(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210966276.X (22)申请日 2022.08.12 (71)申请人 杭州口腔医院集团有限公司 地址 310000 浙江省杭州市上城区平海路1 号1-22层 (72)发明人 王彬　谈龙　 (74)专利代理 机构 杭州卓然专利代理事务所 (普通合伙) 33422 专利代理师 凌赵华 (51)Int.Cl. G06T 17/00(2006.01) G16H 30/40(2018.01) G16H 50/50(2018.01) G06T 7/11(2017.01) G06T 7/30(2017.01)A61B 6/14(2006.01) A61B 6/03(2006.01) A61C 19/04(2006.01) A61B 5/00(2006.01) (54)发明名称 一种三维牙列模型构建装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种三维牙列模型构建装置 及方法， 本发明涉及口腔正畸领域， 包括以下步 骤： 基于CBCT影像的牙列配准及分割、 基于三维 扫描的牙冠配准及分割、 基于三角网格演化的三 维牙床重建， 本发明提出了基于CBCT影像的刚性 变换矩阵求解方法， 构建了基于CBCT的牙列配准 及分割模型， 提出了基于三维扫描的牙冠部分配 准方法， 提出了基于三角网格演化法的三维牙床 构建方法， 建立了基于多源数据融合的三维牙床 模型， 进而得到了基于CBCT与三维扫描融合的三 维重建技术， 可以通过三维重建技术得到牙冠部 分更为精细的结构以及牙齿的体信息， 通过更加 精细的三维牙床模型可以提高后续智能诊断模 型对于牙床特征的提取， 提高自动化诊断的精确 度。 权利要求书4页 说明书9页 附图2页 CN 115272585 A 2022.11.01 CN 115272585 A 1.一种三维牙列模型构建方法， 其特征在于， 以CBCT影像以及牙冠三维扫描图为基础 重构三维牙床模型， 包括以下步骤： S1、 基于CBCT影像的牙列配准及分割； S2、 基于三维扫描的牙冠配准及分割； S3、 基于三维扫描的畸形牙齿牙冠的配准及分割； S4、 被遮挡部分牙冠 形状的再 形成； S5、 基于三角网格演化的三维牙床重建； 所述S1、 基于 CBCT影像的牙列配准及分割， 包括以下步骤： 假设CBCT影像中牙齿模型构成的点集P和Q， 找出最佳的刚性变换矩阵用于两个模型的 最优匹配， 从点集P中选取的四点共面集B， 之后从Q中提取所有和B近似一致四点共面集， 其 中近似参数为 δ； 对于给出的B， 从点集Q中， 提取出所有在仿射变换下与B相近的点集， 所述相近点集提 取公式为： 其中， r1和r2为平面上的两个仿射 不变量； 精度较高的牙齿模型， 对满足仿射变换不变性的点集进行过滤， 保证仿射不变性以及 点集的刚性变换不变性； 验证在刚性变换下， 对应点集经过变换后是否满足和基准点集B 之间的距离约束， 对于 Q中的一个满足仿 射不变性的点集Qi， 计算Qi到B之间的刚性变换Tqi， 则Qi经过变换后和基 准 点集B之间的距离di可以表示 为： Qi[k]和B[k]表示四点共面集中的第k个点， SN()表示两个点之间的欧氏距离， 利用位 置精度 δ来表示两个四点共面集的近似程度， 满足di＜ δ， 则Qi为一个满足刚性变换一致性的 四点共面 集； 用B和Q中每一个对应的满足刚性变换一致性的共面集， 利用最小二乘法计算最优配准 的刚性变换； 所述S2、 基于三维扫描的牙冠配准及 分割， 在进行牙列配准及分割后， 通过三维扫描数 据进行牙冠分割， 包括以下步骤： 通过三维扫描数据进行牙冠分割， 用重建的牙齿模型进行三维扫描模型的分割， 确定 重建出的牙齿的类别； 点的三维坐标作为 其特征向量X＝(x1,x2,x3)T， 其线性判别函数为： d(X)＝w1x1+w2x2+w3x3+w4＝WTX， 对应的牙齿点云的分割平面方程 为： WTX＝0， 将牙齿的点云作为训练样本， 对线性分类 器进行训练即可 得到权矢量W； 利用牙齿点云的分割平面方程， 即可 得到平面的法向量：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115272585 A 2取两个模型质心的连线与该平面的交点， 得到位于平面上的一点O， 得到平面的点法式 表示； 平面切割得到平面上一点及其法向量， 用平面切割算法对三维扫描模型连续进行切 割， 直到分离出 所有的牙齿； 所述S3、 基于三维扫描的畸形牙齿牙冠的配准及分割， 对生长正常的牙齿通过三维数 据进行牙冠分割后， 对由于牙齿生长畸形而产生遮挡关系的相邻接牙齿 进行牙冠分割； 出现生长畸形的牙齿， 区分出处于遮盖状态的牙齿P1和处于被遮挡关系的牙齿P2， 通 过对于三 维扫描后得到扫描 结构图可以明显区分出P1、 P2以及两颗牙齿由于遮挡关系而 出 现的遮挡线， 设为 L； 遮挡线L属于P1的牙冠边缘线也属于P2的遮挡边缘线， 其中处于遮盖状态的P1由于其 本身的牙冠在三 维扫描视图中是 处于完全显示的， 以其与相 邻接的被遮挡牙齿P2的遮挡线 L为分割线， 将L视为在一个三 维空间上的曲线， 通过多张三 维扫描视图的结合， 可以得到空 间曲线L， 其中L满足f(x,y， z)＝0， 该曲线曲线上点的坐标都是这个方程的解， 同时以这个 方程的解 为坐标的点都是曲线上的点； 对该曲线上的点进行分段均匀选取， 从曲线L上等分取出10个点， d1、 d2、 d3 ……d10等， 这10个点均满足曲线 方程， 其中在相邻接的两点之间连接线 段， 得到K12,K23、 K34……等九段 线段， 若d1点坐 标为(a1， b1， c1)， d2点坐标为(a2， b2， c2)， 则K12＝(a2‑a1， b2‑b1， c2‑c1)， 以 K12为基准做平面得到一个平面方程A(x ‑x0)+B(y‑y0)+C(z‑z0)＝0， 其中K12为该平面上的 向量， 即将d1和d2的点坐标带入到平面方程中成立， 同时该平 面的法向量n于该向量处于垂 直， 即n·K12＝0； 得到的九块空间平面之间交错， 将交错的空间平面通过绘图软件融合成为一整个空间 曲面， 该空间曲面则为分割P1和P2的分割面， 通过分割后， 可以得到P1的牙冠 形状； 所述S4、 被遮挡部分牙冠形状的再形成， 由于已经将相邻接的两颗牙齿中处于遮挡关 系的牙齿进行配准和分割后， 原本处于被遮挡关系的牙齿会再三 维扫描视图中出现部 分缺 失的情况， 对该部分的牙冠面进行 再生成； 若是P2在牙床上与其对应设置的另一颗牙齿不存在畸形的情况时， 可以对两者进行比 对， 如处于牙床两端对称设置的切牙和磨牙等， 通过对牙冠面的比对得到P2剩余牙冠区域 的再生成； 将已经配准和分割得到的P2 ’的牙冠部分进行提取镜像， 然后将镜像部分与P2对应的 部分拟合， 判断其拟合的精度， 若拟合部 分的相似度较高， 即可以判断剩余部分的牙冠面基 本一致， 通过将剩余部分的牙冠面补充到P2上既可以得到完整的P2的牙冠形状， 此时便可 以得到当P1完成配准和分割后的P2的牙冠形状， 可以在具有牙齿畸形情况下， 得到通过三 维扫描无法获得的被遮挡牙齿的牙冠 形状。 若是拟合后的相似度较低或者P2在牙床上对应设置的P2 ’也是属于畸形且其亦属于被 遮挡状态时， 通过对不完整牙冠进行建模填充的形式得到完整的牙冠形状， 首先通过对被 遮挡牙齿P2的全 方位三维扫描图， 得到P2整体的全方位的扫描视图， 其中包括P2的三视图， 其中部分结构由于P1的遮挡是 处于扫描盲点的位置上， 故三视图中均会有部分结构是是无 法得知的， 首先通过每一张三视图得到P2每一个视图上 的对称轴线， 随后对通过三视图中权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115272585 A 3