CN114190963A - 一种基于cbct容积数据进行头影测量标志点定位的方法及系统 - Google Patents

一种基于cbct容积数据进行头影测量标志点定位的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供的一种基于CBCT容积数据进行头影测量标志点定位的方法，包括：调整CBCT容积数据至测量所需要的头部区域，根据预设参考平面确立头位；针对每个标志点的解剖位置预设特定区段，从CBCT容积数据中划出区段相应的范围，将区段相应范围的三维容积数据投影为二维数据；依次确定每个标志点，并显示相应的区段投影数据转化二维影像，以进行头影测量标志点定位。本发明还提供了相应的系统。本发明针对每一个标志点的解剖特点，将CBCT容积数据的一部分转化为二维数据，能够充分利用CBCT三维容积数据，同时排除解剖结构的重叠与干扰，进行标志点的精确定位。通过较简便的方法提高CBCT转化二维投影数据后头影测量标志定点的精确度和效率，具有极大的临床应用价值。

Description

一种基于CBCT容积数据进行头影测量标志点定位的方法及 系统
技术领域
本发明实施例涉及医学图像处理技术领域，属于头影测量技术领域，常应用于口腔医学，特别是口腔正畸学与正颌外科学，具体涉及一种基于CBCT容积数据进行头影测量标志点定位的方法及系统。
背景技术
头影测量技术是在X射线头影片上测量相关的点和线，然后对牙、颌、颅面软硬组织的形态、大小、位置及相互关系进行的分析。自20世纪中期以来，X射线头影测量已被广泛用于口腔正畸及口腔颌面外科的临床诊断、矫治设计、疗效评价等领域，其还被广泛应用于头面部结构、儿童生长发育观察等方面的研究。
以往多使用描图纸进行手工头影测量，随着计算机的普及，数字化定点技术也已广泛应用，而计算机自动定点技术也在迅速发展并已经得到实际应用。随着锥形束CT(ConeBeam CT，简称CBCT)在20世纪末正式进入口腔医学领域，三维头影测量技术在不断发展完善。然而，现阶段口腔正畸临床测量分析的主流方法仍然是在传统二维影像上进行头影测量，或将CBCT容积数据转化为二维影像后进行头影测量。CBCT转化的投影片与平片相比，显示结构更加清晰，同时消除了传统二维影像放大率的干扰。CBCT容积数据既可以转化投影片，直接应用以往数十年间发展较为完善的头影测量分析法与参考范围，也可以通过多平面重建精确观察局部牙齿与骨的关系，是正畸临床诊断分析的重大进步。
头影测量标志点定位的精确度主要受到两方面因素的影响：一是X线成像质量。虽然CBCT转化的投影片较传统X线平片清晰度有较大提高，但仍然无法避免影像重叠对定点产生的干扰。二是分析人员对X线影像的解剖结构认识水平和定点经验，这需要医生长期的反复应用或参加专门培训才能逐渐提高，而其根本原因，仍然是影像重叠造成的标志点识别困难。这是CBCT转化的二维投影片的固有缺陷。
传统头影测量分析使用的X线二维影像(主要包括头颅侧位片、头颅正位片)存在解剖结构的大量重叠、左右放大率不等、头颅定位误差等问题；CBCT转投影数据虽然较平片更为清晰，但仍然存在大量解剖结构重叠，对定点产生干扰。现有的较精确方法是通过CBCT的MPR图像(MPR：Multiplanar Reformation，多平面重建)，在冠状面、矢状面、轴面三个平面进行互相参照定点，将其投影至矢状面，但这种方法及其繁琐耗时，且只能用于精确定位一部分解剖标志点，对于在三维结构中并不存在、在二维影像中由结构重叠相交获得的点无法进行有效定位。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种基于CBCT容积数据进行头影测量标志点定位的方法及系统，提高了CBCT转化二维投影数据后头影测量标志定点的精确度和效率。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：本发明实施例提供的一种基于CBCT容积数据进行头影测量标志点定位的方法，包括如下步骤：
调整CBCT容积数据至测量所需要的头部区域，以确定头部位置；
针对每个标志点的解剖位置预设特定区段，从所述CBCT容积数据中划出所述区段相应的范围，将所述区段相应范围的三维容积数据投影为二维数据；
依次确定每个标志点，并显示相应的区段投影数据转化二维影像，以进行头影测量标志点定位。
该方法，进一步包括：
所有标志点同时标记于完整容积数据转化的二维投影片中。
根据预设参考平面确立标准头位，其中，建立参考平面的方法，包括：
以双侧眶点及右侧耳点建立的眶耳平面作为水平参考平面；
以通过双侧眶下点连线、垂直于眶耳平面的平面作位冠状参考平面。
其中，特定区段的预设划分范围基于大部分人的面部比例正常范围；或在测量每一个标志点时，重新调整，以适应单个测量对象。
更适宜地，从CBCT容积数据中划出相应的范围为矩形范围。
其中，标志点包括：单一解剖标志点或由多个解剖结构间接形成的引申标志点。
当所述标志点为解剖结构投影到二维影像重叠形成的点，分别区段转化所述多个解剖结构相关的容积数据投影至二维平面进行重叠，以确定标志点。
本发明实施例还提供一种基于CBCT容积数据进行头影测量标志点定位的系统，包括：
头位确定模块，调整CBCT容积数据至测量所需要的头部区域，根据预设参考平面确立头位；
数据处理模块，针对每个标志点的解剖位置预设特定区段，从所述CBCT容积数据中划出所述区段相应的范围，将所述区段相应范围的三维容积数据投影为二维数据。
测量定位模块，依次确定每个标志点，并显示相应的区段投影数据转化二维影像，以进行头影测量标志点定位。
其中，特定区段的预设划分范围基于大部分人的面部比例正常范围；或在测量每一个标志点时，重新调整，以适应单个测量对象。
当标志点为解剖结构投影到二维影像重叠形成的点，分别区段转化多个解剖结构相关的容积数据投影至二维平面进行重叠，以确定标志点。
本发明提供的技术方案具有如下优点：
本发明针对每一个标志点的解剖特点，将CBCT容积数据的一部分转化为二维数据，能够充分利用CBCT三维容积数据，同时排除解剖结构的重叠与干扰，进行标志点的精确定位。通过较简便的方法提高CBCT转化二维投影数据后头影测量标志定点的精确度和效率，具有极大的临床应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对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。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1本发明实施例提供的基于CBCT容积数据进行头影测量标志点定位的方法流程图；
图2现有技术中的传统头颅侧位片；
图3本发明实施例提供的CBCT整体容积数据投影形成的头颅侧位片；
图4本发明实施例提供的确定头位示意图；
图5本发明实施例中确定正中矢状面上标志点时区段设置与转化示意图；
图6现有技术中传统头颅侧位片、整体转化的侧位片与本发明提供的方法在确定前鼻棘点(ANS)、后鼻棘点(PNS)、上齿槽缘点(A)时的过程对比示意图；
图7本发明实施例中定位耳点(P)与髁突顶点(Co)时的单侧区段划分与转化示意图；
图8传统头颅侧位片、整体转化的侧位片与本发明在确定耳点(P)、髁突顶点(Co)时的过程对比示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。
为了使本发明的原理、特性和优点更加清楚，下面对本发明的实现方案进行详细描述。
图1本发明实施例提供的基于CBCT容积数据进行头影测量标志点定位的方法流程图，参照图1，本发明提供的一种基于CBCT容积数据进行头影测量标志点定位的方法，包括如下步骤：
步骤一，确定头位；调整CBCT容积数据至测量所需要的头部区域，根据预设参考平面确定头位；
根据预设参考平面确立标准头位，其中，建立参考平面的方法，包括：
以双侧眶点及右侧耳点建立的眶耳平面作为水平参考平面；
以通过双侧眶下点连线、垂直于眶耳平面的平面作为冠状参考平面。
为了进行头颅侧位片的头影测量分析，需要调整CBCT容积数据至测量所需要的头位，通常采用两侧眶下点与右侧耳点来定义眶耳平面，将眶耳平面校正至与水平面平行，将两侧眶下点校正至重叠；
头位的确定标准重复性强，它的确定使每一个区段转化影像都属于整体转化影像的一个子集，与整体转化影像的相应区段完全重合，保证了区段转化影像中的定点投影到整体转化影像中的唯一性和精确性。
步骤二，针对每个标志点的解剖位置预设特定区段，从所述CBCT容积数据中划出所述区段相应的范围，将所述区段相应范围的三维容积数据投影为二维数据；
具体地，分区段转化投影容积数据：针对每个标志点的解剖位置预设特定区段，即从CBCT容积数据中划出相应的范围，如，矩形范围，将该区段的三维容积数据投影为二维数据。
所述特定区段的预设划分范围基于大部分人的面部比例正常范围；或在测量每一个标志点时，重新调整，以适应单个测量对象。
对每个标志点对应三维数据区段的确定是本发明提供的技术方案中关键的处理步骤，针对不同的标志点需要采用不同的处理。
据《临床X线头影测量学》(田乃学等主编，人民卫生出版社，2021年第2版)，头影测量标志点分为3类：
(1)单一解剖标志点，真正代表颅颌面牙的一些解剖结构；
(2)两个及以上的解剖标志点引申获得的点，通过几何计算生成。例如，某两个测量平面交点；如下颌角定点(Go’)。
(3)在三维影像或解剖结构中并不存在，而是投射到二维影像中后结构重叠相交获得的点，如关节点(Ar)。
当标志点为单一解剖标志点或由多个间接形成的引申标志点的情况下，
区段转化解剖结构相关的容积数据，投影至二维平面，分别确定每个解剖标志点，经计算机辅助最终确定标志点；
当标志点为解剖结构投影到二维影像重叠形成的点时，分别区段转化多个解剖结构相关的容积数据，投影至二维平面进行重叠，以确定标志点。
步骤三，依次确定每个标志点，并显示相应的区段投影数据转化二维影像，以进行头影测量标志点定位。
头影测量标志点定位，首先需要标注该所定标志点的名称、位置说明，以及二维影像，依次确定每个标志点时，显示相应的区段投影数据转化二维影像。区段划分界面也必须同时出现，以便随时调整区段范围并重新投影。
针对头颅侧位影像，解剖标志点还可分为：
1)正中矢状面上的标志点；该类标志通过正中矢状面中部及附近区域三维数据的投影可排除两侧对称解剖结构的干扰。如：蝶鞍点(S)、鼻根点(N)、颅底点(Ba)、前鼻棘点(ANS)、后鼻棘点(PNS)等硬组织标志点，以及形成侧貌轮廓的几乎所有软组织标志点。
2)正中矢状面两侧左右对应的点。如眶点(Or)、耳点(P)等。应在左右侧解剖结构分别定点后取中点作为标志点。
以上两类标志点可具体根据解剖位置决定区段转化的位置和范围以及是否需要左右对称取中点。
头颅侧位片将区段投影于矢状面，而头颅正位片的头影测量标志点参考单一解剖标志点的转化方法，区别只是投影于冠状面。
该方法，进一步包括：
步骤四，所有标志点同时标记于完整容积数据转化的二维投影片中，定点完毕。
本发明的应用示例
如图2所示的传统头颅侧位片和图3所示的CBCT整体容积数据转化成的头颅侧位片定点的对比：
首先，利用CBCT容积数据确定头位。参照图4，该方法是将通过左、右侧眶下点与右侧外耳道上缘确定的眶耳平面与水平面平行，将两侧眶下点校正至重叠。头位确定后，CBCT整体或任意区段投影转化的二维影像的头位均与之一致。
正中矢状面上的标志点定点示例：
图5本发明实施例中确定正中矢状面上标志点时区段设置与转化示意图，参照图5，以前鼻棘点(ANS)、后鼻棘点(PNS)、上齿槽缘点(A)为例。预设区段为眶内侧缘之间约1/5面宽，将容积数据投影于矢状面，转化成二维影像。
图6现有技术中传统头颅侧位片、整体转化的侧位片与本发明提供的方法在确定前鼻棘点(ANS)、后鼻棘点(PNS)、上齿槽缘点(A)时的过程对比示意图。如图6所示，ANS点、A点、PNS点在传统头颅侧位片和CBCT整体容积数据转化成的头颅侧位片中分别受到面部软组织影像、双侧第三磨牙牙胚影像的干扰，而在本方法中这些干扰的解剖结构均被排除，能够实现精确定点。
正中矢状面两侧左右对应标志点的单侧定点示例：
图7本发明实施例中定位耳点(P)与髁突顶点(Co)时的单侧区段划分与转化示意图。左右对称的解剖标志点定点示例，参照图7，以耳点(P)、髁突顶点(Co)为例，设置区段为左、右侧最外侧月1/5面宽(图7)。确定单侧标志点时，外耳道和髁状突的圆弧外形是唯一的、清晰可辨的。两侧分别定点后，容易通过软件实现自动取中点作为作为标志点。
图8传统头颅侧位片、整体转化的侧位片与本发明在确定耳点(P)、髁突顶点(Co)时的过程对比示意图。如图8所示，传统头颅侧位片和CBCT整体容积数据转化成的头颅侧位片是双侧结构的影像，夹杂颅骨其他结构的干扰，呈局部高密度影像，需要辨认并均分双侧影像后定点，精确度差，而本发明采用的区段转化二维影像清晰锐利，不受其他解剖结构的干扰。
本发明与现有技术相比的优点：
现有的使用CBCT容积数据来进行头颅侧位片的方法有很多，但本方法与其相比均具有比较明显的优势。例如：
现有技术中的方法一：容积数据投影至二维平面时，通过使用不同的算法，生成不同模式的多张投影片。同一个标志点，可以通过不同模式的切换，辅助更精确地定位。但该方法仍然存在重叠解剖结构干扰、影响精确度的问题，而本发明通过分区段从根本上排除重叠结构的干扰。
现有技术中的方法二：将容积数据分为左右两半分别定点。该方法虽然排除了对侧相同结构的重叠干扰，但不能排除同侧其他重叠结构的干扰，而且存在正中矢状面的确定困难、正中矢状面附近的标志点定位重复的问题。而本发明对于对称结构不仅能排除对侧干扰，也能排除同侧其他结构的干扰。
现有技术中的方法三：通过直接在CBCT阅读软件的三个MPR(MultiplanarReformation，多平面重建)界面来定点，并将其投影至二维平面或直接显示在三维结构中。该方法对于一些解剖结构，能通过调整不同的切面，寻找最突、最凹等特征来实现精确定点。但是在一系列渐变截面上寻找一个立体结构的标志点，操作效率十分低下。并且，对于部分标志点的确定反而会增加额外的难度，甚至无法定点。除了确定标志点，该方法也无法直观描绘下颌骨这种立体结构的外形。而本发明采用预置针对不同标志点的区段转化方案，且可以针对不同个体自定义区段。区段的自定义调整是单一维度的，不用在MPR的三个维度界面上反复切换、观察、调整，极大提高了操作效率。比起MPR界面上的定点，区段转化投影定点的方式延续了传统头影测量的操作模式，并且能实现传统头影测量中的解剖轮廓描记，更方便宏观观察。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置，设备和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，功能调用设备，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于CBCT容积数据进行头影测量标志点定位的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1，调整CBCT容积数据至测量所需要的头部区域，以确定头部位置；
S2，针对每个标志点的解剖位置预设特定区段，从所述CBCT容积数据中划出所述区段相应的范围，将所述区段相应范围的三维容积数据投影为二维数据；
S3，依次确定每个标志点，并显示相应的区段投影数据转化二维影像，以进行头影测量标志点定位。
2.如权利要求1所述的头影测量标志点定位的方法，其特征在于，进一步包括：
所有标志点同时标记于完整容积数据转化的二维投影片中。
3.如权利要求1所述的头影测量标志点定位的方法，其特征在于，所述调整CBCT容积数据至测量所需要的头部区域，根据预设参考平面确立标准头位，其中，建立参考平面的方法，包括：
以双侧眶点及右侧耳点建立的眶耳平面作为水平参考平面；
以通过双侧眶下点连线、垂直于眶耳平面的平面作位冠状参考平面。
4.如权利要求1所述的头影测量标志点定位的方法，其特征在于，
所述特定区段的预设划分范围基于大部分人的面部比例正常范围；或在测量每一个标志点时，重新调整，以适应单个测量对象。
5.如权利要求1所述的头影测量标志点定位的方法，其特征在于，
所述从CBCT容积数据中划出相应的范围为矩形范围。
6.如权利要求1所述的头影测量标志点定位的方法，其特征在于，所述标志点包括：单一解剖标志点或由多个解剖结构间接形成的引申标志点。
7.如权利要求1所述的头影测量标志点定位的方法，其特征在于，还包括：
当所述标志点为解剖结构投影到二维影像重叠形成的点，分别区段转化所述多个解剖结构相关的容积数据投影至二维平面进行重叠，以确定标志点。
8.一种基于CBCT容积数据进行头影测量标志点定位的系统，其特征在于，该系统包括：
头位确定模块，调整CBCT容积数据至测量所需要的头部区域，根据预设参考平面确立头位；
数据处理模块，针对每个标志点的解剖位置预设特定区段，从所述CBCT容积数据中划出所述区段相应的范围，将所述区段相应范围的三维容积数据投影为二维数据；
测量定位模块，依次确定每个标志点，并显示相应的区段投影数据转化二维影像，以进行头影测量标志点定位。
9.如权利要求8所述的头影测量标志点定位的系统，其特征在于，
所述特定区段的预设划分范围基于大部分人的面部比例正常范围；或在测量每一个标志点时，重新调整，以适应单个测量对象。
10.如权利要求8所述的头影测量标志点定位的系统，其特征在于，
当所述标志点为解剖结构投影到二维影像重叠形成的点，分别区段转化所述多个解剖结构相关的容积数据投影至二维平面进行重叠，以确定标志点。
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