CN103860191A - 口腔内影像与容积影像的整合 - Google Patents

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Abstract

接收患者牙冠的形状数据和患者牙齿的容积影像。确定形状数据中表达一个或多个牙冠的元素。使用计算设备将所述元素记录到所述容积影像的相应体素。由容积坐标和辐射强度确定牙齿的形状。

Description

口腔内影像与容积影像的整合
技术领域
本申请涉及一种用于整合口腔内影像与容积影像的系统、方法和计算机可读存储介质。
背景技术
口腔内影像系统是允许牙科从业人员看见患者口腔内并且在显示监视器上显示牙齿的表面形状特性的诊断设备。某些三维(3D)口腔内影像仪可包括带光源的口腔内照相机。三维口腔内影像仪可以由牙科从业人员插入患者的口腔。在口腔内影像仪被插入口腔后，牙科从业人员可以捕捉牙齿和牙龈的可见部分的图像。三维口腔内影像仪可以做成被称为识别笔或手持件的细杆形式。识别笔的尺寸可以大致等于口腔科中所用的口腔镜。识别笔可以具有内置光源和摄像机，该摄像机可以实现从1／10到40倍或更大范围内的图像放大。这允许牙科从业人员发现牙齿和牙龈的某种类型的细节和缺陷。口腔内照相机捕捉到的图像可以显示在显示监视器上，并且可以被传送到计算设备。
锥形束断层扫描(CBCT)涉及旋转的CBCT扫描仪的应用，该CBCT扫描仪与数字计算机相结合，用于获得牙齿及周围骨骼结构、软组织、肌肉、血管等的图像。CBCT可以在牙科从业人员的诊室内使用，用于产生牙齿及周围骨骼结构、软组织、肌肉、血管等的横截面图像。在CBCT扫描期间，CBCT扫描仪绕患者头部旋转并可获得几百幅不同的CBCT图像，这些CBCT图像可以被称为CBCT影像。CBCT影像可以被传送到计算设备。可以分析CBCT影像以产生三维解剖数据。然后可以用特殊的软件对三维解剖数据进行操作和可视化处理，以便进行CBCT影像的头影测量分析。
发明内容
本发明提供一种系统、方法和计算机可读存储介质，其可用于接收获取患者牙冠的形状数据和患者牙齿的容积影像。确定形状数据中表现一个或多个牙冠的元素。使用计算设备将所述元素记录到容积影像的相应体素。
在其他实施例中，确定与体素对应的容积坐标和辐射强度。
在进一步的实施例中，通过从起始位置的区域增长来确定患者的至少一个牙根，该起始位置包括一个或多个在所述体素处确定的容积坐标和辐射强度。
在进一步的实施例中，区域增长通过确定相邻的体素进行，该相邻的体素沿患者牙齿的纵向具有相关辐射强度。
在某些实施例中，患者牙冠的形状数据通过印模、石膏模型或口腔内扫描获得。容积影像选自：断层扫描影像、超声影像、锥形束计算机断层扫描摄影(CBCT)影像和磁共振影像(MRI)。
在进一步的实施例中，元素是矢量，形状数据中的边界对应于一个或多个牙冠。一个或多个牙冠由多个有限长度矢量表达，而容积影像由多个体素表达。多个有限长度矢量和多个体素的交点在记录后确定。
在进一步的实施例中，容积影像由第一多个体素表达，而一个或多个牙冠由第二多个体素表达。所述第一多个体素和第二多个体素被记录下来。
在进一步的实施例中，通过将形状数据分段在形状数据中确定一个或多个牙冠。
在进一步的实施例中，形状数据来自于口腔内影像，容积影像是锥形束计算机断层扫描(CBCT)影像。该口腔内影像的精度比CBCT影像更高。该容积影像包括牙齿的牙根和牙冠。该口腔内影像至少包括牙冠，但不包括牙齿的整个牙根。
在更进一步的实施例中，确定口腔内影像中的兴趣区域，其中该兴趣区域与口腔内影像中所确定的一个或多个牙冠的位置对应。从所述容积影像中提取所述兴趣区域，以减小容积影像的尺寸。
本发明还提供一种方法、系统和计算机可读存储介质，其中计算设备接收患者牙冠的形状数据和容积影像。确定形状数据中表达一个或多个牙冠的元素。该元素被记录到容积影像的相应体素。通过确定容积坐标和辐射强度来确定牙齿形状。
在其他实施例中，确定牙齿形状包括填补形状数据中丢失或衰减的数据。
在又另外的实施例中，确定牙齿形状包括填补容积影像中缺失的或衰减的数据。
在进一步的实施例中，确定的牙齿形状比接收的容积影像具有更高的精度，并且其中用更低的辐射以更高的精度确定所述牙齿形状。患者的至少一个牙根通过从起始位置的区域增长确定，所述起始位置包括一个或多个在体素上的确定的容积坐标和辐射强度。
在又进一步的实施例中，容积影像由第一多个体素表达。一个或多个牙冠由矢量或第二多个体素表达。该第一多个体素被记录到矢量或第二多个体素。
本发明还提供一种方法、系统和计算机可读存储介质，以改善患者牙冠的形状数据，患者牙冠的形状数据被记录到患者牙齿的容积数据。
附图简要说明
现在参照附图，图中相同参考数字在全文中代表相应的部件。
图1显示了根据某些实施例的计算和影像环境的方框图，该计算和影像环境包括整合口腔内影像与容积影像(例如CBCT影像)的计算设备；
图2示出了根据某些实施例的示意图，其中显示了示例性的口腔内影像和口腔内影像的优点和缺点；
图3示出了根据某些实施例的示意图，其中显示了示例性的CBCT影像和CBCT影像的优点和缺点；
图4示出了根据某些实施例的示意图，其中显示了如何通过有限长度矢量对口腔内影像进行分段以便确定牙冠；
图5示出了根据某些实施例的示意图，其中显示了如何通过有限长度矢量或体素来表现由口腔内影像获得的表面数据；
图6示出了根据某些实施例的示意图，其中显示了体素如何表现CBCT影像；
图7示出了根据某些实施例的示意图，其中显示了如何通过整合口腔内影像与CBCT影像而在CBCT影像中确定牙根和牙冠之间的边界；
图8示出了根据某些实施例的示意图，其中显示了表面数据和容积数据如何相互拟合；
图9示出了根据某些实施例的示意图，其中显示了如何使牙冠的表面数据融合到牙齿的容积数据中去；
图10示出了根据某些实施例的示意图，其中显示了不同影像的特征；
图11示出了从口腔内影像提取的表面数据如何拟合到作为库数据集维护的模型数据中去；
图12示出了根据某些实施例的流程图，用于以取自口腔内影像的数据扩充CBCT影像，以便确定牙根和牙冠之间的边界；
图13示出了根据某些实施例的流程图，用于通过利用口腔内影像的数据扩充CBCT影像来确定CBCT影像中的局部化区域，从而产生尺寸减小的CBCT影像；
图14示出了根据某些实施例的示意图，其中显示了如何通过整合CBCT影像和口腔内影像而在口腔内影像中填补洞；
图15示出了根据某些实施例的流程图，该流程图显示了如何通过整合CBCT影像和口腔内影像而在口腔内影像中填补洞；
图16示出了根据某些实施例的流程图，该流程图显示了如何整合CBCT影像与口腔内影像；
图17示出了根据某些实施例的方框图，其中显示了如何将口腔内影像的有限长度矢量记录到CBCT影像的体素；
图18示出了根据某些实施例的方框图，其中显示了如何通过沿牙齿的形心方向或任何其他纵向方向在每一个相交体素处跟随具有相关辐射强度的相邻体素来实现区域增长，以确定整个牙齿；
图19示出了根据某些实施例的流程图，该流程图显示了如何由有限长度矢量与体素的交点以及区域增长来构建牙齿的牙根；
图20示出了根据某些实施例的流程图，该流程图显示了如何整合断层扫描影像与形状数据的有限长度矢量；
图21示出了根据某些实施例的流程图，该流程图显示了如何通过整合断层扫描影像和形状数据的有限长度矢量来填补形状数据中缺失的或者衰减的数据；
图22示出了根据某些实施例的流程图，该流程图显示了记录形状数据中的元素和层析影像中的相应体素，以便确定容积坐标和体素处的辐射强度；
图23示出了根据某些实施例的流程图，该流程图显示了记录患者牙冠的形状数据中的元素和容积影像中的相应体素；
图24示出了根据某些实施例的流程图，该流程图显示了记录患者牙冠的形状数据中的元素和容积影像中的相应体素，以便确定牙齿形状；
图25示出了根据某些实施例的计算设备的方框图，其中显示了图1所示计算设备的某些元件。
具体实施方式
在以下描述中，参考了作为本说明书组成部分并示出若干实施例的附图。应当理解，可以使用其他实施例，并且可以作出结构和操作上的改变。
口腔内的图像和CBCT图像
一般而言，口腔内影像与CBCT影像相比具有显著的更高的精度。此外，CBCT数据可能有噪音。另外，使用CBCT会造成对患者的电离辐射，因此最好使用辐射尽可能小的CBCT系统。
在某些实施例中，计算设备接收患者牙冠的形状数据和患者牙齿的容积影像。形状数据可以由口腔内影像生成，并且可以对应于患者牙冠的表面数据。容积影像可包括CBCT影像或其他类型的容积影像。确定形状数据中表现一个或多个牙冠的体素。形状数据中的体素被记录到容积影像的相应体素。
在某些实施例中，根据口腔内影像确定的分段牙冠被记录到CBCT影像的体素。从而允许更精确地在CBCT数据中确定牙冠与牙根之间的边界。可以注意到，如果不使用口腔内影像，在CBCT影像中牙冠与牙根之间的边界可能是模糊的(例如，不清楚或不明确的)。
在某些实施例中，口腔内成像系统的表面扫描数据被记录到从CBCT系统获得的容积数据中。口腔内影像中发现的牙冠边界的三维坐标被映射到CBCT影像的体素上，以子体素水平的精度在CBCT影像中确定牙根和牙冠之间的边界。因此，即使从有噪音的CBCT扫描数据中也可以提取牙根。
在其他实施例中，口腔内影像中的洞可以通过整合CBCT影像与口腔内影像来填补。
示例性的实施例
图1显示了根据某些实施例的计算和成像环境100的方框图，该计算和成像环境100包括整合口腔内影像104和CBCT影像106的计算设备102。计算设备102可以包括任何合适的计算设备，诸如个人计算机、服务器计算机、迷你计算机、大型计算机、刀片机、平板计算机、触摸屏计算设备、电话设备、移动电话、移动计算设备、具有处理器的牙科设备等，并且在某些实施例中，计算设备102可提供网络服务或云计算服务。在某些替代实施例中，多于一个的计算设备可用于存储数据或进行由计算设备102执行的操作。
口腔内影像104提供了患者牙冠的表面数据，而CBCT影像106提供了患者牙齿的容积影像，其中所述牙齿可包括牙冠和牙根。在替代实施例中，患者牙冠的表面数据可以由与口腔内影像不同的影像提供，并且容积影像可以由其它类型的断层影像、超声波影像、磁共振影像(MRI)等来提供。该容积影像包括三维影像，并且可以通过体素来表现。
计算设备102可以包括整合整合应用程序108，在某些实施例中，在软件、硬件、固件或它们的任意组合中实现。该整合应用程序108整合了口腔内影像104和CBCT影像106，以提供在未整合时在口腔内影像104和CBCT影像106中都没有发现的其他功能。
通过网络116，计算设备102经一个或多个有线或无线连接110耦合至口腔内成像系统112和CBCT成像系统114。在某些实施例中，网络116可以包括局域网、因特网和内部网、存储区域网络，或任何其它合适的网络。
口腔内成像系统112可以包括具有口腔内成像传感器118的识别笔116，其中在某些实施方式中，所述口腔内成像传感器118是产生患者口腔的口腔内影像的口腔内照相机。CBCT成像系统114可以包括旋转X-射线设备120，该X-射线设备120产生患者的软组织、硬组织、牙齿等的横截面图像。
因此，在图1示出的某些实施例中，在计算设备102中执行的整合应用程序108整合口腔内成像系统112生成的口腔内影像104和CBCT成像系统114生成的CBCT影像106。在其他某些实施例中，口腔内影像104和CBCT影像106可存储在存储介质(例如，磁盘驱动器、软盘驱动器、笔式驱动器、固态装置、光学驱动器等)，并且该存储介质可耦合到由整合应用程序108读取和处理的计算设备102上。
图2示出了根据某些实施例的示意图200,其中显示了示例性的口腔内影像202。还根据某些实施例示出了口腔内影像202的某些示例性的优点204和缺点206。
口腔内影像206显示了位于患者口腔上颚的示例性牙冠(例如，牙冠208a，208b，208c)，其中可能已经通过口腔内成像系统112取得口腔内影像206。牙冠是牙齿的可见部分，而牙根是牙齿的隐藏在牙龈下的部分。
图2显示，口腔内影像与CBCT影像相比通常具有高精度210。此外，获取口腔内影像202不使用可能会对患者(通过参考标记212显示)造成伤害的辐射。但是，口腔内影像202不显示牙根(参考标记214)，并且可能具有洞216，其中洞是牙齿的在口腔内影像中不可见的部分。洞的出现可能是因为错位咬合或其他原因。虽然中小型的洞可以通过分析口腔内影像202填补(即，通过编程方式由计算设备102生成的模拟表面来取代洞)，较大的洞(即，洞超过一定尺寸)可能无法仅使用口腔内影像中的数据来填补。此外，牙冠的光泽表面可能会产生低质量的口腔内影像(参考标记218)。
因此，图2示出了某些实施例，其中口腔内影像可能有洞并且不显示牙齿的整个牙根。
图3示出了根据某些实施例的示意图300，其中显示了示例性的CBCT影像302以及CBCT影像的某些优点304和缺点306。
在CBCT影像中，可以对整个牙齿(即牙根和牙冠)成像(参考标记310)，并有少量的洞(参考标记312)。存在的几个洞可能是由于牙齿上的人工汞合金填充物(参考标记320)造成的。然而，与口腔内影像相比，CBCT影像可能具有较低的精度并且可能有更多的噪音(参考标记314)。与口腔内影像获取过程中没有电离辐射不同，在获取CBCT影像时存在对患者电离辐射的可能性(参考标记316)。此外，虽然CBCT影像中对完整牙齿成像，牙根和牙冠之间的边界可能不清晰(参考标记318)，如从示例性的CBCT影像302可以看出(参考标记320)的那样。牙冠322和牙根324之间的模糊和不清晰的边界320可能是由于获取CBCT影像过程中变动的辐射强度所造成的。在某些实施例中，患者的运动可能会产生质量较差的CBCT影像。
因此，图3示出了某些实施例，其中CBCT影像可能具有低精度和噪音数据，造成牙根和牙冠的边界没有被明确划分。
图4示出了根据某些实施例的示意图400，其中显示了如何通过有限长度矢量404对口腔内影像202进行分段，以便确定所表现的牙冠402。可以通过在计算设备102内执行的整合应用程序108来对口腔内影像202分段以确定牙冠402。示范性分段的牙冠通过参考标记406a，406b，406c来显示。分段的牙冠具有高分辨率，显示明确限定的边缘，并由有限长度矢量404表示。矢量具有在三维空间中的方向和大小。有限长度矢量是长度有限的矢量。在其它实施例中，分段的牙冠可由与有限长度矢量404不同的数据结构或数学表现式来表示。
因此，图4示出了某些实施例，其中口腔内影像被分段，以便确定由有限长度矢量表示的牙冠。
图5示出了一个示意图，其中显示了口腔内成像系统410如何扫描患者的口腔内部，并产生患者牙齿的牙冠表面样本，其中集合的表面样本可被称为点云412。
点云412可通过在计算设备102中执行的整合应用程序108来处理，以表现牙冠的表面。牙齿的牙冠是固体物，而牙冠的表面对应于固体物的边界。牙冠表面可以由通过三角形、四边形连接的节点的表面网格，或者通过不同类型的多边形网格来表现。在替代实施例中，固体网格也可用于表现牙冠表面。创建网格的过程被称为细分曲面(tessellation)。
在某些实施例中，与牙冠对应的表面在三维空间中通过有限长度矢量414、或者通过体素416、或者通过其他的数据结构418表示。体素416对应于牙冠表面上的三维的点。在某些实施例中，有限长度矢量414可通过适当的三维坐标转换420转换为体素表达。在牙冠的表面表达中，有限长度矢量414可以对应于不同类型的多边形网格(例如，三角形、四边形等)的侧边(sides)。
因此，图5示出了某些实施例，其中处理口腔内影像以确定通过有限长度矢量或体素表现的牙冠。有限长度矢量或体素对应于牙冠的表面数据表达422。表面数据也可以称为形状数据。
图6示出了根据某些实施例的示意图500，其中显示了体素502如何表达CBCT影像302。体素(如体素504)是一种容积像素，即辐射强度在与CBCT影像302对应的容积框架内的数字表达。辐射强度可以用亨斯菲尔德标度(Hounsfield scale)来测量。图6中示出了部分CBCT影像302的示例性的体素表达502。
该体素表达502具有局部原点504，由X，Y，Z座标分别表示宽度、深度和高度(通过参考标记506，508，510示出)。当X，Y，Z值最大时的体素的坐标由参考标记512示出。显示出了示例性的体素504和说明性的体素柱514。每个体素的容积由参考标记516，518，520显示的尺寸来限定。
在某些实施方案中，口腔内影像的有限长度矢量都被记录到CBCT影像的体素表达，以确定限定长度矢量在哪里与CBCT图像的体素相交。在一个示例性实施例中，相交的有限长度矢量522被显示为在不同的体素与CBCT影像的体素相交，其中至少一个出现相交的体素524具有含相关辐射密度的容积坐标(X，Y，Z)。
因此，图6示出在其中通过体素表达CBCT影像的某些实施例。当把口腔内影像的有限长度矢量和CBCT影像的体素放置在同一个坐标系中时，口腔内影像的有限长度矢量与CBCT影像相交，其中每个交点都具有X，Y，Z坐标和辐射强度。在某些实施例中，限定长度矢量可以是用于表达形状数据的三角细分曲面的各侧边(sides)中的一个或多个。有限长度矢量可以在形状表达中被连接(chained)。
图7示出了根据某些实施例的示意图600，其中显示了如何通过整合口腔内影像与CBCT影像而在CBCT图像中确定牙根和牙冠之间的边界。在某些实施例中，用有限长度矢量表达或口腔内影像的体素表达607整合CBCT影像的体素表达606(通过整合应用程序108)，以便将口腔内影像的高分辨率的清晰分段牙冠叠加于CBCT图像(通过参考标记608显示)的低分辨率的模糊牙冠，以在CBCT图像602中清楚地划分牙根和牙冠之间的边界。在某些实施方案中，CBCT图像与口腔内影像的整合导致一种过滤操作，该过滤操作锐化CBCT影像，以确定牙根和牙冠之间的边界。
因此，图7示出某些实施例，其中用来自口腔内影像的数据扩充CBCT影像，以便以与只使用CBCT影像相比精度更高地确定牙根和牙冠之间的边界。作为扩充的结果，获得了高精度牙冠和低精度牙根。
图8示出了根据某些实施例的示意图609，其中显示表面数据和容积数据如何相互拟合。在某些实施方案中，表面数据(即，牙冠表面数据)可以参照第一坐标系(通过参考标记610显示)表达。表达牙齿的容积数据可以在第二坐标系(通过参考标记612显示)中表达。
在某些实施方案中，牙冠表面数据和牙齿容积数据中的一个或两者可能必须得旋转614、编译616、变形618、尺寸缩放620，或者经其它转换622来适当地在单一的统一坐标系中使牙冠表面数据和牙齿容积数据重叠。例如，在某些实施例中，通过牙齿容积数据(通过参考标记624显示)的适当旋转、平移、变形、缩放等，在牙齿表面数据的坐标系中使牙齿容积数据与牙冠表面数据拟合。在其它实施例中，通过牙冠表面数据(通过参考标记626显示)的适当的旋转、平移、变形、缩放等，在牙齿容积数据的坐标系中使牙冠表面数据和牙齿容积数据拟合。在其它实施例中，牙冠表面数据和牙齿容积数据均可经历旋转、平移、变形、缩放等，以使牙冠表面数据和牙齿容积数据拟合新的坐标系(通过参考标记628显示)。
图9示出了根据某些实施例的示意图650，其中显示了如何将牙冠的表面数据融合到牙齿的容积数据。在三维空间内的体素的空立方体中填补了牙冠的形状数据。结果，通过三维空间652的体素来表示牙冠的表面数据。
带表面数据的三维空间652叠加在具有牙齿的容积表达的三维空间654上，以产生表面数据在三维空间656中所示的容积数据上的覆盖。表面数据与容积数据的拟合可以通过迭代最近点(ICP)记录来进行。ICP可以使表面数据中的点拟合到容积数据中的点。在某些实施方案中，拟合可以使最接近的容积数据点和表面数据点的平方差的和最小化。在某些实施方案中，表面数据的有限长度矢量在进行ICP记录之前表示为体素。
对牙托、牙箍、填充物或牙齿的其他特征的剖析经常可以协助将表面数据正确地记录到容积数据。在各种实施例中，可通过优化技术，如模拟退火、相关技术、动态编程、线性编程等进行记录。
在某些实施例中，可以记录通过CBCT、磁共振影像(MRI)、超声影像、基于口腔内影像的表面数据等获得的同一对象的多种表达，以产生与不使用从所述多种表达获得的数据相比更好的表达。
图10示出了根据某些实施例的示意图670，其中显示了不同类型影像的特性。口腔内影像672不仅可提供表面数据676，还可以被处理以提供关于成像物体表面的反射率678和透光性680的信息。例如，牙冠的反射率和透光性可能会与牙龈的反射率和透光性不同，并且口腔内影像672可以进行处理以根据反射率和透光性差异来区分牙冠和牙龈，并且可以通过结合这些附加信息来改善牙冠的分段。在某些使用干涉条纹图案捕捉口腔内影像的实施例中，产生的反射率和透光性信息与不使用条纹图案的实施例相比精度更高。
在某些实施例中，容积数据682和与CBCT图像674对应的辐射强度信息684可与表面数据676、反射率信息678和口腔内影像672的透光性信息680关联使用，以提供用于进行表面数据676和容积数据682记录的额外线索。射线追踪机制也可以用于模拟多种光学效果，如反射和折射、散射和色散现象(如色差)，以改善不同类型图像的质量并便于记录。
图11示出了示意图688，该示意图688显示了如何将从口腔内影像提取的表面数据690拟合到一个或多个模型数据694a，694b，…694n，所述模型数据作为库数据集692进行维护。该库数据集692可包括各种类型的牙齿(例如，门牙、犬齿、臼齿等)的模型数据，并且还可包括各种患者参数的模型数据，例如那些基于年龄、性别、种族等的模型参数。在某些不具有CBCT影像的实施例中，表面数据690可记录到适当选择的模型数据694a，…694n(参考标记696)，以为牙科从业人员提供更高质量的信息。当牙齿的牙根形成良好并且牙冠比较规则，那么这种与模型数据的融合往往足以满足治疗的目的。然而，只要有小至两到三度的对准误差，这样的实施例就可能被用CBCT影像记录从口腔内影像获得的表面数据的实施例取代，以向牙科从业人员提供更高质量的信息。在某些其他的实施例中，表面数据连同从模型数据中获得的额外线索一起记录到CBCT影像。
图12示出了根据某些实施例的流程图700，该流程图700用于以口腔内影像的数据扩充CBCT影像，以确定牙根和牙冠之间的边界。在流程图700中显示的操作可以通过计算设备102中执行的整合应用程序108来进行。
控制开始于模块702，其中计算设备102接收口腔内影像104和CBCT影像106。整合应用程序108确定(在模块704)口腔内影像中的一个或多个牙冠，其中所述口腔内影像的一个或多个牙冠由有限长度矢量或体素表达，而CBCT影像由体素表达。控制前进到模块706，其中通过将表达口腔内影像中的一个或多个牙冠的有限长度矢量或体素记录到CBCT影像的体素，整合应用程序108将口腔内影像确定的一个或多个牙冠整合到CBCT影像中，以在CBCT影像中确定至少一个牙冠和至少一个牙根之间的边界。
图13示出了根据某些实施例的流程图800，用于通过将来自口腔内影像的数据扩充到CBCT影像来确定CBCT影像中的局部化区域，以产生缩小尺寸的CBCT影像。在流程图800中所示的操作可以通过在计算设备102中执行的整合应用程序108来进行。
控制开始于模块802和804，其中将CBCT影像和口腔内影像提供给整合应用程序108。整合应用程序108确定(在模块806)在口腔内影像的兴趣区域，其中所述兴趣区域与通过分段确定的口腔内影像中的一个或多个牙冠的位置相对应。
控制前进到模块808，其中整合应用程序108从CBCT影像提取兴趣区域，以减小CBCT影像的大小，并且缩小尺寸的CBCT影像被存储(在模块810)在计算设备102中。
因此，图13示出了某些实施例，其中通过结合由口腔内影像中确定的兴趣区域减小CBCT影像的尺寸。
图14示出了根据某些实施例的示意图900，其中显示了如何通过整合CBCT影像与口腔内影像来填补口腔内影像中的洞。
在图14中，示例性的口腔内影像104具有洞902(即，牙齿的未被口腔内成像系统112成像的牙冠区域)。整合应用程序108用CBCT影像106通过低精度的在CBCT影像106中找到的没有洞的牙冠填补洞，以产生其中所有洞均被填补的扩充口腔内成像数据904。在某些实施例中，在牙根与牙冠之间确定的边界的体素中确定一定范围的辐射强度，并且根据该辐射强度的范围和所确定的边界，用选择的CBCT影像的体素填补口腔内影像中的洞。
图15示出了根据某些实施例的流程图1000，其中显示了如何通过整合CBCT影像与口腔内影像而在口腔内影像中填补洞。流程图1000中所示的操作可以通过在计算设备102中执行的整合应用程序108来进行。
控制开始于模块1002，其中计算设备102接收口腔内影像104和容积影像，如锥形束计算机断层摄影(CBCT)影像106。控制前进到模块1004，其中整合应用程序108在口腔内影像104和CBCT影像106中确定一个或多个牙冠，其中由口腔内影像104确定的一个或多个牙冠有一个或多个洞，并且洞是牙齿的在口腔内影像中不可见的一部分。在CBCT影像中确定的一个或多个牙冠被整合(在模块1006)到口腔内影像104，以填补口腔内影像中的一个或多个洞。
因此，图14和15示出了如何通过整合来自CBCT影像的信息来填补口腔内影像中的洞。相反，如果在容积影像中发现缺失的或衰减的数据，这些缺失的或衰减的数据可以通过口腔内影像中发现的表面数据来填补。
图16示出了根据某些实施例的流程图1100，其中显示了CBCT影像106如何与口腔内影像104整合。流程图1100中所示的操作可以通过在计算设备102中执行的整合应用程序108来进行。
控制开始于模块1102，其中计算设备102接收口腔内影像104和CBCT影像106。口腔内影像104和CBCT影像106被整合(在模块1104)，以在CBCT影像中确定至少一个牙冠和至少一个牙根之间的边界，并填补口腔内影像104中的一个或多个洞。
图17示出了根据某些实施例的方框图1200，显示了口腔内影像的有限长度矢量如何被记录到CBCT或其它容积影像的体素数据。
在图17中，参考标记1202表示的阴影区域表示CBCT影像的不确定区域，在该不确定区域内可能发现患者的实际牙齿边界。口腔内影像的有限长度矢量(或体素)被记录到CBCT影像的体素，以确定交点1204。在每个交点1204都有一个X，Y，Z坐标和相关联的辐射强度(通过参考标记1206显示)，其中相邻的体素可能在不确定区域1202内具有相似的辐射强度或相关的辐射强度(通过参考标记1208显示)。
图18示出了根据某些实施例的框图1300，其中显示了如何通过在沿牙齿质心1302的方向上的每一个相交体素跟随具有相关辐射强度的相邻体素来进行区域增长以确定整个牙齿。所述质心在牙齿的纵向上。相关辐射强度可以通过不同大小的相关窗口确定。例如，长度、宽度和高度各为3个体素的体素立方体可以被用作相关窗口，以确定哪些相邻的体素与先前确定的体素在辐射强度上最相关。
参考标记1306显示通过具有种子值的区域增长和相关辐射强度勾画的整个牙齿，区域增长始于体素和有限长度矢量(或表面体素)交点1204。其他机制也可用于区域增长，以便确定整个牙齿。
图19示出了根据某些实施例的流程图1400，其中显示了如何由有限长度矢量(或表面体素)和体素以及区域增长来构建牙齿的牙根。控制始于模块1402，其中CBCT图像的每个体素的体素信息由容积坐标X，Y，Z和辐射强度给出。控制前进到模块1404，其中确定哪些CBCT影像的体素与口腔内影像的牙冠边界的有限长度矢量(或体素)相交。由确定的交点通过基于跟随彼此相关的(即，等级相似)相邻辐射强度的区域增长技术来构建牙齿的牙根。
图20示出了根据某些实施例的流程图1500，其中显示了如何整合断层扫描(即，容积)影像的体素和形状数据的有限长度矢量。计算设备接收(在模块1502)患者齿列的形状数据和断层扫描影像。确定在形状数据中表达一个或多个牙冠的矢量(在模块1504)。所述矢量被记录到断层扫描影像的相应体素，并确定体素的容积坐标和辐射强度(在模块1506)。患者的至少一个牙齿通过从起始位置增长的区域确定，该起始位置包括体素处的一个或更多确定的容积坐标和辐射强度，并且所述区域增长通过沿牙齿质心方向跟随具有最接近辐射强度的相邻体素实现(模块1508)。在替代实施例中，可以使用与表面数据的有限长度矢量对应的体素(以下称为表面体素)，而不是有限长度矢量来记录。
图21示出了根据某些实施例的流程图1600，其中显示了如何通过整合断层扫描影像的体素和形状数据的有限长度矢量来填补形状数据中缺失的或衰减的数据。计算设备接收(在模块1602)患者牙列的形状数据和断层扫描影像。确定在形状数据中表达一个或多个牙冠的矢量，其中所述一个或多个牙冠具有衰减的数据或缺失的数据(在模块1604)。所述矢量被记录到断层扫描影像的相应体素，并且确定体素处的容积坐标和辐射强度(在模块1606)。患者的至少一个牙齿通过从起始位置的区域增长确定，该起始位置包括在体素处确定的一个或更多容积坐标和辐射强度，以填补在形状数据的一个或多个牙冠中衰减的或缺失的数据(在模块1606)。
在某些替代实施例中，矢量被记录到断层扫描影像的相应体素，以确定体素处的容积坐标和辐射强度，以更高的精度确定牙齿并填补在形状数据中缺失或衰减的数据。在某些实施例中，通过以更高的精度确定牙齿，可以使用更低的辐射得到所接收的断层扫描影像。
图22示出了根据某些实施例的流程图1700，其中显示将形状数据中的元素(例如，矢量)记录到断层扫描影像中的相应体素中，以确定容积坐标和辐射强度。计算设备接收(在模块1702)患者牙列的形状数据和断层扫描影像。确定(在模块1704)表达形状数据中的一个或多个边界的元素(例如，矢量或体素)。将元素记录到断层扫描影像的对应的体素，并确定体素处的容积坐标和辐射强度(在模块1706)。在某些实施例中，形状数据中的边界界定了牙齿的一个或多个牙冠。
图23示出了根据某些实施例的流程图2300，其中显示将患者牙冠的形状数据中的元素记录到容积影像中的相应体素。
控制始于模块2302，其中接收患者牙冠的形状数据和患者牙齿的容积影像。确定形状数据中表达一个或多个牙冠的元素(在模块2304)。使用计算设备将元素记录到(在模块2306)容积影像的相应体素。
图24示出了根据某些实施例的流程图2400，其中显示了将患者牙冠的形状数据中的元素记录到容积影像中的相应体素，以确定牙齿的形状。
控制开始于模块2402，其中接收患者牙冠的形状数据和容积图像。确定(在模块2404)形状数据中表达一个或多个牙冠的元素。通过使用计算设备将元素记录到(在模块2406)容积影像的相应体素，并通过确定容积坐标和辐射强度确定牙齿的形状。
因此，图1-24示出了某些实施方案，其中通过整合从口腔内影像和CBCT影像中提取的信息来更准确地确定患者的牙齿。此外，通过整合从CBCT图像中提取的信息来填补口腔内影像的牙冠中衰减或缺失的数据。通过将口腔内影像与CBCT影像整合，口腔内影像和CBCT影像都被增强到具有更强的功能，并且可以用更少量的辐射来获得CBCT影像。
实施例的进一步细节
在容积数据表达中，可能存在高对比度和低对比度的区域。当通过阈值(例如，对辐射强度设阈值)进行分段时，牙冠比牙根更容易阈值化。这是因为牙冠相对于软组织显现高密度。可以指出，牙根相对于骨骼则具有低对比度。高对比度节点可能会更易于以这种方式分段。在某些实施方案中，牙冠可以被阈值化，而边界可以用于开始分段以隔离牙根。因此，容积数据集可以被用于其本身的分段。这可以自动记录牙冠、牙根对象。这甚至可以用于记录牙冠表面数据。
在某些实例中，可以仅提取牙根的形心而不是将牙根分段。
某些实施例可将形状和断层扫描影像数据连接在一个文件系统中。例如，信息可以添加到CBCT和口腔内扫描数据的图形文件的头信息中，以使浏览软件能方便地从一个引用另一个。或者，浏览软件可以跟踪哪些口腔内扫描图形和CBCT图形文件已被相互记录，并且将信息存储在单独的文件中。在某些实施例中，相关性或优化技术可用于找出图形数据中的交点。
在某些实施例中，程序输出的是一种数据结构，该数据结构是表面的高级表达或由多个影像源的记录的融合过程增强的容积数据。多维数据表达和可视化技术可以用来显示这种增强的表面或容积。在某些实施例中，处理和记录之后，收集的图像数据可以通过容积绘制和分段渲染产生并显示为三维物体。
实施方案的其他细节
在附图中描述的操作可以作为方法、装置或计算机程序产品实施，其使用技术产生软件、固件、硬件或它们的任意组合。此外，某些实施例可采用计算机程序产品的形式，体现在一个或多个计算机可读存储介质，这些计算机可读存储介质具有存储在其中的计算机可读程序代码。
计算机可读存储介质可以包括电子、磁、光、电磁或半导体的系统、装置或设备，或者上述对象的任意合适的组合。计算机可读存储介质还可以包括具有一根或更多导线的电连接、便携式计算机磁带或磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程的只读存储器(EPROM或闪存)、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储装置、磁存储装置等。计算机可读存储介质可以是任何能够包含或存储程序的有形介质，所述程序可以被指令执行系统、装置或设备使用或与之结合使用。
用于执行本发明的各方面的操作的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言任意组合编写。
以下参考根据某些实施例的方法、系统和计算机程序产品的流程图和／或模块图描述本发明的各个方面。至少某些已在图中示出的操作显示按一定次序发生的某些事件。在替代实施例中，某些操作可以不同的顺序来执行、被修改或删除。此外，操作可以被添加到上述逻辑但仍然符合所描述的实施例。此外，本文所描述的操作可以顺序地发生，或者某些操作可以并行地进行处理。更进一步地，操作可以由单个处理单元，或通过分布式处理单元来执行。计算机程序指令可以实施流程图的模块。这些计算机程序指令可以被提供给计算机的处理器用以执行。
图25示出了根据某些实施例的模块图，其中显示了计算设备102可以包括某些元件。系统2500可以包括计算设备102，并且可以包括电路2502，在某些实施例中，系统2500可以包括至少一个处理器2504。系统2500还可以包括内存2506(例如，易失性存储设备)和存储器2508。存储器2508可包括非易失存储器设备(例如，EEPROM、ROM、PROM、RAM、DRAM、SRAM、闪存、固件、可编程逻辑等)、磁盘驱动器、光盘驱动器、磁带驱动器等。存储器2508可以包括内部存储设备、附加存储设备和／或网络可访问的存储设备。系统2500可以包括包含代码2512的程序逻辑2510，代码2512可加载到存储器2506中并由处理器2504或电路2502执行。在某些实施例中，包括代码2512的程序逻辑2510可以存储在存储器2508中。在其它某些实施例中，程序逻辑2510可以在电路2502中实施。因此，虽然图25示出了独立于其它元件的程序逻辑2510，程序逻辑2510可以在存储器2506和／或电路2502中实现。
除非另外明确指出，术语“一实施例”、“实施例”、“多个实施例”、“那个实施例”、“那些实施例”、“一个或多个实施例”、“一些实施例”以及“一个实施例”指的是“本发明的一个或多个(但非全部)实施例”。
除非另外明确指出，术语“包括”、“包含”、“具有”及其各种变形指的是“包括但不限于”。
除非另外明确指出，项目的列举清单并不意味着任何或者所有的项目是相互排斥的。
除非另外明确指出，术语“一”、“一个”和“那个”指的是“一个或多个”。
除非另外明确指出，互相连接的装置无需彼此连续连接。另外，相互连接的装置可以直接连接或者通过一个或多个中间媒介间接连接。
描述具有若干彼此连接的组件的实施例并不意味着所有这些组件都是必需的。相反，描述包括不同的可选组件以示出很多可能的实施例。
当本文中描述单个装置或者物品时，显而易见的是，可以用多于一个的装置／物品(无论它们是否协作)代替单个装置／物品。类似地，若本文中描述了多于一个装置或者物品(无论它们是否协作)，显而易见的是，可以用单个装置或物品代替多于一个的装置或者物品，或者可以用不同数量的装置／物品代替所显示数量的装置或者程序。装置的功能和／或特征可以用一个或多个没有明确说明具有该功能／特征的装置来选择性地代表。
为了说明和描述的目的而进行了前述对本发明各种实施例的描述。本文并非穷尽的或者希望将本发明限制在所揭示的精确形式。可以在上述教导下做出许多的改进和变换。本发明的范围不应受限于该详细描述，而应由本申请所附的权利要求书来限定。以上的说明书、实例和数据提供了对本发明构成的实现和使用的完整说明。由于可以在不偏离本发明范围的情况下做出很多本发明的实施例，因此本发明存在于所附的权利要求中。

Claims (13)

1.一种方法，其特征在于，所述方法包括：
接收患者牙冠的形状数据和患者牙齿的容积影像；
确定所述形状数据中表达一个或多个牙冠的元素；和
使用计算设备将所述元素记录到所述容积影像的相应体素。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定与所述体素对应的容积坐标和辐射强度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过从起始位置的区域增长确定患者的至少一个牙根，所述起始位置包括一个或多个在所述体素处确定的容积坐标和辐射强度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中所述区域增长通过确定相邻的体素进行，所述相邻的体素沿患者牙齿纵向具有相关辐射强度。
5.根据权利要求2-4中任何一项所述的方法，其特征在于，其中：
确定容积坐标和辐射强度是用于确定牙齿形状，并且还包括填补形状数据和／或容积影像中缺失的或衰减的数据，其中所述确定的牙齿形状比所述接收的容积影像具有更高的精度，并且其中使用更低的辐射以更高的精度确定所述牙齿形状。
6.根据前述任一权利要求的方法，其特征在于，其中：
所述容积影像由第一多个体素表达；和
所述一个或多个牙冠由第二多个体素表达；和
所述第一多个体素和所述第二多个体素被记录。
7.权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，其中：
所述元素是矢量；
所述形状数据中的边界对应于一个或多个牙冠；
所述一个或多个牙冠由多个有限长度矢量表达；
所述容积影像由多个体素表达；和
所述多个有限长度矢量和所述多个体素的交点在记录后被确定。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述形状数据中的一个或多个牙冠通过分割形状数据确定。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述形状数据来自于口腔内影像，所述容积影像是锥形束计算机断层扫描(CBCT)影像：
所述口腔内影像的精度比CBCT影像更高；
所述容积影像包括牙齿的牙根和牙冠；和
所述口腔内影像至少包括牙齿的牙冠，但不包括牙齿的整个牙根。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定所述口腔内影像中的兴趣区域，其中所述兴趣区域对应于在口腔内影像中所确定的所述一个或多个牙冠的位置；和
从所述容积影像中提取所述兴趣区域，以减小所述容积影像的尺寸。
11.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，其中：
所述患者牙冠的形状数据通过印模、石膏模型或口腔内扫描获得；和
所述容积影像选自以下组：断层扫描影像、超声影像，锥形束计算机断层扫描(CBCT)影像和磁共振影像(MRI)。
12.一种系统，其特征在于，包括：
存储器；和
耦合到所述存储器的处理器，其中所述处理器执行权利要求1-11中任何一项所述的方法的步骤。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其中当存储在所述计算机可读存储介质中的代码由处理器运行时执行操作，所述操作包括权利要求1-11中任何一项所述的方法的步骤。
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