image segmentation algorithm)等而计算出感兴趣对象牙齿的牙齿根管的三维坐标，并基于计算出的三维坐标而对感兴趣对象牙齿的牙齿根管的至少一部分进行三维渲染的方式。自动方式具有能够最小化用户的介入的优点。
35.在手动方式的情况下，响应于用户选择感兴趣对象牙齿而利用ct图像数据首先在显示器部140显示与感兴趣对象牙齿的长度方向交叉的剖面图像。剖面图像可以是例如，在
图4所示的照片的下端部显示的六个图像。在一实施例中，可以响应于用户沿感兴趣对象的长度方向按每次指定一个部分的方式指定感兴趣对象牙齿的彼此不同的部分而在显示器部140按每次显示一个剖面图像的方式显示分别与彼此不同的部分对应的剖面图像。在一实施例中，响应于用户在将导航仪放在ct图像或者全景x射线图像中的感兴趣对象牙齿的状态下将导航仪的基准线从上限线拖动到下限线，而在显示器部140显示与通过这种拖动而被覆盖的感兴趣对象牙齿的长度方向交叉的剖面图像。在一实施例中，与感兴趣对象牙齿的长度方向交叉的剖面图像可以是按高度的轴向(axial)剖面图像。
36.如果剖面图像显示在显示器部140，则用户可以在剖面图像中的至少一部分图像指定与感兴趣对象牙齿的齿根管对应的位置。在图5的实例中，虽然示出了用户在六个剖面图像分别指定表示为1至6的位置的情形，但需要认知的是，没有必要在所有剖面图像指定与牙齿根管对应的位置。并且，图5的示例中，如果用户在特定剖面图像指定与牙齿根管对应的位置，则在其上方的全景x射线图像中自动标记与指定位置对应的感兴趣对象牙齿沿长度方向的位置。用户可以在标记的剖面图像中将位于感兴趣对象牙齿的中央部分的与较暗的部分对应的位置指定为与牙齿根管对应的位置。如果在剖面图像中的至少一部分图像中，指定了与感兴趣对象牙齿的牙齿根管对应的位置，则响应于与此而计算出指定位置的三维坐标，并基于计算出的三维坐标对感兴趣对象牙齿的牙齿根管的至少一部分进行三维渲染。可以存在利用计算出的三维坐标之外的附加的三维坐标而对感兴趣对象牙齿的牙齿根管的至少一部分进行三维渲染的实施例。即，可以利用计算出的三维坐标推测剖面图像中指定了与牙齿根管对应的位置的至少一部分图像之外的剩余图像中的与感兴趣对象牙齿的牙齿根管对应的位置的三维坐标，并利用根据用户的牙齿根管位置指定而计算出的三维坐标以及推测的三维坐标对感兴趣对象牙齿的牙齿根管的至少一部分进行三维渲染。在这种实施例，剖面图像中前述的至少一部分图像之外的剩余图像中的与感兴趣对象牙齿的牙齿根管对应的位置的三维坐标可以通过对根据用户的牙齿根管位置指定而计算出的三维坐标应用三维曲线拟合算法(3d curve fitting algorithm)而推测。在另一实施例中，除了根据用户的牙齿根管位置指定而计算出的三维坐标以及推测出的三维坐标之外，还可以计算出它们之间内插的三维坐标，并利用全部的这些坐标而对感兴趣对象牙齿的牙齿根管的至少一部分进行重构而进行三维渲染。
37.在步骤s220中，通过视觉要素(例如，标记、文字、图形以及色彩中的至少一个)将三维渲染的牙齿根管的至少一部分的弯曲度显示到显示器部140。参照图6至图9，示出了显示出三维渲染的牙齿根管的弯曲度的图像的实施例的照片。如图所示，以蓝色系示出了弯曲度低的牙齿根管的部分，可以确认随着牙齿根管的弯曲度的提高而从绿色转换为黄色，然后再转换为红色系。三维渲染的牙齿根管的至少一部分中的弯曲度可以根据其弯曲程度而显示为彼此不同，也可以显示为部分相同。参照图6至图9，可以确认通过相同的蓝色显示的牙齿根管部分，可知该部分是弯曲度相同的部分。在一实施例中，用户可以在三维渲染的牙齿根管的至少一部分上指定位置，响应于此而将指定位置的弯曲度通过视觉要素显示到显示器部140。在一实施例中，每当用户在三维渲染的牙齿根管的至少一部分上指定位置时，可以响应于此而在显示器部140通过在指定位置与牙齿根管相切的圆来显示指定位置的弯曲度。如果用户在三维渲染的牙齿根管的至少一部分上指定其他位置，则该位置的弯曲度也会改变，因此，该位置与牙齿根管相切的圆的大小也可能改变。在图6的示例中，由于
牙齿根管上端部的位置被指定，并且相应位置的弯曲度较低，因此圆也被显示为具有较大的尺寸。在图7的示例中，相比上端部，指定了略微下方的牙齿根管的位置，由于相应位置的弯曲度略微高于上端部，因此显示了较小的圆。在图8的示例中，指定了牙齿根管相对在下端部的位置，由于相应位置的弯曲度是显示为红色系的较高弯曲度，因此显示了更小尺寸的圆。在图9的示例中，指定了牙齿根管的最下端部的位置，由于相应位置的弯曲度相比图8的情形略微下降，因此显示了比图8略大的尺寸的圆。在指定位置与牙齿根管相切的圆可以在相应位置沿三维最小曲率的平面布置。在指定位置与牙齿根管相切的圆的尺寸可以基于指定位置和与指定位置相邻的位置的微分值而确定。在一实施例中，可以以数值形式示出圆的半径。参照图6至图9可确认示出的圆的尺寸分别为5.00mm、3.41mm、2.54mm以及3.76mm。在一实施例中，也可以以数值形式表示牙齿根管的最上部的位置到指定位置的距离。在一实施例中，可以执行图像处理使得用户利用输入接口110旋转三维渲染的牙齿根管的至少一部分的同时在期望的方向确认牙齿根管的形状和弯曲度。例如，如果用户沿期望的方向摆放三维渲染的牙齿根管的至少一部分并滚动鼠标滚轮，则可以实时显示根据牙齿根管的位置的弯曲度的圆。参照图7至图9，可以确认牙齿根管旋转而被三维渲染。
38.在本发明公开的实施例中，示出的构成要素的布置可以根据实现发明的环境或者要求事项而不同。例如，一部分构成要素可以被省略或者几个构成要素可以被整合而一体地实施。并且，一部分构成要素的布置顺序和连接可以被改变。
39.虽然以上示出并说明了本发明的多种实施例，但本发明并不限于上述特定的实施例，上述实施例可以不脱离所附权利要求书中请求的本发明的要旨的情况下被本发明所属领域具有普通知识的人员多样地变形实施，这是显而易见的，并且这种变形实施例不应与本发明的技术思想或者范围独立地被理解。因此，本发明的技术范围应当仅通过所附的权利要求书的范围而被确定。