[发明专利]一种牙齿CT图像像素数据转化至3D打印数据的方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，具体地说涉及一种牙齿CT图像像素数据转化至3D打印数据的方法。

背景技术

目前，诸多CT图像处理及可视化软件均可完成由CT图像像素数据转化至数据接口的功能，例如：Mimics、Geomagie、Imageware、Rapidform和surface等。浙江大学反求工程CAD实验室在CT复原三维模型方面开展了大量的工作，推出了RE-SOFT软件系统，解决了该软件和CAD软件的数据转换问题。上海交通大学逆向工程在医学上的应用起步较早，与临床结合好，己取得很多实际成果，如开发了与Mimics功能相近的Quickform软件，并应用于临床，取得很大的成功，在国内影响很大，同时，它在医学假体CAD/CAM等领域取得较大成果。但是，以上提到的软件适用于处理简单的通用CT图像，针对医疗图像来说，传统或者通用的算法自适应程度不高，且大都没有提供专门的针对3D打印数据输出接口，需要对输出数据编辑修补后方可链接3D打印设备。

发明内容

发明人针对小尺寸医疗图像的多为自由曲面的特点，提出一套牙齿CT图像像素数据转化至3D打印数据的方法，旨在提高数据转化效率和精度，发明人通过整合现有的成熟算法，并结合CT扫描和非接触扫描，创新性地整合两种扫描方式的优势，为提取牙齿表面数据提供快速高效的解决方案。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种牙齿CT图像像素数据转化至3D打印数据的方法，包括以下步骤：

S1：获取牙齿的CT图像，提取图像像素数据生成像素轮廓点云；

S2：获取牙齿的外表面点云；

S3：对像素轮廓点云、外表面点云进行粗配准和精配准，分别形成精配准点云数据库；

S4：设定判定值，验证精配准结果，若结果大于判定值，执行步骤S3，反之，执行步骤S5；

S5：合并步骤S3中的精配准点云数据库，得到牙齿的完整点云数据库；

S6：基于牙齿的完整点云数据库重建三维网格数据库，形成3D打印设备支持的STL格式，即可。

进一步，所述步骤S1中，利用CT设备扫描牙齿获取CT图像，基于切片轮廓高精度提取方法提取图像像素数据，获得牙齿的像素轮廓，像素轮廓转化为散乱点云生成像素轮廓点云，存储格式为点云的坐标数据。

进一步，所述步骤S2中，利用非接触扫描设备扫描牙齿获取牙齿的外表面点云，存储格式为点云的坐标数据。

进一步，所述步骤S3中，在像素轮廓点云和外表面点云上分别选择三个相对应的特征点，利用七参数法完成粗配准，像素轮廓点云和外表面点云分别形成粗配准点云坐标库，输入粗配准点云坐标库，利用ICP迭代最近点算法完成点云数据精配准，像素轮廓点云和外表面点云分别形成精配准点云坐标库。

进一步，所述步骤S4中，预先设定判定值，利用修正的Hausdorff距离值验证精配准结果，其中，判定值不大于1mm。

进一步，所述步骤S5中，合并像素轮廓点云和外表面点云的精配准点云数据库，得到牙齿的完整点云数据库，对完整点云坐标数据进行预处理操作，得到基于曲率的精简点云数据库，存储格式为点云的坐标数据。

进一步，所述步骤S6中，利用Delaunay快速三角剖分原理，基于精简点云数据库重建三维网格数据库，形成3D打印设备支持的STL格式。

本发明的有益效果是：

为适应牙齿表面的非自由曲面，采用切片轮廓高精度提取方法以实现自适应提取，并创新性的结合CT扫描和非接触扫描，整合现有的成熟算法，实现了牙齿CT图像像素数据转化至3D打印数据，有效的提高了图像转化效率和精度，针对性强，另外，通过对点云的去噪、平滑、精简、排序等预处理操作，精简点云，为面片的拟合提供良好的数据基础，使得算法自适应程度高，确保3D打印设备输入数据精度。

附图说明

图1是本发明的流程框图；

图2(a)是牙齿的封闭的像素轮廓图；

(b)是牙齿的外表面点云图；

(c)是牙齿的完整点云图；

(d)是牙齿的精简点云图；

(e)是重建后的三维网格面片图；

(f)是打印模型图；

(g)是仅采用结构光扫描仪获取牙齿数据拟合面片图；

(h)是仅采用CT扫描仪获取获取牙齿数据拟合面片图。

具体实施方式