CN115035025A - 一种基于牙片处理的牙齿校正辅助方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及图像处理领域,具体涉及一种基于牙片处理的牙齿校正辅助方法,采集口腔牙齿X光图像,根据每颗牙齿的表面积选取滑窗,根据滑窗内灰度变化,得到每颗牙齿的牙龈与牙釉质的分界点,获取分界点构成拟合曲线,将经过每颗牙齿的中心点和牙龈与牙釉质的分界点的直线作为每颗牙齿的中心线,将牙齿中心线和拟合曲线的交点切线的法线作为每颗牙齿的法线,根据每颗牙齿的中心线和法线的夹角得到牙齿倾斜程度,以每颗牙齿的中心点为圆心,以圆心和中心线与拟合曲线交点之间的距离为曲率半径作曲率圆,根据曲率圆和倾斜角度得到每颗牙齿的位置异常程度,根据倾斜角度和位置异常程度判断牙齿是否需要矫正,对牙齿矫正提供了很好的辅助。
Description
技术领域
本申请涉及图像处理领域,具体涉及一种基于牙片处理的牙齿校正辅助方法。
背景技术
错位的牙齿可能影响牙齿美观、功能及健康。牙齿矫正是对倾斜或位置异常的牙齿,通过使用器具使牙齿适当地对齐,器具可施加机械力以将牙齿移动至正常的方位,在对牙齿进行矫正的过程中,需要佩戴牙齿矫正器对牙齿进行矫正,在目前在进行牙齿矫正的过程中,判断牙齿是否需要矫正,牙齿矫正器的托槽位置选择多数凭借医生都的经验进行选择,并且后期需要定时到医院进行托槽位置的修正。
本发明采用图像处理技术计算牙齿的倾斜程度和位置的异常程度,根据各个牙齿倾斜角度和位置异常程度来判断各个牙齿是否需要校正,为牙齿矫正提供了辅助作用。
发明内容
本发明提供一种基于牙片处理的牙齿校正辅助方法,解决了判断牙齿是否需要矫正不够精准的问题,采用如下技术方案:
采集口腔牙齿X光图像;
使用canny算法检测出口腔牙齿X光图像中每颗牙齿的边缘轮廓;
将每颗牙齿的边缘轮廓的最小外接矩形中心作为该牙齿中心点,最小外接矩形面积作作为该牙齿的表面积;
根据口腔牙齿X光图像中每颗牙齿的表面积大小选取不同尺寸的滑窗;
利用滑窗对每颗牙齿从上到下进行滑动,根据滑窗内像素点的灰度变化,得到每颗牙齿的牙龈与牙釉质的分界线,将分界线中点作为每颗牙齿与牙龈的分界点;
获取所有牙齿的牙龈与牙釉质的分界点的拟合曲线;
将经过每颗牙齿中心点和牙龈与牙釉质的分界点的直线作为每颗牙齿的中心线;
以每颗牙齿中心线与拟合曲线的交点为切点作拟合曲线的切线,将该切线的法线作为每颗牙齿的法线;
根据每颗牙齿的中心线和法线的夹角得到每颗牙齿的倾斜角度;
以每颗牙齿的中心点为圆心,以圆心到中心线与拟合曲线的交点之间的距离为曲率半径,作拟合曲线的曲率圆;
根据曲率圆和倾斜角度得到每颗牙齿的位置异常程度;
根据每颗牙齿的倾斜角度和位置异常程度判断该牙齿是否需要矫正。
所述选取不同尺寸的滑窗的方法为:
计算所有牙齿的表面积均值;
对于表面积大于等于表面积均值的牙齿,选取的滑窗尺寸为5×5;
对于表面积小于表面积均值的牙齿,选取的滑窗尺寸为3×3。
所述每颗牙齿的中心线和法线的夹角计算的方法为:
所述每颗牙齿的位置异常程度的获取方法如下:
式中,Φ为每颗牙齿的异常程度,R为曲率半径。
所述判断牙齿是否需要矫正的方法为:
将牙齿的倾斜角度和位置异常程度分别与倾斜角度阈值和位置异常程度阈值对比,若牙齿的倾斜角度大于倾斜角度阈值或牙齿的位置异常程度大于位置异常程度阈值,该牙齿需要进行矫正。
本发明的有益效果是:基于图像处理,采集口腔牙齿X光图像,根据每颗牙齿的表面积选取滑窗,根据滑窗内灰度变化,得到每颗牙齿的牙龈与牙釉质的分界点,获取分界点构成拟合曲线,经过每颗牙齿的中心点和牙龈与牙釉质的分界点作直线与拟合曲线相交于一点,将经过中心点和交点的直线作为每颗牙齿的中心线,过交点作拟合曲线的切线的法线作为每颗牙齿的法线,根据每颗牙齿的中心线和法线的夹角得到牙齿倾斜程度,以每颗牙齿的中心点和中心线与拟合曲线交点之间的距离为曲率半径作曲率圆,根据曲率圆和倾斜角度得到每颗牙齿的位置异常程度,根据倾斜角度和位置异常程度判断牙齿是否需要矫正,对牙齿矫正提供了很好的辅助作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例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本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种基于牙片处理的牙齿校正辅助方法流程示意图;
图2是本发明的一种基于牙片处理的牙齿校正辅助方法中的口腔牙齿X光图片示意图;
图3是本发明的一种基于牙片处理的牙齿校正辅助方法中的牙齿的中线、法线示意图;
图4是本发明的一种基于牙片处理的牙齿校正辅助方法中的牙齿中线、法线向量夹角坐标系示意图。
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。
本发明的一种基于牙片处理的牙齿校正辅助方法的实施例,如图1所示,包括:
步骤一:采集口腔牙齿X光图像;
该步骤的目的是获取口腔牙齿的X光图像。
其中,口腔牙齿X光图像对于牙齿矫正是非常重要,直接影响到对牙齿矫正的判断。在采集牙齿的X光片时,需要拍摄全口曲面断层片,患者需站立,上下牙齿自然分开,球管围绕患者旋转360度曝光。拍摄头影测量片时,患者需取蹲坐位,上下颌处于息止颌位,球管对照耳屏前区及颧部进行曝光,口腔牙齿X光图像如图2所示。
步骤二:使用canny算法检测出口腔牙齿X光图像中每颗牙齿的边缘轮廓;将每颗牙齿的边缘轮廓的最小外接矩形中心作为该牙齿中心点,最小外接矩形面积作作为该牙齿的表面积;根据口腔牙齿X光图像中每颗牙齿的表面积大小选取不同尺寸的滑窗;利用滑窗对每颗牙齿从上到下进行滑动,根据滑窗内像素点的灰度变化,得到每颗牙齿的牙龈与牙釉质的分界线,将分界线中点作为每颗牙齿与牙龈的分界点;
该步骤的目的是,为了能够准确的计算出牙齿的矫正点与最佳矫正位置,需要对拍摄的牙齿X光片进行图像处理,通过图像处理技术,将牙齿的牙龈与牙釉质分开,计算出牙釉质的中心位置,是安放矫正器的最佳位置,才能够对牙齿的矫正起到很好的矫正效果。
需要说明的是拍摄的牙齿X光照片是灰度图像,牙齿的牙龈与牙釉质能够通过图像的灰度变化进行分离,因为牙龈与牙釉质的图像之间有灰度的变化,牙釉质与牙龈的灰度值更小,更容易识别出来,而分界线部分的灰度值大,所以采用滑窗技术进行检测,根据灰度的变化将牙釉质与牙龈分隔开,从而选择合适的矫正位置。
其中,选取不同尺寸的滑窗目的,是为了找到牙龈与牙釉质灰度变化区域,本发明根据单个像素点的类别基于滑动窗口进行寻找,但由于变化区域的大小不确定,则对应的滑动窗口尺度大小也不确定。为了得到能刚好找到牙龈与牙釉质分界线分布区域的窗口尺度,本发明首先使用小窗口进行滑动,衡量该窗口尺度能否找到牙龈与牙釉质分界线分布区域,若不能,则增大窗口尺度,重新衡量,直到找到最佳的窗口尺度。
本实施例为了衡量窗口区域内的灰度值的差异,将该区域设置为由m2个窗口以m*m的形式组成,通过衡量区域内部窗口之间的灰度值差异来判断该区域内牙龈与牙釉质的分界线,为了适应牙齿大小的不同,选择合适的滑动窗口的大小,本发明根据牙齿X光照片计算每个牙齿的表面积,通过表面积的大小选择合适的窗口。
其中,根据牙齿表面积选取不同尺寸的方法为:
(1)用DNN神经网络将每个牙齿的边缘分开,再用canny算法检测出牙齿的边缘轮廓;
(2)将每颗牙齿的边缘轮廓的最小外接矩形面积作为每颗牙齿的表面积:由于每个牙齿的表面积的计算,因为牙齿的X光照片的表面积都是不规则图形,计算表面积较为困难,现将计算牙齿的最小外接矩形的表面积来衡量牙齿的表面积,从而根据牙齿的最小外接矩形的面积来确定滑窗的尺寸大小,本实施例通过画出每颗牙齿轮廓的最小外接矩形,以矩形的两条直角边作为坐标系的x轴与y轴。设没在坐标轴上的矩形点的坐标为(a,b),则矩形的面积S为:
S=a*b
用矩形的面积表示牙齿的表面积,通过牙齿的表面积选取滑窗的尺寸大小。面积越大,对应的滑窗的尺寸越大。根据牙齿的X光片,槽牙的面积最大,其他牙齿的面积相近。
公式中,n为共有n颗牙齿,每个牙齿面积分别为S1、S2……Sn。
公式中,δ为滑窗的尺寸,S为牙齿表面积。
其中,每颗牙齿的牙龈与牙釉质的分界点的获取方法为:
根据滑窗原理,采用尺寸为δ的窗口,从下排牙齿开始,逐个牙齿进行滑动检测,以从上到下的方向进行滑动,根据窗口的像素变化,得到每颗牙齿牙龈与牙釉质的分界线,将分界线中点作为牙龈与牙釉质的分界点。
步骤三:获取所有牙齿的牙龈与牙釉质的分界点的拟合曲线;将经过每颗牙齿中心点和牙龈与牙釉质的分界点的直线作为每颗牙齿的中心线;以每颗牙齿中心线与拟合曲线的交点为切点作拟合曲线的切线,将该切线的法线作为每颗牙齿的法线;
该步骤的目的是,获取每个牙齿的中心线和法线。
需要说明的是,本实施例是根据每颗牙齿检测出来的分界点的位置,运用贝塞尔曲线原理找到所有点的拟合曲线。
其中,牙齿的中心线的获取方法为:将经过每颗牙齿中心点和牙龈与牙釉质的分界点的直线作为每颗牙齿的中心线。
其中,每颗牙齿的法线的获取方法为:延长每颗牙齿中心线与拟合曲线相交,以交点为切点作拟合曲线的切线,过交点作该切线的法线,将其作为每颗牙齿的法线。
如图3所示,包括牙齿的外接矩形、外接圆(曲率圆)、中心点、分界点(牙龈与牙釉质的)、贝塞尔曲线(拟合曲线)、中心线、法线、切线。
步骤四:根据每颗牙齿的中心线和法线的夹角得到每颗牙齿倾斜角度;
该步骤的目的是,获取每颗牙齿的中心线和法线的夹角角度,将该角度作为每颗牙齿的倾斜角度。
其中,每颗牙齿的中心线和法线的夹角角度的获取方法为:
设法线与中心线的夹角θ,以牙齿的中心点为原点,中心线为y轴方向建立直角坐标系,将法线平移到原点的位置,根据两个向量则可计算出夹角,如图4所示,根据两个方向上的向量可以计算出法线与中心线的夹角θ为:
步骤五:以每颗牙齿的中心点为圆心,以圆心到中心线与拟合曲线的交点之间的距离为曲率半径,作拟合曲线的曲率圆;根据曲率圆和倾斜角度得到每颗牙齿的位置异常程度;
该步骤的目的是,根据牙齿的曲率圆和倾斜角度判断牙齿的位置是否异常,曲率圆半径越大,牙齿位置离拟合曲线越远,异常程度越大。
需要说明的是,牙齿不仅可能存在倾斜异常也可能存在位置异常,如位置左右偏移,上下偏移等。
其中,位置异常程度的获取方法为:
根据牙齿牙龈与牙釉质分界点的拟合曲线的曲率圆的曲率计算牙齿的异常程度,具体方法为:
(1)以每颗牙齿的中心点为圆心,以中心点和中心线与拟合曲线的交点之间的距离为曲率半径作拟合曲线的曲率圆,如图3所示,该外接圆为拟合曲线的曲率圆;
(2)根据曲率圆的曲率可知,曲率半径R与曲率K成反比:
如果曲率越大,说明圆的曲率半径越小,则拟合曲线上的点距离牙齿的中心点的距离越近,牙齿在正常的曲线范围内,牙齿不需要进行矫正。反之,如果曲率越小,说明圆的曲率半径越大,则拟合曲线上的点距离牙齿的中心点的距离越远,牙齿不在正常的曲线范围内,牙齿需要进行矫正;
(3)根据牙齿的倾斜角度和曲率半径的变化,得出牙齿的异常程度:
式中,Φ为每颗牙齿的异常程度,R为曲率半径。
步骤六:根据每颗牙齿的倾斜角度和位置异常程度判断该牙齿是否需要矫正。
该步骤的目的是判断牙齿是否需要矫正。
其中,判断牙齿是否需要矫正的方法为:
将牙齿倾斜角度和位置异常程度分别与倾斜角度阈值和位置异常程度阈值对比,若牙齿倾斜角度大于倾斜角度阈值或位置异常程度大于位置异常程度阈值,该牙齿需要进行矫正。
本实施例中,倾斜角度阈值为10度,位置异常程度阈值为0.03。
进一步的,针对需要矫正的牙齿,选择合适的矫正点的位置,用托槽固定在合适的矫正点位置,改变牙齿的受力点,从而进行牙齿矫正,对牙齿矫正起到了辅助作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于牙片处理的牙齿校正辅助方法,其特征在于,包括:
采集口腔牙齿X光图像;
使用canny算法检测出口腔牙齿X光图像中每颗牙齿的边缘轮廓;
将每颗牙齿的边缘轮廓的最小外接矩形中心作为该牙齿中心点,最小外接矩形面积作作为该牙齿的表面积;
根据口腔牙齿X光图像中每颗牙齿的表面积大小选取不同尺寸的滑窗;
利用滑窗对每颗牙齿从上到下进行滑动,根据滑窗内像素点的灰度变化,得到每颗牙齿的牙龈与牙釉质的分界线,将分界线中点作为每颗牙齿与牙龈的分界点;
获取所有牙齿的牙龈与牙釉质的分界点的拟合曲线;
将经过每颗牙齿中心点和牙龈与牙釉质的分界点的直线作为每颗牙齿的中心线;
以每颗牙齿中心线与拟合曲线的交点为切点作拟合曲线的切线,将该切线的法线作为每颗牙齿的法线;
根据每颗牙齿的中心线和法线的夹角得到每颗牙齿的倾斜角度;
以每颗牙齿的中心点为圆心,以圆心到中心线与拟合曲线的交点之间的距离为曲率半径,作拟合曲线的曲率圆;
根据曲率圆和倾斜角度得到每颗牙齿的位置异常程度;
根据每颗牙齿的倾斜角度和位置异常程度判断该牙齿是否需要矫正。
2.根据权利要求1所述的一种基于牙片处理的牙齿校正辅助方法,其特征在于,所述选取不同尺寸的滑窗的方法为:
计算所有牙齿的表面积均值;
对于表面积大于等于表面积均值的牙齿,选取的滑窗尺寸为5×5;
对于表面积小于表面积均值的牙齿,选取的滑窗尺寸为3×3。
5.根据权利要求1所述的一种基于牙片处理的牙齿校正辅助方法,其特征在于,所述判断牙齿是否需要矫正的方法为:
将牙齿的倾斜角度和位置异常程度分别与倾斜角度阈值和位置异常程度阈值对比,若牙齿的倾斜角度大于倾斜角度阈值或牙齿的位置异常程度大于位置异常程度阈值,该牙齿需要进行矫正。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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