CN105361903B - 基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法，包括通过调整定位钢球在曲面体层摄影机体层域内的位置，使定位钢球在图像传感器上的电子图像为圆形，与圆形的电子图像相对应的定位钢球的位置即为牙齿及颌骨所在的体层域中心线的位置，该位置同时是光学镜头到定位钢球的物距；其中，光学镜头安装在曲面体层摄影机上，图像传感器设置在光学镜头的像点位置处；判断牙齿的电子图像是否清晰，如果不清晰，通过微调颌骨的位置，使牙齿的电子图像清晰，完成牙齿及颌骨位置的校正；开启曲面体层摄像机对牙齿及颌骨进行曲面体层摄影。利用上述本发明，能够减小牙齿及颌骨体层影像的失真度和减少重新进行曲面体层摄影所增加的辐射量。

Description

基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法

技术领域

本发明涉及口腔检查技术领域，更为具体地，涉及一种基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法。

背景技术

曲面体层摄影是基于体层摄影和狭缝摄影原理设计的固定三轴连续转换的体层摄影技术，体层摄影技术作为一种X光投照技术能够应用在口腔检查领域，用于检查口腔的上颌、下颌以及全口牙位，X光投照技术现已成为口腔临床上最为常用的影像学检查手段。

在曲面体层摄影中对患者体位摆放的要求很高，体位的变化直接影响图像失真度的大小，如何获得最小失真度的图像是临床工作的重要的环节。在目前，传统的曲面体层摄影机，都是通过定位下颌骨颏部的位置来定位牙齿的成像，而不是通过定位牙齿的位置而获得牙齿的图像。在实际操作中通过颌骨的定位来获得牙齿的成像，会存在如下问题：由于患者个体差异诸如前唇的厚度、颏部的突度等因素，导致通过颏部引导牙齿位置的过程中存在很大的游移空间而造成牙齿位置变化的不确定性，从而导致曲面体层摄影的影像失真，以及增加患者在X光中的曝光次数。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法，以解决传统的X光投照技术存在影像失真的问题。

本发明提供一种基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法，包括：

通过调整定位钢球在曲面体层摄影机体层域内的位置，使定位钢球通过光学镜头在图像传感器上的电子图像为圆形，与圆形的电子图像相对应的定位钢球的位置即为牙齿及颌骨所在的体层域中心线的位置，该位置同时是光学镜头到定位钢球的物距；其中，光学镜头安装在曲面体层摄影机上，图像传感器设置在光学镜头的像点位置处，光学镜头到图像传感器的距离为像距；

将牙齿及颌骨入位到体层域中心线的位置，通过图像传感器获取牙齿的电子图像；

判断牙齿的电子图像是否清晰，如果不清晰，通过微调颌骨的位置，使牙齿的电子图像清晰，完成牙齿及颌骨位置的校正；

开启曲面体层摄像机对所述牙齿及颌骨进行曲面体层摄影。

与传统的X光投照技术相比，本发明通过定位钢球将体层域中心线的位置可视化，从而确定的体层域中心线的位置，在将病人的牙齿及颌骨入位到体层域中心线后，再对牙齿及颌骨进行体层摄像，从而减小牙齿及颌骨体层影像的失真度和减少重新进行曲面体层摄影所增加的辐射量。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法的第一流程示意图；

图2为根据本发明实施例的基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法的第二流程示意图；

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

在对本发明进行说明前，先对本发明中涉及的概念进行说明。

体层域：为沿颌骨走行并可容纳颌骨的马蹄形空间结构，在体层域内所获得的图像与原物体之间存在失真率的关系，即在水平向及垂直向产生放大率的差异，两个方向上放大率数值的不同直接带来就是图像的形变。

体层域中心线：当牙齿及颌骨位于体层域中心线时，此时图像形态最为真实；位于体层域中心线前后空间时，存在图像规律性形变；超出体层域以外的前后空间，图像失真率增大而形变显著，所获得的图像往往失去临床意义。体层域中心线是等比放大率的节点，即此节点为所获得的图像在水平向及垂直向放大率数值相同，图像为物体整体放大后的成像，不存在图像变形。

定位钢球：起到定位体层域中心线的作用。其原理如下：球体位于空间内，所得图像一般都是圆形，圆形作为本设计中的元素，自然更加适应在视觉上的感知。圆是组成物体几何形状的基本元素，人对圆形的敏感性较强，因为图像任何角度上直径的变化都会带来形变。人们对圆形的理解是各种角度上直径的统一，如果直径上有任何的变化，任何角度上长短的变化，都会带来形态上的改变。通过球体在曲面体层摄影中成像的形态学变化，来分析体层域内物体形态变化的规律性，通过钢球成像后形态的变异规律，发现体层域内物体成像的规律性，即展示体层域中心线的位置。

针对传统的曲面体层摄影机存在影像失真的问题，本发明通过光学成像系统对定位钢球进行成像，从而将曲面体层摄影机的体层域中心线可视化，在确定出体层域中心线的位置后，将给病人的牙齿及颌骨入位到该位置，再利用曲面体层摄影机对牙齿及颌骨进行曲面体层摄影。

光学成像系统由光学镜头、图像传感器和图像采集卡组成，光学镜头设置在曲面体层摄影机上，用于对定位钢球进行光学成像，图像传感器设置在光学镜头的像点位置处，用于将定位钢球的光学成像转换成电子图像；图像采集卡设置在计算机中，用于采集图像传感器转换成的电子图像，输入到计算机中。定位钢球到光学镜头的距离位置为物距，而曲面体层摄影机的光学镜头到图像传感器的距离为像距。

图1示出了根据本发明实施例的基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法的第一流程。

如图1所示，本发明实施例提供的基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法，包括：

步骤S11：通过调整定位钢球在曲面体层摄影机体层域内的位置，使定位钢球通过光学镜头在图像传感器上的电子图像为圆形，与圆形的电子图像相对应的定位钢球的位置即为牙齿及颌骨所在的体层域中心线的位置，该位置同时是光学镜头到定位钢球的物距；其中，光学镜头安装在曲面体层摄影机上，图像传感器设置在光学镜头的像点位置处，光学镜头到图像传感器的距离为像距。

首先，需要将定位钢球入位到曲面体层摄影机的体层域内，即放入曲面体层摄像机的X光放射源与X光图像传感器之间的设计成像区域，由于曲面体层摄像机为固定的系统，因此，X光放射源的位置与图像传感器的位置已固定。移动定位钢球到曲面体层摄影机的X光放射源的距离，即改变定位钢球到图像传感器之间的位置，图像传感器分布采集定位钢球在不同位置时的光学图像，并转化为电子图像。

该图像传感器还与设置在计算机中的图像采集卡连接，图像采集卡用于采集图像传感器转换成的电子图像，并传送给计算机，在计算机中分析定位钢球的电子图像是否为正圆，如果是正圆，说明定位钢球所处的位置刚好是体层域中心线的位置，如果不是正圆，说明定位钢球所处的位置不是体层域中心线的位置，还需继续调整定位钢球在曲面体层摄影机体层域内的位置，直到定位钢球的电子图像是正圆为止。

确定好定位钢球在曲面体层摄影机体层域中心线的位置后，调整安装在曲面体层摄像机上光学镜头的焦距，使定位钢球通过光学镜头所成像在图像传感器上的像最清晰，此时表明，像距与物距成理想的位置对应关系。此时，校正好的光学成像系统的理想物距与曲面体层摄影机的体层域中心线重合。

需要说明的是，如果定位钢球位于体层域中心线的位置时，定位钢球的电子图像为正圆，也就是说，经过圆心的直径均相同，如果定位钢球位于非体层域中心线的位置时，定位钢球的电子图像存在变形，为不规则的圆形，也就是说，经过圆心的直径会不同。在计算机中分析定位钢球的电子图像是否为正圆，也就是判断经过圆心的直径是否相同，如果相同，说明电子图像是正圆，定位钢球处于体层域中心线的位置；如果不相同，说明电子图像不是正圆，定位钢球未处于体层域中心线的位置，还需调整定位钢球的位置。

还需要说明的是，安装在曲面体层摄像机上的光学成像系统校正完毕后，即保证了光学成像系统的物距与曲面体层摄像机的体层域中心线重合后，在后续的针对病人的牙齿及颌骨位置调整的过程中，只需保证牙齿及颌骨在光学成像系统中出现最清晰的像，即：牙齿及颌骨所处位置就为曲面体层摄像机的体层域中心线。

在步骤S11中详细说明了确定定位钢球位置的过程，确定出的定位钢球的位置就是体层域中心线的位置，此时定位钢球所成的X光图像为正圆。确定体层域中心线位置后，校准本发明中安装在曲面体层摄影机上的光学成像系统的光学镜头的焦距，使定位钢球在图像传感器上所成的像最清晰，此时光学成像系统的物距与曲面体层域摄像机的体层域中心线重合，当病人的牙齿及颌骨寻找正确摆放位置时，只需寻找牙齿及颌骨在光学成像系统中的最清晰位置，即满足牙齿及颌骨在位于体层域摄像机的体层域中心线要求。本发明在牙齿及颌骨进行曲面体层摄影之前，先利用光学成像系统定位体层域中心线的位置，然后将牙齿及颌骨入位到体层域摄像机的体层域中心线的位置，之后，再利用曲面体层摄影机对牙齿及颌骨进行曲面体层摄影。

在本发明的一个具体实施方式中，光学成像系统中采用CCD或CMOS作为图像传感器，用于将定位钢球的光学成像转换成电子图像，以便传送到计算机中，进行图像的分析处理。

步骤S12：将牙齿及颌骨入位到体层域中心线的位置，通过图像传感器获取牙齿的电子图像。

根据调校好的光学成像系统使病人的牙齿及颌骨在光学成像系统中成最清晰的像，并成像在图像传感器上，图像传感器将牙齿及颌骨的光学成像转换成电子图像传送到计算机中，并通过监视器分别显示给病人和医生，此时保证了病人的牙齿及颌骨入位到体层域中心线的位置，然后通过曲面体层摄影机对牙齿及颌骨进行曲面体层摄影。

步骤S13：判断牙齿的电子图像是否清晰，如果不清晰，通过微调颌骨的位置，使牙齿的电子图像清晰，完成牙齿及颌骨位置的校正。

牙齿与颌骨是一个整体，本发明以牙齿的清晰度定位颌骨的位置摆放，也就是说，通过微调颌骨的位置而调整牙齿的电子图像的清晰度。

在判断牙齿的电子图像是否清晰的过程中，采用平方梯度函数选择电子图像中心区域各点的灰度值，采用差分平方算法计算电子图像中心区域各点的灰度差分平方值形成单峰曲线，获取单峰曲线的下降速率和上升速率，分别计算电子图像中心区域各点在调焦过程中的下降速率和上升速率，速率变化最快的即为所需要的清晰图像。在牙齿的电子图像清晰后，对牙齿及颌骨的体层摄影。

同理，定位钢球的电子图像是否清晰也可以采用上述方法进行判断。

步骤S14：开启曲面体层摄像机对牙齿及颌骨进行曲面体层摄影。

图2示出了根据本发明实施例的基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法的第二流程。第二流程是在确定出体层域中心线和光学成像系统的最佳成像位置后的的条件下进行的，也就是说，每次对病人进行牙齿及颌骨的体层摄影时，只需将病人的牙齿及颌骨入位到标记出的体层域中心线的位置即可，通过微调颌骨的位置，从而使牙齿的在光学成像系统中电子成像最清晰，即保证了牙齿所在位置与体层与中心线重合，然后再进行体层摄影。

如图2所示，本发明实施例提供的基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法，包括：

步骤S21：病人就位。

病人将牙齿及颌骨的位置摆放好，也就是将牙齿及颌骨入位到体层域中心线的位置，根据本方法安装在曲面体层摄影机上的光学成像系统将牙齿及颌骨成像在图像传感器上，图像传感器将光学成像转换成电子图像。

步骤S22：图像采集。

通过图像采集装置采集图像传感器转换的电子图像，并传入到计算机中。

步骤S23：图像显示。

在计算机的屏幕中显示该电子图像，供病人和医生查看。

步骤S24：判断图像是否清晰；如果是，则执行步骤S25；如果否，则返回步骤S22。

判断牙齿的电子图像是否清晰，如果图像清晰，对牙齿及颌骨拍摄X片；如果图像不清晰，则病人微调颌骨的位置，再重新采集牙齿的电子图像判断清晰度，直到牙齿的电子图像清晰为止。

S25：拍摄X片。

对清晰成像的牙齿及颌骨进行X片拍摄(即进行X光体层摄影)，也就是对位置摆放正确的牙齿及颌骨进行X片拍摄。

上述内容详细地说明了本发明提供的基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法，通过定位钢球将体层域中心线的位置可视化，从而确定的体层域中心线的位置，在将病人的牙齿及颌骨入位到体层域中心线后，再对牙齿及颌骨进行曲面体层摄像，从而减小牙齿及颌骨体层影像的失真度，以及减少病人可能被要求进行多次曲面体层摄像的危险。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法，包括：

通过调整定位钢球在曲面体层摄影机体层域内的位置，使所述定位钢球的X光图像为正圆，确定出的定位钢球的位置即为牙齿及颌骨所在的体层域中心线的位置，之后调整安装在所述曲面体层摄影机上光学系统的光学镜头的焦距，使所述定位钢球通过光学镜头在光学图像传感器所成的像清晰，此时，安装在曲面体层摄像机上的光学系统的光学镜头校正完毕，所述位置同时是所述光学镜头到所述定位钢球的物距；

将牙齿及颌骨入位到体层域中心线的位置，通过所述光学镜头的图像传感器获取牙齿的电子图像；判断所述牙齿的电子图像是否清晰，如果不清晰，通过微调所述牙齿及颌骨的位置，使所述牙齿的电子图像清晰，完成所述牙齿及颌骨位置的校正；

牙齿及颌骨在该位置固定后，此时，再开启X光曲面体层摄影机对所述牙齿及颌骨进行X光拍摄。

2.如权利要求1所述的基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法，

其中，在通过调整定位钢球在所述曲面体层摄影机X光体层域内的位置，确定出X光体层域中心线位置之后，

调节所述光学镜头的焦距，使所述X光体层域中心线处定位钢球的光学电子图像清晰，以使所述物距的位置与所述体层域中心线的位置重合。

3.如权利要求2所述的基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法，

其中，在判断所述牙齿的电子图像和所述定位钢球的电子图像是否清晰的过程中，

采用平方梯度函数选择所述电子图像中心区域各点的灰度值，采用差分平方算法计算所述电子图像中心区域各点的灰度差分平方值形成单峰曲线，获取所述单峰曲线的下降速率和上升速率，分别计算所述电子图像中心区域各点在调焦过程中的下降速率和上升速率，速率变化最快的为清晰的图像。

4.如权利要求1所述的基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法，其中，在通过调整定位钢球在所述X光曲面体层摄影机中体层域内的位置，使所述定位钢球的X光成像为正圆后，

通过图像采集卡采集所述定位钢球的X光电子图像，以确定体层域中心线的位置。

5.如权利要求4所述的基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法，

其中，在所述图像采集卡采集所述定位钢球的X光电子图像之后，

将所述定位钢球的X光电子图像传送给监视器，供医生或病人查看所述X光电子图像。

6.如权利要求4所述的基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法，

其中，在所述图像采集卡采集所述定位钢球的X光电子图像之后，

判断经过所述定位钢球的电子图像的中心点的直径是否相同，如果相同，所述定位钢球的电子图像为圆形：如果不相同，则继续调整所述定位钢球在所述X光曲面体层摄影机体层域内的位置，直到所述定位钢球的电子图像为圆形为止。

7.如权利要求1-6中任一项所述的基于曲面体层摄影的牙齿及颌骨位置的校正方法，其中，所述图像传感器为CCD或CMOS。

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