一种三维牙齿模型的自动邻间修复方法与流程

本发明涉及图像处理技术，特别设置一种使用图形学技术的三维牙齿模型的自动邻间修复方法。

背景技术：

1、现在社会中，口腔医院在治疗牙齿问题的时候，都会使用cbct扫描牙齿模型，得到用户的真实数据，然后根据用户的牙齿情况提出治疗方案，或3d打印牙齿进行种植。为了解决患者的问题，牙齿模型在得到之后需要进行编辑再生产，比如种植牙齿的大小和位置等数据，以及正畸所需要的牙套尺寸等等。

2、但是现有的口腔扫描技术仍不完善，基于深度学习的牙齿分割算法得出的结果边界会出现参差不齐的情况；这导致了封闭牙根后的牙齿模型之间会出现缝隙，不能精确的贴合，这与实际情况并不相符。在要求精确严格的口腔医学领域，带有缝隙的牙齿模型会影响使用者观察，也会使后期构建虚拟牙龈等操作产生误差，因此必须对带缝隙模型进行自然的修复，在保证模型拓扑结构情况下消除缝隙，来保证观察诊断的正确。

技术实现思路

1、本发明的目的是基于牙医治疗数字化的趋势，提供一种对三维牙齿模型进行自动邻间修复的方法。

2、为实现本发明的目的，拟采用以下技术方案：

3、一种三维牙齿模型的自动邻间修复方法，其特征在于，包括了以下实施步骤：

4、s1、输入牙齿的分割模型,先计算出分割模型中每颗牙齿的边界轮廓，根据两相邻牙齿轮廓的顶点距离运算出精确临界部分轮廓，然后在它上面均匀采样出关键点；

5、s2、使用b样条曲线，根据上述关键点拟合出一条平滑弧线，此时拟合线不闭合，根据平滑弧线的两个端点和两端点中心到弧线底部的距离，用bézier曲线拟合出剩下的部分，生成一个闭合的拟合线；

6、s3、根据拟合线，按射线和三角面片求交投影到两侧的牙上，找到对应的面片，得到两颗牙齿对应的邻域封闭圆环；

7、s4、将s3得到的封闭圆环作为分界线，向内进行种子填充，填充后的面片作为膨胀修复的中心修复区；采用类椭圆结构向外计算出外围的过渡修复区；

8、s5、根据s3得到的边界，计算过渡修复区的变形权值；计算中心修复区和过渡修复区域每个顶点的最大变形上限，中心修复区不需要权值，直接按照最大变形上限进行变形；过渡修复区变形要受到权值限制；

9、s6、进行邻间修复膨胀操作，膨胀过后对修复区域平顺处理，得到修复后的三维牙齿模型。

10、进一步的，s1步骤具体为：

11、s11、输入牙齿的分割模型；

12、s12、利用openmesh的半边数据结构特性，模型的未封闭边缘是只有一条半边的，找到各个牙齿的分割模型的边缘点，也就是分割模型的轮廓点，遍历轮廓点，如果轮廓点与其相邻牙齿的轮廓点相距小于特定距离阈值，则视为粗糙邻接部分；根据多次拟合实验发现，取0.7mm为距离阈值的粗糙邻接部分划分最为合理；

13、s13、遍历粗糙邻接部分的点，若与相邻牙齿轮廓点相距小于更为精确的距离阈值，并且连续若干点都满足小于此阈值，则此点视为精确邻接部分轮廓的边界；反复实验后将阈值设为0.2mm，判定满足阈值的连续若干点数设置为5，此时的精确邻接部分的计算最佳；

14、s14、根据相邻牙之间的两个精确邻接部分轮廓，将它们合并为一条平均的曲线；

15、s15、在平均的曲线上均匀采样出关键点；为了保证程序运行的速度和s2的平滑弧线拟合质量，在平均曲线上采样的点数不能过多也不能过少，实验多次后得出结论：在线上均匀采样11个关键点的效果最佳。

16、进一步的，s5步骤中过渡修复区的变形权值的计算公式为：

17、

18、其中为中心修复区点的集合，为当前过渡修复区中的某个点，为对应的权值，为过渡修复区圆环的环内径集合。

19、进一步的，s6步骤具体为：

20、s61、邻间修复膨胀操作；遍历中心修复区和过渡修复区的顶点，根据权值、区域类别和变形上限，顶点开始向对面邻接的牙齿移动靠近；

21、s62、对中心修复区和过渡修复区及其外围进行适当的平顺处理；具体为，每个顶点的位置更新为其邻域顶点位置的平均值和自己原始位置的加权平均；平顺次数对修复效果有影响，最终对过渡区平顺处理10次，对中心区平顺处理2次，得到修复后的三维牙齿模型。

22、本发明的技术构思是：在保证牙齿原有结构不变的情况下，根据分割牙冠模型的边界确定中心修复区和过渡修复区，并计算牙齿模型每个顶点的最大变形上限，对中心修复区直接采用该最大变形上限进行缝隙消除，对过渡修复区进行过渡，保证牙齿整体光滑，达到形状优化的目的。

23、本发明的优点在于：利用计算机全自动地完成牙齿的邻间修复，实现了邻牙之间缝隙的去除，又保证牙齿表面保持光滑，为后期的数字化正畸方案提供准确的数字依据。

技术特征：

1.一种三维牙齿模型的自动邻间修复方法，其特征在于，包括了以下实施步骤：

2.根据权利要求1所述的一种三维牙齿模型的自动邻间修复方法，其特征在于，s1步骤具体为：

3.根据权利要求2所述的一种三维牙齿模型的自动邻间修复方法，其特征在于，步骤s12中的粗糙邻接部分划分的距离阈值为0.7mm。

4.根据权利要求2所述的一种三维牙齿模型的自动邻间修复方法，其特征在于，步骤s13中的精确邻接部分划分的距离阈值为0.2mm，连续点的数量为5个。

5.根据权利要求2所述的一种三维牙齿模型的自动邻间修复方法，其特征在于，步骤s15中均匀采样的关键点数量为11个。

6.根据权利要求1所述的一种三维牙齿模型的自动邻间修复方法，其特征在于， s5步骤中过渡修复区的变形权值的计算公式为：

7.根据权利要求1所述的一种三维牙齿模型的自动邻间修复方法，其特征在于，s6步骤具体为：

技术总结
本发明公开了一种三维牙齿模型的自动邻间修复方法，根据分割牙冠模型的边界确定中心修复区和过渡修复区，并计算牙齿模型每个顶点的最大变形上限，对中心修复区直接采用该最大变形上限进行膨胀变形，对过渡修复区进行过渡，保证牙齿整体光滑，达到形状优化的目的。本发明利用计算机全自动地完成牙齿的邻间修复，实现了邻牙之间缝隙的去除，又保证牙齿表面保持光滑，为后期的数字化正畸方案提供准确的数字依据。

技术研发人员：王都洋,孟一凡
受保护的技术使用者：汉斯夫（杭州）医学科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/1