CN104751516A - 一种用于根管治疗的牙齿开髓方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于根管治疗的牙齿开髓方法及装置，属于口腔治疗技术领域。所述方法包括：从包含目标牙齿的计算机断层扫描CT切片中截取所述患牙处中间位置的图像，通过对所述图像切片进行分割计算，得到所述目标牙齿的三维模型；从包含目标牙齿的CT图像中分割出所述目标牙齿的根管，并分离出预设长度的上段根管；提取所分割根管的中心线，计算所述中心与所述目标牙齿三维模型的交点；以所述中心与所述目标牙齿三维模型的交点为参照点，根据具体图像分析调整切入点位置并利用导航系统最终确定所述目标牙齿的开髓位置。本发明不需要去除整个髓室顶且能更精确找到根管的位置，显著减小了开髓口的直径并最大限度保存髓室侧壁的牙本质。

Description

一种用于根管治疗的牙齿开髓方法及装置

技术领域

本发明涉及口腔治疗技术领域，特别涉及一种用于根管治疗的牙齿开髓方法及装置。

背景技术

根管治疗是现代口腔治疗的常规手段，主要用于治疗牙髓病和根尖周病。在治疗过程中，根管治疗包括开髓、根管预备、根管消毒和根管填充等步骤。其中，开髓是根管治疗的关键步骤，现有的开髓方法包括：①去除髓室顶；②去除部分髓室侧壁的牙本质以消除器械进入根管的阻力。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于医生不能基于根管上段中轴在患牙牙冠方向的延长线确定切削路径，在开髓过程中很容易导致开髓口的设计过大，使得很多健康牙本质被不必要的去除，削弱了牙体组织的抗力，患牙易于发生纵折。此外，在开髓过程中也很容易出现切削部位、方向和深度不准确，从而导致开髓口过大、髓室侧壁和底壁台阶和穿孔形成等问题。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种用于根管治疗的牙齿开髓方法。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种用于根管治疗的牙齿开髓方法，所述方法包括：

从包含目标牙齿的计算机断层扫描CT切片中截取患牙处中间位置的图像，通过对图像进行分割计算，得到所述目标牙齿的三维模型；

从包含目标牙齿的CT切片中分割出目标牙齿的根管，并分离出预设长度的上段根管；

提取所分割根管的中心线，计算中心与目标牙齿三维模型的交点；

以中心与目标牙齿三维模型的交点为参照点，根据具体图像分析并调整切入点位置，利用导航系统最终确定目标牙齿的开髓位置。

可选地，从包含目标牙齿的计算机断层扫描CT切片中截取患牙处中间位置的图像，通过对切片进行分割计算，得到目标牙齿的三维模型包括：

S1、在所述切片中勾画出目标牙齿的初始轮廓，轮廓内部区域为前景，属于目标牙齿区域，轮廓外部区域为后景；

S2、计算轮廓中的代表前景的像素I_F和代表后景的像素I_B；

其中，I_F和I_B分别通过式(1)和式(2)计算；

$I_F=\underset{p\∈F}{\mathrm{\Σ}}I\left(p\right)*P_{I\left(p\right)}^F---\left(1\right),$

$I_B=\underset{p\∈B}{\mathrm{\Σ}}I\left(p\right)*P_{I\left(p\right)}^B---\left(2\right);$

其中p为像素点，F为前景区域，B为后景区域，I(p)为p点的灰度值，为前景中灰度值为I(p)的像素点的百分比，为后景中灰度值为I(p)的像素点的百分比；

S3、通过式(3)和式(4)设计数据项，利用式(5)设计平滑项，从而建立能量函数

C_s＝|I_p-I_F|      (3)，

C_t＝|I_p-I_B|      (4)，

C_p＝0.5          (5)；

其中，C_s代表前景数据项，C_t代表后景数据项，C_p代表平滑项，I_p为像素点p的灰度值；

S4、利用现有的最大流算法对能量函数进行求解从而得到图像的分割结果；

S5、对所述分割结果进行腐蚀操作，将上一步的分割结果减去腐蚀操作的结果得到目标区域的轮廓；

S6、将所述目标区域的轮廓分别作为位于当前CT切片上一片和下一片CT切片的输入重复S2至S6得到最终的牙齿分割结果；

S7、对所得的分割结果进行表面建模，得到目标牙齿的三维模型，所述模型由三角网格组成，只包含目标牙齿的表面轮廓几何位置信息。

可选地，提取所分割根管的中心线包括：

S1、从所述目标牙齿的三维模型提取根管表面模型；

S2、设中心线的数学表达形式为目标是求的a，b，c和d的值；

S3、利用式(7)计算a，b，c和d的值从而得到中心线；

$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{z}_i-b\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2}\\ b=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{m\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}\\ c=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{z}_i-d\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2}\\ d=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{m\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}\end{array}\right.---\left(7\right),$

其中，m为根管表面模型所包含的点的数量，x_i,y_i,z_i为根管表面模型第i个点的空间坐标。

可选地，计算中心与目标牙齿三维模型的交点包括：

S1、确定所述目标牙齿三维模型上表面所包含的多个三角面片，所述多个三角面片中只有一个三角形面片所在的平面与中心线的交点在该三角面片内部；

S2、计算所述目标牙齿三维模型上表面每一个三角面片所在平面与中心的交点，如果交点在三角面片内部，则该交点即为所求交点。

另一方面，提供了一种用于根管治疗的牙齿开髓装置，所述装置包括：

三维模型建立模块，用于从包含目标牙齿的计算机断层扫描CT切片中截取患牙处中间位置的图像，通过对图像进行分割计算，得到目标牙齿的三维模型；

根管分割模块，用于从包含目标牙齿的CT切片中分割出目标牙齿的根管，并分离出预设长度的上段根管；

交点计算模块，用于提取所分割根管的中心线，计算中心与目标牙齿三维模型的交点；

开髓位置确定模块，用于以中心与目标牙齿三维模型的交点为参照点，根据具体图像分析并调整切入点位置，利用导航系统最终确定目标牙齿的开髓位置。

可选地，所述三维模型建立模块还用于

S1、在所述切片中勾画出目标牙齿的初始轮廓，轮廓内部区域为前景，属于目标牙齿区域，轮廓外部区域为后景；

S2、计算轮廓中的代表前景的像素I_F和代表后景的像素I_B；

其中，I_F和I_B分别通过式(1)和式(2)计算；

$I_F=\underset{p\∈F}{\mathrm{\Σ}}I\left(p\right)*P_{I\left(p\right)}^F---\left(1\right),$

$I_B=\underset{p\∈B}{\mathrm{\Σ}}I\left(p\right)*P_{I\left(p\right)}^B---\left(2\right);$

其中p为像素点，F为前景区域，B为后景区域，I(p)为p点的灰度值，为前景中灰度值为I(p)的像素点的百分比，为后景中灰度值为I(p)的像素点的百分比；

S3、通过式(3)和式(4)设计数据项，利用式(5)设计平滑项，从而建立能量函数

C_s＝|I_p-I_F|      (3)，

C_t＝|I_p-I_B|      (4)，

C_p＝0.5          (5)；

其中，C_s代表前景数据项，C_t代表后景数据项，C_p代表平滑项，I_p为像素点p的灰度值；

S4、利用现有的最大流算法对能量函数进行求解从而得到图像的分割结果；

S5、对所述分割结果进行腐蚀操作，将上一步的分割结果减去腐蚀操作的结果得到目标区域的轮廓；

S6、将所述目标区域的轮廓分别作为位于当前CT切片上一片和下一片CT切片的输入重复S2至S6得到最终的牙齿分割结果；

S7、对所得的分割结果进行表面建模，得到目标牙齿的三维模型，所述模型由三角网格组成，只包含目标牙齿的表面轮廓几何位置信息。

可选地，所述交点计算模块还用于

S1、从所述目标牙齿的三维模型提取根管表面模型；

S2、设中心线的数学表达形式为目标是求的a，b，c和d的值；

S3、利用式(7)计算a，b，c和d的值从而得到中心线；

$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{z}_i-b\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2}\\ b=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{m\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}\\ c=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{z}_i-d\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2}\\ d=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{m\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}\end{array}\right.---\left(7\right),$

其中，m为根管表面模型所包含的点的数量，x_i,y_i,z_i为根管表面模型第i个点的空间坐标。

可选地，所述交点计算模块还用于

S1、确定所述目标牙齿三维模型上表面所包含的多个三角面片，所述多个三角面片中只有一个三角形面片所在的平面与中心线的交点在该三角面片内部；

S2、计算所述目标牙齿三维模型上表面每一个三角面片所在平面与中心的交点，如果交点在三角面片内部，则该交点即为所求交点。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明利用图像分割算法，首先从牙术前CT切片中分割出目标牙齿，建立目标牙齿的三维模型，然后，计算该目标牙齿指定长度的上段根管的中心线与目标牙齿的三维模型的交点，以该交点为参照点，利用导航系统，不需要去除整个髓室顶且更精确找到根管的位置，显著减小了开髓口的直径并最大限度保存髓室侧壁的牙本质，与传统开髓技术相比，由于保留了更多的健康牙体组织，患牙折裂的机会减少；并且更准确的切削部位、方向和深度的控制可以有效避免开髓口过大、髓室侧壁和底壁台阶和穿孔形成等并发症。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的用于根管治疗的牙齿开髓方法流程图；

图2是本发明实施例提供的用于根管治疗的牙齿开髓装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的用于根管治疗的牙齿开髓方法流程图。参见图1，该实施例包括：

101、从包含目标牙齿的计算机断层扫描CT切片中截取所述患牙处中间位置的图像，通过对所述切片进行分割计算，得到所述目标牙齿的三维模型；

可选地，在本发明实施例中，可以利用图像分割算法(如Graph-Cut、LevelSet、Snake等)，从包含目标牙齿的计算机断层扫描CT切片中截取患牙处于中间位置的图像。

在本发明实施例中，从包含目标牙齿的CT切片中截取所述患牙处中间位置的图像，通过对切片进行分割计算，得到目标牙齿的三维模型包括：

S1、在所述切片中勾画出目标牙齿的初始轮廓，轮廓内部区域为前景，属于目标牙齿区域，轮廓外部区域为后景；

S2、计算轮廓中的代表前景的像素I_F和代表后景的像素I_B；

其中，I_F和I_B分别通过式(1)和式(2)计算；

$I_F=\underset{p\∈F}{\mathrm{\Σ}}I\left(p\right)*P_{I\left(p\right)}^F---\left(1\right),$

$I_B=\underset{p\∈B}{\mathrm{\Σ}}I\left(p\right)*P_{I\left(p\right)}^B---\left(2\right);$

其中p为像素点，F为前景区域，B为后景区域，I(p)为p点的灰度值，为前景中灰度值为I(p)的像素点的百分比，为后景中灰度值为I(p)的像素点的百分比；

S3、通过式(3)和式(4)设计数据项，利用式(5)设计平滑项，从而建立能量函数

C_s＝|I_p-I_F|      (3)，

C_t＝|I_p-I_B|      (4)，

C_p＝0.5          (5)；

其中，C_s代表前景数据项，C_t代表后景数据项，C_p代表平滑项，I_p为像素点p的灰度值；

S4、利用现有的最大流算法对能量函数进行求解从而得到图像的分割结果；

S5、对所述分割结果进行腐蚀操作，将上一步的分割结果减去腐蚀操作的结果得到目标区域的轮廓；

S6、将所述目标区域的轮廓分别作为位于当前CT切片上一片和下一片CT切片的输入重复S2至S6得到最终的牙齿分割结果；

S7、对所得的分割结果进行表面建模，得到目标牙齿的三维模型，所述模型由三角网格组成，只包含目标牙齿的表面轮廓几何位置信息。

102、从包含目标牙齿的CT切片中分割出所述目标牙齿的根管，并分离出预设长度的上段根管；

可选地，在本发明实施例中，可以利用图像分割算法(如Graph-Cut、LevelSet、Snake等)，从包含目标牙齿的CT切片中分割出所述目标牙齿的根管。

在本发明实施例中，分离出牙髓下预设长度的根管，优选为2-5mm。

103、提取所分割根管的中心线，计算所述中心与所述目标牙齿三维模型的交点；

可选地，在本发明实施例中可以利用中心线提取算法(如最小二乘法、Skeleton等)提取所分割根管的中心线。

在本发明实施例中，可选地，提取所分割根管的中心线包括：

S1、从所述目标牙齿的三维模型提取根管表面模型；

S2、设中心线的数学表达形式为目标是求的a，b，c和d的值；

S3、利用式(7)计算a，b，c和d的值从而得到中心线；

$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{z}_i-b\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2}\\ b=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{m\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}\\ c=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{z}_i-d\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2}\\ d=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{m\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}\end{array}\right.---\left(7\right),$

其中，m为根管表面模型所包含的点的数量，x_i,y_i,z_i为根管表面模型第i个点的空间坐标。

可选地，在本发明实施例中，计算所述中心与所述目标牙齿三维模型的交点包括：

S1、确定所述目标牙齿三维模型上表面所包含的多个三角面片，所述多个三角面片中只有一个三角形面片所在的平面与中心线的交点在该三角面片内部；

S2、计算所述目标牙齿三维模型上表面每一个三角面片所在平面与中心的交点，如果交点在三角面片内部，则该交点即为所求交点。

104、以所述中心与所述目标牙齿三维模型的交点为参照点，根据具体图像分析并调整切入点位置，利用导航系统最终确定所述目标牙齿的开髓位置。

在本发明实施例中，导航方式可以是光学球定位或导板定位，可以将开髓位置精确到0.5mm。

本发明实施例提供的方法，利用图像分割算法，首先从牙术前CT切片中分割出目标牙齿，建立目标牙齿的三维模型，然后，计算该目标牙齿指定长度的上段根管的中心线与目标牙齿的三维模型的交点，以该交点为参照点，利用导航系统，不需要去除整个髓室顶且更精确找到根管的位置，显著减小了开髓口的直径并最大限度保存髓室侧壁的牙本质，与传统开髓技术相比，由于保留了更多的健康牙体组织，患牙折裂的机会减少；并且更准确的切削部位、方向和深度的控制可以有效避免开髓口过大、髓室侧壁和底壁台阶和穿孔形成等并发症。

图2是本发明实施例提供的一种用于根管治疗的牙齿开髓装置结构示意图。参见图2，该装置包括：

三维模型建立模块21，用于从包含目标牙齿的计算机断层扫描CT切片中截取所述患牙处于中间位置的图像，通过对所述切片进行分割计算，得到所述目标牙齿的三维模型；

根管分割模块22，用于从包含目标牙齿的CT切片中分割出所述目标牙齿的根管，并分离出预设长度的上段根管；

交点计算模块23，用于提取所分割根管的中心线，计算所述中心与所述目标牙齿三维模型的交点；

开髓位置确定模块24，用于以所述中心与所述目标牙齿三维模型的交点为参照点，根据具体图像分析并调整切入点位置，利用导航系统最终确定所述目标牙齿的开髓位置。

可选地，所述三维模型建立模块21还用于

S1、在所述切片中勾画出目标牙齿的初始轮廓，轮廓内部区域为前景，属于目标牙齿区域，轮廓外部区域为后景；

S2、计算轮廓中的代表前景的像素I_F和代表后景的像素I_B；

其中，I_F和I_B分别通过式(1)和式(2)计算；

$I_F=\underset{p\∈F}{\mathrm{\Σ}}I\left(p\right)*P_{I\left(p\right)}^F---\left(1\right),$

$I_B=\underset{p\∈B}{\mathrm{\Σ}}I\left(p\right)*P_{I\left(p\right)}^F---\left(2\right);$

其中p为像素点，F为前景区域，B为后景区域，I(p)为p点的灰度值，为前景中灰度值为I(p)的像素点的百分比，为后景中灰度值为I(p)的像素点的百分比；

S3、通过式(3)和式(4)设计数据项，利用式(5)设计平滑项，从而建立能量函数

C_s＝|I_p-I_F|      (3)，

C_t＝|I_p-I_B|      (4)，

C_p＝0.5          (5)；

其中，C_s代表前景数据项，C_t代表后景数据项，C_p代表平滑项，I_p为像素点p的灰度值；

S4、利用现有的最大流算法对能量函数进行求解从而得到图像的分割结果；

S5、对所述分割结果进行腐蚀操作，将上一步的分割结果减去腐蚀操作的结果得到目标区域的轮廓；

S6、将所述目标区域的轮廓分别作为位于当前CT切片上一片和下一片CT切片的输入重复S2至S6得到最终的牙齿分割结果；

S7、对所得的分割结果进行表面建模，得到目标牙齿的三维模型，所述模型由三角网格组成，只包含目标牙齿的表面轮廓几何位置信息。

可选地，所述交点计算模块23还用于

S1、从所述目标牙齿的三维模型提取根管表面模型；

S2、设中心线的数学表达形式为目标是求的a，b，c和d的值；

S3、利用式(7)计算a，b，c和d的值从而得到中心线；

$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{z}_i-b\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2}\\ b=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{m\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}\\ c=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{z}_i-d\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2}\\ d=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{m\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}\end{array}\right.---\left(7\right),$

其中，m为根管表面模型所包含的点的数量，x_i,y_i,z_i为根管表面模型第i个点的空间坐标。

可选地，所述交点计算模块23还用于

S1、确定所述目标牙齿三维模型上表面所包含的多个三角面片，所述多个三角面片中只有一个三角形面片所在的平面与中心线的交点在该三角面片内部；

S2、计算所述目标牙齿三维模型上表面每一个三角面片所在平面与中心的交点，如果交点在三角面片内部，则该交点即为所求交点。

本发明实施例提供的装置，利用图像分割算法，首先从牙术前CT切片中分割出目标牙齿，建立目标牙齿的三维模型，然后，计算该目标牙齿指定长度的上段根管的中心线与目标牙齿的三维模型的交点，以该交点为参照点，利用导航系统，不需要去除整个髓室顶且更精确找到根管的位置，显著减小了开髓口的直径并最大限度保存髓室侧壁的牙本质，与传统开髓技术相比，由于保留了更多的健康牙体组织，患牙折裂的机会减少；并且更准确的切削部位、方向和深度的控制可以有效避免开髓口过大、髓室侧壁和底壁台阶和穿孔形成等并发症。

需要说明的是：上述实施例提供的装置，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于根管治疗的牙齿开髓方法，其特征在于，所述方法包括：

从包含目标牙齿的计算机断层扫描CT切片中截取所述患牙处中间位置的图像，通过对所述切片进行分割计算，得到所述目标牙齿的三维模型；

从包含目标牙齿的CT切片中分割出所述目标牙齿的根管，并分离出预设长度的上段根管；

提取所分割根管的中心线，计算所述中心与所述目标牙齿三维模型的交点；

以所述中心与所述目标牙齿三维模型的交点为参照点，根据具体图像分析调整切入点位置并利用导航系统最终确定所述目标牙齿的开髓位置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从包含目标牙齿的计算机断层扫描CT切片中截取所述患牙处中间位置的图像，通过对所述切片进行分割计算，得到所述目标牙齿的三维模型包括：

S1、在所述切片中勾画出目标牙齿的初始轮廓，轮廓内部区域为前景，属于目标牙齿区域，轮廓外部区域为后景；

S2、计算轮廓中的代表前景的像素I_F和代表后景的像素I_B；

其中，I_F和I_B分别通过式(1)和式(2)计算；

$I_F=\underset{p\∈F}{\mathrm{\Σ}}I\left(p\right)*P_{I\left(p\right)}^F---\left(1\right),$

$I_B=\underset{p\∈B}{\mathrm{\Σ}}I\left(p\right)*P_{I\left(p\right)}^B---\left(2\right);$

其中p为像素点，F为前景区域，B为后景区域，I(p)为p点的灰度值，为前景中灰度值为I(p)的像素点的百分比，为后景中灰度值为I(p)的像素点的百分比；

S3、通过式(3)和式(4)设计数据项，利用式(5)设计平滑项，从而建立能量函数

C_s＝|I_p-I_F|           (3)，

C_t＝|I_p-I_B|           (4)，

C_p＝0.5           (5)；

其中，C_s代表前景数据项，C_t代表后景数据项，C_p代表平滑项，I_p为像素点p的灰度值；

S4、利用现有的最大流算法对能量函数进行求解从而得到图像的分割结果；

S5、对所述分割结果进行腐蚀操作，将上一步的分割结果减去腐蚀操作的结果得到目标区域的轮廓；

S6、将所述目标区域的轮廓分别作为位于当前CT切片上一片和下一片CT切片的输入重复S2至S6得到最终的牙齿分割结果；

S7、对所得的分割结果进行表面建模，得到目标牙齿的三维模型，所述模型由三角网格组成，只包含目标牙齿的表面轮廓几何位置信息。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提取所分割根管的中心线包括：

S1、从所述目标牙齿的三维模型提取根管表面模型；

S2、设中心线的数学表达形式为目标是求的a，b，c和d的值；

S3、利用式(7)计算a，b，c和d的值从而得到中心线；

$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{z}_i-b\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2}\\ b=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{m\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}\\ c=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{z}_i-d\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2}\\ d=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{m\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}\end{array}\right.---\left(7\right),$

其中，m为根管表面模型所包含的点的数量，x_i,y_i,z_i为根管表面模型第i个点的空间坐标。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述中心与所述目标牙齿三维模型的交点包括：

S1、确定所述目标牙齿三维模型上表面所包含的多个三角面片，所述多个三角面片中只有一个三角形面片所在的平面与中心线的交点在该三角面片内部；

S2、计算所述目标牙齿三维模型上表面每一个三角面片所在平面与中心的交点，如果交点在三角面片内部，则该交点即为所求交点。

5.一种用于根管治疗的牙齿开髓装置，其特征在于，所述装置包括：

三维模型建立模块，用于从包含目标牙齿的计算机断层扫描CT切片中截取所述患牙处中间位置的图像，通过对所述切片进行分割计算，得到所述目标牙齿的三维模型；

根管分割模块，用于从包含目标牙齿的CT切片中分割出所述目标牙齿的根管，并分离出预设长度的上段根管；

交点计算模块，用于提取所分割根管的中心线，计算所述中心与所述目标牙齿三维模型的交点；

开髓位置确定模块，用于以所述中心与所述目标牙齿三维模型的交点为参照点，根据具体图像分析并调整切入点位置，利用导航系统最终确定所述目标牙齿的开髓位置。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述三维模型建立模块还用于

S1、在所述切片中勾画出目标牙齿的初始轮廓，轮廓内部区域为前景，属于目标牙齿区域，轮廓外部区域为后景；

S2、计算轮廓中的代表前景的像素I_F和代表后景的像素I_B；

其中，I_F和I_B分别通过式(1)和式(2)计算；

$I_F=\underset{p\∈F}{\mathrm{\Σ}}I\left(p\right)*P_{I\left(p\right)}^F---\left(1\right),$

$I_B=\underset{p\∈B}{\mathrm{\Σ}}I\left(p\right)*P_{I\left(p\right)}^B---\left(2\right);$

其中p为像素点，F为前景区域，B为后景区域，I(p)为p点的灰度值，为前景中灰度值为I(p)的像素点的百分比，为后景中灰度值为I(p)的像素点的百分比；

S3、通过式(3)和式(4)设计数据项，利用式(5)设计平滑项，从而建立能量函数

C_s＝|I_p-I_F|        (3)，

C_t＝|I_p-I_B|       (4)，

C_p＝0.5         (5)；

其中，C_s代表前景数据项，C_t代表后景数据项，C_p代表平滑项，I_p为像素点p的灰度值；

S4、利用现有的最大流算法对能量函数进行求解从而得到图像的分割结果；

S5、对所述分割结果进行腐蚀操作，将上一步的分割结果减去腐蚀操作的结果得到目标区域的轮廓；

S6、将所述目标区域的轮廓分别作为位于当前CT切片上一片和下一片CT切片的输入重复S2至S6得到最终的牙齿分割结果；

S7、对所得的分割结果进行表面建模，得到目标牙齿的三维模型，所述模型由三角网格组成，只包含目标牙齿的表面轮廓几何位置信息。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述交点计算模块还用于

S1、从所述目标牙齿的三维模型提取根管表面模型；

S2、设中心线的数学表达形式为目标是求的a，b，c和d的值；

S3、利用式(7)计算a，b，c和d的值从而得到中心线；

$\left\{\begin{array}{c}a=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{z}_i-b\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2}\\ b=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{m\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}\\ c=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{z}_i-d\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2}\\ d=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}{m\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i}\end{array}\right.---\left(7\right),$

其中，m为根管表面模型所包含的点的数量，x_i,y_i,z_i为根管表面模型第i个点的空间坐标。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述交点计算模块还用于

S1、确定所述目标牙齿三维模型上表面所包含的多个三角面片，所述多个三角面片中只有一个三角形面片所在的平面与中心线的交点在该三角面片内部；

S2、计算所述目标牙齿三维模型上表面每一个三角面片所在平面与中心的交点，如果交点在三角面片内部，则该交点即为所求交点。