CN104599327B - 一种牙颌黑三角的自动检测和修复方法 - Google Patents

Abstract

一种牙颌黑三角的自动检测和修复方法包括将患者牙颌进行三维虚拟重建，形成牙颌模型；牙颌模型采用空间三角网格M表示；将空间三角网格M进行平面参数化形成平面三角网格P；检测平面三角网格P上的所有相交三角形面集，将相交三角形面集记为T，寻找到相交三角形面集T中的所有连通区域，连通区域之间相互独立，每个连通区域构成空间三角网格M的一个黑三角；分别将每个黑三角与牙颌模型分离，并将分离后的黑三角区域删除，原黑三角在牙颌模型上形成孔洞；将牙颌模型的每个孔洞分别进行平滑和修复，得到修复黑三角后的新牙颌模型。本发明的优点在于：能够自动检测识别出牙颌模型上的黑三角，无需人工经验干预，具有准确性高，效率高的优点。

Description

一种牙颌黑三角的自动检测和修复方法

技术领域

本发明涉及无托槽隐形矫治器领域，特别是在制作无托槽隐形矫治器时检测牙颌黑三角和修复牙颌黑三角的方法。

技术背景

随着计算机图形技术以及扫描技术的快速发展，无托槽隐形矫治技术已广泛应用到临床口腔正畸中。无托槽隐形矫治器是一种计算机辅助设计和制作的透明弹性材料活动矫正装置，它是一序列连续的矫治装置，通过不断的小范围牙移动达到牙齿的矫治目的。

制作无托槽隐形矫治器时，要现将患者的牙颌模型进行数字化处理。模型数字化主要是指根据患者的牙颌印模，利用扫描设备，实现患者牙颌的三维虚拟模型重建。操作技师根据三维虚拟模型分离出单个的牙齿模型，通过再将目标牙齿单独移动到目标位置，完成矫治方案的设计。

对于牙龈萎缩的患者，由于邻间龈乳头不能完全覆盖龈楔状隙而形成三角形间隙，该三角形间隙俗称“黑三角”。黑三角往往给数字化模型的后续处理带来困难，尤其是单个牙齿的分离操作无法进行，因此，在进行矫治方案设计时，必须首先消除牙颌黑三角。

传统黑三角处理方法为人工检测，即操作技师逐个查看相邻牙齿的间隙，凭经验确定是否存在黑三角。这种检测方法的缺点是：效率低下，且容易遗漏；而一旦遗漏，往往需要重启整个处理流程。

人工修复是利用Geomagic 等模型处理软件，反复进行数据删除和修补操作。人工修复的缺点是操作繁琐，且不直观，操作者之间的处理结果也会有较大的差异。

发明内容

为了克服人工检测和修复黑三角存在效率低下，容易遗漏，操作繁琐的缺点，本发明提供了一种能够自动检测并修复黑三角，准确性高，效率高的牙颌黑三角的自动检测和修复方法。

一种牙颌黑三角的自动检测和修复方法，包括以下步骤：

1）、将患者牙颌进行三维虚拟重建，形成牙颌模型；

2）、牙颌模型采用空间三角网格M=(G,R) 表示，其中G=(V,E,F) 是由顶点集 V={vi}、边集E={(vi,vj)}、三角形面集F={(vi,vj,vk)} 组成的连通图，且网格模型满足二维流形性质；

3）、应用网格平面参数化方法，将空间三角网格M 进行平面参数化形成平面三角网格P，空间三角网格M 与平面三角网格P 拓扑上同构；

4）、检测平面三角网格P 上的所有相交三角形面集，将相交三角形面集记为T，根据网格拓扑关系，寻找到相交三角形面集T 中的所有连通区域，连通区域之间相互独立，每个连通区域构成空间三角网格M 的一个黑三角；

5）、分别将每个黑三角与牙颌模型分离，并将分离后的黑三角区域删除，原黑三角在牙颌模型上形成孔洞；

6）、将牙颌模型的每个孔洞分别进行平滑和修复，得到修复黑三角后的新牙颌模型。

进一步，步骤5）的具体操作方法包括：

（5.1）、对于检测得到的每个黑三角，计算组成该黑三角连通区域的最小二乘平面，该最小二乘平面与空间三角网格M 求交获得若干条交线，这些交线中、封闭的交线即为黑三角的分割线；

（5.2）、根据每个黑三角分割线，得到相应的待分裂的三角形面集，所有与黑三角分割线相交的三角形组成所述的待分裂的三角形面集；根据预定的系统误差要求，以及网格的拓扑关系，将待分裂的三角形面集按照三角形的连接关系逐步向外拓展，直到待分裂的三角形面集与牙颌模型分开；

（5.3）、删除空间三角网格M 上扩张得到的区域、形成若干个孔洞。

进一步，步骤6）的具体操作方法包括：

（6.1）、分别对每个孔洞边界进行平滑；

（6.2）、利用RBF（径向基函数）算法，完成孔洞修补，完成黑三角修复。

本发明的优点在于：能够自动检测识别出牙颌模型上的黑三角，无需人工经验干

预，具有准确性高，效率高的优点。

附图说明

图1 是用空间三角网格表示牙颌模型的示意图和黑三角部分的放大示意图。

图2 是平面参数化后形成的平面三角网格表示的牙颌模型的示意图和黑三角部

分的放大示意图。

图3 是步骤4）检测得到的一个黑三角的示意图。

图4 是步骤5）中获得的最小二乘平面的示意图。

图5 是步骤5）中最小二乘平面与空间三角网格牙颌模型相交形成的黑三角分割

线的示意图。

图6是步骤（5.2）待分裂的三角形面集与牙颌模型分开的示意图。

图7 是步骤（5.3）删除空间三角网格M上扩张得到的区域后形成孔洞的示意图。

图8 是步骤（6.1）中对每个孔洞边界进行平滑后的示意图。

图9 是修复黑三角后的示意图。

图10 是本发明的流程图。

具体实施方式

如图10 所示，一种牙颌黑三角的自动检测和修复方法，包括以下步骤：

1）、将患者牙颌进行三维虚拟重建，形成牙颌模型；

2）、牙颌模型采用空间三角网格M=(G,R) 表示，其中G=(V,E,F) 是由顶点集 V={vi}、边集E={(vi,vj)}、三角形面集F={(vi,vj,vk)} 组成的连通图，且网格模型满足二维流形性质；如图1 所示。

3）、应用网格平面参数化方法，将空间三角网格M 进行平面参数化形成平面三角网格P，空间三角网格M 与平面三角网格P 拓扑上同构；如图2 所示。4）、检测平面三角网格P 上的相交三角形面集T，根据网格拓扑关系，将相交三角形面集T 分割成多个连通区域，每个连通区域构成空间三角网格M 的一个黑三角。根据实现数据分析，如果牙颌存在黑三角，那么平面三角网格P 上相应区域的三角形面集必自相交。

因此，只需要找出相交的三角形面集即可得到黑三角，如图3 所示。

5）、分别将每个黑三角与牙颌模型分离，并将分离后的黑三角区域删除，原黑三角在牙颌模型上形成孔洞；

（5.1）、对于检测得到的每个黑三角，利用PCA（主成分分析）算法，计算组成该黑三角连通区域的最小二乘平面，该最小二乘平面与空间三角网格M 求交获得若干条交线，这些交线中、封闭的交线即为黑三角的分割线；如图4、5 所示。

（5.2）、根据每个黑三角分割线，得到相应的待分裂的三角形面集，根据预定的系统误差要求（一般为0.5mm），以及网格的拓扑关系，将待分裂的三角形面集按照三角形的连接关系逐步向外拓展，直到待分裂的三角形面集与牙颌模型分开，如图6 所示。

（5.3）、删除空间三角网格M 上扩张得到的区域，形成若干个孔洞，如图7 所示。

6）、将牙颌模型的每个孔洞分别进行平滑和修复，得到修复黑三角后的新牙颌模型；

（6.1）、利用Laplace 算法，分别对每个孔洞边界进行平滑，如图8 所示。

（6.2）、利用RBF（径向基函数）算法，完成孔洞修补，完成黑三角修复，如图9 所示。

本发明的优点在于：能够自动检测识别出牙颌模型上的黑三角，无需人工经验干预，具有准确性高，效率高的优点。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.一种牙颌黑三角的自动检测和修复方法，包括以下步骤：

1）、将患者牙颌进行三维虚拟重建，形成牙颌模型；

2）、牙颌模型采用空间三角网格M=(G,R)表示，其中G=(V,E,F)是由顶点集 V={vi}、边集E={(vi,vj)}、三角形面集F={(vi,vj,vk)}组成的连通图，且网格模型满足二维流形性质；

3）、应用网格平面参数化方法，将空间三角网格M进行平面参数化形成平面三角网格P，空间三角网格M与平面三角网格P拓扑上同构；

4）、检测平面三角网格P上的所有相交三角形面集，将相交三角形面集记为T，根据网格拓扑关系，寻找到相交三角形面集T中的所有连通区域，连通区域之间相互独立，每个连通区域构成空间三角网格M的一个黑三角；

5）、分别将每个黑三角与牙颌模型分离，并将分离后的黑三角区域删除，原黑三角在牙颌模型上形成孔洞；

6）、将牙颌模型的每个孔洞分别进行平滑和修复，得到修复黑三角后的新牙颌模型。

2.如权利要求1所述的牙颌黑三角的自动检测和修复方法，其特征在于：步骤5）的具体操作方法包括：

（5.1）、对于检测得到的每个黑三角，计算组成该黑三角连通区域的最小二乘平面，该最小二乘平面与空间三角网格M求交获得若干条交线，这些交线中、封闭的交线即为黑三角的分割线；

（5.2）、根据每个黑三角分割线，得到相应的待分裂的三角形面集，所有与黑三角分割线相交的三角形组成所述的待分裂的三角形面集；根据预定的系统误差要求，以及网格的拓扑关系，将待分裂的三角形面集按照三角形的连接关系逐步向外拓展，直到待分裂的三角形面集与牙颌模型分开；

（5.3）、删除空间三角网格M上扩张得到的区域、形成若干个孔洞。

3.如权利要求2所述的牙颌黑三角的自动检测和修复方法，其特征在于：步骤6）的具体操作方法包括：

（6.1）、分别对每个孔洞边界进行平滑；

（6.2）、利用RBF（径向基函数）算法，完成孔洞修补，完成黑三角修复。