CN1919157A - 可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型的制造方法，解决现有技术中CT扫描的头颅模型无法精确描述牙齿咬合关系的缺陷。该方法包括采用CT断层扫描获取患者颅颌面骨断层图像数据；颅颌面骨计算机三维重建；牙的石膏取模与石膏模的三维数据采集；将第三步所得的牙齿部分三维数据和第二步对CT图像重建的三维图形数据进行数据融合和分离；将下颌骨数据与剥离了下颌骨的头颅数据分别快速成型加工成真实的模型，并进行有机连接等基本步骤，本发明能得到可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型，而清楚的牙齿咬合关系有助于医生直观地了解患者的口腔解剖细节，在头模上使用者可以找到治疗所需要的各种点、平面和角度，以便更好的掌握临床手术操作技能。

Description

可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型的制造方法

技术领域：

本发明涉及一种头颅模型的制造方法，特别是一种可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型的制造方法。

背景技术：

个性化的头模在颅颌面骨整形外科、口腔科及其他相关学科的术前方案设计、术中方案指导、技能培训中起着非常重要的作用。但目前个性化的头模通常采用CT数据快速成型完成，因为CT数据的空间分辨率在毫米级别，因此牙齿咬合关系等精细的解剖关系无法得到体现，这就极大限制了头模在齿科的应用。而齿科中通常通过石膏取模的方式获得牙齿的精细模型，但这种做法仅能够获得部分的上下颌数据及牙齿数据，使用者不能够确定这部分数据以外的颅颌面骨数据的解剖情况以及上下颌骨与颅颌面骨的比邻关系。因此已有模型制作方法限制了个性化的头模在临床上的使用。

清楚的牙齿咬合关系有助于医生直观地了解患者的口腔解剖细节。在头模上使用者可以找到治疗所需要的各种点、平面和角度，以便更好的掌握临床手术操作技能。逼真的颌部装置，具有与真实患者一致的矢状髁部和髁道，适合多种口腔手术规划的需要

发明内容：

本发明解决现有技术中CT颅颌面骨数据的空间分辨率低，依据其做出的颅颌面骨模型无法描述口腔的解剖细节而齿科模型仅能获得部分的上下颌数据及牙齿数据，无法获得上下颌骨与颅颌面骨的比邻关系的技术问题，提供一种制造方法，能制作出可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型，能有助于医生直观地了解患者的口腔解剖细节。

本发明的技术内容是：

一种可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型的制造方法，包括下述步骤：

第一步、采用CT断层扫描获取患者颅颌面骨断层图像数据，将数据用标准DICOM格式记录成光盘文件保存。

第二步、颅颌面骨计算机三维重建：将CT颅颌面骨断层图像数据进行三维重建，即采用医学图像控制系统软件形成反映颅颌面骨原形的三维图形数据，输出文件格式为STL。

第三步、牙的石膏取模与石膏模的三维数据采集：首先临床医生采用传统的石膏取模的方式获得与患者牙齿完全相同的石膏模型，然后采用三维数字相机获取牙模的三维图形数据。

第四步、将第三步所得的牙齿部分三维数据和第二步对CT图像重建的三维图形数据进行数据融合和分离：首先进行数据融合，将两种数据模态的三维图形数据进行图像配准，使两组图形数据的对应三维点集X_A(x₁，y₁，z₁)和X_B(x₂，y₂，z₂)达到空间位置和解剖结构上的完全一致，从上述两组图形数据中选择多个对应的解剖结构点，进而采用基于轮廓特征的奇异值分解-迭代最近点的配准方法，得到两种模态的映射关系：即由下式确定的三维缩放系数c和平移矩阵t：

$c=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_x^2}\mathrm{tr}\left(\mathrm{DS}\right)---\left(1\right),t={\mathrm{\μ}}_y-\mathrm{cR}{\mathrm{\μ}}_x---\left(2\right)$

上两式中σ_x代表X_Ai点坐标位置的均方差，tr为矩阵的迹，D为对角阵，S为矩特征矩阵，μ_y代表三维点集X_Bi中所有数据的平均坐标值，R为旋转矩阵，μ_x代表三维点集X_Ai中所有数据的平均坐标值，

继而对两组图形数据中重叠的部分数据，保留分辨率高的图像数据，分辨率低的数据借用图像三维编辑的手段去除；

然后进行数据分离，即把融合后的数据作为头颅模型的整体数据，再以下颌关节作为分界点，将下颌骨分离出来，以使后期加工出的模型才具有动态的咬合模拟功能，并将下颌骨数据与剥离了下颌骨的头颅数据分别保存为STL格式的文件。

第五步、将下颌骨数据与剥离了下颌骨的头颅数据分别输入到快速原型系统，进而用快速成型加工成真实的模型，最后采用精细设计的弹簧将两部分模型在下颌关节处连接，最终得到可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型。

技术效果：本发明在第四步中通过融合和分离技术，将CT扫描的三维数据与牙齿精细的三维数据进行融合，并将下颌骨数据进行分离，得到剥离了下颌骨的头颅数据，并分别进行快速成型加工，然后进行连接，就能得到可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型，而清楚的牙齿咬合关系有助于医生直观地了解患者的口腔解剖细节，在头模上使用者可以找到治疗所需要的各种点、平面和角度，以便更好的掌握临床手术操作技能。由于颌部采用牙模三维数字相机进行较精确拍摄而得，可获得相对CT扫描来说更逼真的颌部，适合多种口腔手术规划的需要。

优选地，本发明所述第三步石膏模的三维数据采集采用自制的白光三维相机来实现，并采用自编软件系统来获得三维图像数据。所述三维相机的成像过程和采集过程为：激光光束照明微光学元件产生条纹结构光，经棱镜转向照明被测牙齿或牙模的表面，条纹结构光受到牙齿三维形貌的调制形成的变形条纹，再经转像棱镜和远心成像系统成像在图像接收器上，远心成像系统的成像接收器必须是红外成像仪，以实现对红外光的探测，图像接收器接收的变形条纹图经视频输出接口送到计算机；计算机内的自编软件系统完成如下过程：原始图像的采集、条纹自动分析、相位展开、深度像映射、牙齿轮廓的三维显示、三维编辑，以及牙齿三维模型的多种通用格式的转化和输出。

采用上述自制的三维相机，采集的数字化牙齿模型空间分辨率在70纳米左右，能清晰表现牙齿的结构和咬合关系；采用相匹配的自编的软件系统，能够实现三维图形数据的准确建立和多种通用格式的转化和输出，便于与CT三维数据的融合，也便于模型的快速成型加工，使制得的模型能结合不同成像方式的优点，得到的头颅模型与患者真实颅颌面骨一致的并可以精细描述牙齿咬合关系，具有与真实患者一致的矢状髁部和髁道，适合多种口腔手术规划的需要，可以用于颅颌面骨和齿科经典手术的仿真模型及定量化手术方案的制定，可以对术后疗效进行有效的评价。活动下颌关节的设计，除简单的牙齿咬合运动外，颌部装置可以模拟多种下颌运动，如前伸运动、侧方运动等，提供给医生以真实的口腔模拟环境。

优选地所述第二步颅颌面骨三维重建步骤中，医学图像控制系统软件采用申请人自编软件系统，该软件系统的实现步骤包括：分割；提取感兴趣区域；轮廓线提取、跟踪；连接轮廓线；生成三角面片；光照效应计算；生成三维图像；输出文件，文件输出格式为STL。

上述自编医学图像控制系统软件系统是基于表面绘制的软件，但为了得到可旋转的立体感和精确度更高的三维图像，申请人采用基于体素的体绘制方法，还设计了用于诊断和手术方案制订的三维重建医学软件，实现步骤为：A、分割；B、提取感兴趣区域；C、插值；D、最后利用视觉原理将体素投影到显示平面进行显示；其中所述分割采用多种分割模式，包括基于密度值以及形态、邻近关系等条件的分割模式，所述插值对稀疏层片数据采用基于倒角距离的形状插值，既可以构造完整的体数据，又可以保证数据形态的真实性。采用上述步骤的三维重建软件，整个头骨的三维重建过程控制在半分钟以内，图像质量清晰、逼真，具有极高的精确度。在此基础上，该软件还可进行三维图像的旋转、切割及复杂测量。不仅能为医生提供真实感的患者影像，更有利于病情诊治和医疗手术方案的制定。

上述基于表面绘制的软件，可以先从体数据中通过几何单元拼接来拟合物体表面，然后利用传统计算机图形学技术对重建的物体表面进行绘制，即采用高效简洁的轮廓线连结法对颅颌面骨的表面进行绘制，使产生的三维模型表面较其他算法更为光滑，光顺度好，软件输出的STL格式的数据文件可以直接用做工业设计软件和快速成型机的输入数据，具备良好的兼容性能，整个三维重建过程无需人工干预，表面连结自然光滑无跃层感，且能保证很高的精确度。表面形态和数据的准确性保证了后续设计的精确。

优选地，第一步骤的CT断层扫描针对DICOM图像数据采集编写了DICOM-SLICE数据转换压缩软件，其具体实现为：对原始DICOM图像数据顺次移位、紧密方式压缩；其次顺次扫描、计算差值数据；然后差值数据的高效替换表示，最后得到高压缩比的数据。

附图说明：

图1是本发明方法的流程简图；

图2是本发明自制三维相机的结构示意图；

图3是本发明基于体素的三维重建软件的流程框图；

图4是本发明基于表面绘制的三维重建软件的流程框图；

图5是本发明图像压缩软件的流程框图；

图6是本发明图3所示三维重建软件构筑的颅颌面三维图；

图7是本发明用于白光三维相机的计算机软件处理系统。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

见图1，描述了本发明方法的流程简图，包括五个基本步骤：

第一步、采用CT断层扫描获取患者颅颌面骨断层图像数据；第二步、颅颌面骨计算机三维重建；第三步、牙的石膏取模与石膏模的三维数据采集：第四步、将第三步所得的牙齿部分三维数据和第二步对CT图像重建的三维图形数据进行数据融合和分离；第五步、将下颌骨数据与剥离了下颌骨的头颅数据分别快速成型加工成真实的模型，并进行有机连接。

其中，第一步、采用CT断层扫描获取患者颅颌面骨断层图像数据，采集的数据用标准DICOM格式记录成光盘文件保存。只有采集到图像数据后，才能进行后续的医学三维显示，除上下颌骨外的颅颌面骨的图像设计和制造，在医院中采用CT设备对患者头部进行精细扫描，得到颅颌面骨的断层图像，断层图像以本行业全球通用的DICOM格式存储在光盘等存储介质上。优选地，申请人根据实际工作的需要，制定了自己的符合DICOM标准的图像文件格式-SLICE数据格式，针对DICOM图像数据采集编写了DICOM-SLICE数据转换压缩软件，该软件可以识别目前所有主要CT厂家的输出数据，并自动转换为SLICE压缩数据格式，作为后续工作的统一输入格式，这样我们不仅能完成所有符合DICOM标准的CT图像数据采集，并能够完成数据的压缩，有助于在线数据的传输。

图5显示了该DICOM-SLICE数据转换压缩软件流程，为：对原始DICOM图像数据首先顺次移位、紧密方式压缩：其次顺次扫描、计算差值数据；然后做差值数据的高效替换表示，最后得到高压缩比的数据。实现压缩的原理是：CT的DICOM数据为12位数据，但占用两个字节存储，这样就会产生4个空闲位，通过顺次移位的方式，将数据以紧密方式存储，不再有空闲位，然后采用差值法进一步压缩图像数据，这是一种可逆的压缩算法，所述顺次移位的方式为：对于大多数DICOM中的灰度图像，相邻的两个像素间的灰度值相差非常小，在计算机图形学中经过统计可以发现基本上都分布在-8^-+8之间，因此对于每条扫描线，设第一个点的象素值为C1，第二个像素的值为C2，设X1＝C2-C1，则C2可以表示为C1+X1，以此类推，可以得到X2、X3、X4......由上可知，这些值大多分布在-8^-+8之间，定义Y1、Y2、Y3......Y16分别表示0000，0001，0010....1111这十六个二进制值，得到的差值数据分别用Y1、Y2......等代替，最终得到压缩比比较高的图像数据。

第二步、颅颌面骨计算机三维重建；即采用医学图像控制系统软件三维数据场形成反映颅颌面骨原形的三维图形数据(也可称为三维图形)，输出文件格式为STL。医学图像控制系统软件可采用常规的Mimics软件系统，但是该系统在用于对颅颌面这样复杂的系统建立三维图形数据时精确度还不能完全满足后续精密铸造的需要，因此，优选地，采用申请人自行编制的医学图像控制系统软件进行三维重建。

上述自编医学图像控制系统软件，优选包括两个部分，第一部分为三维重建软件，命名为3DMSee(3dimension medicine see CT)。为了给医生提供真实感的患者颅颌面骨影像，采用基于体素的体绘制方法来实现三维重建，流程框图见图3，实现步骤为：针对三维数据场，进行A、分割；B、提取感兴趣区域；C、插值；D、最后利用视觉原理将体素投影到显示平面进行显示。其中A步的分割采用多种分割模式，包括基于密度值以及形态、邻近关系等条件的分割模式，C步的插值对稀疏层片数据采用基于倒角距离的形状插值，既可以构造完整的体数据，又可以保证数据形态的真实性，D步首先对数据赋以视觉特征，包括给每个类别的数据赋颜色值和给每个类别的数据赋部透明度，然后进行光照效应的计算，最后就可进行图像合成，即将体素投影在显示平面进行立体显示。采用上述步骤的三维重建软件，能使整个头骨的三维重建过程控制在半分钟以内，图像质量清晰、逼真，具有极高的精确度，见图6。该软件还可进行三维图像的旋转、切割及复杂测量。不但能为医生提供真实感的患者影像，更有利于病情诊治和医疗手术方案的制定。

第二部分为基于表面绘制的软件，目的是为了与修复件的计算机辅助设计相衔接，用于颅颌面的制造。因为基于体素的体绘制方法构造的三维图像不能直接用于颅颌面骨快速成型，要建立描绘各数据之间几何拓扑结构的三维表面模型才能用于制造，因此，从快速成型角度，第一部分的软件并不是本发明方法的基本步骤。由于得到体数据前的步骤与前面第一部分相同，故可先从第一部分得到的体数据中通过几何单元拼接来拟合物体表面，然后利用传统计算机图形学技术对重建的物体表面进行绘制，其中常用的有连接轮廓线法、Marching Cube算法以及Dividing Cube算法等，我们采用了高效简洁的轮廓线连接法对颅颌面骨表面进行绘制，软件命名为3DMSR(3 dimension medicine surface rendering)。该部分软件从扫描后所得断层图像数据开始的流程框图见图4，流程为：A、首先对三维空间数据场的数据进行数据简化和多方法的图像分割的工作；B、并进行感兴趣区提取，上述步骤与第一部分的A、B步相同，故可直接利用第一部分这两部所得数据；C、然后进行轮廓跟踪以确定每个感兴趣区的轮廓线；D、其后巧妙的运用标记、差影等方法以确定各层轮廓线间的对应关系；E、从而准确的连接轮廓线构造三维物体表面数据，生成三角面片；F、经过光照效应计算；G、最后生成三维图像。高效简洁的轮廓线连结法对颅颌面骨的表面进行绘制，使产生的三维模型表面较其他算法更为光滑，光顺度好，软件输出的STL格式的数据文件可以直接用做工业设计软件和快速成型机的输入数据，具备良好的兼容性能，整个三维重建过程无需人工干预，表面连结自然光滑无跃层感，且能保证很高的精确度。表面形态和数据的准确性保证了后续设计的精确。

第三步、牙的石膏取模与石膏模的三维数据采集：首先临床医生采用传统的石膏取模的方式获得与患者牙齿完全相同的石膏模型，然后采用三维数字相机获取牙模的三维图形数据，三维数字相机优选空间分辨率高的相机。

普通的CT数据因为空间分辨率在毫米级，所以无法清晰的重构出牙齿的精细结构，牙齿的咬合关系的描述不够准确，因此我们希望借助先进的牙科数字化方式完成这部分的数字采集工作。首先临床医生采用传统的石膏取模的方式获得与受试者牙齿完全相同的石膏模型，牙模在几何形状和拓扑上都极为复杂，为保证石膏模型数字化过程中保持其自身的精度，优选地，采用自主研发的白光三维相机来实现牙模数字化的工作。所述白光三维相机采用高精度的多分辨三维数字成像与造型技术，融合了灵敏度可变能力的编码照明理论和相应的变灵敏度多重相位图重建方法。该技术的原理是将条纹自动分析技术与光学莫尔原理相结合，通过对位相调制的投影条纹图进行数字解调获取空间物体表面的三维数字像。红外激光器选用850nm的激光二极管。白光三维相机结构见图2，包括分别与转像棱镜1光连接的远心成像系统2和微光学元件3，微光学元件3可将激光转化为白光，以使相机能对牙齿进行直接照相以采集三维数据，远心成像系统2与图像接收器4的输入端相连，图像接收器4的输出端5输出视频图像数据到计算机软件处理系统；微光学元件3则设置在红外二极管6产生的激光光路上，红外二极管6另一端接电源接口7。

白光三维相机的成像过程和图像采集过程为：激光光束照明微光学元件产生条纹结构光经转向棱镜1转向照明被测牙齿的表面，条纹结构光受到牙齿三维形貌的调制形成的变形条纹，再经转像棱镜1和远心成像系统2成像在图像接收器4上，成像接收器4必须是红外成像仪，以实现对红外光的探测。接收的变形条纹图经视频输出接口4送到计算机，用于该白光三维相机的计算机软件处理系统的流程图见图7，除完成原始图像的采集，还完成条纹自动分析、相位展开、深度像映射、牙齿轮廓的三维显示、三维编辑，以及牙齿三维模型的多种通用格式的转化和输出等功能。通过上述白光三维相机采集的数字化牙齿模型空间分辨率在70纳米左右，能清晰表现牙齿的结构和咬合关系。

第四步、将第三步所得的牙齿部分三维数据和第二步对CT图像重建的三维图形数据进行数据融合和分离：

首先进行数据融合，将两种数据模态的三维图形数据进行图像配准，使两组图形数据的对应三维点集X_A(x₁，y₁，z₁)和X_B(x₂，y₂，z₂)达到空间位置和解剖结构上的完全一致。CT数据重构出的三维图像和激光三维数码相机扫描获得的石膏牙模的三维图像来源于不同的成像方式，在扫描过程中存在方向和尺度上的对不齐现象，因此需要我们将两种模态的三维图像进行配准。所谓图像配准，即通过寻找某种空间变换，使两组图像的对应点达到空间位置和解剖结构上的完全一致。配准的结果应使两幅图像上所有的解剖点，都达到匹配。两幅图像X_A(x₁，y₁，z₁)和X_B(x₂，y₂，z₂)的配准，就是寻找一种映射关系T：X_A→X_B，使X_A的每一个点在X_B上都有唯一的点与之相对应，并且这两点对应于同一解剖位置，映射关系T表现为一组连续的空间变换。由于获取的两组图像在方向和尺度上都存在误差，我们采取仿射变幻的映射关系。配准的时候我们通过经验的方式，从CT三维图像与激光三维数码相机扫描获得的石膏牙模的三维图像中选择多个对应的解剖结构点，进而采用基于轮廓特征的奇异值分解-迭代最近点的配准方法。这种方法结合了奇异值分解最优化解析方法和迭代搜索的优点来解决图象轮廓点的匹配问题，对选择的多组解剖结构特征点采用奇异值分解方法将空间点列进行匹配，通过叠代得到轮廓点的最优配准参数。

基于轮廓特征的奇异值分解可以描述为：

对两个三维点集X_Ai和X_Bi，计算

${\mathrm{\μ}}_x=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i,{\mathrm{\μ}}_y=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i,$ 其中μ_x代表三维点集X_Ai中所有数据的平均坐标值，μ_y代表三维点集X_Bi中所有数据的平均坐标值，

${\mathrm{\σ}}_x=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\right|x_i-{\mathrm{\μ}}_x\left|\right|}^2,{\mathrm{\σ}}_y=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\right|y_i-{\mathrm{\μ}}_y\left|\right|}^2$ 式中σ_x，σ_y代表坐标位置的均方差，

矩阵 $H=\underset{\mathrm{xy}}{\mathrm{\Σ}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(y_i-{\mathrm{\μ}}_y){(x_i-{\mathrm{\μ}}_x)}^T$

式中H为数据点坐标的协方差矩阵，T代表矩阵转置

然后对H作奇异值分解：

H＝UDV^T，其中D为对角阵，U和V为规一正交阵。

旋转矩阵R由U、V确定：

R＝VSU^T：

两种模态的映射关系：缩放系数c和平移矩阵t由下式确定：

$c=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_x^2}\mathrm{tr}\left(\mathrm{DS}\right)---\left(1\right),t={\mathrm{\μ}}_y-\mathrm{cR}{\mathrm{\μ}}_x---\left(2\right)$

上两式中σ_x代表X_Ai点坐标位置的均方差，tr为矩阵的迹，D为对角阵，S为矩特征矩阵。

继而对两组图形数据中重叠的部分数据，保留分辨率高的图像数据，分辨率低的数据借用图像三维编辑的手段去除；

然后进行数据分离，即把融合后的数据作为头颅模型的整体数据，再以下颌关节作为分界点，将下颌骨分离出来，以使后期加工出的模型才具有动态的咬合模拟功能，并将下颌骨数据与剥离了下颌骨的头颅数据分别保存为STL格式的文件。

第五步、将下颌骨数据与剥离了下颌骨的头颅数据分别输入到快速原型系统，进而用快速成型加工成真实的模型，最后采用精细设计的弹簧将两部分模型在下颌关节处连接，最终得到可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型。

通过上述步骤得到的头颅模型结合了不同成像方式的优点，与患者真实颅颌面骨一致的并可以精细描述牙齿咬合关系，可以用于颅颌面骨和齿科经典手术的仿真模型及定量化手术方案的制定，可以对术后疗效进行有效的评价。活动下颌关节的设计，除简单的牙齿咬合运动外，颌部装置可以模拟多种下颌运动，如前伸运动、侧方运动等，提供给医生以真实的口腔模拟环境。

Claims (5)

1、一种可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型的制造方法，包括下述步骤：

第一步、采用CT断层扫描获取患者颅颌面骨断层图像数据，将数据用标准DICOM格式记录成光盘文件保存；

第二步、颅颌面骨计算机三维重建：将CT颅颌面骨断层图像数据进行三维重建，即采用医学图像控制系统软件形成反映颅颌面骨原形的三维图形数据，输出文件格式为STL；

第三步、牙的石膏取模与石膏模的三维数据采集：首先临床医生采用传统的石膏取模的方式获得与患者牙齿完全相同的石膏模型，然后采用三维数字相机获取牙模的三维图形数据；

第四步、将第三步所得的牙齿部分三维图形数据和第二步对CT图像重建的三维图形数据进行数据融合和分离：首先进行数据融合，将两种数据模态的三维图形数据进行图像配准，使两组图形数据的对应三维点集X_A(x₁，y₁，z₁)和X_B(x₂，y₂，z₂)达到空间位置和解剖结构上的完全一致，从上述两组图形数据中选择多个对应的解剖结构点，进而采用基于轮廓特征的奇异值分解-迭代最近点的配准方法，得到两种模态的映射关系：即由下式确定的三维缩放系数c和平移矩阵t：

$c=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_x^2}\mathrm{tr}\left(\mathrm{DS}\right)---\left(1\right)$ t＝μ_y-cRμ_x            (2)

上两式中σ_x代表X_Ai点坐标位置的均方差，tr为矩阵的迹，D为对角阵，S为矩特征矩阵，μ_y代表三维点集X_Bi中所有数据的平均坐标值，R为旋转矩阵，μ_x代表三维点集X_Ai中所有数据的平均坐标值，

继而对两组图形数据中重叠的部分数据，保留分辨率高的图像数据，分辨率低的数据借用图像三维编辑的手段去除；

然后进行数据分离，即把融合后的数据作为头颅模型的整体数据，再以下颌关节作为分界点，将下颌骨分离出来，以使后期加工出的模型才具有动态的咬合模拟功能，并将下颌骨数据与剥离了下颌骨的头颅数据分别保存为STL格式的文件；

第五步、将下颌骨数据与剥离了下颌骨的头颅数据分别输入到快速原型系统，进而用快速成型加工成真实的模型，最后采用精细设计的弹簧将两部分模型在下颌关节处连接，最终得到可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型。

2、根据权利要求2所述的可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型的制造方法，其特征在于所述第三步石膏模的三维数据采集采用自制的白光三维相机来实现，并采用自编软件系统来获得三维图形数据，所述三维相机的成像过程和图像采集过程为：激光光束照明微光学元件产生条纹结构光，经棱镜转向照明被测牙齿或牙模的表面，条纹结构光受到牙齿三维形貌的调制形成的变形条纹，再经转像棱镜和远心成像系统成像在图像接收器上，远心成像系统的成像接收器必须是红外成像仪，以实现对红外光的探测，图像接收器接收的变形条纹图经视频输出接口送到计算机；计算机内的自编软件系统完成如下过程：原始图像的采集、条纹自动分析、相位展开、深度像映射、牙齿轮廓的三维显示、三维编辑，以及牙齿三维模型的多种通用格式的转化和输出。

3、根据权利要求1或2所述的可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型的制造方法，其特征在于在所述第二步颅颌面骨三维重建步骤中，医学图像控制系统软件采用申请人自编软件系统，该软件系统的实现步骤包括：分割；提取感兴趣区域；轮廓线提取、跟踪；连接轮廓线；生成三角面片；光照效应计算；生成三维图像；输出文件，文件输出格式为STL。

4、根据权利要求3所述的可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型的制造方法，其特征在于上述自编软件系统，还包括一基于体绘制方法的软件系统，其实现步骤为：A、分割；B、提取感兴趣区域；C、插值；D、最后利用视觉原理将体素投影到显示平面进行显示。

5、根据权利要求4所述的可描述牙齿咬合关系的精细个性化头颅模型的制造方法，其特征在于所述分割采用多种分割模式，包括基于密度值以及形态、邻近关系等条件的分割模式，所述插值对稀疏层片数据采用基于倒角距离的形状插值。

6、根据权利要求4所述的钛制材料颅颌面骨修复体制备方法，其特征在于特别地，第一步骤的CT断层扫描针对DICOM图像数据采集编写了DICOM-SLICE数据转换压缩软件，其具体实现为：对原始DICOM图像数据顺次移位、紧密方式压缩；其次顺次扫描、计算差值数据；然后差值数据的高效替换表示，最后得到高压缩比的数据。

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