CN107106117B - 牙齿和牙槽骨的分割与重构方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种牙齿和牙槽骨的分割与重构方法及装置，其中，该方法包括：在口腔三维CT图像中分割出骨骼组织区域(101)；从骨骼组织区域中分割出牙齿与牙槽骨组织区域(102)；从牙齿与牙槽骨组织区域中分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓(103)；根据各独立牙齿的二维轮廓重构各独立牙齿的数字化三维模型，根据牙槽骨的二维轮廓重构牙槽骨的数字化三维模型(104)。该方案可以实现同时分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓，进而实现根据各独立牙齿的二维轮廓重构各独立牙齿的数字化三维模型，根据牙槽骨的二维轮廓重构牙槽骨的数字化三维模型，以利于实现数字化的正畸治疗辅助。

Description

牙齿和牙槽骨的分割与重构方法及装置

技术领域

本发明涉及口腔正畸技术领域，特别涉及一种牙齿和牙槽骨的分割与重构方法及装置。

背景技术

错颌畸形具有较高的发病率。其除了影响患者美观给患者带来心理伤害外，还会影响颌面发育和口腔功能给患者造成身体伤害。口腔正畸学是专门研究错颌畸形的病因、诊断、治疗和预防的学科。

在传统的正畸治疗中，牙颌物理模型是记录患者病案、表达患者牙齿形态的重要工具，也是反映牙颌真实三维解剖结构的最主要途径。对牙颌物理模型的测量、分析和操作是错颌畸形诊断、治疗方案规划和矫治器械设计的主要依据。牙颌物理模型只能提供患者牙冠表面的三维信息，而缺乏正畸治疗所必须的牙根及牙槽骨的三维信息。因此，基于牙颌物理模型的治疗方式难以实现客观、准确的治疗。同时，牙颌物理模型在模型的操作难度、存储寿命、存储空间、传输便利性等方面也存在很大局限性。近年来，口腔电子计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)扫描已逐步在临床正畸治疗中得到广泛应用。利用口腔CT图像重构患者完整牙颌的数字化三维模型并应用于正畸治疗，是解决牙颌物理模型在正畸治疗应用中诸多不足的有效途径。

要实现上述口腔CT图像在正畸治疗中的应用，首先需要从口腔CT图像中分割出各独立牙颌组织，并重构出各独立牙颌组织的数字化三维模型。目前，已有多种从口腔CT图像中实现独立牙齿的分割与重构的系统和方法。然而，这些系统和方法都未涉及牙槽骨的分割问题，从而不能重构出牙槽骨的数字化三维模型。而在正畸治疗应用中，尤其是在治疗方案规划阶段，独立牙齿的数字化三维模型和牙槽骨的数字化三维模型都是必须的。

发明内容

本发明实施例提供一种牙齿和牙槽骨的分割与重构方法，用以同时分割出各独立牙齿的轮廓和牙槽骨的轮廓，并重构各独立牙齿的数字化三维模型和牙槽骨的数字化三维模型。该方法包括：在口腔三维CT图像中分割出骨骼组织区域；

从所述骨骼组织区域中分割出牙齿与牙槽骨组织区域；

从所述牙齿与牙槽骨组织区域中分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓；

根据所述各独立牙齿的二维轮廓重构各独立牙齿的数字化三维模型，根据所述牙槽骨的二维轮廓重构牙槽骨的数字化三维模型。

在一个实施例中，在口腔三维CT图像中分割出骨骼组织区域，包括：

根据所述三维CT图像中像素的灰度值差异，在所述三维CT图像中分割出所述骨骼组织区域，所述骨骼组织区域包括下牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域、上牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域以及其他的颌骨组织区域。

在一个实施例中，从所述骨骼组织区域中分割出牙齿与牙槽骨组织区域，包括：

在三维空间中，对所述骨骼组织区域进行开运算；

在开运算后的骨骼组织区域中对各连通区域的体积进行分析，根据体积大小在所述骨骼组织区域中提取出下牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域和上牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域。

在一个实施例中，从所述牙齿与牙槽骨组织区域中分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓，包括：

从下牙颌或上牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中分别分割出待分割牙颌的各独立牙齿二维轮廓，将待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中除去分割出的各独立牙齿二维轮廓所占区域外的区域确定为牙槽骨区域，从牙槽骨区域提取牙槽骨的二维轮廓。

在一个实施例中，从下牙颌或上牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中分别分割出待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓，包括：

通过以下步骤从下牙颌或上牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中分别分割出待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓：

在已分割出待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域的三维CT图像切片中，选择一张牙冠部位的切片为初始切片，在所述初始切片中，含有待分割牙颌的所有牙齿的完整牙冠：

在所述初始切片中，在待分割牙颌的各牙齿的区域内部分别选择一个像素作为种子点，利用所述种子点从所述初始切片中的牙齿与牙槽骨区域中识别出待分割牙颌的牙齿区域；

在所述识别出的牙齿区域中，获取分离相邻牙齿的分离线，得到所述初始切片中各独立牙齿的二维轮廓；

对已分割出待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域的三维CT图像切片中除了所述初始切片之外的其他切片，循环逐个切片分割出各自切片中待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓，在进行分割操作的当前切片中，以前一切片中分割出的各独立牙齿的二维轮廓作为当前切片中对应的各独立牙齿的初始轮廓，继续进行牙齿轮廓的分割得到当前切片的分割结果，在当前切片分割出待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓为空集时，结束待分割牙颌牙齿逐切片式的分割操作，否则，在后一切片中继续分割待分割牙颌各独立牙齿的二维轮廓。

在一个实施例中，在所述初始切片中，利用所述种子点识别出待分割牙颌的牙齿区域，包括：

将牙齿与牙槽骨组织区域中与所述种子点相交的区域确定为待分割牙颌的牙齿区域。

在一个实施例中，从已分割出待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域的三维CT图像的非所述初始切片中，分割出待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓，包括：

以所述初始切片为界将待分割牙颌的所有切片分为上、下两个部分，以所述初始切片为起始位置，分别朝着向上或向下的分割方向分割各部分中各切片内独立牙齿的二维轮廓；

在进行分割操作的当前切片中，以前一切片分割出的各独立牙齿的二维轮廓作为当前切片中对应各独立牙齿的初始轮廓，继续进行牙齿轮廓的分割得到当前切片的分割结果，包括：

以前一切片中分割出的各独立牙齿的二维轮廓作为当前切片中对应各独立牙齿的初始轮廓，采用水平集算法进行迭代分割得到当前切片的分割结果。

在一个实施例中，在进行分割操作的当前切片中，以前一切片中分割出的各独立牙齿的二维轮廓作为当前切片中对应的各独立牙齿的初始轮廓，采用水平集算法进行迭代分割得到当前切片各独立牙齿的二维轮廓，包括：

以前一切片中分割出的各独立牙齿的二维轮廓作为当前切片中对应的各独立牙齿的初始轮廓，获取相邻牙齿之间的分离线并获取当前切片各牙齿的局部感兴趣区域，其中，每条分离线，将与该分离线对应的待分割牙齿的局部感兴趣区域分为了两个区域，一个区域包含待分割牙齿，另一个区域包含待分割牙齿的相邻牙齿；

在所述各独立牙齿的局部感兴趣区域中包含待分割牙齿的区域内，采用水平集算法迭代分割出待分割牙齿的二维轮廓。

在一个实施例中，获取分离相邻牙齿的分离线，包括：

利用拉东变换获取相邻牙齿之间的分离线。

在一个实施例中，在当前切片分割出的各独立牙齿的二维轮廓为空集时，结束当前分割方向上各切片牙齿的分割操作，确定当前切片和沿当前分割方向在当前切片之后的各切片中不存在牙齿区域，确定当前切片和沿当前分割方向在当前切片之后的各切片中，待分割牙颌的牙齿与牙槽骨区域都为牙槽骨区域，提取出牙槽骨的二维轮廓。

本发明实施例还提供一种牙齿和牙槽骨的分割与重构装置，用以同时分割出各独立牙齿的轮廓和牙槽骨的轮廓，并重构各独立牙齿的数字化三维模型和牙槽骨的数字化三维模型。该装置包括：骨骼组织分割模块，用于在口腔三维CT图像中分割出骨骼组织区域；

牙齿与牙槽骨组织分割模块，用于从所述骨骼组织区域中分割出牙齿与牙槽骨组织区域；

轮廓分割模块，用于从所述牙齿与牙槽骨组织区域中分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓；

模型重构模块，用于根据所述各独立牙齿的二维轮廓重构各独立牙齿的数字化三维模型，根据所述牙槽骨的二维轮廓重构牙槽骨的数字化三维模型。

本发明实施例中，通过在口腔三维CT图像中分割出骨骼组织，进而从骨骼组织中分割出牙齿与牙槽骨组织，最后再从牙齿与牙槽骨组织中分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓，使得可以实现同时分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓，进而实现根据各独立牙齿的二维轮廓重构各独立牙齿的数字化三维模型，根据牙槽骨的二维轮廓重构牙槽骨的数字化三维模型，以利于实现数字化的正畸治疗辅助。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种牙齿和牙槽骨的分割与重构方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种牙齿与牙槽骨组织的分割提取流程图；

图3是本发明实施例提供的一种对单颌的口腔三维CT图像逐切片进行各独立牙齿轮廓分割的流程图；

图4是本发明实施例提供的一种非初始切片进行各独立牙齿轮廓分割的流程图；

图5是本发明实施例提供的一种牙齿和牙槽骨的分割与重构装置的结构图。

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明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明实施例中，提供了一种牙齿和牙槽骨的分割与重构方法的流程图，如图1所示，该牙齿和牙槽骨的分割与重构方法包括：

步骤101：在口腔三维CT图像中分割出骨骼组织区域；

步骤102：从所述骨骼组织区域中分割出牙齿与牙槽骨组织区域；

步骤103：从所述牙齿与牙槽骨组织区域中分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓；

步骤104：根据所述各独立牙齿的二维轮廓重构各独立牙齿的数字化三维模型，根据所述牙槽骨的二维轮廓重构牙槽骨的数字化三维模型。

由图1可以得知，在本发明实施例中，通过在口腔三维CT图像中分割出骨骼组织区域，然后从骨骼组织区域中分割出牙齿与牙槽骨组织区域，再从牙齿与牙槽骨组织区域中分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓，使得可以实现同时分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓，进而实现根据各独立牙齿的二维轮廓重构各独立牙齿的数字化三维模型，根据牙槽骨的二维轮廓重构牙槽骨的数字化三维模型，以利于实现数字化的正畸治疗辅助，使得在进行数字化的计算机正畸治疗辅助中，医师进行正畸治疗方案规划时可以对各独立牙齿进行交互式操作，同时，由于牙齿的牙根部位是固定和埋藏在牙槽骨中的，在治疗方案规划的排牙阶段时，可以保证牙齿的牙冠与牙根排列整齐外，还可以使牙根与牙槽骨保持良好的位置关系。

具体实施时，可以采用Marching Cube等表面网格重构方法，重构得到各独立牙齿以及牙槽骨的三维表面面片模型，或采用NURBS等曲面拟合方法，重构得到各独立牙齿以及牙槽骨的三维曲面模型。

为了实现可以同时分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓，本申请提出先在口腔三维CT图像中分割出骨骼组织区域，再基于骨骼组织区域进行各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓的分割，具体的，在本实施例中，在口腔三维CT图像中分割出骨骼组织区域，包括：根据所述三维CT图像中像素的灰度值差异，在所述三维CT图像中分割出所述骨骼组织区域，所述骨骼组织区域包括下牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域、上牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域以及其他的颌骨组织区域。发明人发现口腔三维CT图像像素由骨骼组织、软组织和空气等几类目标像素构成，其中，骨骼组织的像素与软组织和空气的像素相比，具有较高的灰度，且像素灰度值差异较大。因此，提出骨骼组织区域的分割可根据像素的灰度值差异直接在CT图像三维空间中进行分割，也可在二维CT切片上逐切片地进行分割。分割方法例如可采用阈值分割、分水岭、区域生长、水平集等分割方法。分割出的骨骼组织区域由下牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域、上牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域及其他的颌骨组织区域等多个部分构成。

为了实现可以同时分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓，还需要从骨骼组织区域中分割出牙齿与牙槽骨组织区域，具体的，在本实施例中，从所述骨骼组织区域中分割出牙齿与牙槽骨组织区域，包括：首先，在三维空间中，对所述骨骼组织区域进行开运算；然后，在开运算后的骨骼组织区域中对各连通区域的体积进行分析，根据体积大小在所述开运算后的骨骼组织区域中提取出下牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域和上牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域。例如，如图2所示，通过以下步骤分割出牙齿与牙槽骨组织区域：

步骤201：所述三维CT图像；

步骤202：在所述三维CT图像中，分割出骨骼组织区域；

步骤203：对所述骨骼组织区域进行开运算；

步骤204：骨骼组织区域进行开运算后，可以发现各连通区域中，体积最大的区域是下牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域，其次是上牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域，因此，在骨骼组织区域进行开运算后，进行三维连通区域体积的大小分析；

步骤205：根据体积的大小，提取出体积最大区域；

步骤206：提取出下牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域；

步骤207：根据体积的大小，提取出体积第二大区域；

步骤208：提取出上牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域。

分割出下牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域和上牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域后，则可以依次或并行地从各牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中同时分割出其中的各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓，具体的，只要从待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中分割出各独立牙齿的二维轮廓，即可同时得到牙槽骨的二维轮廓，或者，只要从待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中分割出牙槽骨的二维轮廓，即可同时得到各独立牙齿的二维轮廓。因此，本发明通过从待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中分割出各独立牙齿的二维轮廓，将待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中除去分割出的各独立牙齿二维轮廓所占区域外的区域确定为牙槽骨区域，从牙槽骨区域提取牙槽骨的二维轮廓，从而实现待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中各独立牙齿二维轮廓和牙槽骨二维轮廓的同时分割。

具体实施时，如图3所示，从下牙颌或上牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中分割出待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓，包括：通过以下步骤从所述待分割牙颌(例如，下牙颌或上牙颌)的牙齿与牙槽骨组织区域中分割出待分割牙颌各独立牙齿的二维轮廓：

步骤301：在已提取出待分割牙颌(上牙颌或下牙颌)的牙齿与牙槽骨组织区域的三维CT图像切片中，选择一张牙冠部位的切片为初始切片，分割将从这张初始切片开始。初始切片应尽量从靠近牙颈部位的牙冠切片中选择。在所述初始切片中，含有待分割牙颌牙列所有牙齿的完整牙冠，同时初始切片中待分割牙颌的牙齿区域与牙槽骨区域不相连，若存在牙齿区域与牙槽骨区域相连，则可以绘制牙冠与牙槽骨间边界的曲线，将相连的牙齿与牙槽骨分割开。例如，对于上牙颌牙列，牙冠不会与牙槽骨组织相连；但对于下牙颌牙列，磨牙的牙冠可能与牙槽骨组织相连，此时就可以手动地绘制牙冠与牙槽骨的边界，将相连的牙冠与牙槽骨分割开。

步骤302：在所述初始切片中，牙齿区域与牙槽骨区域不再相连。在所述初始切片中的待分割牙颌各牙齿的区域内分别选择一个像素作为种子点，利用种子点识别出待分割牙颌的牙齿区域。具体的，例如，可以手动在所述初始切片中的各牙齿区域内分别选择一个种子点，该种子点可以是一个像素也可以是像素区域；所述初始切片中，将牙齿与牙槽骨组织区域中与所述种子点相交的区域确定为待分割牙颌的牙齿区域。

步骤303：在从所述初始切片提取出的牙齿区域中，相邻的牙齿可能相互粘连在一起，从而造成独立牙齿分割失败，为此，获取相邻牙齿的分离线，从而将相邻牙齿分离开，得到所述初始切片中各独立牙齿的二维轮廓。具体的，可以利用Radon(拉东)变换求取相邻牙齿间的分离线，该分离线将相邻的牙齿分离为独立的个体，从而得到初始切片中各独立牙齿的二维轮廓，也可以采用其他方法求取相邻牙齿间的分离线。

步骤304：对已分割出待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域的三维CT图像切片中除了所述初始切片之外的其他切片，循环逐个切片分割出各自切片中待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓，在进行分割操作的当前切片中，以前一切片中分割出的各独立牙齿的二维轮廓为当前切片中对应的各独立牙齿的初始轮廓，继续进行牙齿轮廓的分割得到当前切片的分割结果，在当前切片分割出待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓为空集时，结束待分割牙颌牙齿逐切片式的分割操作，否则，在后一切片中继续分割待分割牙颌各独立牙齿的二维轮廓。

具体的，在步骤304中，以所述初始切片为界将待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域的三维CT图像切片分为了上、下两个部分，对所述上、下两部分切片的分割，以所述初始切片为起点，分别朝着向上的分割方向和向下的分割方向逐切片地完成上、下两部分中各切片内独立牙齿二维轮廓的分割。同时，在进行分割操作的当前切片中，以前一切片(如当前切片是第二个切片，则前一切片为初始切片)中分割出的各独立牙齿的二维轮廓作为当前切片对应各牙齿的初始轮廓，利用水平集算法迭代分割得到各牙齿的二维轮廓。若所述进行分割操作的当前切片的分割结果中，牙列各牙齿的轮廓都为空集，则结束该分割方向(向上或向下的分割方向)上后续切片牙齿轮廓的分割，确定当前切片和沿当前分割方向在当前切片之后的各切片中不存在牙齿区域，确定当前切片和沿当前分割方向在当前切片之后的各切片中，待分割牙颌的牙齿与牙槽骨区域都为牙槽骨区域，提取出牙槽骨的二维轮廓；否则，将当前切片的分割结果传递到后一切片，对后一切片重复上述分割过程。

具体实施时，由所述初始切片划分得到的上、下两部分图像切片的分割可以并行进行，也可以先后依次进行。

具体实施时，在上述步骤304中，对于非初始切片，各切片中为了实现全自动地分割出各独立牙齿的二维轮廓，同时提高牙齿分割精度，在进行分割操作的当前切片中，以前一切片中分割出的各独立牙齿的二维轮廓作为对应各牙齿的初始轮廓，采用水平集算法迭代分割得到当前切片各独立牙齿二维轮廓的分割结果，包括：以前一切片中分割出的各独立牙齿的二维轮廓作为当前切片中对应各牙齿的初始轮廓，获取相邻牙齿之间的分离线以及各牙齿的局部感兴趣区域；对于所述每条分离线，其将与该分离线对应的待分割牙齿的局部感兴趣区域分为两个区域，一个区域包含待分割牙齿，另一个区域包含待分割牙齿的相邻牙齿。在所述局部感兴趣区域内的两区域中只有包含待分割牙齿的区域才是待分割牙齿轮廓的可行域。在所述局部感兴趣区域内包含待分割牙齿的区域中，采用水平集算法迭代分割出待分割牙齿的二维轮廓。具体的，如图4所示，在进行分割操作的当前切片中，通过以下步骤得到当前切片中各独立牙齿的二维轮廓：

步骤401：已提取出待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域的当前切片；

步骤402：获取前一切片中分割出的各独立牙齿的二维轮廓；

步骤403：以前一切片中分割出的各独立牙齿的二维轮廓为当前切片中对应的各独立牙齿的初始轮廓，获取相邻牙齿之间的分离线，并获取当前切片各牙齿的局部感兴趣区域，其中，对于每条分离线，其将与该分离线对应的待分割牙齿的局部感兴趣区域分为了两个区域，一个区域包含待分割牙齿，另一个区域包含待分割牙齿的相邻牙齿；

步骤404：在待分割牙齿局部感兴趣区域内包含该牙齿的区域中，采用水平集算法通过水平集迭代分割出待分割牙齿的二维轮廓，具体实施时，针对各牙齿在其局部感兴趣区域内包含该牙齿的区域中的分割可并行进行，也可依次串行进行。

步骤405：得到当前切片中各独立牙齿的二维轮廓。

在本发明实施例中，还提供了一种牙齿和牙槽骨的分割与重构装置，如图5所示，该牙齿和牙槽骨的分割与重构装置，包括：

骨骼组织分割模块501，用于在口腔三维电子计算机断层扫描CT图像中分割出骨骼组织区域；具体的，骨骼组织分割模块501是牙齿和牙槽骨的分割与重构装置中负责完成分割骨骼组织区域功能的部分，可以是软件、硬件或二者的结合，例如可以是完成该图像分割功能的处理芯片等元器件。

牙齿与牙槽骨组织分割模块502，用于从所述骨骼组织区域中分割出牙齿与牙槽骨组织区域；具体的，牙齿与牙槽骨组织分割模块502是牙齿和牙槽骨的分割与重构装置中负责完成牙齿与牙槽骨组织区域分割功能的部分，可以是软件、硬件或二者的结合，例如可以是完成该图像分割功能的处理芯片等元器件。

轮廓分割模块503，用于从所述牙齿与牙槽骨组织区域中分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓；具体的，轮廓分割模块503是牙齿和牙槽骨的分割与重构装置中负责完成牙齿与牙槽骨轮廓分割功能的部分，可以是软件、硬件或二者的结合，例如可以是完成该图像分割功能的处理芯片等元器件。

模型重构模块504，用于根据所述各独立牙齿的二维轮廓重构各独立牙齿的数字化三维模型，根据所述牙槽骨的二维轮廓重构牙槽骨的数字化三维模型。具体的，模型重构模块504是牙齿和牙槽骨的分割与重构装置中负责完成模型重构功能的部分，可以是软件、硬件或二者的结合，例如可以是完成该模型重构功能的处理芯片等元器件。

在本发明实施例中，通过在口腔三维CT图像中分割出骨骼组织区域，进而从骨骼组织区域中分割出牙齿与牙槽骨组织区域，最后再从牙齿与牙槽骨组织区域中分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓，使得可以实现同时分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓，进而实现根据各独立牙齿的二维轮廓重构各独立牙齿的数字化三维模型，根据牙槽骨的二维轮廓重构牙槽骨的数字化三维模型，以利于实现数字化的正畸治疗辅助，使得在进行数字化的计算机正畸治疗辅助中，医师进行正畸治疗方案规划时可以对各独立牙齿进行交互式操作，同时，由于牙齿的牙根部位是固定和埋藏在牙槽骨中的，在治疗方案规划的排牙阶段时，可以保证牙齿的牙冠与牙根排列整齐外，还可以使牙根与牙槽骨保持良好的位置关系。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种牙齿和牙槽骨的分割与重构方法，其特征在于，包括：

在口腔电子计算机断层扫描三维CT图像中分割出骨骼组织区域；

从所述骨骼组织区域中分割出牙齿与牙槽骨组织区域；

从所述牙齿与牙槽骨组织区域中分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓；

根据所述各独立牙齿的二维轮廓重构各独立牙齿的数字化三维模型，根据所述牙槽骨的二维轮廓重构牙槽骨的数字化三维模型；

其中，从所述牙齿与牙槽骨组织区域中分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓包括：从下牙颌或上牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中分别分割出待分割牙颌的各独立牙齿二维轮廓，将待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中除去分割出的各独立牙齿二维轮廓所占区域外的区域确定为牙槽骨区域，从牙槽骨区域提取牙槽骨的二维轮廓；

其中，从下牙颌或上牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中分别分割出待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓包括：

在已 分割出待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域的三维CT图像切片中，选择一张牙冠部位的切片为初始切片，在所述初始切片中，含有待分割牙颌牙列所有牙齿的完整牙冠；

在所述初始切片中，在待分割牙颌的各牙齿的区域内部分别选择一个像素作为种子点，利用所述种子点从所述初始切片中的牙齿与牙槽骨区域中识别出待分割牙颌的牙齿区域；

在所述识别出的牙齿区域中，获取分离相邻牙齿的分离线，得到所述初始切片中待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓；

对已 分割出待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域的三维CT图像切片中除了所述初始切片之外的其他切片，循环逐个切片分割出各自切片中待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓，在进行分割操作的当前切片中，以前一切片中分割出的各独立牙齿的二维轮廓作为当前切片中对应的各独立牙齿的初始轮廓，继续进行牙齿轮廓的分割得到当前切片的分割结果，在当前切片分割出待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓为空集时，结束待分割牙颌牙齿逐切片式的分割操作，否则，在后一切片中继续分割待分割牙颌各独立牙齿的二维轮廓。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在口腔三维CT图像中分割出骨骼组织区域，包括：

根据所述三维CT图像中像素的灰度值差异，在所述三维CT图像中分割出所述骨骼组织区域，所述骨骼组织区域包括下牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域、上牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域以及其他的颌骨组织区域。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，从所述骨骼组织区域中分割出牙齿与牙槽骨组织区域，包括：

在三维空间中，对所述骨骼组织区域进行开运算；

在开运算后的骨骼组织区域中对各连通区域的体积进行分析，根据体积大小在所述骨骼组织区域中提取出下牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域和上牙颌的牙齿与牙槽骨连通组织区域。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述初始切片中，利用所述种子点识别出待分割牙颌的牙齿区域，包括：

将牙齿与牙槽骨组织区域中与所述种子点相交的区域确定为待分割牙颌的牙齿区域。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从已 分割出待分割牙颌牙齿与牙槽骨组织区域的三维CT图像的非所述初始切片中，分割出待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓，包括：

以所述初始切片为界将待分割牙颌的所有切片分为上、下两个部分，以所述初始切片为起始位置，分别朝着向上或向下的分割方向分割各部分中的各切片内独立牙齿的二维轮廓；

在进行分割操作的当前切片中，以前一切片分割出的各独立牙齿的二维轮廓作为当前切片中对应各独立牙齿的初始轮廓，继续进行牙齿轮廓的分割得到当前切片的分割结果，包括：

以前一切片中分割出的各独立牙齿的二维轮廓作为当前切片中对应各独立牙齿的初始轮廓，采用水平集算法迭代分割得到当前切片的分割结果。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在进行分割操作的当前切片中，以前一切片中分割出的各独立牙齿的二维轮廓作为当前切片中对应的各独立牙齿的初始轮廓，采用水平集算法迭代分割得到当前切片各独立牙齿的二维轮廓，包括：

以前一切片中分割出的各独立牙齿的二维轮廓为当前切片中对应的各独立牙齿的初始轮廓，获取相邻牙齿之间的分离线并获取当前切片各牙齿的局部感兴趣区域，其中，对于每条分离线，其将与该分离线对应的待分割牙齿的局部感兴趣区域分为了两个区域，一个区域包含待分割牙齿，另一个区域包含待分割牙齿的相邻牙齿；

在待分割牙齿的局部感兴趣区域中包含待分割牙齿的区域内，采用水平集算法迭代分割出待分割牙齿的二维轮廓。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获取分离相邻牙齿的分离线，包括：

利用拉东变换获取分离相邻牙齿的分离线。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在当前切片分割出的各独立牙齿的二维轮廓为空集时，结束当前分割方向上各切片牙齿的分割操作，确定当前切片和沿当前分割方向在当前切片之后的各切片中不存在牙齿区域，确定当前切片和沿当前分割方向在当前切片之后的各切片中，待分割牙颌的牙齿与牙槽骨区域都为牙槽骨区域，提取出牙槽骨的二维轮廓。

9.一种牙齿和牙槽骨的分割与重构装置，其特征在于，包括:

骨骼组织分割模块，用于在口腔三维电子计算机断层扫描CT图像中分割出骨骼组织区域；

牙齿与牙槽骨组织分割模块，用于从所述骨骼组织区域中分割出牙齿与牙槽骨组织区域；

轮廓分割模块，用于从所述牙齿与牙槽骨组织区域中分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓；

模型重构模块，用于根据所述各独立牙齿的二维轮廓重构各独立牙齿的数字化三维模型，根据所述牙槽骨的二维轮廓重构牙槽骨的数字化三维模型；

其中，从所述牙齿与牙槽骨组织区域中分割出各独立牙齿的二维轮廓和牙槽骨的二维轮廓包括：从下牙颌或上牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中分别分割出待分割牙颌的各独立牙齿二维轮廓，将待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中除去分割出的各独立牙齿二维轮廓所占区域外的区域确定为牙槽骨区域，从牙槽骨区域提取牙槽骨的二维轮廓；

其中，从下牙颌或上牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域中分别分割出待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓包括：

在已 分割出待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域的三维CT图像切片中，选择一张牙冠部位的切片为初始切片，在所述初始切片中，含有待分割牙颌牙列所有牙齿的完整牙冠；

在所述初始切片中，在待分割牙颌的各牙齿的区域内部分别选择一个像素作为种子点，利用所述种子点从所述初始切片中的牙齿与牙槽骨区域中识别出待分割牙颌的牙齿区域；

在所述识别出的牙齿区域中，获取分离相邻牙齿的分离线，得到所述初始切片中待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓；

对已 分割出待分割牙颌的牙齿与牙槽骨组织区域的三维CT图像切片中除了所述初始切片之外的其他切片，循环逐个切片分割出各自切片中待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓，在进行分割操作的当前切片中，以前一切片中分割出的各独立牙齿的二维轮廓作为当前切片中对应的各独立牙齿的初始轮廓，继续进行牙齿轮廓的分割得到当前切片的分割结果，在当前切片分割出待分割牙颌的各独立牙齿的二维轮廓为空集时，结束待分割牙颌牙齿逐切片式的分割操作，否则，在后一切片中继续分割待分割牙颌各独立牙齿的二维轮廓。

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