CN111161147B

CN111161147B - 基于前牙修正的牙科cbct图像的全景拼接方法

Info

Publication number: CN111161147B
Application number: CN201911371838.0A
Authority: CN
Inventors: 田方俊; 曹洪玮; 杨振华
Original assignee: Changzhou Boen Zhongding Medical Technology Co ltd
Current assignee: Changzhou Boen Zhongding Medical Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2023-08-22
Anticipated expiration: 2039-12-27
Also published as: CN111161147A

Abstract

本发明提供了一种基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法，包括以下步骤：S1，通过CBCT获取牙弓的图像数据，其中，CBCT根据预设轨迹扫描牙弓；S2，根据图像数据初始化牙弓中前牙的倾斜角度；S3，根据预设轨迹和倾斜角度计算并修正图像数据的全景拼接系数；S4，根据修正后的全景拼接系数和图像数据得到牙弓的全景图；S5，判断全景图中前牙的尺寸是否符合放大倍率；S6，若全景图中前牙的尺寸符合放大倍率，则输出牙弓的全景图；S7，若全景图中前牙的尺寸不符合放大倍率，则修正前牙的倾斜角度，并返回步骤S3。本发明能够解决因前牙位置不准确而导致全景图较为模糊的问题，从而能够提高全景图的空间分辨率和图像质量。

Description

基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法

技术领域

本发明涉及图像的全景拼接技术领域，具体涉及一种基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法。

背景技术

目前的牙科全景系统，大多是基于层析理论得到全景图像的。但是，在根据该理论得到牙科全景图像时，往往因为牙弓线偏离焦点层，而导致得到的牙科全景图像较为模糊。尤其是在牙科全景系统中，前牙的位置变化幅度是最大的，对牙科全景图像质量的影响尤为明显。

然而，目前常用的牙科全景图像的拼接策略大多时根据现有的牙科图像进行的，而不对前牙处的拼接系数进行修正，往往导致拼接得到的牙科全景图形较为模糊。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种基于前牙修正的牙科CBCT(Cone beam CT，锥形束投照计算机重组断层影像设备)图像的全景拼接方法，能够解决因前牙位置不准确而导致全景图较为模糊的问题，从而能够提高全景图的空间分辨率和图像质量。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法，包括以下步骤：S1，通过CBCT获取牙弓的图像数据，其中，所述CBCT根据预设轨迹扫描所述牙弓；S2，根据所述图像数据初始化所述牙弓中前牙的倾斜角度；S3，根据所述预设轨迹和所述倾斜角度计算并修正所述牙弓图像数据的全景拼接系数；S4，根据修正后的全景拼接系数和所述图像数据得到所述牙弓的全景图；S5，判断所述全景图中前牙的尺寸是否符合放大倍率；S6，若所述全景图中前牙的尺寸符合放大倍率，则输出所述牙弓的全景图；S7，若所述全景图中前牙的尺寸不符合放大倍率，则修正所述前牙的倾斜角度，并返回步骤S3。

根据本发明实施例的基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法，先通过CBCT根据预设轨迹扫描牙弓以获取牙弓的图像数据，并根据图像数据初始化牙弓中前牙的倾斜角度，其次根据预设轨迹和倾斜角度计算并修正图像数据的全景拼接系数，然后根据修正后的全景拼接系数和图像数据得到牙弓的全景图，最后判断全景图中前牙的尺寸是否符合放大倍率，若全景图中前牙的尺寸不符合放大倍率，则修正前牙的倾斜角度，重新计算全景拼接系数以拼接图像数据，由此，能够解决因前牙位置不准确而导致全景图较为模糊的问题，从而能够提高全景图的空间分辨率和图像质量。

另外，根据本发明上述实施例提出的基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述图像数据为所述牙弓的条状图。

根据本发明的一个实施例，根据修正后的全景拼接系数依次叠加所述条状图得到所述牙弓的全景图。

根据本发明的一个实施例，根据所述预设轨迹和所述倾斜角度计算全景拼接系数的计算公式为：

其中，θ为所述CBCT扫描所述牙弓的射线源射线的移动角度，d为所述射线源射线的旋转中心到所述牙弓的曲线的距离，c为移动前的射线源射线与移动后的射线源射线的交点到移动前的射线源射线旋转中心的距离，h为移动前的射线源射线与所述牙弓曲线的交点到移动后的射线源射线与所述牙弓曲线的交点的连线在移动后的射线源射线上的投影。

进一步地，根据简化后的全景拼接系数的计算公式得到修正后的全景拼接系数的计算公式为：

x＝f(d,θ)。

进一步地，若射线源射线的旋转中心到所述前牙的倾斜平面的距离在所述前牙的中心平面的下面，则将：

代入x＝f(d,θ)，以计算修正后的全景拼接系数。

其中，φ为所述牙弓中前牙的中心平面和倾斜平面的夹角。

进一步地，若射线源射线的旋转中心到所述前牙的倾斜平面的距离在所述前牙的中心平面的上面，则将：

代入x＝f(d,θ)，以计算修正后的全景拼接系数。

附图说明

图1为本发明实施例的基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法的流程图；

图2为本发明一个实施例的图像数据的全景拼接系数的计算模型；

图3为本发明一个实施例的图像数据的全景拼接系数的修正模型。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法的流程图。

如图1所示，本发明实施例的基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法，包括以下步骤：

S1，通过CBCT获取牙弓的图像数据，其中，CBCT根据预设轨迹扫描牙弓。

其中，获取的牙弓图像数据可为条状图。

S2，根据图像数据初始化牙弓中前牙的倾斜角度。

S3，根据预设轨迹和倾斜角度计算并修正图像数据的全景拼接系数。

其中，对于图像数据的全景拼接系数的计算可参照图2所示的图像数据的全景拼接系数的计算模型。

具体地，如图2所示，CBCT用于扫描牙弓的射线源S₁发出的射线与牙弓曲线交于点A，并投影在对应的探测器T₁上，进一步地，可将CBCT用于扫描牙弓的射线源S₁发出的射线的移动角度θ，并将此时的射线源记为S₂，对应的探测器记为T₂，则此时射线源S₂发出的射线与射线源S₁发出的射线交于点C，并与牙弓曲线交于点B，同时投影在对应的探测器T₂的D点位置，此外，射线源S₂发出的射线经过点A可投影在探测器T₂的E点位置。其中，线段DE即为全景拼接系数，可记为x。

进一步地，如图2所示，根据三角形的相似原理可得到：

其中，M为点A在射线源S₂发出的射线上的投影。

进一步地，其中

AM＝ACsinθ

S₂D＝source_to_det ector

S₂M＝S₂O₂+O₂M＝source_to_rotation+O₂M

其中，O₁为射线源S₁的旋转中心，O₂为射线源S₂的旋转中心。

进一步地，其中

AC＝d+c

其中，d为射线源S₁的旋转中心O₁到牙弓曲线的距离，c为交点C到旋转中心O₁的距离。

进一步地，为了便于描述，如图2所示，可令AO₁＝d，CO₁＝c，MO₂＝f，MB＝h，NO₂＝a，NC＝b，O₁O₂＝e，其中，N为旋转中心O₁在射线源S₂发出的射线上的投影。

进一步地，其中

O₁N＝esinα

其中，α为射线源S₂发出的射线与图2所示的中线的夹角。

进一步地，其中

c＝O₁N/sinθ＝e sinα/sinθ

a＝ecosα

b＝ecosαcosθ/sinθ

h＝CB-CM＝(d+a+b)-(d+c)cosθ

综上所述，可得到计算全景拼接系数的计算公式：

其中，对于图像数据的全景拼接系数的修正可参照图3所示的图像数据的全景拼接系数的修正模型。

具体地，若射线源S₁发出的射线的移动角度θ小于阈值，则忽略h值和c值，简化全景拼接系数的计算公式：

进一步地，如图3所示，可知全景拼接系数x即为射线源S的旋转中心O到牙弓曲线的距离的函数：

x＝f(d,θ)。

进一步地，如图3所示，当前牙的中心平面，即非倾斜面倾斜φ角度时，并假设探测器一个像素的尺寸为P，可计算出：

进一步地，如图3所示，若旋转中心O到前牙的倾斜平面的距离在前牙的中心平面，即非倾斜面的下面，则将：

代入x＝f(d,θ)，以计算修正后的全景拼接系数。

其中，φ为前牙的中心平面和倾斜平面的夹角。

进一步地，如图3所示，若旋转中心O到前牙的倾斜平面的距离在前牙的中心平面，即非倾斜面的上面，则将：

代入x＝f(d,θ)，以计算修正后的全景拼接系数。

通过利用前牙的倾斜平面、射线源发出的射线和探测器之间的几何关系，对图像数据的全景拼接系数，即图像数据中相邻图像拼接时的拼接系数进行了修正，从而能够提高全景图中前牙图像的质量。

S4，根据修正后的全景拼接系数和图像数据得到牙弓的全景图。

具体地，可根据修正后的全景拼接系数将牙弓的图像数据，即条状图进行依次叠加，以得到牙弓的全景图。通过修正前牙处的全景拼接系数，能够解决全景图中前牙图形较为模糊的问题。

S5，判断全景图中前牙的尺寸是否符合放大倍率。

具体地，可将全景图中前牙的尺寸与体模前牙实际尺寸进行比较，以判断全景图中前牙的尺寸是否符合放大倍率。

S6，若全景图中前牙的尺寸符合放大倍率，则输出牙弓的全景图。

S7，若全景图中前牙的尺寸不符合放大倍率，则修正前牙的倾斜角度，并返回步骤S3。

具体地，可根据修正后的前牙倾斜角度和预设轨迹重新计算并修正图像数据的全景拼接系数，具体过程参照上述步骤S3，为避免重复这里不在进行赘述。进一步根据新得到的全景拼接系数执行步骤S4和S5，直至得到的全景图中的前牙尺寸符合放大倍率，输出相应的全景图。

根据本发明实施例提出的基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法，先通过CBCT根据预设轨迹扫描牙弓以获取牙弓的图像数据，并根据图像数据初始化牙弓中前牙的倾斜角度，其次根据预设轨迹和倾斜角度计算并修正图像数据的全景拼接系数，然后根据修正后的全景拼接系数和图像数据得到牙弓的全景图，最后判断全景图中前牙的尺寸是否符合放大倍率，若全景图中前牙的尺寸不符合放大倍率，则修正前牙的倾斜角度，重新计算全景拼接系数以拼接图像数据，由此，能够解决因前牙位置不准确而导致全景图较为模糊的问题，从而能够提高全景图的空间分辨率和图像质量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，通过CBCT获取牙弓的图像数据，其中，所述CBCT根据预设轨迹扫描所述牙弓；

S2，根据所述图像数据初始化所述牙弓中前牙的倾斜角度；

S3，根据所述预设轨迹和所述倾斜角度计算并修正所述图像数据的全景拼接系数，其中，根据所述预设轨迹和所述倾斜角度计算全景拼接系数的计算公式为：

其中，θ为所述CBCT扫描所述牙弓的射线源射线的移动角度，d为所述射线源射线的旋转中心到所述牙弓的曲线的距离，c为移动前的射线源射线与移动后的射线源射线的交点到移动前的射线源射线旋转中心的距离，h为移动前的射线源射线与所述牙弓曲线的交点到移动后的射线源射线与所述牙弓曲线的交点的连线在移动后的射线源射线上的投影；

S4，根据修正后的全景拼接系数和所述图像数据得到所述牙弓的全景图；

S5，判断所述全景图中前牙的尺寸是否符合放大倍率；

S6，若所述全景图中前牙的尺寸符合放大倍率，则输出所述牙弓的全景图；

S7，若所述全景图中前牙的尺寸不符合放大倍率，则修正所述前牙的倾斜角度，并返回步骤S3。

2.根据权利要求1所述的基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法，其特征在于，所述图像数据为所述牙弓的条状图。

3.根据权利要求2所述的基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法，其特征在于，其中，根据修正后的全景拼接系数依次叠加所述条状图得到所述牙弓的全景图。

4.根据权利要求1所述的基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法，其特征在于，其中，若所述射线源射线的旋转角度小于阈值，则忽略h值和c值，简化所述全景拼接系数的计算公式：

5.根据权利要求4所述的基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法，其特征在于，其中，根据简化后的全景拼接系数的计算公式得到修正后的全景拼接系数的计算公式为：

x＝f(d,θ)。

6.根据权利要求5所述的基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法，其特征在于，其中，若射线源射线的旋转中心到所述前牙的倾斜平面的距离在所述前牙的中心平面的下面，则将：

代入x＝f(d,θ)，以计算修正后的全景拼接系数，

其中，φ为所述牙弓中前牙的中心平面和倾斜平面的夹角。

7.根据权利要求5所述的基于前牙修正的牙科CBCT图像的全景拼接方法，其特征在于，其中，若射线源射线的旋转中心到所述前牙的倾斜平面的距离在所述前牙的中心平面的上面，则将：

代入x＝f(d,θ)，以计算修正后的全景拼接系数。