[发明专利]一种CBCT牙齿分割及建模算法

说明书

本发明公开了一种CBCT牙齿分割及建模算法。采集CBCT二维图像序列，对图像序列中各层的图像进行平滑处理；构建所需要分割牙齿的初始轮廓，构建水平集函数；利用底层特征对水平集函数进行迭代计算直至收敛，获得分割轮廓结果；重复步骤对每层图像进行处理，第一次以牙齿轮廓清晰的一层作为初始层，并将当前层图像的分割轮廓结果进行扩张作为下一相邻层图像的初始轮廓，使得层之间传递迭代，获得所有层图像分割轮廓结果；由所有层的分割轮廓结果组成三维图像，重建三维模型。本发明能有效地从CBCT图像中抽取并重建整颗牙齿的三角网格模型，可辅助牙齿矫正过程的评估过程。

技术领域

本发明涉及了数字口腔领域，具体地说是涉及了一种CBCT牙齿分割及建模算法。

背景技术

近年来，数字口腔技术发展迅速，牙齿隐形正畸也逐渐普及。在对牙齿正畸过程中，需要建立牙齿的三维网格模型，用于虚拟矫治。牙根的信息只能通过CBCT扫描得到，故提出一种CBCT牙齿分割及建模算法，用于从CBCT数据中抽取并重建牙齿的三维网格模型。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种CBCT牙齿分割及建模算法。

本发明所采用的技术方案如下：

1)采集CBCT二维图像序列，对图像序列中各层的图像进行平滑处理；

2)构建所需要分割牙齿的初始轮廓，构建水平集函数；

3)利用底层特征对水平集函数进行迭代计算直至收敛，获得分割轮廓结果；

所述的底层特征包括梯度、灰度值和水平集函数。

4)重复上述步骤2)～3)对每层图像进行处理，第一次处理时选取CBCT二维图像序列中牙齿轮廓清晰的一层作为初始层，每次重复步骤2)～3)处理时将当前层图像的分割轮廓结果进行扩张作为下一相邻层图像的初始轮廓，使得层之间传递迭代，获得所有层图像针对所需要分割牙齿的分割轮廓结果；

具体实施中采用牙冠中点所在层作为初始层。

下一层是指相邻的上层或者下层，具体实施中采用牙冠中点所在层作为初始层后，向上和向下的相邻层图像分别进行传递迭代。

5)由所有层的分割轮廓结果组成三维图像，重建三维模型。

所述步骤B具体是包括：

2-1)建立在牙齿轮廓附近的凸多边形作为初始轮廓，也作为感兴趣区域(Regionof Interests，简称ROI)，并使得凸多边形仅包围该颗牙齿，而不包围其他牙齿；

2-2)构造一个以图像长宽为维度的矩阵，矩阵的大小和图像大小相同；

2-2)对矩阵赋值，使得初始轮廓外的元素为正值，初始轮廓内的元素为负值，以矩阵作为水平集函数Phi。此矩阵值的改变即代表了初始轮廓形状的改变。

所述步骤3)具体是包括：

3-1)根据图像分别沿X和Y方向的梯度值，X和Y方向是指图像的水平和竖直方向，采用以下公式计算梯度算子g：

其中，I表示灰度值矩阵，灰度值矩阵是由CBCT二维图像的所有像素值经归一化后组成的矩阵，G_X和G_Y表示对灰度值矩阵在X和Y方向上求导的结果，G_X²表示矩阵G_X中的每个元素分别取平方；

3-2)利用梯度算子g采用以下公式计算图像的区域算子Area：