CN113470168B - 基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置及方法 - Google Patents
基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113470168B CN113470168B CN202110731109.2A CN202110731109A CN113470168B CN 113470168 B CN113470168 B CN 113470168B CN 202110731109 A CN202110731109 A CN 202110731109A CN 113470168 B CN113470168 B CN 113470168B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- virtual
- model
- dimensional
- jawbone
- jaw
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 title claims abstract description 66
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 30
- 210000001847 jaw Anatomy 0.000 claims description 68
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 claims description 21
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 8
- 210000004513 dentition Anatomy 0.000 claims description 7
- 238000003708 edge detection Methods 0.000 claims description 7
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 claims description 7
- 230000036346 tooth eruption Effects 0.000 claims description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- 210000004373 mandible Anatomy 0.000 claims description 4
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 claims description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 3
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 abstract description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000002271 resection Methods 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 238000011277 treatment modality Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/50—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications
- A61B6/51—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications for dentistry
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics
- G06T19/006—Mixed reality
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/10—Segmentation; Edge detection
- G06T7/13—Edge detection
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/30—Determination of transform parameters for the alignment of images, i.e. image registration
- G06T7/33—Determination of transform parameters for the alignment of images, i.e. image registration using feature-based methods
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/10—Image acquisition modality
- G06T2207/10004—Still image; Photographic image
- G06T2207/10012—Stereo images
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
- G06T2207/30004—Biomedical image processing
- G06T2207/30008—Bone
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Dental Tools And Instruments Or Auxiliary Dental Instruments (AREA)
Abstract
本发明提出基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置及方法，所述检测装置为可放置颌骨模型的多边形的凸台；所述凸台顶部的平台连接用于放置颌骨模型的颌骨模型固定结构；所述平台处设有用于固定颌骨模型的固定件；所述凸台的顶面和轴面处均匀分布平面参考标志点；所述平面参考标志点与三坐标测量仪对检测装置的测量操作匹配；本发明结构简单，使用便捷，通用性好，有效解决了现有技术中存在的因颌骨模型解剖结构复杂，虚实图像配准误差无法精确测量的问题。
Description
技术领域
本发明涉及医学器械技术领域，尤其是基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置及方法。
背景技术
口腔颌面部肿瘤是一类严重影响人类健康和生活质量的常见疾病，外科手术切除是累及颌骨的口腔颌面部肿瘤的主要治疗方式。近年来，使用增强现实技术辅助口腔颌面外科手术治疗的应用研究逐渐成为热点。然而对增强现实图像配准误差进行精确检测成为一个棘手的问题。由于缺乏专业检测设备，凭借图纸及常规检测仪器等一些简单的手段对于增强现实图像配准误差进行检测不可避免地存在误差。特别是对于颌骨的识别，由于颌骨在解剖结构上呈现分明的凹凸外形，且在垂直向高度上宽窄不一，现有的检测手段精度难以满足实际应用要求。因此，设计一种基于增强现实环境下多维度颌骨虚实配准误差检测装置，降低实际配准误差，提高数字化手术精度有着急切的需求。
发明内容
本发明提出基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置及方法，结构简单，使用便捷，通用性好，有效解决了现有技术中存在的因颌骨模型解剖结构复杂，虚实图像配准误差无法精确测量的问题。
本发明采用以下技术方案。
基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置，所述检测装置为可放置颌骨模型(100)的多边形的凸台；所述凸台顶部的平台(4)连接用于放置颌骨模型的颌骨模型固定结构；所述平台处设有用于固定颌骨模型的固定件(1)；所述凸台的顶面和轴面处均匀分布平面参考标志点(2)；所述平面参考标志点与三坐标测量仪对检测装置的测量操作匹配。
所述凸台为具有八个轴壁(3)的锥台结构；平面参考标志点为直径3mm的白色圆形图标，圆形图标的圆心以红色为底色，按每个平面参考标志点间隔5mm均匀分布；所述平面参考标志点可使用三坐标测量仪的尖端3mm小球进行接触测量。
所述颌骨模型固定结构包括固定板(5)、M5螺栓(6)、M5螺栓柱(7)；所述固定板以M5螺栓、M5螺栓柱与颌骨模型底座(101)的底板相连形成组合体；所述组合体以螺栓固定于凸台顶部平台上方。
所述使用方法包括以下步骤；
步骤A1、快速成型模型的固定过程，具体为：利用Dicom医学影像数据重建颌骨三维结构形成颌骨模型，然后创建颌骨模型的底座底板，并把颌骨模型打印快速成型模型；
步骤A2、增强现实场景的创建过程，具体为：把颌骨模型的底座安装于检测装置的顶部平台处，三维扫描仪扫描模型与多维度虚实配准测量装置，输出数据，创建增强现实系统；
步骤A3、多维度虚实配准误差检测过程，具体为保持多维度颌骨虚实误差检测装置与三坐标测量仪之间位置不变，对颌骨模型的配准误差进行测量。
在步骤A1中，获取带病灶组织的人体颌骨Dicom医学影像数据；针对所获取的Dicom医学影像数据，通过设置不同阈值范围提取肿瘤的CT范围，重建颌骨肿瘤的三维虚拟模型，通过设置不同阈值范围提取颌骨的CT范围，重建颌骨的三维虚拟模型，通过设置不同阈值范围提取牙列的CT范围，重建牙列的三维虚拟模型，作为识别特征点的虚拟模型，构建统一坐标系，创建颌骨模型底座数据，组合以上四个三维虚拟模型数据，形成完整的颌骨虚拟模型数据，导出并打印。
步骤A1的具体方法为：将所获取病人颌骨Dicom医学影像数据导入医学图像处理软件，根据不同组织在CT图像中不同的阈值，通过设置阈值范围，创建出所需要的虚拟模型数据；其中人体颌骨的阈值选取555-1800，牙齿的阈值选取1200-3071，肿瘤的阈值选取65-110；再通过区域生长和遮罩功能分离肿瘤、颌骨和软组织；输出stl文件，并将该stl文件导入三维模型制作软件，建立统一坐标系，形成完整的颌骨模型后，向颌骨模型数据中再添加四个边角带M5螺栓的模型底座数据，将该颌骨模型数据以FBX文件格式导出，单位为mm，并打印该颌骨模型。
在步骤A2中，将颌骨模型放置在固定板上，对齐后一同叠加置于虚实配准误差测量结构的平台上方，使三者的螺栓一一对应，当螺栓柱未拧紧时，能够对模型的安放与位置进行调整，当调整完成并把螺栓柱拧紧后，颌骨模型即固定在所需位置处；
然后利用三维扫描仪扫描带有颌骨模型的多维度虚实配准误差检测装置，输出相应的STL数据。将牙齿的虚拟三维模型作为特征提取的虚拟模型。设定识别视角，通过边缘检测算法提取该识别视角下的边缘轮廓特征集，并存入特征集数据库中；
本步骤的边缘检测需先高斯滤波器平滑图像，其算子表述如下：
经反复多次操作，获得多方向完整的边缘轮廓识别特征集，创建增强现实场景，添加增强现实相机并加入边缘轮廓特征集；
然后创建增强现实场景，即添加增强现实相机并加入边缘轮廓特征集；
再创建模型目标，即添加带有颌骨的多维度虚实配准误差检测装置数据；
最后将增强现实场景导入显示设备中，通过识别牙齿表面特征，实现虚实图像之间的配准。
步骤A2中，调整模型组的颜色和不透明度，牙齿和下颌骨的RGBA，即红绿蓝和不透明度为255,255,255,70；肿瘤的RGBA为50,70,210,100；步骤A2中可以通过屏幕直接观察到虚拟图像在实体模型上的位置。
在步骤A3中，先将带有颌骨模型的多维度颌骨虚实配准误差检测装置放置在三坐标测量仪固定的测量位置，保持三坐标测量仪与放有颌骨的多维度颌骨虚实配准误差检测装置之间的位置稳定，再分别在虚实配准误差测量装置的每个轴壁和平台随机选取多个平面参考标志点；固定增强现实设备摄像头的视角方向与虚实配准识别方向一致，并保持摄像头在距带有颌骨的多维度颌骨虚实配准误差检测装置预设高度的位置，首先在不调取虚拟图像的条件下打开设备中的相机程序，透过相机画面利用三坐标测量仪测定所选取平面参考标志点的三维空间坐标，即真实场景下的三维空间坐标，之后在保证设备摄像头视角和高度不变的条件下，打开增强现实显示设备，调取虚拟图像，实现虚实配准后同样测定上述选取的平面参考标志点，并记录其三维空间坐标，即增强现实影像中的三维空间坐标；
通过欧式距离公式计算平面参考标志点真实场景下的三维空间坐标与增强现实影像中的三维空间坐标之间的距离误差，即同一平面参考标志点在虚实影像之间的距离误差。重复测量多次，取其测量结果的平均值即为虚实配准误差
其中ρ为点(x2，y2，z2)到点(x1，y1，z1)之间的欧式距离。
步骤A3中，在虚实配准误差测量装置的每个轴壁和平台随机选取20个平面参考标志点；保持摄像头在距带有颌骨的多维度虚实配准误差检测装置25cm的高度，测量次数不少于3次。
本发明的优点在于：结构简单，使用便捷，通用性好，有效解决了现有技术中存在的因颌骨模型解剖结构复杂，虚实图像配准误差无法精确测量的问题。通过制作快速成型模型、创建增强现实场景和多维度虚实配准误差检测，计算出实体模型与虚拟模型之间配准误差大小，有利于应用过程中对误差大小的准确把握，提高误差检测精度，降低实际配准误差。
本发明能在增强现实环境下实现多维度测量颌骨模型虚实配准误差大小，具有可重复性、稳定性好、精准度高的特点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明放置颌骨模型时的俯视向示意图；
附图2是本发明的示意图；
附图3是本发明的立体示意图；
附图4是用于固定颌骨模型的固定件的示意图；
附图5是带底座的颌骨模型的示意图；
图中：1-固定件；2-平面参考标志点；3-轴壁；4-平台；5-固定板；6-M5螺栓；7-M5螺栓柱；
100-颌骨模型；101-颌骨模型底座。
具体实施方式
如图所示，基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置，所述检测装置为可放置颌骨模型100的多边形的凸台；所述凸台顶部的平台4连接用于放置颌骨模型的颌骨模型固定结构；所述平台处设有用于固定颌骨模型的固定件1；所述凸台的顶面和轴面处均匀分布平面参考标志点2；所述平面参考标志点与三坐标测量仪对检测装置的测量操作匹配。
所述凸台为具有八个轴壁3的锥台结构；平面参考标志点为直径3mm的白色圆形图标，圆形图标的圆心以红色为底色，按每个平面参考标志点间隔5mm均匀分布；所述平面参考标志点可使用三坐标测量仪的尖端3mm小球进行接触测量。
所述颌骨模型固定结构包括固定板5、M5螺栓6、M5螺栓柱7；所述固定板以M5螺栓、M5螺栓柱与颌骨模型底座101的底板相连形成组合体；所述组合体以螺栓固定于凸台顶部平台上方。
所述使用方法包括以下步骤；
步骤A1、快速成型模型的固定过程，具体为：利用Dicom医学影像数据重建颌骨三维结构形成颌骨模型，然后创建颌骨模型的底座底板，并把颌骨模型打印快速成型模型；
步骤A2、增强现实场景的创建过程，具体为：把颌骨模型的底座安装于检测装置的顶部平台处，三维扫描仪扫描模型与多维度虚实配准测量装置，输出数据，创建增强现实系统；
步骤A3、多维度虚实配准误差检测过程，具体为保持多维度颌骨虚实误差检测装置与三坐标测量仪之间位置不变，对颌骨模型的配准误差进行测量。
在步骤A1中，获取带病灶组织的人体颌骨Dicom医学影像数据；针对所获取的Dicom医学影像数据，通过设置不同阈值范围提取肿瘤的CT范围，重建颌骨肿瘤的三维虚拟模型，通过设置不同阈值范围提取颌骨的CT范围，重建颌骨的三维虚拟模型，通过设置不同阈值范围提取牙列的CT范围，重建牙列的三维虚拟模型，作为识别特征点的虚拟模型，构建统一坐标系，创建颌骨模型底座数据，组合以上四个三维虚拟模型数据，形成完整的颌骨虚拟模型数据，导出并打印。
步骤A1的具体方法为：将所获取病人颌骨Dicom医学影像数据导入医学图像处理软件，根据不同组织在CT图像中不同的阈值，通过设置阈值范围，创建出所需要的虚拟模型数据；其中人体颌骨的阈值选取555-1800，牙齿的阈值选取1200-3071，肿瘤的阈值选取65-110；再通过区域生长和遮罩功能分离肿瘤、颌骨和软组织；输出stl文件，并将该stl文件导入三维模型制作软件，建立统一坐标系，形成完整的颌骨模型后，向颌骨模型数据中再添加四个边角带M5螺栓的模型底座数据，将该颌骨模型数据以FBX文件格式导出，单位为mm，并打印该颌骨模型。
在步骤A2中，将颌骨模型放置在固定板上，对齐后一同叠加置于虚实配准误差测量结构的平台上方，使三者的螺栓一一对应，当螺栓柱未拧紧时，能够对模型的安放与位置进行调整，当调整完成并把螺栓柱拧紧后，颌骨模型即固定在所需位置处；
然后利用三维扫描仪扫描带有颌骨模型的多维度虚实配准误差检测装置，输出相应的STL数据。将牙齿的虚拟三维模型作为特征提取的虚拟模型。设定识别视角，通过边缘检测算法提取该识别视角下的边缘轮廓特征集，并存入特征集数据库中；
本步骤的边缘检测需先高斯滤波器平滑图像，其算子表述如下：
经反复多次操作，获得多方向完整的边缘轮廓识别特征集，创建增强现实场景，添加增强现实相机并加入边缘轮廓特征集；
然后创建增强现实场景，即添加增强现实相机并加入边缘轮廓特征集；
再创建模型目标，即添加带有颌骨的多维度虚实配准误差检测装置数据；
最后将增强现实场景导入显示设备中，通过识别牙齿表面特征，实现虚实图像之间的配准。
步骤A2中，调整模型组的颜色和不透明度，牙齿和下颌骨的RGBA，即红绿蓝和不透明度为255,255,255,70；肿瘤的RGBA为50,70,210,100；步骤A2中可以通过屏幕直接观察到虚拟图像在实体模型上的位置。
在步骤A3中，先将带有颌骨模型的多维度颌骨虚实配准误差检测装置放置在三坐标测量仪固定的测量位置，保持三坐标测量仪与放有颌骨的多维度颌骨虚实配准误差检测装置之间的位置稳定，再分别在虚实配准误差测量装置的每个轴壁和平台随机选取多个平面参考标志点；固定增强现实设备摄像头的视角方向与虚实配准识别方向一致，并保持摄像头在距带有颌骨的多维度颌骨虚实配准误差检测装置预设高度的位置，首先在不调取虚拟图像的条件下打开设备中的相机程序，透过相机画面利用三坐标测量仪测定所选取平面参考标志点的三维空间坐标，即真实场景下的三维空间坐标，之后在保证设备摄像头视角和高度不变的条件下，打开增强现实显示设备，调取虚拟图像，实现虚实配准后同样测定上述选取的平面参考标志点，并记录其三维空间坐标，即增强现实影像中的三维空间坐标；
通过欧式距离公式计算平面参考标志点真实场景下的三维空间坐标与增强现实影像中的三维空间坐标之间的距离误差，即同一平面参考标志点在虚实影像之间的距离误差。重复测量多次，取其测量结果的平均值即为虚实配准误差
其中ρ为点x2，y2，z2到点x1，y1，z1之间的欧式距离。
步骤A3中，在虚实配准误差测量装置的每个轴壁和平台随机选取20个平面参考标志点；保持摄像头在距带有颌骨的多维度虚实配准误差检测装置25cm的高度，测量次数不少于3次。
实施例：
本例中，操作过程分为三部分，分别是快速成型模型的固定、增强现实场景的创建和多维度虚实配准误差检测，具体如下：
S1：快速成型模型的固定过程，将所获取病人颌骨Dicom医学影像数据导入医学图像处理软件，根据不同组织在CT图像中不同的阈值，通过设置阈值范围，创建出所需要的虚拟模型数据。人体颌骨的阈值选取555-1800，牙齿的阈值选取1200-3071，肿瘤的阈值选取65-110。再通过区域生长和遮罩功能分离肿瘤、颌骨和软组织。输出stl文件，并将该stl文件导入三维模型制作软件，建立统一坐标系，形成完整的颌骨模型，添加四个边角带M5螺栓的模型底座数据，将该颌骨模型数据以FBX文件格式导出，单位为mm，并打印该颌骨模型。将颌骨模型放置在模型固定板5上，对齐后一同叠加置于虚实配准误差测量结构平台4上方，使三者的螺栓一一对应，实现螺栓柱未拧紧时能够便于模型的安放与位置调整，螺栓柱拧紧时可以实现模型在正确位置上的固定。
S2：增强现实场景的创建过程，利用三维扫描仪扫描带有颌骨模型的多维度虚实配准误差检测装置，输出STL数据。设定识别视角，通过边缘检测算法提取该识别视角下的边缘轮廓特征集，并与相应的位姿坐标信息保存到增强现实系统的数据库中。创建增强现实场景，添加增强现实相机、特征信息库及由S1制作的肿瘤、牙列、颌骨模型合成的模型组。调整模型组的颜色和不透明度，牙齿和下颌骨的RGBA(红绿蓝和不透明度)为255,255,255,70，肿瘤的RGBA为50,70,210,100。将增强现实场景导入显示设备中，通过识别牙齿表面特征，实现虚实图像之间的配准。用户可以透过屏幕直接观察到虚拟图像在实体模型上的位置。
S3：多维度虚实配准误差检测过程，将带有颌骨模型的多维度虚实配准误差检测装置放置在三坐标测量仪固定的位置，保持三坐标测量仪与有颌骨的多维度虚实配准误差检测装置之间的位置不变，分别在虚实配准误差测量装置的每个轴壁3和平台4随机选取20个平面参考标志点。固定增强现实设备摄像头的视角方向与虚实配准识别方向一致并保持摄像头在距带有颌骨的多维度虚实配准误差检测装置25cm的高度，首先在不调取虚拟图像的条件下打开设备中的相机程序，透过相机画面利用三坐标测量仪测定20个平面参考标志点的三维空间坐标。之后在保证设备摄像头视角和高度不变的条件下，打开增强现实显示设备，调取虚拟图像，实现虚实配准后同样测定上述20个平面参考标志点，并记录其三维空间坐标，即增强现实影像中的三维空间坐标。
通过欧式距离公式计算平面参考标志点真实场景下的三维空间坐标与增强现实影像中的三维空间坐标之间的距离误差，即同一平面参考标志点在虚实影像之间的距离误差。重复测量3次，取平均值即为虚实配准误差。
其中ρ为点(x2，y2，z2)到点(x1，y1，z1)之间的欧式距离。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定于本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所作的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。本发明要求保护范围由所附加的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置的方法，其特征在于：所述检测装置为可放置颌骨模型的多边形的凸台；所述凸台顶部的平台(4)连接用于放置颌骨模型的颌骨模型固定结构；所述平台处设有用于固定颌骨模型的固定件(1)；所述凸台的顶面和轴面处均匀分布平面参考标志点(2)；所述平面参考标志点与三坐标测量仪对检测装置的测量操作匹配；
基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置的使用方法包括以下步骤；
步骤A1、快速成型模型的固定过程，具体为：利用Dicom医学影像数据重建颌骨三维结构形成颌骨模型，然后创建颌骨模型的底座底板，并把颌骨模型打印快速成型模型；
步骤A2、增强现实场景的创建过程，具体为：把颌骨模型的底座安装于检测装置的顶部平台处，三维扫描仪扫描模型与多维度虚实配准测量装置，输出数据，创建增强现实系统；
步骤A3、多维度虚实配准误差检测过程，具体为保持多维度颌骨虚实误差检测装置与三坐标测量仪之间位置不变，对颌骨模型的配准误差进行测量。
2.根据权利要求1所述的基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置的方法，其特征在于：在步骤A1中，获取带病灶组织的人体颌骨Dicom医学影像数据；针对所获取的Dicom医学影像数据，通过设置不同阈值范围提取肿瘤的CT范围，重建颌骨肿瘤的三维虚拟模型，通过设置不同阈值范围提取颌骨的CT范围，重建颌骨的三维虚拟模型，通过设置不同阈值范围提取牙列的CT范围，重建牙列的三维虚拟模型，作为识别特征点的虚拟模型，构建统一坐标系，创建颌骨模型底座数据，组合以上三维虚拟模型，形成完整的颌骨虚拟模型数据，导出并打印。
3.根据权利要求1所述的基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置的方法，其特征在于：所述凸台为具有八个轴壁的锥台结构；平面参考标志点为直径3mm的白色圆形图标，圆形图标的圆心以红色为底色，按每个平面参考标志点间隔5mm均匀分布；所述平面参考标志点可使用三坐标测量仪的尖端3mm小球进行接触测量。
4.根据权利要求1所述的基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置的方法，其特征在于：所述颌骨模型固定结构包括固定板(5)、M5螺栓(6)、M5螺栓柱(7)；所述固定板以M5螺栓、M5螺栓柱与颌骨模型底座的底板相连形成组合体；所述组合体以螺栓固定于凸台顶部平台上方。
5.根据权利要求2所述的基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置的方法，其特征在于：步骤A1的具体方法为：将所获取病人颌骨Dicom医学影像数据导入医学图像处理软件，根据不同组织在CT图像中不同的阈值，通过设置阈值范围，创建出所需要的虚拟模型数据；其中人体颌骨的阈值选取555-1800，牙齿的阈值选取1200-3071，肿瘤的阈值选取65-110；再通过区域生长和遮罩功能分离肿瘤、颌骨和软组织；输出stl文件，并将该stl文件导入三维模型制作软件，建立统一坐标系，形成完整的颌骨模型后，向颌骨模型数据中再添加边角带M5螺栓的模型底座数据，将该颌骨模型数据以FBX文件格式导出，单位为mm，并打印该颌骨模型。
6.根据权利要求1所述的基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置的方法，其特征在于：在步骤A2中，将颌骨模型放置在固定板上，对齐后一同叠加置于虚实配准误差测量结构的平台上方，使三者的螺栓一一对应，当螺栓柱未拧紧时，能够对模型的安放与位置进行调整，当调整完成并把螺栓柱拧紧后，颌骨模型即固定在所需位置处；
然后利用三维扫描仪扫描带有颌骨模型的多维度虚实配准误差检测装置，输出相应的STL数据，将牙齿的虚拟三维模型作为特征提取的虚拟模型，设定识别视角，通过边缘检测算法提取该识别视角下的边缘轮廓特征集，并存入特征集数据库中；
本步骤的边缘检测需先高斯滤波器平滑图像，其算子表述如下：
经反复多次操作，获得多方向完整的边缘轮廓识别特征集，创建增强现实场景，添加增强现实相机并加入边缘轮廓特征集；
然后创建增强现实场景，即添加增强现实相机并加入边缘轮廓特征集；
再创建模型目标，即添加带有颌骨的多维度虚实配准误差检测装置数据；
最后将增强现实场景导入显示设备中，通过识别牙齿表面特征，实现虚实图像之间的配准。
7.根据权利要求6所述的基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置的方法，其特征在于：步骤A2中，调整模型组的颜色和不透明度，牙齿和下颌骨的RGBA，即红绿蓝和不透明度为255,255,255,70；肿瘤的RGBA为50,70,210,100；步骤A2中可以通过屏幕直接观察到虚拟图像在实体模型上的位置。
8.根据权利要求1所述的基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置的方法，其特征在于：在步骤A3中，先将带有颌骨模型的多维度颌骨虚实配准误差检测装置放置在三坐标测量仪固定的测量位置，保持三坐标测量仪与放有颌骨的多维度颌骨虚实配准误差检测装置之间的位置稳定，再分别在虚实配准误差测量装置的每个轴壁和平台随机选取多个平面参考标志点；固定增强现实设备摄像头的视角方向与虚实配准识别方向一致，并保持摄像头在距带有颌骨的多维度颌骨虚实配准误差检测装置预设高度的位置，首先在不调取虚拟图像的条件下打开设备中的相机程序，透过相机画面利用三坐标测量仪测定所选取平面参考标志点的三维空间坐标，即真实场景下的三维空间坐标，之后在保证设备摄像头视角和高度不变的条件下，打开增强现实显示设备，调取虚拟图像，实现虚实配准后同样测定上述选取的平面参考标志点，并记录其三维空间坐标，即增强现实影像中的三维空间坐标；
通过欧式距离公式计算平面参考标志点真实场景下的三维空间坐标与增强现实影像中的三维空间坐标之间的距离误差，即同一平面参考标志点在虚实影像之间的距离误差；重复测量多次，取其测量结果的平均值即为虚实配准误差
其中ρ为点(x2，y2，z2)到点(x1，y1，z1)之间的欧式距离。
9.根据权利要求8所述的基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置的方法，其特征在于：步骤A3中，在虚实配准误差测量装置的每个轴壁和平台随机选取20个平面参考标志点；保持摄像头在距带有颌骨的多维度虚实配准误差检测装置25cm的高度，测量次数不少于3次。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110731109.2A CN113470168B (zh) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110731109.2A CN113470168B (zh) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113470168A CN113470168A (zh) | 2021-10-01 |
| CN113470168B true CN113470168B (zh) | 2024-05-14 |
Family
ID=77874100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110731109.2A Active CN113470168B (zh) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113470168B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017171295A1 (ko) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 사회복지법인 삼성생명공익재단 | 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템 및 증강현실 제공방법 |
| CN209037024U (zh) * | 2018-10-16 | 2019-06-28 | 莆田学院附属医院（莆田市第二医院） | 一种用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3d打印机 |
| CN111658065A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-09-15 | 北京航空航天大学 | 一种下颌骨切削手术的数字化引导系统 |
| CN215349429U (zh) * | 2021-06-30 | 2021-12-31 | 福建医科大学附属第一医院 | 基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置 |
-
2021
- 2021-06-30 CN CN202110731109.2A patent/CN113470168B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017171295A1 (ko) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 사회복지법인 삼성생명공익재단 | 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템 및 증강현실 제공방법 |
| CN209037024U (zh) * | 2018-10-16 | 2019-06-28 | 莆田学院附属医院（莆田市第二医院） | 一种用于在模拟骨科手术时制造人骨模型的3d打印机 |
| CN111658065A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-09-15 | 北京航空航天大学 | 一种下颌骨切削手术的数字化引导系统 |
| CN215349429U (zh) * | 2021-06-30 | 2021-12-31 | 福建医科大学附属第一医院 | 基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 基于增强现实的显微外科术中血管定位研究;姜陶然;《中国博士学位论文全文数据库（医药卫生科技辑）》;论文第9-62页 * |
| 高精度光学导航辅助 颅颌面骨畸形整复的技术方法建立与应用;张诗雷;《中国口腔颌面外科杂志》;第8卷(第1期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113470168A (zh) | 2021-10-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11779444B2 (en) | Methods and systems for dental procedures | |
| CN104125814B (zh) | 虚拟设计定制愈合基台 | |
| EP1486900A1 (en) | Method and system for manufacturing a surgical guide | |
| US9572636B2 (en) | Method and system for finding tooth features on a virtual three-dimensional model | |
| EP2134290B1 (en) | Computer-assisted creation of a custom tooth set-up using facial analysis | |
| JP4384026B2 (ja) | 既知のデジタルオブジェクトを走査３ｄモデルに登録するための方法および装置 | |
| CN106572831A (zh) | 口内扫描期间关注区域的识别 | |
| KR102426979B1 (ko) | 치아 임플란트 수술 시각 네비게이션을 위한 정합 방법 및 전자 설비 | |
| CN102576465B (zh) | 用于数字化牙颌面对象的方法 | |
| KR20210018413A (ko) | 임플란트 식립 정밀도의 평가 방법 및 시스템 | |
| WO2020151119A1 (zh) | 一种用于牙科手术的增强现实方法及装置 | |
| JP2009501616A (ja) | ３次元オブジェクトの３次元撮像の記録 | |
| WO2006065955A2 (en) | Image based orthodontic treatment methods | |
| CN113052902B (zh) | 牙齿治疗监测方法 | |
| CN109767841A (zh) | 一种基于颅颌面三维形态数据库的相似模型检索方法及装置 | |
| CN112168392A (zh) | 牙科导航手术配准方法及系统 | |
| CN215349429U (zh) | 基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置 | |
| CN113470168B (zh) | 基于增强现实的多维度颌骨虚实配准误差检测装置及方法 | |
| JP7245335B2 (ja) | 口腔内スキャナを使用して３ｄデータを取得する混合方法 | |
| EP4280155A1 (en) | Improved manufacturing of dental implants based on digital scan data alignment | |
| Talwar | Intraoral scanners in Dentistry | |
| CN117045349A (zh) | 一种立体视觉种植导航系统及导航方法 | |
| CN114887239A (zh) | 基于epid的光栅全场自动标定方法、计算设备及存储介质 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |