CN114119683A - 一种提高面部扫描图像配准ct扫描图像精度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高面部扫描图像配准CT扫描图像精度的方法,属于三维数字化颌面部骨整形技术领域,具体步骤如下:确定面部扫描设备获取受试者面部扫描图像范围与CT获取受试者头部组织结构扫描图像范围;在受试者面部设定人工标记标志点并应用双效造影糊剂进行人工标记,使受试者处于预设面部状态;获取面部扫描图像;获取受试者的CT扫描数据及经“面渲染”的三维重建图像;将面部扫描图像和CT三维重建图像导入预设配准软件,在预设配准软件中对面部扫描图像和CT三维重建图像结果进行配准,得到最终配准图像。该方法通过双效造影糊剂在受试者面部进行标记,能够精准地将面部扫描图像与CT扫描重建图像配准,呈现出精准的数字化三维面部仿真虚拟图像。
Description
技术领域
本发明属于三维数字化颌面部骨整形技术领域,具体涉及一种提高面部扫描图像配准CT扫描图像精度的方法。
背景技术
近年来,随着人们对美的追求不断提升,错牙合畸形和面部轮廓畸形的求治患者群体日益增大,并且患者对美学的要求也在提高。矫治目标不单是以前的改善畸形,而是要求面部具有个性化的美感。传统正颌外科的二维术前设计的精度已满足不了临床需求。因此,3D数字化虚拟手术设计应运而生,高精度的CT扫描数据在数字化软件系统中重建3D虚拟头颅模型,配合面部扫描获取的面部软组织三维图像,可以进行精准的数据分析、模型分割、模拟手术设计并打印出手术导板,大大提高了手术的精度和可预测性。
目前面部扫描图像与CT扫描重建图像配准拟合主要有两种方法,分别为自动配准和人工配准。由于目前自动配准的数据计算方法可靠性不高,误差大,故很少在临床使用。人工配准因具有交互性而被广泛使用。常规人工配准是在面部扫描和CT扫描后的两种重建图像上,依靠肉眼分别选择7-15个解剖标志点进行对应匹配,从而将两种数据图像配准拟合。但在进行面部扫描时,由于面部解剖标志点均为面部组织交界或转折点,其自身解剖结构遮掩所产生的阴影会导致局部区域无法获取或获取不全,完整面部扫描图像获得后会在该部位产生补丁,这就影响了解剖标志点选取的准确性,同时,CT扫描数据重建后部分解剖标志点失真,也极易造成人为选点误差。因此,基于解剖标志点的图像拟合存在较大误差,失去数字化系统的精准性。
发明内容
本发明的目的具体涉及一种提高面部扫描图像配准CT扫描图像精度的方法。该方法通过双效造影糊剂在受试者面部进行标记,该有色标记在面部扫描图像清晰可见,同时由于糊剂具有与骨骼类似的X射线阻射作用,其在CT扫描重建图像中亦清晰可见,如此为人工配准提供了清晰、简单用以匹配的标志点,从而能够精准地将面部扫描图像与CT扫描重建图像配准,呈现出精准的数字化三维面部仿真虚拟图像。
本发明通过如下技术方案实现:
一种提高面部扫描图像配准CT扫描图像精度的方法,包括以下步骤:
步骤1:确定面部扫描设备获取受试者面部扫描图像范围与CT获取受试者头部组织结构扫描图像范围;
步骤2:在受试者面部设定人工标记标志点并应用双效造影糊剂进行人工标记,使受试者处于预设面部状态;
步骤3:通过所述面部扫描设备对受试者进行面部扫描,获取面部扫描图像;
步骤4:获取受试者的CT扫描数据及经“面渲染”的三维重建图像;
步骤5:将面部扫描图像和CT三维重建图像导入预设配准软件,在所述预设配准软件中基于所述人工标记标志点,对面部扫描图像和CT三维重建图像结果进行配准,得到最终配准图像。
优选地,所述人工标记标志点选择为双侧额部、双侧外眦点外侧、双侧颊部、双侧下颌部、鼻尖部。
优选地,所述人工标记标志点的数量为9-15个。
优选地,所述预设面部状态为受试者处于水平仰卧位,双眼闭合,表情自然放松且双侧后牙区处于牙尖交错位,舌尖轻抵上腭,扫描时不要产生吞咽动作。
优选地,对所述面部进行人工标记方式为:在选定的人工标记标志点表面涂布颜色为选定颜色且对X射线有阻射效应的双效造影糊剂。
优选地,所述双效造影糊剂由硫酸钡、凡士林及可食用色素按照质量比5:5:1混合组成。
优选地,用于人工标记的双效显影剂的选定颜色区别于面部皮肤颜色,能够被所述面部扫描设备识别,且对X射线有阻射效应。
优选地,所述面部扫描图像初步获取为OBJ格式;所述CT扫描重建图像为STL格式。
优选地,所述预设配准软件为Geomagic Studio 2014(64bit)软件。
优选地,所述配准误差小于等于0.3mm。
与现有技术相比,本发明的优点如下:
本发明的方法是在获取两种图像之前,于受试者面部进行人工选点标记,所选标志点均避开面部扫描时不易识别或识别不清的区域。按面部分区对称均衡地在双侧额部、双侧外眦点外侧、双侧颊部、双侧下颌部以及鼻尖区选择两种设备均能精准识别的9-15个标志点。
本发明采用自行调制的双效造影糊剂进行选点标记,此双效造影糊剂构成成分为:硫酸钡(胃肠道检查“钡餐”的主要成分)、凡士林和可食用色素,以上三种成分均对人体无害、无刺激,且涂布于受试者面部后,易于擦拭清洗。本发明在两种图像获取前,通过双效造影糊剂在受试者面部进行标记,该有色标记在面部扫描图像清晰可见,同时由于硫酸钡与皮肤对X射线的阻射程度不同,其在CT扫描重建图像中亦清晰可见。
因此,采用预先选择并应用双效造影糊剂标记的同一标志点就能够分别在面部扫描图像和CT三维重建图像上显示。进而在两种图像匹配时,就去除了匹配选点误差,能够精准地将面部扫描图像与CT三维重建图像配准,呈现出精准的数字化三维面部仿真虚拟图像。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中,类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中,各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明实施例1面部扫描图像与CT扫描图像配准方法的流程示意图;
图2是本发明实施例1的面部扫描图像;
图3是本发明实施例1的CT扫描后三维重建软组织图像;
图4是现有技术中配准图像;
图5是本发明中配准图像。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述,以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,因此只作为示例,而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是,除非另有说明,本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
如图1所示,为本发明的一种提高面部扫描图像配准CT扫描图像精度的方法的流程图,具体步骤如下:
步骤1:确定面部扫描设备获取受试者面部扫描图像范围与CT获取受试者头部组织结构扫描图像范围;
所述面部扫描范围排除了与临床无关的区域(头发、耳朵和颈部),CT扫描范围包括整体头颅;
步骤2:在受试者面部设定人工标记标志点并应用双效造影糊剂进行人工标记,使受试者处于预设面部状态;
具体地,所述人工标记标志点选择区域为双侧额部、双侧外眦点外侧、双侧颊部、双侧下颌部、鼻尖部;选取人工标记标志点的数量为9个,在双侧额部、双侧外眦点外侧、双侧颊部、双侧下颌部各选取2个标志点,鼻尖部选取1个标志点;标志点的直径为1mm;
对所述面部进行人工标记方式为:在选定的人工标记标志点表面涂布颜色为选定颜色且对X射线有阻射效应的双效造影糊剂;
所述双效造影糊剂由硫酸钡、凡士林及可食用色素按照质量比5:5:1混合组成;
用于人工标记的双效显影剂的选定颜色区别于面部皮肤颜色,能够被所述面部扫描设备识别,且对X射线有阻射效应;
所述预设面部状态为受试者处于水平仰卧位,双眼闭合,表情放松自然且双侧后牙区处于牙尖交错位,舌尖轻抵上腭,扫描时不要产生吞咽动作。
如图2所示,步骤3:通过所述面部扫描设备对受试者进行面部扫描,获取面部扫描图像;
所述面部扫描图像初步获取为OBJ格式;
如图3所示,步骤4:获取受试者的CT扫描数据及重建图像;
所述CT扫描重建图像为STL格式;
步骤5:将面部扫描图像和CT扫描重建图像导入预设配准软件,在所述预设配准软件中基于所述人工标记标志点,对面部扫描图像和CT扫描图像结果进行配准,得到最终配准图像。
获取面部扫描图像时,所用面部扫描设备为手持式Artec Space Spider,3D精度0.1mm,3D分辨率0.5mm。受试者被要求在扫描过程中处于面部预设状态且保持静止。每次扫描脸部大约需要5秒,共扫描4次,分别对面部正面观,双侧面观与下面观进行扫描。理想的扫描距离约为0.4m-1m,可根据Artec Studio软件中的距离指示器来调整的。扫描以每秒6.0帧的速度进行,近场扫描深度调整为400mm,远场扫描深度调整为1000mm。
Artec Eva Studio软件导出的面部扫描图像为OBJ格式,包含面部软组织形态与纹理。
获取CT扫描数据时,CT机为NeuViz Glory 1.0,管电压120kV,管电流400mA,重建矩阵1024x1024,扫描层厚1.0mm,重建层厚0.625mm,层间距0.3125mm,受试者保持上述预设状态,正式扫描需要14秒。扫描数据以DICOM形式存储。
应用ProPlan CMF 3.0软件将CT扫描数据经“面渲染”重建为三维图像。重建阈值为-250Hu~450Hu,导出为STL格式。
所述预设配准软件为Geomagic Studio 2014(64bit)软件,采用N点对齐的方法,以CT软组织扫描图像为参考,测试面部扫描图像的相对浮动,对9个面部标志点分别进行刚性配准,从而将面部扫描图像与CT扫描重建图像拟合,测试对象选择为颜色测试点与颜色偏差,进行偏差分析。
所述配准误差小于等于0.3mm。
如图5所示,为采用本发明的方法进行配准的图像,从图5中可以看出该图像灰度在允许误差0.3mm内,偏差小、色度均匀,配准精度高。而图4中现有的方法将进行的配准图像,灰度偏差较大、差异明显,配准精度偏低。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种提高面部扫描图像配准CT扫描图像精度的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:确定面部扫描设备获取受试者面部扫描图像范围与CT获取受试者头部组织结构扫描图像范围;
步骤2:在受试者面部设定人工标记标志点并应用双效造影糊剂进行人工标记,使受试者处于预设面部状态;
步骤3:通过所述面部扫描设备对受试者进行面部扫描,获取面部扫描图像;
步骤4:获取受试者的CT扫描数据及经“面渲染”的三维重建图像;
步骤5:将面部扫描图像和CT三维重建图像导入预设配准软件,在所述预设配准软件中基于所述人工标记标志点,对面部扫描图像和CT三维重建图像结果进行配准,得到最终配准图像。
2.如权利要求1所述的一种提高面部扫描图像配准CT扫描图像精度的方法,其特征在于,所述人工标记标志点选择为双侧额部、双侧外眦点外侧、双侧颊部、双侧下颌部、鼻尖部。
3.如权利要求1所述的一种提高面部扫描图像配准CT扫描图像精度的方法,其特征在于,所述人工标记标志点的数量为9-15个。
4.如权利要求1所述的一种提高面部扫描图像配准CT扫描图像精度的方法,其特征在于,所述预设面部状态为受试者处于水平仰卧位,双眼闭合,表情放松自然且双侧后牙区处于牙尖交错位,舌尖轻抵上腭,扫描时不要产生吞咽动作。
5.如权利要求1所述的一种提高面部扫描图像配准CT扫描图像精度的方法,其特征在于,对所述面部进行人工标记方式为:在选定的人工标记标志点表面涂布颜色为选定颜色且对X射线有阻射效应的双效造影糊剂。
6.如权利要求5所述的一种提高面部扫描图像配准CT扫描图像精度的方法,其特征在于,所述双效造影糊剂由硫酸钡、凡士林及可食用色素按照质量比5:5:1混合组成。
7.如权利要求5所述的一种提高面部扫描图像配准CT扫描图像精度的方法,其特征在于,用于人工标记的双效显影剂的选定颜色区别于面部皮肤颜色,能够被所述面部扫描设备识别,且对X射线有阻射效应。
8.如权利要求1所述的一种提高面部扫描图像配准CT扫描图像精度的方法,其特征在于,所述面部扫描图像初步获取为OBJ格式;所述CT扫描重建图像为STL格式。
9.如权利要求1所述的一种提高面部扫描图像配准CT扫描图像精度的方法,其特征在于,所述预设配准软件为Geomagic Studio 2014(64bit)软件。
10.如权利要求1所述的一种提高面部扫描图像配准CT扫描图像精度的方法,其特征在于,配准误差小于等于0.3mm。
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