CN103826566B - 用于3d根管治疗计划的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种包括髓腔和根管的患者牙齿的三维计算机模型，当患者牙齿待治疗时，通过将所述牙齿的至少一个2D灰度值图像和/或关于牙齿的口内可视部分的至少部分的表面信息与每个牙齿类型（上门齿或下门齿、犬齿、前臼齿、臼齿）的统计参数化形状模型结合来创建所述三维计算机模型。这允许在患者牙齿的3D模型上计划和/或仿真一个或多个根管治疗并且通过系统向牙科医生或牙科专家给出定性和/或量化的信息以便有助于充分分析关于利用提议的或用户选择的牙髓工具实施根管治疗的风险。

Description

用于3D根管治疗计划的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于3D根管治疗计划的方法和系统以及用于执行这种方法的软件。

背景技术

根管治疗是牙齿补救治疗，其消除感染、保护已去污牙齿免受进一步感染、并且如果需要的话在使用柱（post）或不使用柱的情况下以冠级修复牙齿。在该治疗期间，主要包含神经组织和血管的根管被清洁、成形、去污和随后填充如牙胶的惰性填料。在剩余牙齿结构不足以支持牙冠的适当重建的情况下，金属或玻璃纤维柱被定位在根管之一中并且打桩（core build-up）被创建，以支持假体修复（即，冠）并为假体修复提供固位。

由于种种原因，例如根管的不充分清洗、根管的不完全填充、因为被从业者漏掉而未经处理的管、在管成形期间根穿孔或锉刀折断、根折……，根管治疗可能失败或导致并发症。

根据文献，3D牙齿评估的使用可以减小根管治疗期间并发症的风险。例如锥形束计算机断层扫描（CBCT）可以用于牙髓问题的处理，即用于根尖周和再吸收损伤的真实大小、程度、性质及位置的评估，用于根管解剖、根折、和牙齿周围牙槽骨形貌的性质的评估，或用于牙髓手术的计划（参见，New dimensions in endodontic imaging:Part2.Conebeam computed tomography.International Endodontic Journal,42,463-75,2009）。与口内射线照相术相比，锥形束计算机断层扫描提供更全面的诊断数据，从而产生更加精确的诊断和监测，并因此改善牙髓问题的处理。

出于牙髓研究的目的，微计算机断层扫描（μCT）已经被用于学术情景中，用在离体牙齿上用于牙齿和根管形态的三维重建和评估（参见：An application framework ofthree-dimensional reconstruction and measurement for endodontic research,YuanGao,Ove A.Peters,Hongkun Wu,Xuedong Zhou,J Endod2009;35:269-274）。牙齿的内部和外部解剖被重建并且根管和根部牙本质的尺寸被量化。根管尺寸通过首先定义根管中线并然后计算从中线至根管表面的距离而计算。这些距离随后凭借根管表面上的色码而可视化。从外部根表面至根管表面的最小距离也被计算并凭借色码而可视化。然后根管制备的评价通过配准牙齿的制备前和制备后图像而被实施。在两个图像设置中，根管被分割并以3D可视化用于管形状的变化的图形比较，所述管形状的变化即管制备期间牙本质移除的量。此外，破碎仪器的移除期间的穿孔风险可以被分析。在凭借计算机上的用户指定环锯/环钻对所述破碎仪器的移除进行虚拟仿真之后，剩余根上的厚度分析被实施，作为量化根穿孔风险的手段。

英国专利申请，1108002，Method and system for establishing the shape ofthe occlusal access cavity in endodontic treatment，描述了包括髓腔和根管的牙齿的三维计算机模型的使用，以便在根管治疗之前定义至牙根的咬合进入腔（occlusalaccess cavity）的最佳形状和几何结构。

尽管3D计算机图像和模型的使用已经被报道用于根管治疗的制备，但是可获得的现有技术无法提供日常临床实践可用的方法。当前的CBCT技术未提供允许根管治疗的计划所需的图像分辨率，因为在图像中通常几乎不可能将根管与噪声区分开来。即使在根管可以被辨别的情况中，当计划临床干预时，在图像上所实施的例如关于管尺寸的测量的可靠性不足以提供附加价值。此外，用于CBCT成像所需的辐射剂量可能大大地超出常规X射线的那些辐射剂量，这可能增加患者风险，并使得技术当前不适合于大部分牙髓适应症。μCT成像甚至更不适用：当前，因为利用该技术视野非常有限、所需的辐射剂量太高并且数据获取时间太长，所以没有用于获取患者μCT图像的商业可获得设备。当前μCT成像仅仅出于研究目的在特定机构用在离体牙齿上。

发明内容

本发明的目的是提供用于3D根管治疗计划的方法和系统。本发明的实施例旨在解决上述问题中的一个或多个并提供有助于牙科医生或牙科专家更加精确地计划初级根管治疗和/或根管再治疗的方法和系统。本发明的一个方面是提供治疗相关风险的定性和/或量化评估的仿真使用。

本发明实施例的重大优势在于可以以3D来实施案例或患者具体计划，而无需将患者暴露于高于常规X射线的辐射剂量的3D成像技术，同时仍然提供关于牙齿解剖特性的详细信息。

本发明的另一方面在于：当患者牙齿待治疗时，通过将至少一个所述牙齿的2D灰度值图像和/或关于牙齿的口内可视部分的至少部分的表面信息与每个牙齿类型（上门齿或下门齿、犬齿、前臼齿、臼齿）的统计参数化形状模型结合来创建患者牙齿的三维计算机模型，该三维计算机模型包括髓腔和根管。

本发明的又一方面在于：方法和系统允许患者牙齿的3D计算机模型上的一个或多个根管治疗的计划和/或仿真，并且在于通过系统向牙科医生或牙科专家给出定性和/或量化的信息以便有助于充分分析关于利用提议的或用户选择的牙髓工具实施根管治疗的风险。

因此本发明的重大优势在于其有助于牙科医生或牙科专家在治疗本身之前选择用于实施根管治疗的最佳工具。

本发明的这些和进一步的目的、特征和优势将从以下参考附图中的示图进行的详细描述而变得明显。

附图说明

图1示出根据本发明实施例的使用于3D根管治疗计划的方法的输入和不同步骤可视化的流程图；

图2示出根据本发明实施例的用于3D根管治疗计划的系统和软件；

图3示出患者牙齿的2D灰度值图像的示例；

图4示出通过光学扫描患者齿列的石膏模型所获得的患者牙齿的口内可视部分的3D表面信息的示例；

图5示出包括髓腔和根管的患者牙齿的3D模型的示例。

具体实施方式

将关于特定实施例并参考特定附图来描述本发明，但是本发明并不限制于此而仅通过权利要求书来限制。

根据本发明的优选实施例，根据用于仿真根管治疗仿真的方法的第一步骤包含创建并可视化包括髓腔和根管的患者牙齿的三维模型。因此，系统至少包含计算机，该计算机包括可以用于可视化所述三维模型的方法的计算机程序。

参考图3至5，根据一个实施例，具有髓腔和根管的牙齿的3D模型基于冠的3D成像数据和牙齿的一个或多个2D射线照片的结合而被生成。因此，各个牙齿的3D冠信息被数字化。这可以使用不同的方法来完成。第一方法使用患者牙齿的常规印模（impression）。负印模（negative impression）被用于制作正印模（positive impression），例如，通过使用石膏或其他合适材料来浇铸模型，然后例如光学地或通过CT技术扫描（例如μCT扫描仪、CBCT扫描仪……）来捕获并数字化其3D表面。可替代地，负印模本身被用于获得3D表面细节，例如，扫描印模。在第二种方法中，通过进行各个牙齿的口内扫描来数字化牙冠。在第三种方法中，使用在诸如采用CBCT扫描仪检查进行的体积扫描期间采集到的3D成像数据。

凭借专家系统将数字冠信息与2D射线照片结合，以构建包括髓腔和根管的牙齿的3D模型。优选地，专家系统包括统计形状模型，以便基于2D射线照片结合3D冠数据来尽可能合理精确地计算牙齿的3D模型。统计形状模型优选地分别针对每种牙齿类型来生成。它可以至少包括牙齿的参数化3D（体积或表面）表示，可能采用关联的参数化2D射线照片进行扩展。3D表示的差异与2D射线照片中关联的的差异相关。这种差异的示例为牙齿形态、犬齿数目的变化、髓腔大小和形状的变化、根和根管数目、根管大小和形状的变化……。用于为了计算患者具体3D模型而将一个或多个2D图像与统计形状模型结合的技术可以例如包含计算统计形状模型在所估计的与2D图像的投影平面相对应的平面中的投影轮廓线（例如，2D曲线）。在2D图像中，牙齿的边缘被计算（例如，凭借边缘检测算法）。3D统计形状模型接下来被（使用之前提及的参数值）修改并且相对于由2D图像定义的坐标系统被重新定位，一直对轮廓线进行再评估，直到3D模型的轮廓线（根据预定义标准）匹配于在2D图像上计算的边缘。然后所得到的经修改的3D统计形状模型被用作针对具体案例的3D模型。

可替代地，如果统计形状模型与其对应的参数化2D射线照片之间的协同变化（covariance）是已知的，这可能足以通过改变指示其差异的参数值来修改与统计形状模型相关联的2D射线照片，以匹配在患者口中获得的2D射线照片，以便直接获得期望的牙齿的相应3D模型（即，髓腔和牙齿根的外部几何结构、形状和位置）。

上述方法可以被应用于生成个体牙齿的精确3D模型用于初级根管治疗或再治疗。

一旦牙齿和根管以3D形式可视化，可以开始根据用于3D根管治疗计划的方法的接下来的步骤；即：计划和/或仿真根管治疗及计算反馈以有助于确定最佳方式来进行治疗。这些接下来的步骤可以以任何任意顺序被实施并且不受以下示例的限制。

根据第一说明性示例，系统允许通过确定用于扩大（ream）根管的最佳锉刀序列（即，锉刀的直径及它们的工作长度）来计划根管治疗。因此，系统允许手动地或自动地（半自动地）定义根管的中线。在手动方法中，用户必须滚动（scroll）通过平行的2D截面图像（轴向的、颊舌向的（bucco-lingual）或近远中向的（mesio-distal））并通过手动指示2D截面图像内的根管的随后中心点来绘制线序列或曲线（例如，多项式（polynomial）或弯曲线（spline））。在半自动方法中，用户以通过例如指示根管的尖端和咬合端、或通过标记根管的表面、或通过任何其他方法选择根管来开始。随后算法定义数个等距平行截面（例如，轴向的、颊舌向的或近远中向的），截面中根管的轮廓（即，根管表面和定义该截面的2D平面的相交曲线）与该轮廓的中心点一起被计算。中心点可以以不同的方式被计算；例如，如由根管的轮廓描绘的表面的重心，或如根管轮廓的最大内切圆的中心，或者如根管轮廓的最小外接圆的中心，或如根管轮廓的最优拟合椭圆/圆的中心，或通过其它的方法。计算通过这些中心点的曲线，得到用于根管的中线。根据另一方法，可以通过确定多个正交截面中根管的轮廓和它们的中心点以及确定通过所有得到的中心点的最优拟合曲线而改进中线。根据另一方法，基于上述方法（即，凭借平行等距2D截面）中的一者所确定的中线可以通过定义沿着该中线的相等距离处垂直于该中线的截面、确定这些新2D截面中的根管的轮廓和它的中心点、以及定义通过这些新中心点的新轮廓而被反复改进。该方法可以被重复数次，以便获得根管的中线的精确描述。

基于每个根管的中线，垂直于该中线且沿着该中线处于相等距离处的新的截面图像可以被生成并被可视化。在这些2D截面内，包围根管轮廓的最小圆可以被自动地计算，并且其可选地增加预定常数值的直径被用于确定在该截面中扩大根管所需锉刀的最小直径。基于沿着根管的直径值的连续，用于扩大每个个体根管的最优拟合锉刀序列被确定。第一方法是通过概括用于在各个截面的距离处的、沿着直线的接续截面的锉刀的最小直径值并计算包围这些直径值的最小圆锥。通过库可获得的锉刀组以最大深度拟合在该圆锥中（即，直到锉刀与圆锥接触）。然后该圆锥体积和通过结合所有锉刀的总体积之间的差被计算，以便通过使用该锉刀序列来量化根管的扩大。为了改进根管的扩大，锉刀可以被定位比最大深度更深。每个锉刀的深度位置的增加可以是固定的预定距离或者是被计算为完全覆盖所包围圆锥体积但具有最小附加体积去除，或者被计算为完全覆盖所包围圆锥体积但具有预定限制的锉刀序列。结果是具有对应深度的锉刀序列，每个锉刀必须被用于该深度（工作长度）。根据第二方法，锉刀使用其3D CAD/CAM信息而被模型化并且以最大深度拟合根管，仿真符合根管的3D曲率的锉刀的必要弯曲度，这将依赖于锉刀的大小和根管的大小。该拟合动作针对锉刀随着增大直径而重复，并且如此锉刀序列和它们的工作长度被确定用于扩大根管。类似于第一方法，锉刀的最大深度也可以被增加预定的固定值或被计算以便使得根管的扩大最佳化或限制扩大根管所必需的锉刀的数目。在该3D方法中，根管扩大的最佳化通过将由锉刀序列扩大的体积与实际根管体积进行比较来完成。如果根管体积被完全扩大且具有附加根材料的最小扩大，该扩大是最佳的。根据优选实现方案，牙髓仪器（例如，锉刀）的材料性能在仿真弯曲度期间被用于计算和可视化（例如，凭借色码—绿=低；橙=中等；红=高）仪器破裂的风险。

根据本发明的优选步骤，系统允许定性和/或量化反馈以便有助于充分地分析关于实施根管治疗的风险。

如第一示例，系统可以允许可视化沿着根管的根的壁厚以提供关于例如根管治疗期间根破裂或根穿孔的风险的反馈。因此，根管的表面与牙齿/齿根的外表面之间的距离被计算。给定三角化表面表示可以被用于可视化不同解剖结构（冠、齿根、根管、髓腔等），该距离可以以不同方式确定。第一方法是通过计算外根表面上三角形的每个结点与根管表面上的最近点之间的距离。第二方法是通过计算根管表面上的每个结点与外根表面上的最近点之间的距离。第三方法是通过计算从根表面上的每个结点沿其常态至根管表面的距离。用于距离计算的任何其它方法可以被使用。这些数值可以例如凭借3D模型上或2D截面中的色码而被可视化，以便向用户提供关于沿着根管的根的厚度的必要图形反馈。用于可视化数值的其它方法是3D表面上或2D截面中的等量线（isometric line），或标记……

另一个有价值的参数是从根管表面的每个点至外根表面的距离，但是沿着垂直于根管中线的平面中的相应射线方向被计算。该值，或被减小指定最小期望剩余根壁厚的安全值的该值，给用户关于用于根管治疗的锉刀半径的最大可允许增加的反馈。这些值还可以凭借颜色编码在牙齿模型上被示出。假如最小壁厚的安全值被指定，那么具有较小厚度的根部分也可以被标记。后者方法给用户关于没有根穿孔风险的每个截面中锉刀大小的可能增加的反馈。

向用户给出有价值反馈的另一参数是根管的曲率，因为这确定治疗期间锉刀的必要弯曲度并且如此确定仪器破裂的风险。根管的曲率可以通过在根管的每个点中计算根管中线的曲率来确定。该值也可以通过沿根管的色码来可视化。该值可以与治疗期间将使用的锉刀的最大可允许弯曲度进行比较，并且如此可以为用户标记关键区域（即，具有由于弯曲度超出牙髓锉刀的最大可允许弯曲度而导致锉刀破裂的风险的区域）。

根据本发明的另一步骤，系统允许仿真根管治疗。

根管治疗仿真的示例为清洁根管（即，初级根管治疗或再治疗）。这意味着如由系统所提议的或如由用户所指定的锉刀序列被应用至各自的根管，并且由锉刀移除的材料被从牙齿模型移除。如此后期治疗牙齿的3D模型被创建。该后期治疗模型可以与前期治疗模型进行比较，并且所移除的材料可以在3D模型中或2D切片中被可视地标记。此外，被扩大的根管的体积可以被计算以便量化需要被填充的体积，并且如此提供根管治疗期间需要的填充材料的必要量化的测量。本系统的另一特征在于多个不同治疗可以被仿真并且这些治疗之间的不同可以以与前期治疗和后期治疗之间的不同相类似的方式被可视化。这将有助于针对具体案例选择最佳清洁治疗。

根管治疗仿真的另一示例是牙髓柱计划，以在没有充足剩余牙齿结构来保持核心的情况下为假体修复提供固位。在第一方法中，用户可以从（玻璃纤维或金属）柱的库中选择柱并将其实际放置在根管中。根据另一方法，基于以下标准中的一者（或组合）从柱的库中自动地选择柱：具有尺寸最适合扩大的根管的尺寸的柱，具有最小包围扩大的根管的尺寸的柱，具有确保柱周围的最小根壁厚度的尺寸的柱，具有限制牙齿破裂的风险的尺寸的柱，或者……

在放置柱之后，通过确定柱和3D牙齿模型之间的交汇来确定穿孔是可能的，如果穿孔存在的话。这些交汇可以通过对牙齿模型外侧的柱的表面部分或柱和牙齿模型之间的交汇线进行颜色标记而被可视化。在实际放置柱之后，可视化柱周围的根厚度也是可能的，以便给用户关于穿孔风险或齿根破裂风险（作为由于柱制备而导致牙齿的弱化的结果）的反馈。如描述的用于计算沿着根管的根厚度的相同技术方法可以被用于计算柱周围的根厚度。穿孔的风险可以基于用于临床接受的根厚度的阈值而被量化。量化穿孔风险的另一方式为通过考虑一方面柱周围根厚度及另一方面在制备用于柱的腔中的临床偏离（即，柱的计划位置和方向与实际位置和方向之间的偏离）。这些偏离的主要原因是操作者将计划转移至患者的限制，其也归因于使用的仪器的限制。用于量化穿孔风险的另一方法是使用统计模型，所述统计模型通过对针对柱放置的、包括穿孔和无穿孔的大量齿根制备进行回顾性分析而获得。破裂风险可以通过包括所制备齿根的机械强度分析（例如简化机械模型或有限元素模型）而被量化。量化破裂风险的另一方法是凭借应用统计模型。这种统计模型将包括除柱周围根厚度之外的多个其他参数，如：咬合力、性别、牙齿类型或大小……，用于预测破裂风险。

根据另一示例，计划软件还有助于确定打桩的尺寸以替代缺失牙齿材料，以便加强牙齿来防止破损。因此，专家系统被建立以提议理想打桩，或者向用户提供工具以用于手动创建打桩并允许实施对验证例如得到的牙齿强度、冠修复的成功几率……的分析。对于后者，计划软件还将需要允许用户创建冠修复，通过引入蜡型（wax-up）或通过从冠库中选择、定位冠、并且如果需要的话调节冠，或者通过镜像化患者的对侧的冠，或者通过使用统计模型来将冠拟合在相邻牙齿之间，或者通过任何其它可能的方法。然后关于修复冠的可用厚度的反馈可以被给至用户，以便估计冠破裂或可能的冠穿孔的风险。如此，柱选择和定位、以及打桩可以在根管治疗之前被最佳化，以便减小患者的临床风险或失败。根据另一优选实现方案，牙齿/齿根的剩余信息与相关牙齿类型的参数化3D统计模型进行比较。牙齿的统计模型与牙齿/齿根的剩余部分相对准（align）并根据与牙齿/齿根的剩余部分的最佳匹配而进行修改。实施假体修复所需的缺失信息（例如，冠信息）作为剩余牙齿与经修改的统计模型之间的差异被给出。

理想的柱还可以从库中自动选择并且被自动定位在牙齿的3D模型中。因此，专家系统在考虑了所有必要参数（例如，根解剖、修复冠、具有柱的牙齿的强度……）的情况下被建立，以便针对每个个体案例提议柱的临床相关大小和位置。该专家系统可以是包含一组临床应用的规则或者是通过对成功案例的回顾性分析所生成的统计模型或者任何类型的启发方法。

根据本发明实施例的所有方法和根据本发明的系统可以在计算机设备30上被实现，计算机设备30适于实现本发明的方法。这种计算机系统30的示意图在图2中示出，其包括具有处理器32和存储器及优选的显示器的计算机31。这种方法可以是基于具有用于生成并可视化待治疗的牙齿的3D模型的装置的计算机31的，例如，3D模型包括髓腔和根管。这种方法可以在计算机31上通过提供软件而被实现，当该软件在计算机上运行时允许至少一条牙齿具体数字信息与通过模块41获得的每个牙齿类型的统计参数化形状模型的结合，所述具体数字信息例如患者牙齿的2D灰度值图像35，和/或患者牙齿的3D表面信息36。牙齿类型可以是上门齿或下门齿、犬齿、前臼齿、或臼齿。为了达成这点，提供输入设备以用于输入例如来自诸如CD-ROM或固态存储器的存储设备的3D模型的数据，或例如经由网络链接的3D模型的数据，例如经由LAN或WAN。

该方法可以在计算机31上通过提供软件33而被实现，例如，模块36，当其在计算机上运行时允许在生成的牙齿3D模型上计划和/或仿真根管治疗。软件被调试以使得当在计算机上运行时其具有模块43，该模块43允许提供关于在3D模型上所计划/仿真的治疗的效果的定性和/或量化的相关反馈。它还允许选择或确定方法，例如，用于根管治疗的最佳方法。计算机系统可以包括专家系统，该专家系统被建立以提议理想治疗，诸如打桩或工具42被提供给用户，以手动创建打桩并允许实施用于验证治疗的分析。

计算机31可以包括处理器32和存储器34、40，存储器存储机器可读指令（如上所述软件），当由处理器执行这些指令时，使处理器实施所述方法。可以与本发明的方法一起被利用的计算系统可以运行计算机程序，诸如由比利时鲁汶的Materialise N.V.所供应的3-matic^TM。计算机可以包括视频显示终端、诸如键盘的数据输入装置、以及诸如鼠标的图形用户接口指示装置。计算机可以以通用计算机来实现，例如UNIX工作站或个人计算机。

计算机31典型地包括中央处理单元（“CPU”）以及经由总线系统互相连接的多个其它单元，所述中央处理单元诸如常规的微处理器，由美国因特尔公司所供应的奔腾处理器仅仅是常规微处理器的示例。总线系统可以是任何合适的总线系统。计算机包括至少一个存储器。存储器可以包括本领域技术人员已知的任何种类的数据存储设备，诸如随机访问存储器（“RAM”）、只读存储器（“ROM”）、以及非易失性读/写存储器，诸如本领域技术人员已知的硬盘。例如，计算机可以进一步包括随机访问存储器（“RAM”）、只读存储器（“ROM”）、和用于连接系统总线至视频显示终端的显示适配器、以及可选的用于连接外围设备（例如，磁盘和磁带驱动器）至系统总线的输入/输出（I/O）适配器。视频显示终端可以是计算机的视觉输出，并且可以是任何合适的显示装置，诸如计算机硬件领域中熟知的基于CRT的视频显示器。然而，使用台式计算机、手提式或基于笔记本的计算机，视频显示终端可以替换为基于LCD的显示器或基于气体等离子的平板显示器。计算机进一步包括用于连接键盘、鼠标和可选的扬声器的用户接口适配器。

计算机还可以包括存在于机器可读介质内的图形用户接口，用于指挥计算机的操作。任何合适的机器可读介质可以保存图形用户接口，诸如随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、磁软盘、磁带、或光盘（最后三个位于盘和磁带驱动器中）。任何合适的操作系统和关联的图形用户接口（例如，Microsoft Windows,Linux）可以指挥CPU。此外，计算机包括存在于计算机存储器存储中的控制程序。控制程序包含指令，当在CPU上执行这些指令时允许计算机实行关于本发明方法中任何方法所描述的操作。

图形用户接口被用于可视化待治疗的牙齿的3D模型，3D模型包括髓腔和根管。其还可以被用于在生成的牙齿3D模型上计划和/或仿真根管治疗。其还可以被用于可视化关于3D模型上所计划/仿真的治疗的效果的定性和/或量化的相关反馈，并且还可以被用于可视化进行根管治疗的方法或最佳方法的选择或确定。

本领域技术人员将理解除了已经描述的硬件或替代已经描述的硬件，其它外围设备可以被利用，诸如光盘介质、音频适配器、或诸如计算机硬件领域熟知的PAL或EPROM编程设备的芯片编程设备等等。

用于实行本发明的方法的计算机程序产品可以存在于任何合适的存储器中，并且无论用于实际存储计算机程序产品的信号承载介质（signal bearing media）为何种特定类型，本发明被同等地应用。计算机可读信号承载介质的示例包括：诸如软盘和CD ROM的可记录型介质、固态存储器、磁带存储设备、磁盘。

因此，本发明还包括软件产品，当在合适的计算设备上执行该软件产品时，实行本发明的任何方法。合适的软件可以通过针对目标计算机处理器以诸如C的合适的高级语言编程并在合适的编译器上编译来获得。这种方法现在将被描述。

根据方法的步骤100，拍摄患者牙齿的2D灰度值图像；数字化患者牙齿的口内可视部分的3D表面信息；并且使各个牙齿（例如，门齿、犬齿、前臼齿、或臼齿）的统计参数化形状模型可用。

在步骤101，将所有数据加载入计算机中，诸如上述计算机31。调试计算机31以实行本发明的任何方法。

在步骤102，当专用软件应用运行在计算机31上时，凭借所述专用软件应用将患者牙齿的2D和3D信息与统计参数化形状模型结合。该软件应用可以完全自动地或半自动地操作（即，以算法的明确定义步骤要求用户输入）。统计参数化形状模型（也称为主动形状模型）结合2D灰度值图像或3D表面信息的使用是已知的并且在各种应用的文献中被描述（Nonrigid3-D/2-D registration of images using statistical models.In:MICCAI.Volumes LNCS1679,138-147,1999;Biogeneric tooth:a new mathematicalrepresentation for tooth morphology in lower first molars.Eur J Oral Sci113,333-340,2005;Registration algorithm for statistical bone shape reconstructionfrom radiographs-an accuracy study,Proceedings of the29th AnnualInternational Conference of the IEEE Engineering in Medicine and BiologySociety,6375-6378,2007;Evaluation and enhancement of a procedure forgenerating3D bone model using radiographs,Advances in Medical Engineering,Proceedings in Physics114,163-168,2007;2D/3D deformable registration using ahybrid atlas.In:MICCAI.Volume LNCS3750,223-230,2005）。包括内部几何结构（即，髓腔和根管）的牙齿的参数化统计形状模型可以以如下方式来获得。

一大组特定牙齿类型（门齿、犬齿、前臼齿、或臼齿）的自然人类牙齿被数字化以便获得外部形状（冠和根）和内部形状（髓腔和根管）二者的三维描述。数字化这些牙齿可以例如通过进行牙齿的μCT扫描来完成，然后被诸如由比利时鲁汶的Materialise Dental所供应的SimPlant^TM软件程序处理，以便生成这些牙齿的内部和外部形状的数字化三维描述。牙齿的三维描述可以是表面模型、一组表征牙齿形状的解剖标志/点、体积模型或详述牙齿的内部和外部形状的任何其它3D表示。所选择的自然人类牙齿组必须是人群的代表性样本，参数化统计形状模型将被用于这些样本。因此，该自然人类牙齿组必须反映感兴趣人群中该类人类牙齿的外部和内部三维形状的自然变化。

首先，针对经数字化的自然牙齿组建立坐标参考以便对准所有牙齿，这意味着位置、缩放和旋转影响被过滤掉。现在，可以分析和描述针对该自然牙齿组的该坐标参考内的形状变化。用于描述形状变化的一个示例是凭借主分量。因此，对该对准的自然人类牙齿组实施主分量分析，这实际上是获得特征向量和特征值的统计分析。这些特征向量（或主分量）是描述形状变化的不相关变量/参数。特征变量通过它们的特征值最高到最低来排序以按照重要性排序给出分量。具有最高特征值的特征向量描述形状的最大变化。牙齿三维形状的参数化统计模型/描述（包括内部髓腔和根管）实际是所有这些特征向量或这些特征向量中的一组（即，不考虑较低重要性的特征向量，其因而是具有低特征值的特征向量）的线性结合。在统计形状模型是基于所有特征向量的情况下，改变统计模型中的参数值（即，特征向量所乘的值）使得它的三维形状变化并且允许其与用于创建统计模型的初始分析中使用的任何牙齿的3D描述准确对应（依据形状和几何结构）。当仅使用特征向量的子集时，对应将不准确，但是将获得好的近似值，因为仅仅未添加较低重要性的特征向量至统计形状模型。此外，参数可以被用于使得统计模型近似对应于相同类型的任何牙齿，而无关于用于创建统计模型的原始牙齿组。用于创建参数化统计模型的自然人类牙齿组越好地反映人类牙齿的所有形状变化，则统计形状模型可以越精确地对应于这样牙齿的任何新示例。

在根据本发明实施例的方法中，结合患者牙齿的3D冠表面信息（即口内可视部分）和一个或多个2D灰度值图像来使用参数化统计模型。目的是凭借将患者具体信息与参数化统计形状模型结合来创建该患者牙齿的三维表示，以这种方式结果尽可能好地近似于患者口中现存牙齿的真实解剖。因此，首先将患者具体牙齿信息（3D冠表面和2D灰度值图像）与参数化统计形状模型相对准，这意味着所有可用数据被定位在相同坐标系统内。然后反复改变统计形状模型的参数值，以便修改它的形状和几何结构以一方面与3D冠信息匹配并另一方面与2D灰度值图像匹配并且其依据于预定标准。用于拟合3D冠信息的标准可以最小化在冠级的统计形状模型与3D冠信息之间的距离。用于拟合2D灰度值图像的标准可以最小化在估计与2D灰度值图像的投影平面相对应的平面中统计形状模型的牙齿的内部和外部形状的投影轮廓线之间的距离。这些标准必须被结合以便获得足够详细精确反映内部和外部形状的患者牙齿的最佳拟合3D描述。

以下是根据本发明实施例的用于获得包括内部几何结构（即髓腔和根管）的牙齿的参数化统计形状模型的另一方法。除了数字化自然人类牙齿组以便获得3D描述（与上文描述相同），可以拍摄并数字化这些牙齿的2D灰度值图像。可以统计性地分析该组内每个牙齿的结合的2D和3D数据，以便获得包括3D形状模型和关联的参数化2D灰度值图像的参数化形状模型，其中该形状模型的特定分量/参数直接与2D灰度值图像的参数相关。如此，统计形状模型与其对应的参数化2D灰度值图像之间的协同变化是已知的。将这些参数化统计形状模型拟合至患者牙齿的2D灰度值图像可以通过反复修改参数化2D灰度值图像的参数直到获得好的匹配来完成，所述反复修改将导致3D形状模型的相应修改。这可以进一步与将参数化统计形状模型匹配至患者牙齿的3D冠信息相结合。如此，获得患者牙齿的3D模型，包括外部几何结构、髓腔和根管的形状和位置。

结果是包括髓腔和根管的3D表示的患者牙齿的详细的3D模型，其在步骤103被可视化。可以通过软件应用使不同可视化模式可用，诸如例如3D表面渲染、截面图像、透明模式、体积渲染……，以便允许牙科医生或牙科专家全面评估根管和髓腔的三维复杂性。

在步骤104，凭借软件应用来完成根管治疗的计划和/或仿真。该步骤可以包括软件工具与根管治疗工具（例如牙髓锉刀、牙髓柱）的数字库相结合的使用。

在步骤105，将关于根管治疗风险的定性和/或量化的信息提供给牙科医生或牙科专家。软件应用中可以包括不同的可视化模式，诸如例如等距线、色带、柱状图……，以清楚地将定性和/或量化的反馈呈现给牙科医生或牙科专家。这允许牙科医生或牙科专家分析关于仿真根管治疗的风险。

在步骤106，选择可选的工具或根管治疗。

Claims (24)

1.一种用于根管治疗的3D计划的方法，包括以下步骤：

通过将至少一条牙齿具体数字化信息与每个牙齿类型的统计参数化形状模型结合来生成并可视化待治疗的牙齿的3D模型，其中所述3D模型包括髓腔和根管，

在所述牙齿的所生成的3D模型上计划和/或仿真所述根管治疗，

提供关于在所述3D模型上所计划/仿真的治疗的效果的定性和/或量化的相关反馈，以及

选择或确定所述根管治疗的最佳方法。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述牙齿类型包括上门齿或下门齿、犬齿、前臼齿或臼齿。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述3D模型从患者牙齿的2D灰度值图像及患者牙齿的口内可视部分的3D表面信息获得。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述2D灰度值图像、3D表面信息和每个牙齿类型的所述统计参数化形状模型被加载入计算机中。

5.一种用于根管治疗的3D计划的系统，所述系统包括：

用于通过将至少一条牙齿具体数字化信息与每个牙齿类型的统计参数化形状模型结合来生成并可视化待治疗的牙齿的包括髓腔和根管的3D模型的装置，其中所述3D模型包括髓腔和根管，

用于在所述牙齿的所生成的3D模型上计划和/或仿真所述根管治疗的装置，

用于提供关于在所述3D模型上所计划/仿真的治疗的效果的定性和/或量化的相关反馈的装置，以及

用于选择或确定所述根管治疗的最佳方法的装置。

6.根据权利要求5的系统，其中所述牙齿类型包括上门齿或下门齿、犬齿、前臼齿或臼齿。

7.根据权利要求5或6所述的系统，进一步包括用于从患者牙齿的2D灰度值图像及患者牙齿的口内可视部分的3D表面信息获得所述3D模型的装置。

8.根据权利要求7所述的系统，进一步包括用于将所述2D灰度值图像、3D表面信息和每个牙齿类型的所述统计参数化形状模型加载入计算机中的装置。

9.一种用于根管治疗的3D计划的系统，所述系统包括：

用于通过将至少一条牙齿具体数字化信息与每个牙齿类型的统计参数化形状模型结合来生成并可视化待治疗的牙齿的3D模型的装置，其中所述3D模型包括髓腔和根管，

用于生成并可视化能够被集成在牙齿的3D模型中的仿真的牙齿修复的装置；

用于从库中选择最合适的柱并将所述柱定位在所述牙齿的所述3D模型中的装置，以及

用于提供关于相关的解剖特征的量化反馈以便估计临床风险的装置。

10.根据权利要求9所述的系统，进一步包括：

专家系统，所述专家系统考虑所有必要参数以便针对每个个体案例提议所述柱的临床相关大小和位置。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述参数包括根解剖、修复冠、具有柱的牙齿强度中的任何项。

12.根据权利要求9至11中的任一项所述的系统，其中所述牙齿类型包括上门齿或下门齿、犬齿、前臼齿或臼齿。

13.根据权利要求10或11所述的系统，其中所述专家系统包括一组临床应用规则，或能够包括通过对成功案例的回顾性分析而生成的统计模型或任何类型的启发方法。

14.根据权利要求9至11中的任一项所述的系统，其中所述仿真的牙齿修复能够通过以下步骤被集成在所述牙齿的所述3D模型中：

引入蜡型，

从冠库中选择、定位并且可选地调节冠，

镜像化患者的对侧的冠，或者

使用统计模型来将冠拟合在相邻牙齿之间。

15.根据权利要求9至11中的任一项所述的系统，其中所述选择最合适的柱是自动的。

16.根据权利要求9至11中的任一项所述的系统，其中所述定位所选择的最合适的柱是自动的。

17.根据权利要求9至11中的任一项所述的系统，其中所述相关的解剖特征是修复冠的可用厚度。

18.根据权利要求17所述的系统，其中被估计的所述临床风险是所述修复冠的破裂风险。

19.一种用于根管治疗的3D计划的方法，包括以下步骤：

生成并可视化能够被集成在牙齿的3D模型中的仿真的牙齿修复，其中所述3D模型包括髓腔和根管；

允许从库中选择最合适的柱并将所述柱定位在所述牙齿的所述3D模型中；以及

提供关于相关的解剖特征的量化反馈，以便估计临床风险。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述仿真的牙齿修复能够通过以下步骤被集成在所述牙齿的所述3D模型中：

引入蜡型，

从冠库中选择、定位并且可选地调节冠，

镜像化患者的对侧的冠，或者

使用统计模型来将冠拟合在相邻牙齿之间。

21.根据权利要求19所述的方法，其中所述选择最合适的柱是自动的。

22.根据权利要求19至21中的任一项所述的方法，其中所述定位所选择的最合适的柱是自动的。

23.根据权利要求19至21中的任一项所述的方法，其中所述相关的解剖特征是修复冠的可用厚度。

24.根据权利要求23所述的方法，其中被估计的所述临床风险是所述修复冠的破裂风险。