CN111388125B - 一种口腔正畸治疗前后牙齿移动量计算方法和装置 - Google Patents

一种口腔正畸治疗前后牙齿移动量计算方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种口腔正畸治疗前后牙齿移动量计算方法和装置。该方法包括：基于治疗前口腔透视图像和治疗后的面部扫描图像通过配准得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后面部软组织模型；基于治疗后的面部扫描图像和治疗后的牙冠激光扫描图像通过配准对齐得到同一坐标系下治疗后牙冠模型及治疗后面部软组织模型；基于同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后牙冠模型，将治疗前的各牙齿独立地配准到治疗后的牙冠模型上，获得治疗后的各牙齿模型，继而计算获得正畸治疗前后各牙齿的移动量。本发明基于多源口腔三维图像，仅需在治疗前对患者进行一次口腔透视图像扫描即可实现治疗前后牙齿整体移动量的精确计算。

Description

一种口腔正畸治疗前后牙齿移动量计算方法和装置
技术领域
本发明涉及口腔正畸技术领域，更具体地，涉及一种口腔正畸治疗前后牙齿移动量计算方法和装置。
背景技术
错颌畸形具有较高的发病率，严重危害口腔健康。错颌畸形除了影响美观给患者带来心理伤害外，还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。临床口腔正畸治疗是通过在错颌畸形患者口内安装佩戴矫治器械，从而使牙齿在力的作用下发生移动，恢复牙齿正常的排列和咬合关系。口腔正畸治疗前后牙齿移动量是客观评价正畸治疗效果的重要依据，建立口腔正畸治疗前后牙齿移动的精确量化方法对口腔正畸学研究及临床口腔正畸治疗具有重要意义。
现有技术主要使用单种口腔三维图像来实现口腔正畸治疗前后牙齿移动量的计算，通常可分为两类：基于牙模或口内激光扫描图像的方法和基于口腔CT图像的方法。
对于基于牙模或口内激光扫描图像的方法，其利用正畸治疗前患者的口腔激光扫描图像与正畸治疗后患者的口腔激光扫描图像间的配准来实现治疗前后牙齿移动量的计算(激光扫描图像的输出为口腔表面的三维模型)。该方法假设口腔鄂皱区域在正畸治疗过程中解剖形态是相对稳定的，以口腔鄂皱区域作为治疗前后口腔激光扫描图像配准的参考依据，对治疗前后的口腔激光扫描图像进行整体配准。然后再对各牙齿进行单独配准来实现各牙齿移动量的计算(如图1(a)所示)。除了以口腔鄂皱区域为治疗前后口腔激光扫描图像配准的参考依据外，也有部分技术以植入口腔的微种植体作为图像配准的参考依据。在这种方式中，激光扫描图像是非透视图像，仅包含牙冠信息，因此实质计算的是牙冠的移动量。
对于基于口腔CT图像的方法，其利用正畸治疗前患者的口腔CT图像与正畸治疗后患者的口腔CT扫描图像间的配准来实现治疗前后牙齿移动量的计算。该方法首先利用治疗前后的口腔CT图像重构出患者治疗前后牙颌(含颌骨及牙齿)的三维模型。在口腔正畸治疗过程中，患者的颌骨形态结构在远离牙齿区域变化较小。因此，该方法以远离牙齿的颌骨区域为参考基准进行正畸治疗前后牙颌三维模型的整体配准。然后再对各牙齿进行单独配准来实现各牙齿移动量的计算(如图1(b)所示)。
然而，基于激光扫描图像的方法实质是以牙冠局部移动量替代牙齿整体移动量，计算结果不准确，在无微种植体等侵入性器械辅助下难以实现下颌牙齿移动计算(鄂皱区域仅存在于口腔上颌)；基于口腔CT图像的方法需要多次重复地对患者进行口腔CT扫描，将给患者造成额外的辐射伤害。
因此，需要对现有技术进行改进，提供一种新的可避免对错颌畸形患者进行多次CT扫描的正畸治疗前后牙齿移动精确计算方法。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于解决口腔正畸治疗前后各牙齿移动量的精确计算的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种口腔正畸治疗前后牙齿移动量计算方法。该方法包括以下步骤：
基于治疗前口腔透视图像和治疗后的面部扫描图像通过配准得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后面部软组织模型；
基于治疗后的面部扫描图像和治疗后的牙冠激光扫描图像通过配准对齐得到同一坐标系下治疗后牙冠模型及治疗后面部软组织模型；
以治疗后面部软组织模型为基准，得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后牙冠模型；
基于同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后牙冠模型，将治疗前的各牙齿独立地配准到治疗后的牙冠模型上，获得治疗后的各牙齿模型，继而计算获得正畸治疗前后各牙齿的移动量。
在一个实施例中，基于治疗前口腔透视图像和治疗后的面部扫描图像通过面部软组织的配准得到同一坐标系下治疗前牙齿及治疗后面部软组织的模型包括：
从治疗前口腔透视图像中分割出牙齿、面部软组织的二维轮廓；
利用移动立方体法从分割出的牙齿、面部软组织的二维轮廓重构得到对应的三维模型。
在一个实施例中，从治疗前口腔透视图像中分割出牙齿的二维轮廓包括：
从三维口腔透视图像切片中，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分离相邻牙齿，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；
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。
在一个实施例中，根据以下步骤获得治疗后的牙冠模型：
在口腔激光扫描和面部三维扫描输出的三维网格模型上选择每个牙冠的种子点，并利用基于高斯曲率和阈值分割算法对咬合区域进行初始分割；
以基于三角网格面片的弯曲程度和三角面片的面积的高度函数为准则，利用快速分水岭算法分割得到牙冠模型。
在一个实施例中，根据以下步骤计算获得正畸治疗前后各牙齿的移动量：
以各牙齿重心为原点，以牙齿牙轴为Z轴，唇侧方向为X轴，远中方向为Y轴定义局部坐标系，根据各牙齿治疗前模型配准到治疗后模型时的变换矩阵计算出治疗前后各牙齿的移动量。
在一个实施例中，所述基于治疗前口腔透视图像和治疗后的面部扫描图像通过配准得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后面部软组织模型以面部软组织模型上的关键点为参考基准进行配准。
在一个实施例中，其中所述基于治疗后的面部扫描图像和治疗后的牙冠激光扫描图像通过配准对齐得到同一坐标系下治疗后牙冠模型及治疗后面部软组织模型，以前牙唇侧牙冠模型上的关键点为参考基准进行配准对齐。
在一个实施例中，所述口腔透视图像是CT图像或核磁共振图像。
根据本发明的第二方面，提供一种口腔正畸治疗前后牙齿移动量计算装置。该装置包括：
第一配准单元：用于基于治疗前口腔透视图像和治疗后的面部扫描图像通过配准得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后面部软组织模型；
第二配准单元：用于基于治疗后的面部扫描图像和治疗后的牙冠激光扫描图像通过配准对齐得到同一坐标系下治疗后牙冠模型及治疗后面部软组织模型；以及用于以治疗后面部软组织模型为基准，得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后牙冠模型；
移动量计算单元：用于基于同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后牙冠模型，将治疗前的各牙齿独立地配准到治疗后的牙冠模型上，获得治疗后的各牙齿模型，继而计算获得正畸治疗前后各牙齿的移动量。
与现有技术相比，本发明的优点在于，提供基于多源口腔三维图像的正畸治疗前后牙齿移动量计算方法，仅需对患者进行一次口腔透视图像扫描、在其他过程中进行激光扫描和面部三维扫描即可实现治疗过程中牙齿整体移动量的计算，而无需在治疗前后对患者进行重复透视扫描。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是现有技术实现正畸治疗前后牙齿移动量计算的示意图；
图2是根据本发明一个实施例的口腔正畸治疗前后牙齿移动量的计算方法的过程示意；
图3是根据本发明一个实施例的口腔正畸治疗前后牙齿移动量的计算方法的流程图；
图4根据本发明一个实施例的口腔CT图像中牙齿二维轮廓分割流程图；
图5是根据本发明一个实施例的激光扫描图像中牙冠分割流程图；
图6是根据本发明一个实施例的牙齿局部坐标系定义示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图2是本发明实施例的口腔正畸治疗前后牙齿移动量的计算方法的过程示意。本发明利用正畸治疗前的口腔透视图像(本文以CT图像为例)、以及正畸治疗后的激光扫描图和面部三维扫描图像来实现治疗前后牙齿移动量的精确计算。本发明的基本过程包括：
首先，利用治疗前的口腔CT图像分割重构患者牙齿与面部软组织三维模型；利用治疗后的口腔激光扫描图像分割得到牙冠模型；利用治疗后的面部三维扫描图像分割得到唇侧牙冠(仅前牙牙冠)及面部表面三维模型。
然后，将CT图像重构的模型与面部三维扫描图像重构的模型通过面部软组织的配准得到同一坐标系下治疗前的牙齿模型和治疗后的面部软组织模型；将激光扫描图像重构的模型与面部三维扫描图像重构的模型通过牙冠表面配准对齐得到同一坐标系下治疗后的牙冠模型和治疗后的面部软组织模型。通过上述过程得到同一坐标系下治疗前的牙齿模型和治疗后的牙冠模型。
最后，将治疗前的各牙齿独立地配准到治疗后的牙冠模型上即可获取治疗后的各牙齿模型，通过定义局部坐标系可实现各牙齿在多个自由度(例如6个自由度)方向上的移动量的计算。
结合图2和图3所示，简言之，本发明实施例的口腔正畸治疗前后牙齿移动量的计算方法包括：步骤S310，基于治疗前口腔透视图像和治疗后面部三维扫描图像通过面部软组织对齐获得治疗前牙齿及治疗后面部软组织的模型；步骤S320，基于治疗后的面部三维扫描图像和治疗后的牙冠牙颌激光扫描图像通过唇侧牙冠对齐获得治疗后牙冠及治疗后面部软组织的模型；步骤S330,基于治疗前牙齿及治疗后面部软组织的模型和治疗后牙冠及治疗后面部软组织的模型获得治疗前牙齿及治疗后牙冠的模型。步骤S340,基于治疗前牙齿及治疗后牙冠的模型计算出正畸治疗前后各牙齿的移动量。
需要说明的是，上述步骤的执行顺序可以以不同于附图中所标注的顺序发生，例如，步骤S310和步骤S320可以并行执行。此外，在具体实施时，也可采用治疗后的透视图像加上治疗前的扫描图像，实现仅对患者进行一次口腔透视图像扫描即可精确计算牙齿整体移动量的技术效果。
以下将具体介绍本发明涉及的口腔三维图像中口腔与面部组织模型分割与重构、不同口腔三维图像重构的模型间的配准以及计算治疗前后各牙齿移动量的实施例。
1)、口腔三维图像中口腔与面部组织模型分割与重构
本发明首先需要从治疗前的口腔CT图像中分割重构患者牙齿与面部软组织三维模型；从治疗后的口腔激光扫描图像中分割得到牙冠模型；从治疗后的面部三维扫描图像中分割得到唇侧牙冠(如仅前牙牙冠)及面部表面三维模型。
在一个实施例中，对于治疗前口腔CT图像中牙齿与面部软组织模型的分割与重构，首先从口腔CT图像中分割出牙齿、面部软组织的二维轮廓，然后利用移动立方体(Marching Cube)等方法从分割出的二维轮廓重构得到对应的三维模型。口腔CT图像中二维牙齿轮廓的分割可采用现有技术的方法，例如参见专利申请CN201580000447.1(“牙齿和牙槽骨的分割与重构方法及装置”，夏泽洋、甘阳洲、熊璟)和文献“Towards accuratetooth segmentation from computer tomography images using a hybrid activecontour model”(Medical Physics，2015,42(1):14-27，Y.Gan，Z.Xia，J.Xiong，Q.Zhao，Y.Hu，J.Zhang)。
例如，参见图4所示的口腔CT图像中二维牙齿轮廓的分割流程。首先，从CT三维体图像中从牙冠部位切片中选择一张切片作为初始切片，分割将从这张初始切片开始。初始切片的分割可采用半自动的方式，首先手动地在各牙齿轮廓内部选择一个牙齿的种子点，然后分割算法自动地完成初始切片各牙齿的分割。初始切片将单颌牙列的切片分为了上下两个部分。这两部分切片的分割将独立地从初始切片朝着压入方向和拔出方向分别逐切片地进行。这些切片的分割以前一张切片牙齿分割结果作为待分割牙齿的初始轮廓，采用水平集方法全自动地实现。
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。
口腔CT图像中面部软组织与图像中其他组织具有明显的灰度差异，其分割可采用阈值分割等方法实现。
在一个实施例中，治疗后口腔激光扫描图像中牙冠的分割以及治疗后面部三维扫描图像中牙冠的分割可以采用文献“A Method for Tooth Model Reconstruction Basedon Integration of Multimodal Images”(Journal of Healthcare Engineering,2018,2018:4950131，X.Zhou,Y.Gan,J.Xiong,D.Zhang,Q.Zhao and Z.Xia)和文献“基于口腔计算机断层扫描图像与激光扫描图像融合的牙齿三维模型重构”(生物医学工程学杂志，2017年，第34卷第1期，7-14页，张东霞、甘阳洲、熊璟、夏泽洋等)中的基于交互标记的快速分水岭网格分割方法实现。参见图5所示，口腔激光扫描和面部三维扫描可直接输出三维网格模型，首先在网格模型上选择每个牙冠的种子点，并利用基于高斯曲率和阈值分割算法对咬合区域进行初始分割；然后以基于三角网格面片的弯曲程度和三角面片的面积的高度函数为准则，利用快速分水岭算法分割得到牙冠模型。
2)、不同口腔三维图像重构的模型间的配准
为实现正畸治疗前后牙齿移动量的计算，首先需要将治疗前的牙列模型和治疗后的牙列模型整体配准到同一坐标系下，然后再对各牙齿进行独立配准。
治疗前后牙列模型的配准理论上仅使用治疗前CT图像得到的牙列模型和治疗后口腔激光扫描图像得到的牙列模型(牙冠)即可。但由于治疗前后口腔CT图像和口腔激光扫描图像中的颌面与口腔组织可能都有移动或形变，直接对二者图像进行配准难以实现。本发明以治疗后的面部三维扫描图像为桥梁，实现治疗前CT图像得到的牙列模型和治疗后口腔激光扫描图像得到的牙列模型间的配准。
首先，将治疗前的CT图像得到的模型配准到治疗后面部三维扫描图像得到的模型(配准完成后CT图像得到的模型被移动到面部三维扫描图像得到的模型的坐标系下)。该配准过程例如以两图像得到的模型中的面部软组织模型上的关键点为参考基准(关键点可由手动或自动方法选择)，采用迭代最近点算法(ICP算法)实现。
然后，将治疗后的口腔激光扫描图像得到的模型配准到治疗后的面部三维扫描图像得到的模型(配准完成后口腔激光扫描图像得到的模型被移动到面部三维扫描图像得到的模型的坐标系下)。该配准过程例如以两图像中前牙唇侧牙冠模型上的关键点为参考基准(关键点可由手动或自动方法选择)，采用迭代最近点算法(ICP算法)实现。
经过上述两配准过程后，治疗前CT图像重构得到的牙列模型与治疗后口腔激光扫描图像得到的牙冠模型已实现了配准，两模型被移动到了同一坐标系下。
3)、根据配准后的治疗前牙列模型与治疗后牙列模型计算治疗前后各牙齿移动量
治疗前CT图像重构得到的牙列模型与治疗后口腔激光扫描图像得到的牙冠模型配准后，将治疗前的各牙齿独立地配准到治疗后对应的牙冠模型上。
在一个实施例中，以各牙齿重心为原点，以牙齿牙轴为Z轴(拔出方向)，唇侧方向为X轴，远中方向为Y轴定义局部坐标系(如图6所示)，根据各牙齿治疗前模型配准到治疗后模型时的变换矩阵即可直接计算出治疗前后各牙齿的移动量(包括6个分量：x、y、z三个方向的平移和选择)。在另外的实施例中，也可采用其他的坐标定义。
需要说明的是，本发明实施例中的口腔CT图像可以是其他口腔透视式图像(如口腔核磁共振图像等)、面部三维扫描图像也可以是其他可以获取面部三维模型的其他图像；治疗前和治疗后可以是完整正畸治疗过程的前后、也可以是某一个治疗周期的前后(完整的正畸治疗过程包括多个治疗周期)；具体实施时可以用治疗前的CT图像、治疗后的口腔激光扫描图像和治疗后的面部三维扫描图像，也可以用治疗前的口腔激光扫描图像、治疗前的面部三维扫描图像和治疗后的CT图像。
相应地，本发明还提供一种口腔正畸治疗前后牙齿移动量计算装置。用于实现上述方法的一个方面或多个方面。例如，该装置包括：第一配准单元，其用于基于治疗前口腔透视图像和治疗后的面部扫描图像通过配准得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后面部软组织模型；第二配准单元，其用于基于治疗后的面部扫描图像和治疗后的牙冠激光扫描图像通过配准对齐得到同一坐标系下治疗后牙冠模型及治疗后面部软组织模型；以及用于以治疗后面部软组织模型为基准，得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后牙冠模型；移动量计算单元，其用于基于同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后牙冠模型，将治疗前的各牙齿独立地配准到治疗后的牙冠模型上，获得治疗后的各牙齿模型，继而计算获得正畸治疗前后各牙齿的移动量。该装置中各单元可采用专用逻辑器件或处理器实现。
为进一步验证本发明的效果，已使用多位患者的图像数据进行分析计算，证明本发明的计算精度更高，适用更广泛。
综上所述，本发明提出的基于多模态图像的牙齿移动量计算方法，通过患者治疗前的口腔CT图像、治疗后的激光扫描图像和面部三维扫描图像重构口腔组织模型，通过模型间的配准实现治疗前后牙齿移动量的精确计算。与现有基于激光扫描图像的方法相比，本发明牙齿移动量计算是基于完整牙齿模型，计算精度更高；与现有基于口腔CT图像的方法相比，本发明仅需在治疗前对患者进行一次口腔CT图像扫描、在其他过程中进行激光扫描和面部三维扫描即可实现治疗过程中牙齿整体移动量的计算，而无需在治疗前后对患者进行重复CT扫描。
本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。
这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种口腔正畸治疗前后牙齿移动量计算方法，包括以下步骤：
基于治疗前口腔透视图像和治疗后的面部扫描图像通过配准得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后面部软组织模型；
基于所述治疗后的面部扫描图像和治疗后的牙冠激光扫描图像通过配准对齐得到同一坐标系下治疗后牙冠模型及治疗后面部软组织模型；
以治疗后面部软组织模型为基准，得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后牙冠模型；
基于所获得的同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后牙冠模型，将治疗前的各牙齿独立地配准到治疗后的牙冠模型上，获得治疗后的各牙齿模型，继而计算获得正畸治疗前后各牙齿的移动量；
其中，所述基于治疗前口腔透视图像和治疗后的面部扫描图像通过面部软组织的配准得到同一坐标系下治疗前牙齿及治疗后面部软组织的模型包括：
从治疗前口腔透视图像中分割出牙齿、面部软组织的二维轮廓；
利用移动立方体法从分割出的牙齿、面部软组织的二维轮廓重构得到对应的三维模型；
其中，所述基于治疗前口腔透视图像和治疗后的面部扫描图像通过配准得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后面部软组织模型，以面部软组织模型上的关键点为参考基准进行配准。
2.根据权利要求1所述的口腔正畸治疗前后牙齿移动量计算方法，其中，从治疗前口腔透视图像中分割出牙齿的二维轮廓包括：
从三维口腔透视图像切片中，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分离相邻牙齿，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；
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。
3.根据权利要求1所述的口腔正畸治疗前后牙齿移动量计算方法，其中根据以下步骤获得治疗后的牙冠模型：
在口腔激光扫描和面部三维扫描输出的三维网格模型上选择每个牙冠的种子点，并利用基于高斯曲率和阈值分割算法对咬合区域进行初始分割；
以基于三角网格面片的弯曲程度和三角面片的面积的高度函数为准则，利用快速分水岭算法分割得到牙冠模型。
4.根据权利要求1所述的口腔正畸治疗前后牙齿移动量计算方法，其中根据以下步骤计算获得正畸治疗前后各牙齿的移动量：
以各牙齿重心为原点，以牙齿牙轴为Z轴，唇侧方向为X轴，远中方向为Y轴定义局部坐标系，根据各牙齿治疗前模型配准到治疗后模型时的变换矩阵计算出治疗前后各牙齿的移动量。
5.根据权利要求1所述的口腔正畸治疗前后牙齿移动量计算方法，其中所述基于治疗前口腔透视图像和治疗后的面部扫描图像通过配准得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后面部软组织模型，以面部软组织模型上的关键点为参考基准进行配准。
6.根据权利要求1所述的口腔正畸治疗前后牙齿移动量计算方法，其中，所述口腔透视图像是CT图像或核磁共振图像。
7.一种口腔正畸治疗前后牙齿移动量计算装置，包括：
第一配准单元：用于基于治疗前口腔透视图像和治疗后的面部扫描图像通过配准得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后面部软组织模型；
第二配准单元：用于基于所述治疗后的面部扫描图像和治疗后的牙冠激光扫描图像通过配准对齐得到同一坐标系下治疗后牙冠模型及治疗后面部软组织模型；以及用于以治疗后面部软组织模型为基准，得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后牙冠模型；
移动量计算单元：用于基于所获得的同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后牙冠模型，将治疗前的各牙齿独立地配准到治疗后的牙冠模型上，获得治疗后的各牙齿模型，继而计算获得正畸治疗前后各牙齿的移动量；
其中，所述基于治疗前口腔透视图像和治疗后的面部扫描图像通过面部软组织的配准得到同一坐标系下治疗前牙齿及治疗后面部软组织的模型包括：
从治疗前口腔透视图像中分割出牙齿、面部软组织的二维轮廓；
利用移动立方体法从分割出的牙齿、面部软组织的二维轮廓重构得到对应的三维模型；
其中，所述基于治疗前口腔透视图像和治疗后的面部扫描图像通过配准得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后面部软组织模型，以面部软组织模型上的关键点为参考基准进行配准。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现以下操作：
基于治疗前口腔透视图像和治疗后的面部扫描图像通过配准得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后面部软组织模型；
基于所述治疗后的面部扫描图像和治疗后的牙冠激光扫描图像通过配准对齐得到同一坐标系下治疗后牙冠模型及治疗后面部软组织模型；
以治疗后面部软组织模型为基准，得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后牙冠模型；
基于同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后牙冠模型，将治疗前的各牙齿独立地配准到治疗后的牙冠模型上，获得治疗后的各牙齿模型，继而计算获得正畸治疗前后各牙齿的移动量；
其中，所述基于治疗前口腔透视图像和治疗后的面部扫描图像通过面部软组织的配准得到同一坐标系下治疗前牙齿及治疗后面部软组织的模型包括：
从治疗前口腔透视图像中分割出牙齿、面部软组织的二维轮廓；
利用移动立方体法从分割出的牙齿、面部软组织的二维轮廓重构得到对应的三维模型；
其中，所述基于治疗前口腔透视图像和治疗后的面部扫描图像通过配准得到同一坐标系下治疗前牙齿模型及治疗后面部软组织模型，以面部软组织模型上的关键点为参考基准进行配准。
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