CN115690173A - 一种种植体自动配准方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种种植体自动配准方法、装置及电子设备，涉及模型配准技术领域。首先获取种植体模型数据与口扫数据，其中，口扫数据包括圆柱体规划位数据与口扫模型数据，然后依据种植体模型数据确定种植体模型的上下端点，再依据圆柱体规划位数据与口扫模型数据确定圆柱体规划位的上下端点，接着依据种植体模型的上下端点坐标与圆柱体规划位的上下端点坐标确定位姿转换矩阵，最后利用位姿转换矩阵将种植体模型转移至圆柱体规划位，以实现配准。本申请提供的种植体自动配准方法、装置及电子设备具有提升了配准效率与配准精度的优点。

Description

一种种植体自动配准方法、装置及电子设备

技术领域

本申请涉及模型配准技术领域，具体而言，涉及一种种植体自动配准方法、装置及电子设备。

背景技术

在种牙手术前期准备阶段，相关机构会根据患者的口扫STL(STereoLithography,立体光刻)数据制作相应的种植导板，并在该口扫数据上设置种植体的初步规划位，作为后续医生植牙的参考。

上述过程中，相关机构并不知道手术所使用的具体种植体型号，因此其预设的初步规划位通常以一圆柱体表示，并最终将患者口扫与圆柱体规划位保存于同一个STL文件中。在随后的手术规划中，医生确定所需种植体型号，为了预可视化种植效果，种种植体STL模型需要与圆柱体规划位进行配准，并移动到圆柱体规划位。

然而，现有的数据配准过程，一般通过手动方式进行，通过手动调整种植体模型的平移与旋转量实现，此种方法效率低下，且配准精度不高。

综上，现有技术中存在种植体模型配准效率低、精度不高的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种种植体自动配准方法、装置及电子设备，以解决现有技术中存在的种植体模型配准效率低、精度不高的问题。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种种植体自动配准方法，所述方法包括：

获取种植体模型数据与口扫数据，其中，所述口扫数据包括圆柱体规划位数据与口扫模型数据；

依据所述种植体模型数据确定种植体模型的上下端点；

依据所述圆柱体规划位数据与所述口扫模型数据确定所述圆柱体规划位的上下端点；

依据所述种植体模型的上下端点坐标与所述圆柱体规划位的上下端点坐标确定位姿转换矩阵；

利用所述位姿转换矩阵将所述种植体模型转移至所述圆柱体规划位，以实现配准。

可选地，所述依据所述种植体模型数据确定种植体模型的上下端点的步骤包括：

生成种植体模型的有向包围盒，并获取所述有向包围盒中各个面的中心点；

确定每两个中心点之间的距离，并将距离最长的两个中心点分别作为第一中心点与第二中心点；

确定所述第一中心点与所述第二中心点所处的有向包围盒的第一平面与第二平面；

依据所述第一中心点、所述第二中心点、所述第一平面、所述第二平面以及所述种植体模型上的空间顶点确定所述种植体模型的上下端点。

可选地，所述依据所述第一中心点、所述第二中心点、所述第一平面、所述第二平面以及所述种植体模型上的空间顶点确定所述种植体模型的上下端点的步骤包括：

遍历所述种植体模型上的每一个空间顶点，并将与第一平面的距离小于预设值的空间顶点作为第一空间顶点，将与第二平面的距离小于预设值的空间顶点作为第二空间顶点；

当所述第一空间顶点的数量小于所述第二空间顶点的数量时，确定所述第一中心点为所述种植体模型的上端点，所述第二中心点为所述种植体模型的下端点；

当第一空间顶点的数量大于所述第二空间顶点的数量时，确定所述第一中心点为所述种植体模型的下端点，所述第二中心点为所述种植体模型的上端点。

可选地，依据所述圆柱体规划位数据与所述口扫模型数据确定所述圆柱体规划位的上下端点的步骤包括：

依据所述圆柱体规划位数据确定所述圆柱体规划位的重心；

将所述圆柱体规划位上与所述重心距离最大的空间顶点作为第三空间顶点；

从所述第三空间顶点中确定属于上端面或下端面的空间顶点；

依据所述属于上端面或下端面的空间顶点拟合圆，并确定第一圆心；

依据所述第一圆心与所述重心确定第二圆心；

依据所述第一圆心、所述第二圆心以及所述口扫模型数据确定所述圆柱体规划位的上下端点。

可选地，从所述第三空间顶点中确定属于上端面或下端面的空间顶点的步骤包括：

生成第一临时点与第二临时点，其中，所述第一临时点与所述第二临时点的初始坐标均为第三空间顶点中任一点的坐标；

遍历所述第三空间顶点，并依据所述第一临时点与第二临时点之间的距离、第三空间顶点与所述第一临时点之间的距离以及所述第三空间顶点与所述第二临时点之间的距离确定与所述第一临时点、第二临时点相邻的第四空间顶点；

将所述第一临时点的坐标更新为第二临时点的坐标，将所述第二临时点的坐标更新为第四空间顶点的坐标，并重复遍历所述第三空间顶点的步骤，直至确定的第四空间顶点的数量达到预设值。

可选地，所述依据所述第一圆心、所述第二圆心以及所述口扫模型确定圆柱体规划位的上下端点的步骤包括：

遍历所述口扫模型的空间顶点，并计算每个空间顶点与所述第一圆心、第二圆心的距离；

将所述口扫模型的空间顶点与所述第一圆心之间的距离最小值为第一距离值，将所述口扫模型的空间顶点与所述第二圆心之间的距离最小值为第二距离值；

当所述第一距离值小于所述第二距离值时，确定所述第一圆心为圆柱体规划位的上端点，所述第二圆心为圆柱体规划位的下端点；

当所述第一距离值大于所述第二距离值时，确定所述第一圆心为圆柱体规划位的下端点，所述第二圆心为圆柱体规划位的上端点。

可选地，依据所述种植体模型的上下端点坐标与所述圆柱体规划位的上下端点坐标确定位姿转换矩阵的步骤包括：

依据所述种植体模型的上下端点的坐标确定第一单位向量；

依据所述圆柱体规划位的上下端点的坐标确定第二单位向量；

依据第一单位向量与所述第二单位向量确定向量夹角与法线；

依据所述向量夹角与法线确定种植体模型至所述圆柱体规划位的旋转矩阵；

确定所述种植体模型至所述圆柱体规划位的平移向量；

依据所述旋转矩阵与所述平移向量生成所述位姿转换矩阵。

可选地，所述平移向量满足公式：

其中，t表示平移向量，R表示种植体模型至所述圆柱体规划位的旋转矩阵，P_planHead表示圆柱体规划位的下端点坐标，P_implantHead表示种植体模型的下端点的坐标。

第二方面，本申请实施例还提供了一种种植体自动配准装置，所述装置包括：

数据获取单元，用于获取种植体模型数据与口扫数据，其中，所述口扫数据包括圆柱体规划位数据与口扫模型数据；

数据处理单元，用于依据所述种植体模型数据确定种植体模型的上下端点；

数据处理单元，还用于依据所述圆柱体规划位数据与所述口扫模型数据确定所述圆柱体规划位的上下端点；

数据处理单元，还用于依据所述种植体模型的上下端点坐标与所述圆柱体规划位的上下端点坐标确定位姿转换矩阵；

转移单元，用于利用所述位姿转换矩阵将所述种植体模型转移至所述圆柱体规划位，以实现配准。

第三方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：

存储器，用于存储一个或多个程序；

处理器；

当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，实现上述的方法。

相对于现有技术，本申请实施例具有以下有益效果：

本申请提供了一种种植体自动配准方法、装置及电子设备，首先获取种植体模型数据与口扫数据，其中，口扫数据包括圆柱体规划位数据与口扫模型数据，然后依据种植体模型数据确定种植体模型的上下端点，再依据圆柱体规划位数据与口扫模型数据确定圆柱体规划位的上下端点，接着依据种植体模型的上下端点坐标与圆柱体规划位的上下端点坐标确定位姿转换矩阵，最后利用位姿转换矩阵将种植体模型转移至圆柱体规划位，以实现配准。由于本申请中通过获取种植体模型的上下端点与圆柱体规划位的上下端点的方式，可以准确确定出位姿转换矩阵，并通过位姿转换矩阵实现种植体模型的转移，因此无须手动进行配准，提升了配准效率与配准精度。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本申请实施例提供的种植体模型、圆柱体规划位以及口扫模型的示意图。

图2为本申请实施例提供的电子设备的模块示意图。

图3为本申请实施例提供的种植体自动配准方法的示例性流程图。

图4为本申请实施例提供的种植体模型与有向包围盒的示意图。

图5为本申请实施例提供的确定属于同一圆面的第三空间顶点的原理示意图。

图6为本申请实施例提供的电子种植体模型与圆柱体规划位最终配准效果示意图。

图中：100-电子设备；101-处理器；102-存储器；103-通信接口。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

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定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

正如背景技术中所述，现有技术中在进行种植体模型与圆柱体规划位的配准时，一般采用手动方式实现，其效率低、精度不高的问题。

例如，请参阅图1，图1示出了各模型示意图。由如图可知，针对患者的不同，口扫模型与圆柱体规划位数据存在不同，种植体模型的型号也存在不同。在种牙手术前期准备阶段，通过口扫方式可以生成口扫模型与圆柱体规划位，而为了显示终止后的最终效果，以及为后续种植手术提供数值参考，需要将种植体模型转移至圆柱体规划位的位置。

现有技术中，一般采用人工方式将种植体模型转移至圆柱体规划位的位置，即人工旋转种植体模型角度，并将种植体模型拖动至圆柱体规划位的位置，因此存在效率低、精度低的问题。

有鉴于此，本申请提供了一种种植体自动配准方法，通过自动配准方式，提升种植体模型转移至圆柱体规划位的效率与精度。

需要说明的是，本申请提供的种植体自动配准方法可以应用于电子设备中，作为一种实现方式，本申请实施例提供的电子设备100的示意性结构框图如图2所示，电子设备100包括存储器102、处理器101和通信接口103，该存储器102、处理器101和通信接口103相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。

存储器102可用于存储软件程序及模块，如本申请实施例提供的种植体自动配准装置对应的程序指令或模块，处理器101通过执行存储在存储器102内的软件程序及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，进而执行本申请实施例提供的种植体自动配准方法的步骤。该通信接口103可用于与其他节点设备进行信令或数据的通信。

其中，存储器102可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除可编程只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。

处理器101可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。该处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

可以理解，图2所示的结构仅为示意，电子设备100还可以包括比图2中所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。图2中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

下面以电子设备100作为示意性执行主体，对本申请实施例提供的种植体自动配准方法进行示例性说明。

作为一种实现方式，请参阅图3，该种植体自动配准方法包括：

S102，获取种植体模型数据与口扫数据，其中，口扫数据包括圆柱体规划位数据与口扫模型数据。

S104，依据种植体模型数据确定种植体模型的上下端点。

S106，依据圆柱体规划位数据与口扫模型数据确定圆柱体规划位的上下端点。

S108，依据种植体模型的上下端点坐标与圆柱体规划位的上下端点坐标确定位姿转换矩阵。

S110，利用位姿转换矩阵将种植体模型转移至圆柱体规划位，以实现配准。

其中，结合图1所示，本申请实际将种植体模型数据与带有圆柱体规划位的口扫数据模型导入并显示于虚拟空间场景，种植体模型与圆柱体规划位之间的相对位置关系在初始状态下未知待求解。

并且，种植体模型、圆柱体规划位以及口扫模型实际均由多个空间顶点组合而成，多个空间顶点之间进行连线即形成了种植体模型、圆柱体规划位以及口扫模型。因此，本申请中所述的种植体模型数据，实际为种植体模型的各空间顶点的坐标信息；同理地，圆柱体规划位数据与口扫模型数据也分别为圆柱体规划位中各空间顶点的坐标信息与口扫模型中各空间顶点的坐标信息。

在一种实现方式中，S104包括：

S1041，生成种植体模型的有向包围盒，并获取有向包围盒中各个面的中心点。

S1042，确定每两个中心点之间的距离，并将距离最长的两个中心点分别作为第一中心点与第二中心点。

S1043，确定第一中心点与第二中心点所处的有向包围盒的第一平面与第二平面。

S1044，依据第一中心点、第二中心点、第一平面、第二平面以及种植体模型上的空间顶点确定种植体模型的上下端点。

其中，有向包围盒是指最最贴近物体的长方体，其由6个面，8个顶点组成。因此，在生成种植体模型的有向包围盒时，实际生成包裹该种植体模型的最小的长方体。

如图4所示，由于无论种植体模型的型号为何种型号，种植体模型的整体形状为螺钉状，即一端较大、另一端较小，且中间区域分布有螺纹。因此，在生成有向包围盒时，有向包围盒的两个端面的中心点即为种植体模型的上端点与下端点，换言之，有向包围盒的两个端面的中心点，分别与种植体模型的上端点与下端点重合，只要确定了有向包围盒的两个端面的中心点的坐标，即确定了种植体模型的上端点与下端点的坐标。

本申请中，采用获取有向包围盒中各个面的中心点的方式，确定每两个中心之间的距离。其中，对于各个面的中心点的确定，可以在生成有向包围盒时自动生成，也可以先根据有向包围盒的顶点确定各个面(共6个面)，然后再计算对于每个面而言，四个顶点平均后的坐标作为中心点的坐标。

需要说明的是，本申请所述的确定上下端点，实际均值确定为了后续计算，确定出上下端点的坐标。

在分别计算6个中心点中，每两个中心点的之间的距离后，可以对距离进行比较，并确定出距离最长的两点为p1与p2，其距离为L。结合图4可以理解地，由于种植体模型的形状的限定，距离最长的两点为即为种植体模型的上端点与下端点。

然而，在确定距离最长的两点分别作为第一中心点与第二中心点，记为p1与p2后，可能是p1为上端点，p2为下端点；也可能是p2为上端点，p1为下端点，因此需要进一步确定。

需要说明的是，之所以上述包围盒的方法能够区分出种植体模型的上下端点，是因为种植体模型的有向包围盒呈长条柱状，种植体模型上下端点的连线长度等于种植体模型有向包围盒最长轴的长度；同时，种植体模型的下端点附近部分因为存在螺纹的关系，模型的几何结构相对复杂，造成的结果就是该部分需要更多空间顶点，并借由这些顶点连线形成的三角面片来代表复杂螺纹的几何结构；而种植体模型上端更接近于规整的柱状体，几何结构相对简单，所包含的空间顶点数量也较少。因此，只需要确定两个中线点p1与p2附近区域中的空间顶点的数量，即可确定出具体的上下端点。

其中，本申请先确定第一中心点与第二中心点所处的有向包围盒的第一平面与第二平面；依据第一中心点、第二中心点、第一平面、第二平面以及种植体模型上的空间顶点确定种植体模型的上下端点。

在确定第一中心点与第二中心点所处的第一平面与第二平面时，可以分别以p1与p2为平面上一点，p1与p2连线方向为法向量生成两个平面P1与P2。

具体地，S1044包括：

遍历种植体模型上的每一个空间顶点，并将与第一平面的距离小于预设值的空间顶点作为第一空间顶点，将与第二平面的距离小于预设值的空间顶点作为第二空间顶点；

当第一空间顶点的数量小于第二空间顶点的数量时，确定第一中心点为种植体模型的上端点，第二中心点为种植体模型的下端点；

当第一空间顶点的数量大于第二空间顶点的数量时，确定第一中心点为种植体模型的下端点，第二中心点为种植体模型的上端点。

在一种实现方式中，可以遍历种植体模型上的每一个空间顶点，将其中与P1距离小于等于1/5L的空间顶点作为第一空间顶点，且所有的第一空间顶点组成集合记为Pointset1，将其中与P2距离小于等于1/5L的空间顶点作为第二空间顶点，且所有的第二空间顶点组成集合记为Pointset2，其中，L表示第一中心点与第二中心点的距离。

接着，比较Pointset1与Pointset2所含元素的个数，若前者的元素个数多于后者，则第一中心点p1作为种植体模型的下端点(植入时先与患者接触的端点)，记为p_implantHead，第二中心点p2为种植体的上端点，记为p_implantTail。否则，p2为种植体的下端点，记为p_implantHead，p1为种植体的上端点，记为p_implantTail。

作为另一种实现方式，在确定种植体模型的上下端点时，也可以通过确定种植体模型的型号，然后确定其上下端点的坐标，换言之的，数据库中预先存储有不同型号的种植体模型对应的上下端点的坐标，当确定种植体模型的型号后，直接调用对应的坐标即可。

作为一种实现方式，S106包括：

S1061，依据圆柱体规划位数据确定圆柱体规划位的重心；

S1062，将圆柱体规划位上与重心距离最大的空间顶点作为第三空间顶点；

S1063，从第三空间顶点中确定属于上端面或下端面的空间顶点；

S1064，依据属于上端面或下端面的空间顶点拟合圆，并确定第一圆心；

S1065，依据第一圆心与重心确定第二圆心；

S1066，依据第一圆心、第二圆心以及口扫模型数据确定圆柱体规划位的上下端点。

其中，在确定圆柱体规划位的上下端点时，由于圆柱体规划位与口扫模型会重合，因此需要先确定圆柱体规划位的范围。作为一种实现方式，先对包含有圆柱体规划位的口扫数据进行连通域分析，取得两个互不连通的空间多边形，记为S1与S2，可以理解的，S1与S2中，一个为口扫模型，另一个为圆柱体规划位。

接着，比较S1与S2中各自所含空间顶点的数量，顶点数量较多者为患者的口扫模型，记为S_oralScan，顶点数量较少者为圆柱体规划位，记为S_plan。

在确定圆柱体规划位所处区域后，为了确定圆柱体规划位的上下端点。首先可以依据圆柱体规划位数据确定圆柱体规划位的重心，该重心为几何中心，可通过累加其上所有空间顶点的坐标值并除以其上顶点总数的方式，圆柱体规划位的重心记为p_c。

接着，通过遍历圆柱体规划位上所有空间顶点的方式，将圆柱体规划位上与重心距离最大的空间顶点作为第三空间顶点，然后从第三空间顶点中确定属于上端面或下端面的空间顶点，在再通过拟合的方式，利用属于同一端面的第三空间顶点拟合圆，即可确定出圆心，该圆心即为圆柱体规划位的上端点或下端点。

其中，从第三空间顶点中确定属于上端面或下端面的空间顶点的步骤包括：

生成第一临时点与第二临时点，其中，第一临时点与第二临时点的初始坐标均为第三空间顶点中任一点的坐标；

遍历第三空间顶点，并依据第一临时点与第二临时点之间的距离、第三空间顶点与第一临时点之间的距离以及第三空间顶点与第二临时点之间的距离确定与第一临时点、第二临时点相邻的第四空间顶点；

将第一临时点的坐标更新为第二临时点的坐标，将第二临时点的坐标更新为第四空间顶点的坐标，并重复遍历第三空间顶点的步骤，直至确定的第四空间顶点的数量达到预设值。

在实际处理中，可以将重心p_c与圆柱体规划位S_plan上空间顶点的距离最大值为d_max，将d_max初始化为0，遍历圆柱体规划位Splan的各个顶点vi(1≤i≤n，n为S_plan的顶点总数)，计算其与p_c的距离di，若di>d_max，将di赋值给d_max。这样，可以确定出d_max为最大值。例如，当第一个空间顶点与重心p_c之间的距离为0.5，则将d_max更新为0.5；而当第二个空间顶点与重心p_c之间的距离为0.3，则d_max不做更新，仍为0.5，而当第三个空间顶点与重心p_c之间的距离为1时，则d_max更新1，以此类推。

可以理解地，通过该方式确定出的第三空间顶点，实际为圆柱体上下底圆面的边界点。

接着，需要从第三空间顶点中，筛选位于同一平面的空间顶点。在一种实现方式中，可以生成一空点集P_ointsettmp用于存放圆柱体上下底圆面的边界点，遍历S_plan的各个顶点vi(1≤i≤n，n为S_plan的顶点总数)，计算其与p_c的距离di，若|di–d_max|<0.03，将vi加入P_ointsettmp。

生成第一临时点与第二临时点，记为p_tmp1与p_tmp2，用P_ointsettmp中的第一个点元素的坐标作为p_tmp1与p_tmp2的初始值，当然地，也可以用其它点元素的坐标作为p_tmp1与p_tmp2的初始值，在此不做限定。

生成一空点集P_ointsettmp2用于存放圆柱体规划位某一个底面圆的边界点；重复遍历P_ointsettmp的每一个元素vi(1≤i≤n，n为P_ointsettmp S_plan的元素总数)：计算其与ptmp1的距离为k1，计算其与ptmp2的距离为k2，ptmp1与ptmp2的距离为k3，若P_ointsettmp2的元素个数小于10(否则停止所有遍历)，k1≤k2，k3<k2且k2<0.1，则将vi加入Pointsettmp2，并将ptmp1的坐标值赋予ptmp2，vi的坐标值赋予ptmp1，开始新一轮Pointsettmp的遍历，其原理图如图5所示。

作为一种实现方式，依据所述第一圆心、所述第二圆心以及所述口扫模型确定圆柱体规划位的上下端点的步骤包括：

遍历所述口扫模型的空间顶点，并计算每个空间顶点与所述第一圆心、第二圆心的距离；

将所述口扫模型的空间顶点与所述第一圆心之间的距离最小值为第一距离值，将所述口扫模型的空间顶点与所述第二圆心之间的距离最小值为第二距离值；

当所述第一距离值小于所述第二距离值时，确定所述第一圆心为圆柱体规划位的上端点，所述第二圆心为圆柱体规划位的下端点；

当所述第一距离值大于所述第二距离值时，确定所述第一圆心为圆柱体规划位的下端点，所述第二圆心为圆柱体规划位的上端点。

其中，可以使用最小二乘法，对P_ointsettmp2中的10个点拟合一圆，得其圆心为p_m，计算一空间点pn＝2pc–pm，遍历SoralScan的各个顶点，并计算其与pn与pm的距离分别记为dni与dmi(1≤i≤n，n为SoralScan的顶点总数)，dni与dmi的最小值分别为dn_min与dm_min若dn_min<dm_min，则pn为圆柱体规划位的上端点(对应于种植体的上端点)记为pplanTail，pm为圆柱体规划位的下端点pplanHead；否则pm为圆柱体规划位的上端点记为pplanTail，pn为圆柱体规划位的下端点pplanHead。

其中，上述方法先计算出圆柱体几何中心，再通过筛选距离圆柱体中心距离最大点的方式获取上下底面的边界点，随后从所有边界点中提取出某一个底面上的若干边界点进而得到该底面的中心，求得圆柱体规划位的上下底面中心，最后通过比较与口扫模型距离的方式区分上下端点；提取圆柱体规划位的上下端点不采用包围盒的方法，原因在于不能确保STL数据中的圆柱体规划位长轴长度一定大于底面直径(虽然实际种植体的长轴长度都能保证大于其上下底面直径，但是规划位圆柱体的尺寸与实际种植体的形状关联度不大，规划位只负责确定种植体的方向与植入点位置)。

在确定圆柱体规划位的上下端点与圆柱体规划位的上下端点后，本申请的目的实际为将种植体模型转移至圆柱体规划位的位置，因此，只需确定对应的转换矩阵即可。

具体地，首先计算圆柱体规划位的轴向单位向量aplan与种植体模型的轴向单位向量aimplant：

a_plan＝(p_planHead-p_planTail)/|p_planHead-p_planTail|

a_implant＝(p_implantHead-p_implantTail)/|p_implantHead-p_implantTail|

然后计算aimplant与aplan的夹角θ，并计算aimplant叉乘aplan结果的单位向量k，

θ＝cos^-1(a_implant·a_plan/|a_implant·a_plan|)

并利用罗德里格斯公式计算种植体模型至圆柱体规划位的3X3旋转矩阵R

其中I为3X3的单位矩阵，矩阵K由向量k得到

计算种植体模型至圆柱体规划位置的平移向量t

取得种植体模型至圆柱体规划位的4X4转换矩阵T

接着，遍历种植体模型上的每一个顶点pi(1≤i≤n，n为种植体模型的顶点总数)，应用变换矩阵T将其移动至新位置pi’

p′_i＝T·p_i

种植体模型与圆柱体规划位最终配准效果如图6。

基于上述实现方式，本申请实施例还提供了一种种植体自动配准装置，该装置包括：

数据获取单元，用于获取种植体模型数据与口扫数据，其中，口扫数据包括圆柱体规划位数据与口扫模型数据；

数据处理单元，用于依据种植体模型数据确定种植体模型的上下端点；

数据处理单元，还用于依据圆柱体规划位数据与口扫模型数据确定圆柱体规划位的上下端点；

数据处理单元，还用于依据种植体模型的上下端点坐标与圆柱体规划位的上下端点坐标确定位姿转换矩阵；

转移单元，用于利用位姿转换矩阵将种植体模型转移至圆柱体规划位，以实现配准。

综上所述，本申请提供了一种种植体自动配准方法、装置及电子设备，首先获取种植体模型数据与口扫数据，其中，口扫数据包括圆柱体规划位数据与口扫模型数据，然后依据种植体模型数据确定种植体模型的上下端点，再依据圆柱体规划位数据与口扫模型数据确定圆柱体规划位的上下端点，接着依据种植体模型的上下端点坐标与圆柱体规划位的上下端点坐标确定位姿转换矩阵，最后利用位姿转换矩阵将种植体模型转移至圆柱体规划位，以实现配准。由于本申请中通过获取种植体模型的上下端点与圆柱体规划位的上下端点的方式，可以准确确定出位姿转换矩阵，并通过位姿转换矩阵实现种植体模型的转移，因此无须手动进行配准，提升了配准效率与配准精度。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请实施例的装置、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、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码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。

也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，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。

另外，在本申请实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块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，服务器，或者网络设备等)执行本申请实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种种植体自动配准方法，其特征在于，所述方法包括：

获取种植体模型数据与口扫数据，其中，所述口扫数据包括圆柱体规划位数据与口扫模型数据；

依据所述种植体模型数据确定种植体模型的上下端点；

依据所述圆柱体规划位数据与所述口扫模型数据确定所述圆柱体规划位的上下端点；

依据所述种植体模型的上下端点坐标与所述圆柱体规划位的上下端点坐标确定位姿转换矩阵；

利用所述位姿转换矩阵将所述种植体模型转移至所述圆柱体规划位，以实现配准。

2.如权利要求1所述的种植体自动配准方法，其特征在于，所述依据所述种植体模型数据确定种植体模型的上下端点的步骤包括：

生成种植体模型的有向包围盒，并获取所述有向包围盒中各个面的中心点；

确定每两个中心点之间的距离，并将距离最长的两个中心点分别作为第一中心点与第二中心点；

确定所述第一中心点与所述第二中心点所处的有向包围盒的第一平面与第二平面；

依据所述第一中心点、所述第二中心点、所述第一平面、所述第二平面以及所述种植体模型上的空间顶点确定所述种植体模型的上下端点。

3.如权利要求2所述的种植体自动配准方法，其特征在于，所述依据所述第一中心点、所述第二中心点、所述第一平面、所述第二平面以及所述种植体模型上的空间顶点确定所述种植体模型的上下端点的步骤包括：

遍历所述种植体模型上的每一个空间顶点，并将与第一平面的距离小于预设值的空间顶点作为第一空间顶点，将与第二平面的距离小于预设值的空间顶点作为第二空间顶点；

当所述第一空间顶点的数量小于所述第二空间顶点的数量时，确定所述第一中心点为所述种植体模型的上端点，所述第二中心点为所述种植体模型的下端点；

当第一空间顶点的数量大于所述第二空间顶点的数量时，确定所述第一中心点为所述种植体模型的下端点，所述第二中心点为所述种植体模型的上端点。

4.如权利要求1所述的种植体自动配准方法，其特征在于，依据所述圆柱体规划位数据与所述口扫模型数据确定所述圆柱体规划位的上下端点的步骤包括：

依据所述圆柱体规划位数据确定所述圆柱体规划位的重心；

将所述圆柱体规划位上与所述重心距离最大的空间顶点作为第三空间顶点；

从所述第三空间顶点中确定属于上端面或下端面的空间顶点；

依据所述属于上端面或下端面的空间顶点拟合圆，并确定第一圆心；

依据所述第一圆心与所述重心确定第二圆心；

依据所述第一圆心、所述第二圆心以及所述口扫模型数据确定所述圆柱体规划位的上下端点。

5.如权利要求4所述的种植体自动配准方法，其特征在于，从所述第三空间顶点中确定属于上端面或下端面的空间顶点的步骤包括：

生成第一临时点与第二临时点，其中，所述第一临时点与所述第二临时点的初始坐标均为第三空间顶点中任一点的坐标；

遍历所述第三空间顶点，并依据所述第一临时点与第二临时点之间的距离、第三空间顶点与所述第一临时点之间的距离以及所述第三空间顶点与所述第二临时点之间的距离确定与所述第一临时点、第二临时点相邻的第四空间顶点；

将所述第一临时点的坐标更新为第二临时点的坐标，将所述第二临时点的坐标更新为第四空间顶点的坐标，并重复遍历所述第三空间顶点的步骤，直至确定的第四空间顶点的数量达到预设值。

6.如权利要求4所述的种植体自动配准方法，其特征在于，所述依据所述第一圆心、所述第二圆心以及所述口扫模型确定圆柱体规划位的上下端点的步骤包括：

遍历所述口扫模型的空间顶点，并计算每个空间顶点与所述第一圆心、第二圆心的距离；

将所述口扫模型的空间顶点与所述第一圆心之间的距离最小值为第一距离值，将所述口扫模型的空间顶点与所述第二圆心之间的距离最小值为第二距离值；

当所述第一距离值小于所述第二距离值时，确定所述第一圆心为圆柱体规划位的上端点，所述第二圆心为圆柱体规划位的下端点；

当所述第一距离值大于所述第二距离值时，确定所述第一圆心为圆柱体规划位的下端点，所述第二圆心为圆柱体规划位的上端点。

7.如权利要求1所述的种植体自动配准方法，其特征在于，依据所述种植体模型的上下端点坐标与所述圆柱体规划位的上下端点坐标确定位姿转换矩阵的步骤包括：

依据所述种植体模型的上下端点的坐标确定第一单位向量；

依据所述圆柱体规划位的上下端点的坐标确定第二单位向量；

依据第一单位向量与所述第二单位向量确定向量夹角与法线；

依据所述向量夹角与法线确定种植体模型至所述圆柱体规划位的旋转矩阵；

确定所述种植体模型至所述圆柱体规划位的平移向量；

依据所述旋转矩阵与所述平移向量生成所述位姿转换矩阵。

8.如权利要求7所述的种植体自动配准方法，其特征在于，所述平移向量满足公式：

其中，t表示平移向量，R表示种植体模型至所述圆柱体规划位的旋转矩阵，P_planHead表示圆柱体规划位的下端点坐标，P_implantHead表示种植体模型的下端点的坐标。

9.一种种植体自动配准装置，其特征在于，所述装置包括：

数据获取单元，用于获取种植体模型数据与口扫数据，其中，所述口扫数据包括圆柱体规划位数据与口扫模型数据；

数据处理单元，用于依据所述种植体模型数据确定种植体模型的上下端点；

数据处理单元，还用于依据所述圆柱体规划位数据与所述口扫模型数据确定所述圆柱体规划位的上下端点；

数据处理单元，还用于依据所述种植体模型的上下端点坐标与所述圆柱体规划位的上下端点坐标确定位姿转换矩阵；

转移单元，用于利用所述位姿转换矩阵将所述种植体模型转移至所述圆柱体规划位，以实现配准。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储一个或多个程序；

处理器；

当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。

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