[发明专利]一种具有权重分配机制的三维颜面对称参考平面提取方法

说明书

本发明涉及一种具有权重分配机制的三维颜面对称参考平面提取方法，有以下步骤：(1)建立基于对角权重因子矩阵的PA算法数学计算模型；(2)建立基于个性化颜面部解剖特征的PA算法权重分配优化方法。本发明首先建立了一种带有权重因子的PA算法，权重函数有明确的数学表达；该PA算法的权重函数基于患者个性化颜面部解剖特征进行权重因子的优化分配，满足口腔临床对中/重度颜面畸形对称参考平面自动、高效、准确提取的需求。实现首次提出基于权重因子的本体‑镜像关联对称参考平面提取算法；首次提出基于个性化颜面部解剖特征的PA算法权重因子分配方法；改善PA算法对中/重度(复杂)颜面畸形对称参考平面提取的适应性不强的问题。

技术领域

本发明涉及一种颅颌面骨骼及颜面形貌的对称参考平面提取方法，进而实现数字正颌手术设计及评价、数字正畸治疗设计及评价、数字美学修复设计及评价；具体涉及一种具有权重分配机制的三维颜面对称参考平面提取方法。

背景技术

颅颌面骨骼及颜面形貌的对称性研究是口腔医学一直以来关注的基础问题之一，尤其在对美学要求较高的口腔正颌外科、口腔正畸、口腔修复等学科，颅颌面对称性分析是口腔临床治疗设计和疗效评价的重要手段及依据。近年来，随着数字化技术与口腔医学的深入结合，各种三维影像学、光学扫描技术可用来获得患者颅颌面骨骼及颜面部的三维形貌数据，借助数字化、自动化的软件技术对二维或三维形貌数据进行对称性分析，已成为口腔医学对称性分析领域的主流发展趋势！其中，基于三维颜面形貌的对称性分析结果，进而实现数字正颌手术设计及评价、数字正畸治疗设计及评价、数字美学修复设计及评价，是口腔医学三维对称性分析技术的典型应用，也是相关学科关注的热点问题。

颅颌面对称性分析的前提是确立相对准确的“对称参考平面”(SymmetryReference Plane，SRP，简称考平面”；也叫做“正中矢状面”Median SagittalPlane，MSP)，参考平面的构建直接影响到后续各种对称性指标的测量结果，决定了对称性分析结果的准确性与可靠性。几何对称模型的对称平面是客观存在的，可以较容易地通过数学计算获得。但人体颅颌面三维形貌几乎不存在完全几何对称的情况，要想基于生物体对称及不对称的混合信息获取准确的对称参考平面并非易事，亦称为“对称参考平面”的原因。因此，参考平面的构建方法及其自动提取算法是颅颌面对称性分析的关键、核心问题。

1国内外研究发展动态及现状

从上世纪八九十年代起，国内外学者对颅颌面对称性研究的关注度持续增长，随着三维模型处理技术的发展，现阶段国内外研究主要采用一种“本体-镜像”关联法获取三维颅颌面模型的对称参考平面。这种方法一般需要软件编程实现，也可通过商业三维图形学软件的相关功能实现。

“本体-镜像”关联法的原理流程分为三个步骤：①模型镜像：扫描获取的自然头位下颅颌面三维模型为“本体”模型，对本体进行水平镜像后获得其“镜像”模型(镜像模型可视为另一与本体无关的独立模型)；②本体与镜像关联：将本体与镜像通过一定算法进行三维空间上的重叠，使得两数据集之间满足某种条件下的最小三维空间误差(即最优三维重叠)；③计算对称参考平面：重叠本体-镜像二者后的复合模型称为“关联”模型，是一个空间几何上完全对称的三维模型，数学上可较容易地计算出其几何对称平面，该平面即可作为所求本体模型的对称参考平面。

“本体-镜像”关联法的步骤①和③较易通过几何计算实现，步骤②本体与镜像三维模型的最优重叠是该方法的核心算法部分。本体-镜像重叠算法可实现的模型间匹配程度，以及“最优”匹配的条件限定，是决定最终参考平面提取准确性的关键！三维重叠算法的现有研究进展如下：

(1)基于迭代最近点算法的参考平面提取