JP7508152B2 - Method for automating dental 3D data alignment and computer-readable recording medium having a program recorded thereon for executing the method on a computer - Google Patents

Method for automating dental 3D data alignment and computer-readable recording medium having a program recorded thereon for executing the method on a computer Download PDF

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本発明は、歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法、及びこれをコンピュータで実行させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関し、より詳しくは、自動で行われることで、歯科CT画像とデジタル印象モデルの整合のための手間を減少することができる歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法、及びこれをコンピュータで実行させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。 The present invention relates to an automated method for aligning dental 3D data, and a computer-readable recording medium having a program recorded thereon for executing the method on a computer. More specifically, the present invention relates to an automated method for aligning dental 3D data, which can be performed automatically, thereby reducing the effort required for matching dental CT images and digital impression models, and a computer-readable recording medium having a program recorded thereon for executing the method on a computer.

歯科において、診断、分析、補綴物製作などのために、3次元患者医療画像データと3次元デジタル印象モデルスキャンデータが使われている。これらのデータは、互いに異なる情報を有しており、1つに合わせることになると、より効果的であり、様々な診断、分析、製作が可能である。しかし、互いに異なる座標系で取得された3次元データであるため、2つのデータを一致させる整合過程が必要である。 In dentistry, 3D patient medical image data and 3D digital impression model scan data are used for diagnosis, analysis, prosthetic production, etc. These data contain different information, so when they are combined into one, it is more effective and various diagnoses, analyses, and productions are possible. However, since the 3D data was acquired in different coordinate systems, a matching process is required to match the two data.

3次元患者医療画像データと3次元デジタル印象モデルスキャンデータを整合するためには、3次元患者医療画像データと3次元デジタル印象モデルスキャンデータのそれぞれに特徴点を設定しなければならない。 In order to align the 3D patient medical image data and the 3D digital impression model scan data, feature points must be set in each of the 3D patient medical image data and the 3D digital impression model scan data.

互いに異なる2つの3次元データである歯科CT画像とデジタル印象モデルにおいて、6つの特徴点を選択する作業は、手間を多く要することになる。また、人工知能を用いて、特徴点を捜し出しても、探された特徴点が互いに正確に一致しないこともある。そして、欠損歯牙がある場合、又はデータ領域が互いに異なる場合は、特徴点だけでは、初期整合の結果が良くないことがある。 Selecting six feature points from two different 3D data, a dental CT image and a digital impression model, can be a time-consuming task. Even if feature points are found using artificial intelligence, they may not match exactly. And when there are missing teeth or when the data areas are different, initial matching results may not be good using feature points alone.

本発明が解決しようとする目的は、歯科CT画像とデジタル印象モデルの整合のための手間を減少することができる歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法を提供することである。 The objective of the present invention is to provide an automated method for aligning dental 3D data that can reduce the effort required for matching dental CT images and digital impression models.

本発明が解決しようとする他の目的は、前記歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法をコンピュータで実行させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a computer-readable recording medium having a program recorded thereon for causing a computer to execute the method for automating the alignment of dental 3D data.

前記した本発明の目的を実現するための一実施形態に係る歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法は、CTデータの特徴点を抽出するステップと、デジタル印象モデルのスキャンデータの特徴点を抽出するステップと、患者の目と鼻がある方向を示す上方向ベクトル及び前記スキャンデータの特徴点の左右を判断するステップと、前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップと、前記スキャンデータのソースポイントを前記CTデータのスプライン曲線(splinecurve)上で探索して、候補ターゲットポイントを生成するステップと、前記候補ターゲットポイントと前記CTデータの特徴点のエラーが最も小さい値を最終候補として決めるステップとを含む。
前記CTデータの特徴点は、上顎に3つ以上の特徴点、下顎に3つ以上の特徴点を含む。前記スキャンデータの特徴点は、3つの特徴点を含む。
In one embodiment for achieving the above-mentioned object of the present invention, an automated method for aligning dental 3D data includes the steps of extracting feature points of CT data, extracting feature points of scan data of a digital impression model, determining an upward vector indicating the direction of the patient's eyes and nose and the left and right of the feature points of the scan data, extracting tooth portions of the scan data, searching for source points of the scan data on a spline curve of the CT data to generate candidate target points, and determining a value having the smallest error between the candidate target points and the feature points of the CT data as a final candidate.
The feature points of the CT data include three or more feature points in the upper jaw and three or more feature points in the lower jaw. The feature points of the scan data include three feature points.

前記スキャンデータの第1の特徴点及び第3の特徴点はそれぞれ、横方向に前記スキャンデータの歯牙の最外郭点を示す。前記スキャンデータの第2の特徴点は、2つの中切歯の間である。 The first feature point and the third feature point of the scan data each represent the outermost point of the tooth in the scan data in the lateral direction. The second feature point of the scan data is between the two central incisors.

前記スキャンデータの特徴点の左右を判断するステップは、前記スキャンデータの第1の特徴点がP11、第2の特徴点がP12、第3の特徴点がP13であり、前記スキャンデータのメッシュを構成している全ての点におけるノーマルベクトルの平均ベクトルを

とすると、

ベクトル及び

ベクトルの外積及び前記平均ベクトル

を用いて、前記スキャンデータの特徴点の左右を判断する。
The step of determining whether the feature point of the scan data is left or right is performed by: a first feature point of the scan data is P 11 , a second feature point is P 12 , and a third feature point is P 13 , and an average vector of normal vectors at all points constituting a mesh of the scan data is calculated as

Then,

Vector and

The cross product of the vectors and the mean vector

is used to determine the left and right of the feature points in the scan data.

前記スキャンデータの特徴点の左右を判断するステップにおいて、前記スキャンデータが上顎データであり且つ判別式d<0であると、患者の左側歯牙の外郭点を示す左側歯牙特徴点PはP11であり、患者の右側歯牙の外郭点を示す右側歯牙特徴点PはP13であり、前記スキャンデータが上顎データであり且つ判別式d>=0であると、前記左側歯牙特徴点PはP13であり、前記右側歯牙特徴点PはP11であり、前記判別式は、

である。
In the step of determining whether the feature points of the scan data are left or right, if the scan data is upper jaw data and the discriminant d<0, the left dental feature point P L indicating the contour point of the patient's left tooth is P 11 , and the right dental feature point P R indicating the contour point of the patient's right tooth is P 13. If the scan data is upper jaw data and the discriminant d>=0, the left dental feature point P L is P 13 , and the right dental feature point P R is P 11. The discriminant is

It is.

前記スキャンデータの特徴点の左右を判断するステップにおいて、前記スキャンデータが下顎データであり且つ判別式d<0であると、前記左側歯牙特徴点PはP13であり、前記右側歯牙特徴点PはP11であり、前記スキャンデータが下顎データであり且つ判別式d>=0であると、前記左側歯牙特徴点PはP11であり、前記右側歯牙特徴点PはP13である。
前記上方向ベクトルを判断するステップにおいて、前記上方向ベクトルは、

であり、患者の左側歯牙の外郭点を示す左側歯牙特徴点は、Pであり、患者の右側歯牙の外郭点を示す右側歯牙特徴点は、Pであり、前記スキャンデータの第2の特徴点がP12であり、前記スキャンデータが上顎データであると、

である。
In the step of determining whether the feature points of the scan data are left or right, if the scan data is mandibular data and the discriminant d<0, the left dental feature point P L is P 13 and the right dental feature point P R is P 11 ; if the scan data is mandibular data and the discriminant d>=0, the left dental feature point P L is P 11 and the right dental feature point P R is P 13 .
In the step of determining the upward vector, the upward vector is

a left tooth feature point indicating a contour point of the patient's left tooth is P L , a right tooth feature point indicating a contour point of the patient's right tooth is P R , a second feature point of the scan data is P 12 , and the scan data is upper jaw data,

It is.

前記上方向ベクトルを判断するステップにおいて、前記上方向ベクトルは、

であり、患者の左側歯牙の外郭点を示す左側歯牙特徴点は、Pであり、患者の右側歯牙の外郭点を示す右側歯牙特徴点は、Pであり、前記スキャンデータの第2の特徴点がP12であり、前記スキャンデータが下顎データであると、

である。
In the step of determining the upward vector, the upward vector is

a left tooth feature point indicating a contour point of the patient's left tooth is P L , a right tooth feature point indicating a contour point of the patient's right tooth is P R , a second feature point of the scan data is P 12 , and the scan data is mandibular data,

It is.

前記歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法は、更に、前記CTデータと前記スキャンデータが同一の領域を有しているか否かを判断するステップを含む。

であり、thは、前記CTデータと前記スキャンデータは、同一の領域を有するか否かを判断するための第1の閾値であり、p1、p3、p5は、前記CTデータの特徴点であり、P11、P12、P13は、前記スキャンデータの特徴点であるとき、

を満たすと、前記CTデータと前記スキャンデータが一致する同一の領域を有していることと判断する。
The automated method for dental 3D data registration further includes a step of determining whether the CT data and the scan data have the same region.

where th is a first threshold for determining whether the CT data and the scan data have the same region, p1, p3, and p5 are feature points of the CT data, and P11 , P12 , and P13 are feature points of the scan data,

If the above condition is satisfied, it is determined that the CT data and the scan data have the same area that matches each other.

前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップは、前記スキャンデータが上顎データである場合、前記スキャンデータの第1の特徴点、第2の特徴点、及び第3の特徴点のうち、前記上方向ベクトルに最高点を抽出するステップと、前記最高点から前記上方向ベクトルの正の方向に、第1の距離移動地点に前記上方向ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面でスキャンデータを切り出すステップと、前記スキャンデータの前記最高点から前記上方向ベクトルの負の方向に、第2の距離移動地点に前記上方向ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面でスキャンデータを切り出すステップとを含む。 When the scan data is upper jaw data, the step of extracting the tooth portion of the scan data includes the steps of: extracting the highest point on the upward vector from among the first feature point, the second feature point, and the third feature point of the scan data; cutting out the scan data on an infinite plane having the upward vector as a normal vector from the highest point to a first distance movement point in the positive direction of the upward vector; and cutting out the scan data on an infinite plane having the upward vector as a normal vector from the highest point of the scan data in the negative direction of the upward vector to a second distance movement point.

前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップは、更に、前記スキャンデータが下顎データである場合、前記スキャンデータの第1の特徴点、第2の特徴点、及び第3の特徴点のうち、前記上方向ベクトルに最低点を抽出するステップと、前記最低点から前記上方向ベクトルの正の方向に、前記第1の距離移動地点に前記上方向ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面でスキャンデータを切り出すステップと、前記スキャンデータの前記最低点から前記上方向ベクトルの負の方向に、前記第2の距離移動地点に前記上方向ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面でスキャンデータを切り出すステップとを含む。 The step of extracting the teeth portion of the scan data further includes, when the scan data is mandibular data, a step of extracting the lowest point in the upward direction vector from among the first feature point, the second feature point, and the third feature point of the scan data, a step of cutting out the scan data from the lowest point in the positive direction of the upward direction vector to the first distance movement point on an infinite plane having the upward direction vector as its normal vector, and a step of cutting out the scan data from the lowest point of the scan data in the negative direction of the upward direction vector to the second distance movement point on an infinite plane having the upward direction vector as its normal vector.

前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップは、更に、前記スキャンデータの前記第2の特徴点から右側歯牙特徴点に向かうベクトルを

とし、前記第2の特徴点から左側歯牙特徴点に向かうベクトルを

とすると、前記右側歯牙特徴点から前記

ベクトル方向に第3の距離だけ移動した地点に、前記

ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面で前記スキャンデータを切り出すステップと、前記左側歯牙特徴点から前記

ベクトル方向に前記第3の距離だけ移動した地点に、前記

ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面で前記スキャンデータを切り出すステップとを含む。
The step of extracting the dental portion of the scan data further comprises:

and the vector from the second feature point to the left tooth feature point is

Then, from the right tooth feature point

At a point moved a third distance in the vector direction,

a step of extracting the scan data on an infinite plane having a normal vector of the vector;

At a point moved by the third distance in the vector direction,

and cutting out the scan data with an infinite plane having the vector as a normal vector.

前記第3の距離は、前記第1の距離及び前記第2の距離よりも小さい。
前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップは、更に、前記右側歯牙特徴点から前記

ベクトル方向に前記第3の距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルから+90度に回転した第1のベクトルを法線ベクトルとし、前記第1のベクトルから第4距離だけ移動した地点で、無限な平面で前記スキャンデータを切り出すステップと、前記右側歯牙特徴点から前記

ベクトル方向に前記第3の距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルから-90度に回転した第2のベクトルを法線ベクトルとし、前記第2のベクトルに前記第4の距離だけ移動した地点で、無限な平面で前記スキャンデータを切り出すステップと、前記左側歯牙特徴点から前記

ベクトル方向に前記第3の距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルから-90度に回転した第3のベクトルを法線ベクトルとし、前記第3のベクトルに前記第4の距離だけ移動した地点で、無限な平面で前記スキャンデータを切り出すステップと、前記左側歯牙特徴点から前記

ベクトル方向に前記第3の距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルから+90度に回転した第4のベクトルを法線ベクトルとし、前記第4のベクトルに前記第4の距離だけ移動した地点で、無限な平面で前記スキャンデータを切り出すステップとを含む。
The third distance is less than the first distance and the second distance.
The step of extracting the dental portion of the scan data further comprises:

At a point where the third distance has been moved in the vector direction,

a first vector rotated by +90 degrees from the vector is set as a normal vector, and the scan data is cut out on an infinite plane at a point moved a fourth distance from the first vector;

At a point where the third distance has been moved in the vector direction,

a second vector rotated by -90 degrees from the vector is set as a normal vector, and the scan data is cut out on an infinite plane at a point moved by the fourth distance to the second vector;

At a point where the third distance has been moved in the vector direction,

a third vector rotated by -90 degrees from the vector is set as a normal vector, and the scan data is cut out on an infinite plane at a point moved by the fourth distance to the third vector;

At a point where the third distance has been moved in the vector direction,

The method includes a step of setting a fourth vector rotated +90 degrees from the vector as a normal vector, and cutting out the scan data on an infinite plane at a point moved to the fourth vector by the fourth distance.

前記第4の距離は、前記第1の距離、前記第2の距離、及び前記第3の距離よりも大きい。
前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップは、更に、前記スキャンデータの前記第2の特徴点から前記

ベクトルと前記

ベクトルの和である

ベクトル方向に第5距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面で前記スキャンデータを切り出すステップと、前記スキャンデータの前記第2の特徴点から

ベクトル方向に前記第5距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面で前記スキャンデータを切り出すステップとを含む。
The fourth distance is greater than the first distance, the second distance, and the third distance.
The step of extracting the dental portion of the scan data further comprises:

Vector and

It is the sum of vectors

At the point where the object has moved a fifth distance in the vector direction,

cutting out the scan data with an infinite plane having a normal vector of the vector; and extracting the second feature point of the scan data from the second feature point of the scan data.

At a point where the fifth distance has been moved in the vector direction,

and cutting out the scan data with an infinite plane having the vector as a normal vector.

前記スキャンデータのソースポイントを、前記CTデータのスプライン曲線上で探索して、候補ターゲットポイントを生成するステップは、前記CTデータの上顎の複数の特徴点、又は前記CTデータの下顎の複数の特徴点を基に、前記splinecurve、C(u)を計算するステップを含む。
前記ソースポイントは、左側歯牙特徴点、第2の特徴点、前記右側歯牙特徴点の3つの点を含む。
The step of searching for source points of the scan data on a spline curve of the CT data to generate candidate target points includes the step of calculating the splinecurve, C(u), based on a plurality of feature points of the upper jaw of the CT data or a plurality of feature points of the lower jaw of the CT data.
The source points include three points: a left dental feature point, a second feature point, and the right dental feature point.

は、前記左側歯牙特徴点であり、P12は、前記第2の特徴点であり、Pは、前記右側歯牙特徴点であり、ターゲットポイントの第1の点は、C(u)上でパラメータuを第1の値だけ増加しつつ探索し、前記ターゲットポイントの二番目点は、C(u)上で前記パラメータuを第2の値だけ増加しつつ、d11=||C(u1)-C(u2)||-||PL-P12||が最小となるC(u2)を探索し、前記ターゲットポイントの三番目点は、C(u)上で前記パラメータuを第3の値だけ増加しつつ、d12=||C(u2)-C(u3)||-||P12-PR||が最小となるC(u3)を探索し、前記d11、d12及びd13=||C(u3)-C(u1)||-||PR-PL||がいずれも、第2の閾値よりも小さいと、前記ターゲットポイントC(u1)、C(u2)、及びC(u3)は、前記候補ターゲットポイントと選定され、前記候補ターゲットポイントは、C(u1)、C(u2)、及びC(u3)の3つの点を含む。 P L is the left dental feature point, P 12 is the second feature point, and P R is the right dental feature point. A first target point is found by increasing a parameter u on C(u) by a first value, a second target point is found by increasing the parameter u on C(u) by a second value, and C(u2) is found where d11 = ||C(u1) - C(u2) || - ||P L - P 12 || is minimized. A third target point is found by increasing the parameter u on C(u) by a third value, and C(u3) is found where d12 = ||C(u2) - C(u3) || - ||P 12 - P R || is minimized. The d11, d12, and d13 = ||C(u3) - C(u1) || - ||P R - P L If all of || are smaller than a second threshold, the target points C(u1), C(u2), and C(u3) are selected as the candidate target points, and the candidate target points include the three points C(u1), C(u2), and C(u3).

前記候補ターゲットポイントと前記CTデータの特徴点のエラーが最も小さい値を最終候補として決めるステップは、変換マトリックスを用いて、前記候補ターゲットポイントを、前記CTデータのドメインに変換するステップと、前記変換された候補ターゲットポイントと前記CTデータの特徴点の間の距離の平均で、変換エラーを測定するステップとを含む。
前記歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法をコンピュータで実行させるためのプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録される。
The step of determining the value having the smallest error between the candidate target point and the feature point of the CT data as the final candidate includes the steps of transforming the candidate target point into the domain of the CT data using a transformation matrix, and measuring the transformation error as the average distance between the transformed candidate target point and the feature point of the CT data.
A program for causing a computer to execute the method for automating dental 3D data registration is recorded in a computer-readable recording medium.

本発明による歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法によると、使用者の入力がなく、データが含んでいる領域が互いに異なっても良い初期整合の結果を得られる。これにより、最終の精密整合まで、使用者の入力なく、早く整合することができる。 The automated method for aligning dental 3D data according to the present invention can obtain initial alignment results without user input, even if the data contains different regions. This allows for quick alignment up to the final precision alignment without user input.

本発明による歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法によると、歯科で診断、分析、補綴物製作などのために頻繁に行われている患者医療画像データ(CT、CBCT)とデジタル印象モデルスキャンデータを整合するに要する手間を画期的に減らすことができる。 The automated method for aligning dental 3D data according to the present invention can dramatically reduce the effort required to align patient medical image data (CT, CBCT) and digital impression model scan data, which is frequently performed in dentistry for diagnosis, analysis, prosthetic production, etc.

本実施形態に係る歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法を示すフローチャートである。1 is a flowchart showing an automated method for registering three-dimensional dental data according to the present embodiment. 歯科CT画像とデジタル印象モデルのスキャンデータを示す図である。FIG. 1 shows dental CT images and scan data of a digital impression model. 歯科CT画像の特徴点を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing feature points of a dental CT image. デジタル印象モデルのスキャンデータの特徴点を示す図である。FIG. 1 shows feature points of the scan data of the digital impression model. 図1の上方向ベクトル及びスキャンデータの特徴点の左右区分ステップを示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing left and right partitioning steps of the up vector and feature points of the scan data in FIG. 1 . 図1の上方向ベクトル及びスキャンデータの特徴点の左右区分ステップを示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing left and right partitioning steps of the up vector and feature points of the scan data in FIG. 1 . 図1の上方向ベクトル及びスキャンデータの特徴点の左右区分ステップを示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing left and right partitioning steps of the up vector and feature points of the scan data in FIG. 1 . 図1の上方向ベクトル及びスキャンデータの特徴点の左右区分ステップを示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing left and right partitioning steps of the up vector and feature points of the scan data in FIG. 1 . スキャンデータが上顎データである場合の上方向ベクトルを示す概念図である。FIG. 13 is a conceptual diagram showing an upward vector when the scan data is upper jaw data. スキャンデータが下顎データである場合の上方向ベクトルを示す概念図である。FIG. 13 is a conceptual diagram showing an upward vector when the scan data is lower jaw data. 図1のCTデータとスキャンデータの領域一致可否判断ステップを示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a step of determining whether or not regions of the CT data and the scan data match in FIG. 1 . 図1のCTデータとスキャンデータの領域一致可否判断ステップを示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a step of determining whether or not regions of the CT data and the scan data match in FIG. 1 . 図1のスキャンデータの歯牙部分抽出ステップを示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a tooth portion extraction step of the scan data of FIG. 1 . 図1のスキャンデータの歯牙部分抽出ステップを示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a tooth portion extraction step of the scan data of FIG. 1 . 図1のスキャンデータの歯牙部分抽出ステップにより抽出された図1のスキャンデータの歯牙部分を示す図である。2 is a diagram showing a tooth portion of the scan data of FIG. 1 extracted by a tooth portion extraction step of the scan data of FIG. 1; FIG. (a)~(c)は、図1の初期整合ステップ(COARSEREGISTRATION)の結果を示す図である。2(a)-(c) show the results of the initial alignment step (COARSE REGISTRATION) of FIG. 1; (a)~(c)は、図1の精密整合ステップ(FINEREGISTRATION)の結果を示す図である。2(a)-(c) show the results of the fine registration step of FIG. 1;

本文に示されている本発明の実施形態に対して、特定の構造的乃至機能的説明は、単に、本発明の実施形態を説明するための目的として例示しており、本発明の実施形態例は、様々な形態で実施することができ、本文で説明された実施形態に限定されることと解析されてはいけない。 Specific structural or functional descriptions of the embodiments of the present invention shown herein are merely exemplary for purposes of describing the embodiments of the present invention, and the example embodiments of the present invention may be embodied in various forms and should not be construed as being limited to the embodiments described herein.

本発明は、多様な変更を加えることができ、様々な形態を有することができ、特定の実施形態を図面に例示し、本文で詳細に説明しようとする。しかし、これは、本発明を特定の開示形態について限定しようとすることではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むことと理解されなければいけない。 The present invention can be modified in various ways and can have various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the invention to the specific disclosed form, and it should be understood that the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives within the spirit and technical scope of the invention.

第1、第2のなどの用語は、様々な構成要素を説明することに用いられるが、前記構成要素は、前記用語により限定されてはいけない。前記用語は、1つの構成要素を他の構成要素から区別する目的として使われる。例えば、本発明の権利範囲から逸脱しない状態で、第1の構成要素は、第2の構成要素と指し示すことができ、同様に、第2の構成要素も第1の構成要素と指し示すことができる。 Terms such as first and second are used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component can be referred to as a second component, and similarly, a second component can be referred to as a first component, without departing from the scope of the present invention.

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるか、「接続されて」いるとしたときは、その他の構成要素に直接的に連結又は接続されていることもできるが、中間に他の構成要素が存在することもできると理解すべきである。一方、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるか、「直接接続されて」いるとしたときは、中間に他の構成要素が存在しないことと理解すべきである。構成要素間の関係を説明する他の表現、すなわち、「~間に」と「直ぐ~間に」、又は「~に隣接する」と「~に直接隣接する」なども同様に解析されるべきである。 When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to the other component, but there may also be other components in between. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there are no other components in between. Other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "directly between," or "adjacent to" and "directly adjacent to," should be interpreted similarly.

本出願で使用した用語は、単に、特定の実施形態を説明するために使われており、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上、明白に異なることを意味しない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」又は「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、パーツ、又はこれらを組み合わせるものが存在することを指定しようとすることであり、1つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、パーツ、又はこれらを組み合わせたものの存在又は付加可能性を予め排除しないことと理解すべきである。 The terms used in this application are merely used to describe certain embodiments and are not intended to limit the present invention. The singular expressions include the plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to specify the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, and should be understood not to preclude the presence or additional possibility of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

異なって定義しない限り、技術的や科学的な用語を含めて、ここで使われる全ての用語は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者にとって、一般に理解されることと同様な意味を有している。一般に使われる辞典に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有するものと解析されるべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解析されない。 Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention pertains. Terms as defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and not as having an idealized or overly formal meaning, unless expressly defined in this application.

一方、ある実施形態が異なって具現可能な場合に、特定のブロック内に明記された機能又は動作がフローチャートに明記した手順と異なって起きることもできる。例えば、連続する2つのブロックが、実際には実質的に同時に行われることもでき、関連する機能又は動作によっては、前記ブロックが逆に行われることもできる。 However, when an embodiment can be implemented differently, the functions or operations specified in a particular block may occur differently than the sequence specified in the flowchart. For example, two consecutive blocks may in fact occur substantially simultaneously, or the blocks may occur in reverse depending on the functions or operations involved.

以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施形態をより詳細に説明する。図面上の同一の構成要素に対しては、同一の符号を付し、同一の構成要素に対して重複した説明は、省略する。 Below, a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. The same components in the drawings are given the same reference numerals, and duplicated descriptions of the same components will be omitted.

図1は、本実施形態に係る歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法を示すフローチャートである。図2は、歯科CT画像とデジタル印象モデルのスキャンデータを示す図である。図3は、歯科CT画像の特徴点を示す図である。図4は、デジタル印象モデルのスキャンデータの特徴点を示す図である。 Figure 1 is a flowchart showing an automated method for aligning dental 3D data according to the present embodiment. Figure 2 is a diagram showing a dental CT image and scan data of a digital impression model. Figure 3 is a diagram showing feature points of the dental CT image. Figure 4 is a diagram showing feature points of the scan data of the digital impression model.

図1乃至図4に示しているように、前記歯科CT画像とデジタル印象モデルを自動整合するためには、前記歯科CT画像から特徴点を抽出し(ステップS100)、前記デジタル印象モデルのスキャンデータから特徴点を抽出する(ステップS200)。 As shown in Figures 1 to 4, to automatically align the dental CT image and the digital impression model, feature points are extracted from the dental CT image (step S100), and feature points are extracted from the scan data of the digital impression model (step S200).

例えば、前記歯科CT画像は、CBCT(ConeBeamCT)画像である。前記歯科CT画像は、歯牙、骨、神経管を含む画像である。例えば、前記デジタル印象モデルの前記スキャンデータは、患者の口腔内部をスキャナでスキャンした画像である。例えば、前記スキャンデータは、患者の口腔内部を石膏で模した形状を、スキャナでスキャンした画像である。 For example, the dental CT image is a CBCT (ConeBeam CT) image. The dental CT image is an image including teeth, bones, and nerve canals. For example, the scan data of the digital impression model is an image obtained by scanning the inside of a patient's oral cavity with a scanner. For example, the scan data is an image obtained by scanning a plaster replica of the inside of a patient's oral cavity with a scanner.

図2の左画像は、前記デジタル印象モデルの前記スキャンデータである。図2の右画像は、前記歯科CT画像である。本実施形態において、前記デジタル印象モデルは、患者の上顎や下顎のいずれか1つに対応するデータである。本実施形態において、前記歯科CT画像は、患者の上顎及び下顎の情報をいずれも含むことができる。 The left image in Figure 2 is the scan data of the digital impression model. The right image in Figure 2 is the dental CT image. In this embodiment, the digital impression model is data corresponding to either the patient's upper jaw or lower jaw. In this embodiment, the dental CT image can include information about both the patient's upper jaw and lower jaw.

例えば、図3において、前記歯科CT画像の特徴点は、歯牙の特定の位置を示す点である。前記歯科CT画像の特徴点は、上顎に5つの特徴点(p1、p2、p3、p4、p5)、及び下顎に5つの特徴点(p6、p7、p8、p9、p10)を含む。例えば、前記上顎の第1の特徴点(p1)と第5の特徴点(p5)はそれぞれ、横方向に前記上顎の歯牙の最外郭点を示す。前記上顎の第3の特徴点(p3)は、2つの上顎中切歯の間を示す。前記上顎の第2の特徴点(p2)は、前記第1の特徴点(p1)と前記第3の特徴点(p3)の間に配置され、前記上顎の第4の特徴点(p4)は、前記第3の特徴点(p3)と前記第5の特徴点(p5)の間に配置される。例えば、前記下顎の第6の特徴点(p6)と第10の特徴点(p10)はそれぞれ、横方向に前記下顎の歯牙の最外郭点を示す。前記下顎の第8の特徴点(p8)は、2つの下顎中切歯の間を示す。前記下顎の第7の特徴点(p7)は、前記第6の特徴点(p6)と前記第8の特徴点(p8)の間に配置され、前記下顎の第9の特徴点(p9)は、前記第8の特徴点(p8)と前記第10の特徴点(p10)の間に配置される。 For example, in FIG. 3, the feature points of the dental CT image are points indicating specific positions of teeth. The feature points of the dental CT image include five feature points (p1, p2, p3, p4, p5) in the upper jaw and five feature points (p6, p7, p8, p9, p10) in the lower jaw. For example, the first feature point (p1) and the fifth feature point (p5) of the upper jaw each indicate the outermost point of the upper jaw teeth in the lateral direction. The third feature point (p3) of the upper jaw indicates the space between the two upper central incisors. The second feature point (p2) of the upper jaw is located between the first feature point (p1) and the third feature point (p3), and the fourth feature point (p4) of the upper jaw is located between the third feature point (p3) and the fifth feature point (p5). For example, the sixth feature point (p6) and the tenth feature point (p10) of the mandible indicate the outermost points of the teeth of the mandible in the horizontal direction, respectively. The eighth feature point (p8) of the mandible indicates the space between the two mandibular central incisors. The seventh feature point (p7) of the mandible is located between the sixth feature point (p6) and the eighth feature point (p8), and the ninth feature point (p9) of the mandible is located between the eighth feature point (p8) and the tenth feature point (p10).

例えば、図4において、前記スキャンデータの特徴点は、歯牙の特定の位置を示す点である。前記スキャンデータの特徴点は、3つの特徴点を含む(P11、P12、P13)。ここで、前記スキャンデータは、患者の上顎を示すデータでもあり、患者の下顎を示すデータでもある。例えば、前記スキャンデータの第1の特徴点(P11)及び第3の特徴点(P13)はそれぞれ、横方向に前記スキャンデータの歯牙の最外郭点を示す。前記スキャンデータの第2の特徴点(P12)は、2つの中切歯の間を示す。 For example, in Fig. 4, the feature points of the scan data are points indicating specific positions of teeth. The feature points of the scan data include three feature points ( P11 , P12 , P13 ). Here, the scan data is data indicating both the upper jaw and the lower jaw of a patient. For example, the first feature point ( P11 ) and the third feature point ( P13 ) of the scan data respectively indicate the outermost points of the teeth of the scan data in the horizontal direction. The second feature point ( P12 ) of the scan data indicates the space between the two central incisors.

本実施形態において、前記CT画像の特徴点(例えば、p1乃至p10)は、人工知能ディープラーニング技術を用いて、自動で抽出可能である。また、前記スキャンデータの特徴点(例えば、P11乃至P13)は、人工知能ディープラーニング技術を用いて、自動で抽出可能である。前記スキャンデータが上顎を示すか、又は下顎を示すかは、使用者の入力から決められるか、前記スキャンデータの追加情報を通じて、自動で判定されることもできる。 In this embodiment, the feature points of the CT image (e.g., p1 to p10) can be automatically extracted using artificial intelligence (deep learning) technology. Also, the feature points of the scan data (e.g., P11 to P13 ) can be automatically extracted using artificial intelligence (deep learning) technology. Whether the scan data shows the upper or lower jaw can be determined from a user's input or automatically determined through additional information of the scan data.

図5乃至図8は、図1の上方向ベクトル

及びスキャンデータの特徴点の左右区分ステップを示す概念図である。
図5乃至図8に示しているように、前記スキャンデータの上方向(患者の目と鼻がある方向)を示す上方向ベクトル

と、スキャンデータの特徴点(P11、P13)の左右を区分する方法を説明する(ステップS300)。
5 to 8 show the upward vector of FIG.

13 is a conceptual diagram showing the left and right division steps of feature points of scan data. FIG.
As shown in FIGS. 5 to 8, an up vector indicates the up direction of the scan data (the direction in which the patient's eyes and nose are located).

Next, a method for dividing the left and right of the feature points (P 11 , P 13 ) of the scan data will be described (step S300).

図5は、前記スキャンデータにおいて、歯牙が下方向に晶出され、前記スキャンデータの左側に第1の特徴点(P11)が表示され、スキャンデータの右側に第3の特徴点(P13)が表示された場合を示している。図5のスキャンデータの歯牙が下方向に晶出されているとして、図5のスキャンデータが上顎データを意味するものではない。前記図5のスキャンデータが上顎データであるか、下顎データであるかは、使用者の入力から判断されるか、前記スキャンデータの追加情報から判断されることができる。 5 shows a case where the teeth are projected downward in the scan data, a first feature point ( P11 ) is displayed on the left side of the scan data, and a third feature point ( P13 ) is displayed on the right side of the scan data. Although the teeth in the scan data of FIG. 5 are projected downward, the scan data of FIG. 5 does not mean upper jaw data. Whether the scan data of FIG. 5 is upper jaw data or lower jaw data can be determined from a user's input or from additional information of the scan data.

図5のスキャンデータのメッシュを構成している全ての点(スキャンデータの表面の全ての点)でnormalvectorを求めて、その平均ベクトルの単位ベクトル

を求める。前記メッシュを構成している全ての点でnormalvectorを求め、その平均ベクトルを求めると、図5のようなスキャンデータでは、前記平均ベクトルは、図面の下方向に向かうことになる。図5において、前記平均ベクトルの単位ベクトル

は、下方向に単位長を有することになる。
Calculate the normal vector for all points that make up the mesh of the scan data in Figure 5 (all points on the surface of the scan data), and calculate the unit vector of the average vector

If normal vectors are calculated for all points constituting the mesh and their average vector is calculated, the average vector will be directed downward in the drawing in the case of scan data such as that shown in Figure 5. In Figure 5, the unit vector of the average vector

has unit length in the downward direction.

前記スキャンデータの特徴点(P11、P13)の左右を区分する判別式は、下記式1の通りである。
The discriminant for distinguishing between the left and right of the feature points (P 11 , P 13 ) of the scan data is given by Equation 1 below.

スキャンデータが上顎データであり且つ判別式d<0であると、患者の左側歯牙の外郭点を示す左側歯牙特徴点P=P11であり、患者の右側歯牙の外郭点を示す右側歯牙特徴点P=P13である。これに対して、スキャンデータが上顎データであり且つ判別式d>=0であると、左側歯牙特徴点P=P13であり、右側歯牙特徴点P=P11である。 When the scan data is upper jaw data and the discriminant d<0, the left tooth feature point P L = P11 indicating the contour points of the patient's left tooth, and the right tooth feature point P R = P13 indicating the contour points of the patient's right tooth. On the other hand, when the scan data is upper jaw data and the discriminant d>=0, the left tooth feature point P L = P13 and the right tooth feature point P R = P11 .

スキャンデータが下顎データであり且つ判別式d<0であると、左側歯牙特徴点P=P13であり、右側歯牙特徴点P=P11である。これに対して、スキャンデータが下顎データであり且つ判別式d>=0であると、左側歯牙特徴点P=P11であり、右側歯牙特徴点P=P13である。 If the scan data is mandibular data and the discriminant d<0, the left dental feature point P L = P13 and the right dental feature point P R = P11 . On the other hand, if the scan data is mandibular data and the discriminant d>=0, the left dental feature point P L = P11 and the right dental feature point P R = P13 .

図5においては、

は、下方向であるので、上方向を正の方向とすると、

=-1になる。



の外積

は、下方向(負数)を有することになる。そこで、図5のスキャンデータが上顎データであると、d>=0であるので、左側歯牙特徴点P=P13であり、右側歯牙特徴点P=P11である。これに対して、図5のスキャンデータが下顎データであると、d>=0であるので、左側歯牙特徴点P=P11であり、右側歯牙特徴点P=P13である。
In FIG.

is the downward direction, so if the upward direction is the positive direction, then

=-1.

and

The cross product of

has a downward direction (negative number). Therefore, if the scan data of Fig. 5 is upper jaw data, d>=0, so the left dental feature point P L = P13 and the right dental feature point P R = P11 . On the other hand, if the scan data of Fig. 5 is lower jaw data, d>=0, so the left dental feature point P L = P11 and the right dental feature point P R = P13 .

図6は、前記スキャンデータにおいて、歯牙が下方向に晶出され、前記スキャンデータの左側に第3の特徴点(P13)が表示され、スキャンデータの右側に第1の特徴点(P11)が表示された場合を示している。 FIG. 6 shows a case where the teeth are extracted downward in the scan data, the third feature point (P 13 ) is displayed on the left side of the scan data, and the first feature point (P 11 ) is displayed on the right side of the scan data.

図6においては、

は、下方向であるので、上方向を正の方向とすると、

=-1になる。



の外積

は、上方向(正数)を有することになる。そこで、図6のスキャンデータが上顎データであると、d<0であるので、左側歯牙特徴点P=P11であり、右側歯牙特徴点P=P13である。これに対して、図6のスキャンデータが下顎データであると、d<0であるので、左側歯牙特徴点P=P11であり、右側歯牙特徴点P=P13である。
In FIG.

is the downward direction, so if the upward direction is the positive direction, then

=-1.

and

The cross product of

has an upward direction (positive number). Therefore, if the scan data of Fig. 6 is upper jaw data, d<0, so the left dental feature point P L = P11 and the right dental feature point P R = P13 . On the other hand, if the scan data of Fig. 6 is lower jaw data, d<0, so the left dental feature point P L = P11 and the right dental feature point P R = P13 .

図7は、前記スキャンデータにおいて、歯牙が上方向に晶出され、前記スキャンデータの左側に第3の特徴点(P13)が表示され、スキャンデータの右側に第1の特徴点(P11)が表示された場合を示している。 FIG. 7 shows a case where the teeth are extracted upward in the scan data, the third feature point (P 13 ) is displayed on the left side of the scan data, and the first feature point (P 11 ) is displayed on the right side of the scan data.

図7において、

は、上方向であるので、上方向を正の方向とすると、

=1になる。



の外積

は、上方向(正数)を有することになる。そこで、図7のスキャンデータが下顎データであると、d>=0であるので、左側歯牙特徴点P=P11であり、右側歯牙特徴点P=P13である。これに対して、図7のスキャンデータが上顎データであると、d>=0であるので、左側歯牙特徴点P=P13であり、右側歯牙特徴点P=P11である。
In FIG.

is the upward direction, so if the upward direction is the positive direction,

=1.

and

The cross product of

has an upward direction (positive number). Therefore, if the scan data of Fig. 7 is mandibular data, d>=0, so the left dental feature point P L = P11 and the right dental feature point P R = P13 . On the other hand, if the scan data of Fig. 7 is maxillary data, d>=0, so the left dental feature point P L = P13 and the right dental feature point P R = P11 .

図8は、前記スキャンデータにおいて、歯牙が上方向に晶出され、前記スキャンデータの左側に第1の特徴点(P11)が表示され、スキャンデータの右側に第3の特徴点(P13)が表示された場合を示している。 FIG. 8 shows a case where the teeth are extracted upward in the scan data, a first feature point (P 11 ) is displayed on the left side of the scan data, and a third feature point (P 13 ) is displayed on the right side of the scan data.

図8において、

は、上方向であるので、上方向を正の方向とすると、

=1になる。



の外積

は、下方向(負数)を有することになる。そこで、図8のスキャンデータが下顎データであると、d<0であるので、左側歯牙特徴点P=P13であり、右側歯牙特徴点P=P11である。これに対して、図8のスキャンデータが上顎データであると、d<0であるので、左側歯牙特徴点P=P11であり、右側歯牙特徴点P=P13である。
In FIG.

is the upward direction, so if the upward direction is the positive direction,

=1.

and

The cross product of

has a downward direction (negative number). Therefore, if the scan data of Fig. 8 is mandibular data, d<0, so the left dental feature point P L = P13 and the right dental feature point P R = P11 . On the other hand, if the scan data of Fig. 8 is maxillary data, d<0, so the left dental feature point P L = P11 and the right dental feature point P R = P13 .

前記スキャンデータが上顎データであると、前記患者の目と鼻がある方向を示す上方向ベクトル

を表す式は、下記式2の通りである。
If the scan data is upper jaw data, an upward vector indicating the direction in which the patient's eyes and nose are located is

The formula representing this is as shown in Formula 2 below.

例えば、図5において、スキャンデータが上顎データである場合に、前記判別式により、左側歯牙特徴点P=P13であり、右側歯牙特徴点P=P11である。式2により、



の外積である

は、上方向(正数)を有することになる。
For example, in Fig. 5, when the scan data is upper jaw data, the left dental feature point P L =P 13 and the right dental feature point P R =P 11 according to the discriminant formula.

and

is the cross product of

will have an upward direction (a positive number).

前記スキャンデータが下顎データであると、前記患者の目と鼻がある方向を示す上方向ベクトル

を示す式は、下記式3の通りである。
If the scan data is mandibular data, an upward vector indicating the direction in which the patient's eyes and nose are located is

The formula showing this is as shown in Formula 3 below.

例えば、図7のスキャンデータが下顎データである場合、前記判別式により、左側歯牙特徴点P=P11であり、右側歯牙特徴点PR=P13である。式3により、



の外積である

は、上方向(正数)を有することになる。
For example, when the scan data of Fig. 7 is mandibular data, the left dental feature point P L =P 11 and the right dental feature point P R =P 13 according to the discriminant formula.

and

is the cross product of

will have an upward direction (a positive number).

図9は、スキャンデータが上顎データである場合の上方向ベクトルを示す概念図である。図10は、スキャンデータが下顎データである場合の上方向ベクトルを示す概念図である。
図9に示しているように、前記スキャンデータが上顎データである場合、前記上方向ベクトル

の方向は、歯牙の晶出方向と反対方向に得られる。
Fig. 9 is a conceptual diagram showing an upward direction vector when the scan data is upper jaw data, and Fig. 10 is a conceptual diagram showing an upward direction vector when the scan data is lower jaw data.
As shown in FIG. 9, when the scan data is upper jaw data, the upward vector

The direction is obtained in the opposite direction to the crystallization direction of the tooth.

また、図10に示しているように、前記スキャンデータが下顎データである場合、前記上方向ベクトル

の方向は、歯牙の晶出方向と実質的に同一の方向に得られる。
Also, as shown in FIG. 10, when the scan data is mandibular data, the upward vector

The direction of the crystallization is obtained in substantially the same direction as the crystallization direction of the tooth.

図11及び図12は、図1のCTデータとスキャンデータの領域一致可否を判断するステップを示す概念図である。
図1乃至図12に示しているように、CTデータとスキャンデータの整合において、2つのデータが同一の領域を有してるケース1と、同一の領域を有していないケース2とを区別することができる(ステップS400)。下記式4を満たすと、前記CTデータとスキャンデータは、同一の領域を有することと判断することができる。

ここで、

であり、thは、前記CTデータとスキャンデータは、同一の領域を有するかを判断するための第1の閾値である。例えば、前記第1の閾値(th)は、5mmである。
11 and 12 are conceptual diagrams showing steps for determining whether or not the regions of the CT data and the scan data in FIG. 1 match.
1 to 12, in matching CT data and scan data, it is possible to distinguish between case 1 where the two data have the same area and case 2 where the two data do not have the same area (step S400). If the following formula 4 is satisfied, it can be determined that the CT data and scan data have the same area.

here,

where th is a first threshold for determining whether the CT data and the scan data have the same region. For example, the first threshold (th) is 5 mm.

図13及び図14は、図1のスキャンデータの歯牙部分抽出ステップを示す概念図である。図15は、図1のスキャンデータの歯牙部分抽出ステップで抽出された図1のスキャンデータの歯牙部分を示す図である。 Figures 13 and 14 are conceptual diagrams showing the tooth portion extraction step of the scan data of Figure 1. Figure 15 is a diagram showing the tooth portion of the scan data of Figure 1 extracted in the tooth portion extraction step of the scan data of Figure 1.

図1乃至図15に示しているように、2つのデータ間の共通領域である歯牙部分を基に、整合を行うために、スキャンデータから歯牙部分だけを切り出す(ステップS500)。前記スキャンデータが上顎データである場合、前記スキャンデータの第1の特徴点(P11)、第2の特徴点(P12)、及び第3の特徴点(P13)のうち、前記上方向ベクトル

の方向に最高点を抽出する。前記スキャンデータが下顎データである場合、前記スキャンデータの第1の特徴点(P11)、第2の特徴点(P12)、及び第3の特徴点(P13)のうち、前記上方向ベクトル

の方向に最低点を抽出する。
1 to 15, based on the tooth portion, which is a common region between the two data, only the tooth portion is extracted from the scan data in order to perform matching (step S500). If the scan data is upper jaw data, the first feature point ( P11 ), the second feature point ( P12 ), and the third feature point ( P13 ) of the scan data are extracted from the upper direction vector

In the case where the scan data is mandibular data, the highest point is extracted in the upward direction from among the first feature point (P 11 ), the second feature point (P 12 ), and the third feature point (P 13 ) of the scan data.

Extract the lowest point in the direction of.

前記スキャンデータが上顎データである場合、前記スキャンデータの前記最高点から、前記上方向ベクトル

の正の方向に第1の距離(+a)移動地点に、

を法線ベクトルとする無限な平面でスキャンデータを切り出し、前記スキャンデータの前記最高点から前記上方向ベクトル

の負の方向に第2の距離(-b)移動地点に、

を法線ベクトルとする無限な平面でスキャンデータを切り出す(図13)。例えば、前記第1の距離(+a)は、6mmである。例えば、前記第2の距離(-b)は、-6mmである。例えば、前記第1の距離(+a)と前記第2の距離(-b)の絶対値は、同一である。これとは異なり、前記第1の距離(+a)と前記第2の距離(-b)の絶対値は、異なることもある。
When the scan data is upper jaw data, the upper direction vector

to a point where the first distance (+a) has been moved in the positive direction,

The scan data is cut out on an infinite plane with a normal vector of

to a point where it moves a second distance (-b) in the negative direction,

The scan data is cut out on an infinite plane with a normal vector of a (FIG. 13). For example, the first distance (+a) is 6 mm. For example, the second distance (-b) is -6 mm. For example, the absolute values of the first distance (+a) and the second distance (-b) are the same. Alternatively, the absolute values of the first distance (+a) and the second distance (-b) may be different.

前記スキャンデータが下顎データである場合、前記スキャンデータの前記最低点から、前記上方向ベクトル

の正の方向に第1の距離(+a)移動地点に、

を法線ベクトルとする無限な平面(CP1)でスキャンデータを切り出し、前記スキャンデータの前記最低点から、前記上方向ベクトル

の負の方向に第2の距離(-b)移動地点に、

を法線ベクトルとする無限な平面(CP2)でスキャンデータを切り出す(図13)。
When the scan data is mandibular data, the upper direction vector

to a point where the first distance (+a) has been moved in the positive direction,

The scan data is cut out on an infinite plane (CP1) with a normal vector of

to a point where it moves a second distance (-b) in the negative direction,

The scan data is cut out by an infinite plane (CP2) with the normal vector as shown in Figure 13.

図14に示しているように、前記第2の特徴点P12から右側歯牙特徴点PRに向かうベクトルを

といい、前記第2の特徴点P12から左側歯牙特徴点Pに向かうベクトルを

という。前記右側歯牙特徴点Pから

ベクトル方向に第3の距離だけ移動した地点に、

ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面(CP3)でスキャンデータを切り出し、前記左側歯牙特徴点Pから

ベクトル方向に前記第3の距離だけ移動した地点に、

ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面(CP4)でスキャンデータを切り出す。例えば、前記第3の距離は、前記第1の距離及び前記第2の距離よりも小さい。ここで、前記第3の距離は、1mmである。
As shown in FIG. 14, the vector from the second feature point P12 to the right tooth feature point PR is

The vector from the second feature point P12 to the left tooth feature point P12 is expressed as

From the right tooth feature point P R

At a point moved a third distance in the vector direction,

The scan data is cut out on an infinite plane (CP3) with the vector as a normal vector, and the left tooth feature point P L is

At a point moved the third distance in the vector direction,

The scan data is cut out by an infinite plane (CP4) having a normal vector of the vector. For example, the third distance is smaller than the first distance and the second distance. Here, the third distance is 1 mm.

前記右側歯牙特徴点Pから

ベクトル方向に第3の距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルから-90度に回転した第1のベクトルを法線ベクトルとし、前記第1のベクトルに第4の距離だけ移動した地点で、無限な平面(CP5)でスキャンデータを切り出す。前記右側歯牙特徴点Pから

ベクトル方向に前記第3の距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルから+90度に回転した第2のベクトルを法線ベクトルとし、前記第2のベクトルに前記第4の距離だけ移動した地点で、無限な平面(CP6)でスキャンデータを切り出す。例えば、前記第4の距離は、前記第1の距離、前記第2の距離、及び前記第3の距離よりも大きい。ここで、前記第4の距離は、10mmある。
From the right tooth feature point P R

At a point where the object is moved a third distance in the vector direction,

A first vector rotated by -90 degrees from the vector is used as a normal vector, and the scan data is cut out on an infinite plane (CP5) at a point moved a fourth distance to the first vector .

At a point where the third distance has been moved in the vector direction,

A second vector rotated +90 degrees from the vector is set as a normal vector, and the scan data is cut out on an infinite plane (CP6) at a point moved by the fourth distance to the second vector. For example, the fourth distance is greater than the first distance, the second distance, and the third distance. Here, the fourth distance is 10 mm.

前記左側歯牙特徴点Pから

ベクトル方向に前記第3の距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルから+90度に回転した第3のベクトルを法線ベクトルとし、前記第3のベクトルに第4の距離だけ移動した地点で、無限な平面(CP7)でスキャンデータを切り出す。前記左側歯牙特徴点Pから

ベクトル方向に前記第3の距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルから-90度に回転した第4のベクトルを法線ベクトルとし、前記第4のベクトルに前記第4の距離だけ移動した地点で、無限な平面(CP8)でスキャンデータを切り出す。
From the left tooth feature point P L

At a point where the third distance has been moved in the vector direction,

A third vector rotated by +90 degrees from the vector is used as a normal vector, and the scan data is cut out on an infinite plane (CP7) at a point moved a fourth distance to the third vector.

At a point where the third distance has been moved in the vector direction,

A fourth vector rotated -90 degrees from the vector is set as a normal vector, and the scan data is cut out on an infinite plane (CP8) at a point moved to the fourth vector by the fourth distance.

また、前記第2の特徴点(P12)から前記

ベクトルと
前記

ベクトルの和である

ベクトル方向に第5の距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面(CP10)でスキャンデータを切り出す。前記第2の特徴点(P12)から

ベクトル方向に第5の距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面(CP9)でスキャンデータを切り出す。例えば、前記第5の距離は、前記第3の距離よりも大きく、前記第4の距離よりも小さい。ここで、前記第5の距離は、6mmである。
Furthermore, from the second feature point (P 12 ),

Vector and

It is the sum of vectors

At a point where the object is moved a fifth distance in the vector direction,

The scan data is cut out by an infinite plane ( CP10 ) with the vector as the normal vector.

At a point where the object is moved a fifth distance in the vector direction,

The scan data is cut out by an infinite plane (CP9) having a normal vector of the vector. For example, the fifth distance is greater than the third distance and less than the fourth distance. Here, the fifth distance is 6 mm.

図15は、スキャンデータを切断平面(CP1~CP10)を用いて切断して得た歯牙部分を示す。
前記CTデータの前記上顎の第1乃至第5の特徴点(p1~p5)をコントロールポイントとして、parametricsplinecurve、C(u)を計算する。ここで、uは、0<=u<=1を満たし、患者を基準に最左側でu=0であり、患者を基準に最右側でu=1である。
FIG. 15 shows tooth portions obtained by cutting the scan data using cutting planes (CP1 to CP10).
A parametric spline curve, C(u), is calculated using the first to fifth feature points (p1 to p5) of the upper jaw of the CT data as control points, where u satisfies 0<=u<=1, and u=0 at the leftmost point relative to the patient and u=1 at the rightmost point relative to the patient.

前記parametricsplinecurveC(u)とは、前記CTデータの前記上顎の5つの特徴点(p1~p5)を連結するアーチのスプライン曲線を意味する。parametricsplinecurveC(u)は、前記CTデータの前記下顎の5つの特徴点(p6~p10)をコントロールポイントとして計算することもできる。 The parametricsplinecurveC(u) refers to an arch spline curve that connects the five feature points (p1 to p5) of the upper jaw in the CT data. The parametricsplinecurveC(u) can also be calculated using the five feature points (p6 to p10) of the lower jaw in the CT data as control points.

前記スキャンデータのソースポイントを、前記CTsplinecurveC(u)上で探索して、ターゲットポイントを生成する(ステップS600)。
前記スキャンデータのソースポイントは、前記左側歯牙特徴点(P)、前記第2の特徴点(P12)、前記右側歯牙特徴点(PR)の3つの点を含む。
The source points of the scan data are searched on the CTsplinecurve C(u) to generate target points (step S600).
The source points of the scan data include three points: the left dental feature point (P L ), the second feature point (P 12 ), and the right dental feature point (PR).

ターゲットポイントの第一の点は、C(u)上でパラメータuを第1の値だけ増加しつつ探索することができる。前記ターゲットポイントの第1の点は、C(u1)と表示する。前記第1の値は、0.05である。 A first one of the target points can be searched for on C(u) by increasing the parameter u by a first value. The first one of the target points is denoted as C(u1). The first value is 0.05.

ターゲットポイントの第二の点は、C(u)上でパラメータuを第2の値だけ増加しつT、d11=||C(u1)-C(u2)||-||PL-P12||が最小となるC(u2)を探す。ここで、u>u1であり、前記第2の値は、0.001である。 The second point of the target point is to increase the parameter u on C(u) by a second value and search for C(u2) where d11 = ∥C(u1)-C(u2)∥-∥P L -P 12 ∥ is minimum, where u>u1 and the second value is 0.001.

ターゲットポイントの第三の点は、C(u)上でパラメータuを第3の値だけ増加しつつ、d12=||C(u2)-C(u3)||-||P12-PR||が最小となるC(u3)を探す。ここで、u>u2であり、前記第3の値は、0.001である。 The third target point is to search for C(u3) where d12 = ∥C(u2) - C(u3)∥ - ∥P 12 - P R ∥ is minimized while increasing the parameter u on C(u) by a third value, where u>u2 and the third value is 0.001.

もし、d11、d12、及びd13=||C(u3)-C(u1)||-||PR-PL||がいずれも、第2の閾値よりも小さいと、前記ターゲットポイントC(u1)、C(u2)、及びC(u3)を候補として選定する。前記第2の閾値は、8mmである。 If d11, d12, and d13 = ||C(u3)-C(u1)||-||P R -P L || are all smaller than a second threshold, the target points C(u1), C(u2), and C(u3) are selected as candidates. The second threshold is 8 mm.

図16a乃至図16cは、図1の初期整合ステップ(COARSEREGISTRATION)の結果を示す図である。
図1乃至図16cを参照すると、前記ステップS500では、候補ターゲットポイントは、6つの点を含み、前記候補ターゲットポイントは、複数個生成される。
16a to 16c show the results of the initial alignment step (COARSE REGISTRATION) of FIG.
1 to 16c, in step S500, the candidate target points include six points, and a plurality of the candidate target points are generated.

前記複数の候補ターゲットポイントに対して、landmarktransformを通じて、変換マトリックスMを計算する。前記変換されたスキャンデータの特徴点pi'=Mpi,(i=L、12、R)と、CTデータの特徴点pk(k=1、3、5ork=6、8、10)の間の距離の平均で変換エラーを測定することができる。前記変換マトリックスMは、スキャンデータの特徴点を、CTデータのドメインに移動する。 For the multiple candidate target points, a transformation matrix M is calculated through landmarktransform. The transformation error can be measured as the average distance between the feature points pi' = Mpi, (i = L, 12, R) of the transformed scan data and the feature points pk (k = 1, 3, 5 or k = 6, 8, 10) of the CT data. The transformation matrix M moves the feature points of the scan data into the domain of the CT data.

ステップS400において、CTデータとスキャンデータの2つのデータが同一の領域を有しているケース1の場合に、前記変換エラーが最も小さい値を有する候補ターゲットポイントを、最終候補として決める。 In step S400, in case 1 where the two data, the CT data and the scan data, have the same area, the candidate target point with the smallest conversion error is determined as the final candidate.

前記スキャンデータの候補ターゲットポイントを、変換マトリックスMを用いて、CTデータのドメインに移動し、変換エラーが最も小さい最終候補を決めるステップを、初期整合ステップ(Coarseregistration、ステップS700)と呼ぶ。 The step of moving the candidate target points of the scan data into the domain of the CT data using the transformation matrix M and determining the final candidate with the smallest transformation error is called the initial registration step (coarse registration, step S700).

図16a乃至図16cにおいて、歯牙の形状が示されている基本画像は、CTデータである。図16a乃至図16cにおいて、実線部は、前記CTデータに整合されたスキャンデータの外郭線である。図16aは、初期整合された前記CTデータ及び前記スキャンデータのaxial図を示し、図16bは、初期整合された前記CTデータ及び前記スキャンデータのsagittal図を示し、図16cは、初期整合された前記CTデータ及び前記スキャンデータのcoronal図を示す。 In Figs. 16a to 16c, the basic image showing the shape of the teeth is CT data. In Figs. 16a to 16c, the solid lines are the outlines of the scan data aligned to the CT data. Fig. 16a shows an axial view of the initially aligned CT data and the scan data, Fig. 16b shows a sagittal view of the initially aligned CT data and the scan data, and Fig. 16c shows a coronal view of the initially aligned CT data and the scan data.

図17a乃至図17cは、図1の精密整合ステップ(FINEREGISTRATION)の結果を示す図である。
図1乃至図17cを参照すると、初期整合ステップ(ステップS700)以後には、CTデータの歯牙領域とスキャンデータの歯牙領域を更に一致させるための精密整合ステップ(ステップS800)が行われる。前記精密整合ステップで、ソースデータは、スキャンデータの切出し歯牙部分のみを用い、ターゲットデータは、患者のCT画像とすることができる。
17a to 17c show the results of the FINE REGISTRATION step of FIG.
1 to 17c, after the initial matching step (S700), a precision matching step (S800) is performed to further match the tooth region of the CT data with the tooth region of the scan data. In the precision matching step, the source data may be only the extracted tooth portion of the scan data, and the target data may be the CT image of the patient.

図17a乃至図17cにおいて、歯牙の形状が示されている基本画像は、CTデータである。図17a乃至図17cにおいて、実線部は、前記CTデータに整合されたスキャンデータの外郭線である。図17aは、精密に整合された前記CTデータ及び前記スキャンデータのaxial図を示し、図17bは、精密に整合された前記CTデータ及び前記スキャンデータのsagittal図を示し、図17cは、精密に整合された前記CTデータ及び前記スキャンデータのcoronal図を示す。 In Figs. 17a to 17c, the basic image showing the shape of the teeth is CT data. In Figs. 17a to 17c, the solid lines are the outlines of the scan data aligned to the CT data. Fig. 17a shows an axial view of the precisely aligned CT data and the scan data, Fig. 17b shows a sagittal view of the precisely aligned CT data and the scan data, and Fig. 17c shows a coronal view of the precisely aligned CT data and the scan data.

図17a乃至図17cを見ると、図16a乃至図16cと比較して、CTデータの歯牙部分とスキャンデータの歯牙部分が更に精密に整合したことを確認することができる。
本実施形態によると、使用者の入力がなく、データが含んでいる領域が互いに違っても良い初期整合の結果を得られる。これにより、最終の精密整合まで使用者の入力なく、早く整合することができる。
17a to 17c, it can be seen that the tooth portion of the CT data and the tooth portion of the scan data are more precisely aligned compared to FIGS. 16a to 16c.
According to the present embodiment, an initial matching result can be obtained without user input, even if the regions included in the data are different from each other, so that matching can be performed quickly without user input until the final precise matching.

本実施形態に係ると、歯科で診断、分析、補綴物製作などのために頻繁に行われている患者医療画像データ(CT、CBCT)とデジタル印象モデルスキャンデータを整合するに要する手間を画期的に減らすことができる。 This embodiment can dramatically reduce the effort required to match patient medical image data (CT, CBCT) with digital impression model scan data, which is frequently performed in dentistry for diagnosis, analysis, prosthetic production, etc.

本発明の一実施形態によると、前述した歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法をコンピュータで実行させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。前述した方法は、コンピュータで実行可能なプログラムとして作成可能で、コンピュータ読み取り可能な媒体を用いて、前記プログラムを動作させる汎用デジタルコンピュータで具現可能である。また、前述した方法で使用されたデータの構造は、コンピュータ読み取り可能な媒体に様々な手段を通じて記録されることができる。前記コンピュータ読み取り可能な媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独で又は組み合わせて含むことができる。前記媒体に記録されるプログラム命令は、本発明のために特に設計され構成されたものや、コンピュータソフトウェア分野の通常の技術者に公知されて、使用可能なものでもある。コンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、ハードディスク、フロッピーディスク、及び磁気テープのような磁気媒体、CD-ROM、DVDのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気-光媒体、及びROM、RAM、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存し、実行するように特に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令の例には、コンパイラーにより作られるような機械語コードだけでなく、インタプリターなどを用いて、コンピュータにより実行される高級言語コードを含む。前述したハードウェア装置は、本発明の動作を行うために、1つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成されることができる。 According to one embodiment of the present invention, a computer-readable recording medium is provided having a program recorded thereon for executing the above-mentioned automated method for dental 3D data registration on a computer. The above-mentioned method can be created as a computer-executable program and can be embodied in a general-purpose digital computer that runs the program using a computer-readable medium. In addition, the data structure used in the above-mentioned method can be recorded on the computer-readable medium through various means. The computer-readable medium can include program instructions, data files, data structures, etc., alone or in combination. The program instructions recorded on the medium can be those specifically designed and configured for the present invention, or those that are known and usable by ordinary technicians in the computer software field. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROMs, RAMs, flash memories, etc. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those created by a compiler, but also high-level language codes executed by a computer using an interpreter, etc. The hardware devices described above can be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention.

また、前述した歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法は、記録媒体に保存されるコンピュータにより実行されるコンピュータープログラム、又はアプリケーションの形態にも具現可能である。
[産業上の利用可能性]
The above-described automated method for automating registration of dental 3D data may also be embodied in the form of a computer program or application that is stored in a recording medium and executed by a computer.
[Industrial Applicability]

本発明は、歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法、及びこれをコンピュータで実行させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関し、歯科CT画像とデジタル印象モデルの整合のための手間を減少することができる。 The present invention relates to an automated method for aligning dental 3D data, and a computer-readable recording medium having a program recorded thereon for executing the method on a computer, which can reduce the effort required for matching dental CT images and digital impression models.

前記では、本発明の好適な実施形態を参照して説明したが、該当技術分野における熟練した該当技術分野の通常の技術者は、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で、本発明を様々に修正及び変更できることを理解するだろう。 Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be modified and changed in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims.

Claims (19)

CTデータの特徴点を抽出するステップと、
デジタル印象モデルのスキャンデータの特徴点を抽出するステップと、
患者の目と鼻がある方向を示す上方向ベクトル及び前記スキャンデータの特徴点の左右を判断するステップと、
前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップと、
前記スキャンデータのソースポイントを、前記CTデータのスプライン曲線上で探索して、候補ターゲットポイントを生成するステップと、
前記候補ターゲットポイントと前記CTデータの特徴点のエラーが最も小さい値を最終候補として決めるステップとを含み、
前記CTデータの特徴点は、上顎に3つ以上の特徴点、下顎に3つ以上の特徴点を含み、
前記スキャンデータの特徴点は、3つの特徴点を含み、
前記スキャンデータの第1の特徴点及び第3の特徴点はそれぞれ、横方向に前記スキャンデータの歯牙の最外郭点を示し、
前記スキャンデータの第2の特徴点は、2つの中切歯の間であることを特徴とする歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。
Extracting feature points from the CT data;
Extracting feature points from the scan data of the digital impression model;
determining an up vector indicating the direction in which the patient's eyes and nose are located and the left and right of feature points in the scan data;
extracting a dental portion of the scan data;
searching for source points of the scan data on a spline curve of the CT data to generate candidate target points;
A step of determining a value having the smallest error between the candidate target point and the feature point of the CT data as a final candidate ,
The feature points of the CT data include three or more feature points on the upper jaw and three or more feature points on the lower jaw,
The feature points of the scan data include three feature points;
the first feature point and the third feature point of the scan data each indicate an outermost point of the tooth of the scan data in a horizontal direction,
The method for automating registration of dental 3D data , wherein the second feature point of the scan data is between two central incisors.
CTデータの特徴点を抽出するステップと、
デジタル印象モデルのスキャンデータの特徴点を抽出するステップと、
患者の目と鼻がある方向を示す上方向ベクトル及び前記スキャンデータの特徴点の左右を判断するステップと、
前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップと、
前記スキャンデータのソースポイントを、前記CTデータのスプライン曲線上で探索して、候補ターゲットポイントを生成するステップと、
前記候補ターゲットポイントと前記CTデータの特徴点のエラーが最も小さい値を最終候補として決めるステップとを含み、
前記スキャンデータの特徴点の左右を判断するステップは、
前記スキャンデータの第1の特徴点がP 11 、第2の特徴点がP 12 、第3の特徴点がP 13 であり、前記スキャンデータのメッシュを構成している全ての点におけるノーマルベクトルの平均ベクトルを



とすると、



ベクトル及び

ベクトルの外積及び前記平均ベクトル

を用いて、前記スキャンデータの特徴点の左右を判断することを特徴とする歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。
Extracting feature points from the CT data;
Extracting feature points from the scan data of the digital impression model;
determining an up vector indicating the direction in which the patient's eyes and nose are located and the left and right of feature points in the scan data;
extracting a dental portion of the scan data;
searching for source points of the scan data on a spline curve of the CT data to generate candidate target points;
A step of determining a value having the smallest error between the candidate target point and the feature point of the CT data as a final candidate,
The step of determining left and right of the feature point of the scan data includes:
The first feature point of the scan data is P 11 , the second feature point is P 12 , and the third feature point is P 13 , and the average vector of the normal vectors at all points constituting the mesh of the scan data is



Then,



Vector and

The cross product of the vectors and the mean vector

The method for automating registration of three-dimensional dental data is characterized in that the left and right of feature points of the scan data are determined using the above-mentioned method.
前記スキャンデータの特徴点の左右を判断するステップにおいて、
前記スキャンデータが上顎データであり且つ判別式d<0であると、患者の左側歯牙の外郭点を示す左側歯牙特徴点P はP 11 であり、患者の右側歯牙の外郭点を示す右側歯牙特徴点P はP 13 であり、
前記スキャンデータが上顎データであり且つ判別式d>=0であると、前記左側歯牙特徴点P はP 13 であり、前記右側歯牙特徴点P はP 11 であり、
前記判別式は、



であることを特徴とする請求項2に記載の歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。
In the step of determining left and right of the feature point of the scan data,
If the scan data is upper jaw data and the discriminant d<0, the left tooth feature point P L indicating the contour point of the left tooth of the patient is P 11 , and the right tooth feature point P R indicating the contour point of the right tooth of the patient is P 13 ;
If the scan data is upper jaw data and the discriminant d>=0, the left dental feature point P L is P 13 and the right dental feature point P R is P 11 ;
The discriminant is



3. The method for automating registration of dental three-dimensional data according to claim 2, wherein:
前記スキャンデータの特徴点の左右を判断するステップにおいて、In the step of determining left and right of the feature point of the scan data,
前記スキャンデータが下顎データであり且つ判別式d<0であると、前記左側歯牙特徴点PIf the scan data is mandibular data and the discriminant d<0, the left tooth feature point P L はPIs P 1313 であり、前記右側歯牙特徴点Pand the right tooth feature point P R はPIs P 1111 であり、and
前記スキャンデータが下顎データであり且つ判別式d>=0であると、前記左側歯牙特徴点PIf the scan data is mandibular data and the discriminant d>=0, the left tooth feature point P L はPIs P 1111 であり、前記右側歯牙特徴点Pand the right tooth feature point P R はPIs P 1313 であることを特徴とする請求項3に記載の歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。4. The method for automating registration of dental three-dimensional data according to claim 3, wherein:
CTデータの特徴点を抽出するステップと、
デジタル印象モデルのスキャンデータの特徴点を抽出するステップと、
患者の目と鼻がある方向を示す上方向ベクトル及び前記スキャンデータの特徴点の左右を判断するステップと、
前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップと、
前記スキャンデータのソースポイントを、前記CTデータのスプライン曲線上で探索して、候補ターゲットポイントを生成するステップと、
前記候補ターゲットポイントと前記CTデータの特徴点のエラーが最も小さい値を最終候補として決めるステップとを含み、
前記上方向ベクトルを判断するステップにおいて、前記上方向ベクトルは、

であり、患者の左側歯牙の外郭点を示す左側歯牙特徴点は、P であり、患者の右側歯牙の外郭点を示す右側歯牙特徴点は、P であり、前記スキャンデータの第2の特徴点がP 12 であり、前記スキャンデータが上顎データであるとき、



であることを特徴とする歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。
Extracting feature points from the CT data;
Extracting feature points from the scan data of the digital impression model;
determining an up vector indicating the direction in which the patient's eyes and nose are located and the left and right of feature points in the scan data;
extracting a dental portion of the scan data;
searching for source points of the scan data on a spline curve of the CT data to generate candidate target points;
A step of determining a value having the smallest error between the candidate target point and the feature point of the CT data as a final candidate,
In the step of determining the upward vector, the upward vector is

a left tooth feature point indicating a contour point of the patient's left tooth is P L , a right tooth feature point indicating a contour point of the patient's right tooth is P R , a second feature point of the scan data is P 12 , and the scan data is upper jaw data,



13. An automated method for aligning three-dimensional dental data, comprising:
CTデータの特徴点を抽出するステップと、
デジタル印象モデルのスキャンデータの特徴点を抽出するステップと、
患者の目と鼻がある方向を示す上方向ベクトル及び前記スキャンデータの特徴点の左右を判断するステップと、
前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップと、
前記スキャンデータのソースポイントを、前記CTデータのスプライン曲線上で探索して、候補ターゲットポイントを生成するステップと、
前記候補ターゲットポイントと前記CTデータの特徴点のエラーが最も小さい値を最終候補として決めるステップとを含み、
前記上方向ベクトルを判断するステップにおいて、前記上方向ベクトルは、

であり、患者の左側歯牙の外郭点を示す左側歯牙特徴点は、P であり、患者の右側歯牙の外郭点を示す右側歯牙特徴点は、P であり、前記スキャンデータの第2の特徴点がP 12 であり、前記スキャンデータが下顎データであるとき、



であることを特徴とする歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。
Extracting feature points from the CT data;
Extracting feature points from the scan data of the digital impression model;
determining an up vector indicating the direction in which the patient's eyes and nose are located and the left and right of feature points in the scan data;
extracting a dental portion of the scan data;
searching for source points of the scan data on a spline curve of the CT data to generate candidate target points;
A step of determining a value having the smallest error between the candidate target point and the feature point of the CT data as a final candidate,
In the step of determining the upward vector, the upward vector is

a left tooth feature point indicating a contour point of the patient's left tooth is P L , a right tooth feature point indicating a contour point of the patient's right tooth is P R , a second feature point of the scan data is P 12 , and the scan data is mandibular data,



13. An automated method for aligning three-dimensional dental data, comprising:
CTデータの特徴点を抽出するステップと、
デジタル印象モデルのスキャンデータの特徴点を抽出するステップと、
患者の目と鼻がある方向を示す上方向ベクトル及び前記スキャンデータの特徴点の左右を判断するステップと、
前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップと、
前記スキャンデータのソースポイントを、前記CTデータのスプライン曲線上で探索して、候補ターゲットポイントを生成するステップと、
前記候補ターゲットポイントと前記CTデータの特徴点のエラーが最も小さい値を最終候補として決めるステップとを含み、
更に、前記CTデータと前記スキャンデータが一致する同一の領域を有しているか否かを判断するステップを含み、



であり、thは、前記CTデータと前記スキャンデータは、同一の領域を有するか否かを判断するための第1の閾値であり、p1、p3、p5は、前記CTデータの特徴点であり、P 11 、P 12 、P 13 は、前記スキャンデータの特徴点であるとき、



を満たすと、前記CTデータと前記スキャンデータが一致する同一の領域を有していることと判断することを特徴とする歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。
Extracting feature points from the CT data;
Extracting feature points from the scan data of the digital impression model;
determining an up vector indicating the direction in which the patient's eyes and nose are located and the left and right of feature points in the scan data;
extracting a dental portion of the scan data;
searching for source points of the scan data on a spline curve of the CT data to generate candidate target points;
A step of determining a value having the smallest error between the candidate target point and the feature point of the CT data as a final candidate,
Further comprising the step of determining whether the CT data and the scan data have identical regions of agreement;



where th is a first threshold for determining whether the CT data and the scan data have the same region, p1, p3, and p5 are feature points of the CT data, and P11 , P12 , and P13 are feature points of the scan data,



and determining that the CT data and the scan data have the same area that matches when the above condition is satisfied.
CTデータの特徴点を抽出するステップと、Extracting feature points from the CT data;
デジタル印象モデルのスキャンデータの特徴点を抽出するステップと、Extracting feature points from the scan data of the digital impression model;
患者の目と鼻がある方向を示す上方向ベクトル及び前記スキャンデータの特徴点の左右を判断するステップと、determining an up vector indicating the direction in which the patient's eyes and nose are located and the left and right of feature points in the scan data;
前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップと、extracting a dental portion of the scan data;
前記スキャンデータのソースポイントを、前記CTデータのスプライン曲線上で探索して、候補ターゲットポイントを生成するステップと、searching for source points of the scan data on a spline curve of the CT data to generate candidate target points;
前記候補ターゲットポイントと前記CTデータの特徴点のエラーが最も小さい値を最終候補として決めるステップとを含み、A step of determining a value having the smallest error between the candidate target point and the feature point of the CT data as a final candidate,
前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップは、The step of extracting a dental portion of the scan data includes:
前記スキャンデータが上顎データである場合、前記スキャンデータの第1の特徴点、第2の特徴点、及び第3の特徴点のうち、前記上方向ベクトルに最高点を抽出するステップと、When the scan data is upper jaw data, extracting a maximum point on the upward vector from among a first feature point, a second feature point, and a third feature point of the scan data;
前記最高点から前記上方向ベクトルの正の方向に、第1の距離移動地点に前記上方向ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面でスキャンデータを切り出すステップと、cutting out the scan data from the highest point in a positive direction of the upward vector to a first distance moving point on an infinite plane having the upward vector as a normal vector;
前記スキャンデータの前記最高点から前記上方向ベクトルの負の方向に、第2の距離移動地点に前記上方向ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面でスキャンデータを切り出すステップとを含むことを特徴とする歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。and cutting out the scan data from the highest point of the scan data in the negative direction of the upward vector to a second distance movement point with an infinite plane having the upward vector as its normal vector.
前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップは、更に、The step of extracting a dental portion of the scan data further comprises:
前記スキャンデータが下顎データである場合、前記スキャンデータの第1の特徴点、第2の特徴点、及び第3の特徴点のうち、前記上方向ベクトルに最低点を抽出するステップと、When the scan data is mandibular data, extracting a lowest point in the upward vector from among a first feature point, a second feature point, and a third feature point of the scan data;
前記最低点から前記上方向ベクトルの正の方向に、前記第1の距離移動地点に前記上方向ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面でスキャンデータを切り出すステップと、cutting out the scan data from the lowest point in a positive direction of the upward vector to the first distance movement point on an infinite plane having the upward vector as a normal vector;
前記スキャンデータの前記最低点から前記上方向ベクトルの負の方向に、前記第2の距離移動地点に前記上方向ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面でスキャンデータを切り出すステップとを含むことを特徴とする請求項8に記載の歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。The method for automating registration of dental 3D data as described in claim 8, further comprising a step of extracting the scan data from the lowest point of the scan data in the negative direction of the upward vector to the second distance movement point with an infinite plane having the upward vector as its normal vector.
前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップは、更に、
前記スキャンデータの前記第2の特徴点から右側歯牙特徴点に向かうベクトルを

とし、前記第2の特徴点から左側歯牙特徴点に向かうベクトルを

とすると、
前記右側歯牙特徴点から前記

ベクトル方向に第3の距離だけ移動した地点に、前記

ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面で前記スキャンデータを切り出すステップと、前記左側歯牙特徴点から前記



ベクトル方向に前記第3の距離だけ移動した地点に、前記



ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面で前記スキャンデータを切り出すステップとを含むことを特徴とする請求項9に記載の歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。
The step of extracting a dental portion of the scan data further comprises:
A vector from the second feature point of the scan data to the right dental feature point is

and the vector from the second feature point to the left tooth feature point is

Then,
From the right dental feature point

At a point moved a third distance in the vector direction,

a step of extracting the scan data on an infinite plane having a normal vector of the vector;



At a point moved by the third distance in the vector direction,



10. The method for automating registration of dental three-dimensional data according to claim 9, further comprising a step of cutting out the scan data with an infinite plane having the vector as a normal vector.
前記第3の距離は、前記第1の距離及び前記第2の距離よりも小さいことを特徴とする請求項10に記載の歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。The method for automating registration of dental 3D data according to claim 10, wherein the third distance is smaller than the first distance and the second distance. 前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップは、更に、
前記右側歯牙特徴点から前記

ベクトル方向に前記第3の距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルから+90度に回転した第1のベクトルを法線ベクトルとし、前記第1のベクトルに第4の距離だけ移動した地点で、無限な平面で前記スキャンデータを切り出すステップと、
前記右側歯牙特徴点から前記



ベクトル方向に前記第3の距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルから-90度に回転した第2のベクトルを法線ベクトルとし、前記第2のベクトルに前記第4の距離だけ移動した地点で、無限な平面で前記スキャンデータを切り出すステップと、
前記左側歯牙特徴点から前記



ベクトル方向に前記第3の距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルから-90度に回転した第3のベクトルを法線ベクトルとし、前記第3のベクトルに前記第4の距離だけ移動した地点で、無限な平面で前記スキャンデータを切り出すステップと、
前記左側歯牙特徴点から前記



ベクトル方向に前記第3の距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルから+90度に回転した第4のベクトルを法線ベクトルとし、前記第4のベクトルに前記第4の距離だけ移動した地点で、無限な平面で前記スキャンデータを切り出すステップとを含むことを特徴とする請求項10に記載の歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。
The step of extracting a dental portion of the scan data further comprises:
From the right dental feature point

At a point where the third distance has been moved in the vector direction,

a step of cutting out the scan data on an infinite plane at a point where a first vector rotated by +90 degrees from the vector is set as a normal vector and moved a fourth distance to the first vector;
From the right dental feature point



At a point where the third distance has been moved in the vector direction,

a step of setting a second vector rotated by −90 degrees from the vector as a normal vector, and cutting out the scan data on an infinite plane at a point moved by the fourth distance to the second vector;
From the left dental feature point



At a point where the third distance has been moved in the vector direction,

a step of cutting out the scan data on an infinite plane at a point where a third vector obtained by rotating the vector by −90 degrees is set as a normal vector and the third vector is moved by the fourth distance;
From the left dental feature point



At a point where the third distance has been moved in the vector direction,

The method for automating registration of dental 3D data according to claim 10, further comprising a step of setting a fourth vector rotated +90 degrees from the vector as a normal vector, and extracting the scan data on an infinite plane at a point moved the fourth distance to the fourth vector.
前記第4の距離は、前記第1の距離、前記第2の距離、及び前記第3の距離よりも大きいことを特徴とする請求項12に記載の歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。The method for automating registration of dental 3D data according to claim 12, wherein the fourth distance is greater than the first distance, the second distance, and the third distance. 前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップは、更に、
前記スキャンデータの前記第2の特徴点から前記

ベクトルと前記

ベクトルの和である

ベクトル方向に第5距離だけ移動した地点で、前記

ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面で前記スキャンデータを切り出すステップと、前記スキャンデータの前記第2の特徴点から



ベクトル方向に前記第5距離だけ移動した地点で、前記



ベクトルを法線ベクトルとする無限な平面で前記スキャンデータを切り出すステップとを含むことを特徴とする請求項10に記載の歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。
The step of extracting a dental portion of the scan data further comprises:
The second feature point of the scan data is

Vector and

It is the sum of vectors

At the point where the object has moved a fifth distance in the vector direction,

cutting out the scan data with an infinite plane having a normal vector of the vector; and extracting the vector from the second feature point of the scan data.



At a point where the fifth distance has been moved in the vector direction,



11. The method for automating registration of dental three-dimensional data according to claim 10, further comprising a step of cutting out the scan data with an infinite plane having the vector as a normal vector.
CTデータの特徴点を抽出するステップと、Extracting feature points from the CT data;
デジタル印象モデルのスキャンデータの特徴点を抽出するステップと、Extracting feature points from the scan data of the digital impression model;
患者の目と鼻がある方向を示す上方向ベクトル及び前記スキャンデータの特徴点の左右を判断するステップと、determining an up vector indicating the direction in which the patient's eyes and nose are located and the left and right of feature points in the scan data;
前記スキャンデータの歯牙部分を抽出するステップと、extracting a dental portion of the scan data;
前記スキャンデータのソースポイントを、前記CTデータのスプライン曲線上で探索して、候補ターゲットポイントを生成するステップと、searching for source points of the scan data on a spline curve of the CT data to generate candidate target points;
前記候補ターゲットポイントと前記CTデータの特徴点のエラーが最も小さい値を最終候補として決めるステップとを含み、A step of determining a value having the smallest error between the candidate target point and the feature point of the CT data as a final candidate,
前記スキャンデータのソースポイントを、前記CTデータのスプライン曲線上で探索して、候補ターゲットポイントを生成するステップは、The step of searching for source points of the scan data on a spline curve of the CT data to generate candidate target points includes:
前記CTデータの上顎の複数の特徴点、又は前記CTデータの下顎の複数の特徴点を基に、前記スプライン曲線、C(u)を計算するステップを含むことを特徴とする歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。A method for automating registration of 3D dental data, comprising the step of calculating the spline curve, C(u), based on a plurality of feature points of the upper jaw in the CT data or a plurality of feature points of the lower jaw in the CT data.
前記ソースポイントは、左側歯牙特徴点、第2の特徴点、右側歯牙特徴点の3つの点を含むことを特徴とする請求項15に記載の歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。The method for automating registration of 3D dental data according to claim 15, wherein the source points include three points: a left dental feature point, a second feature point, and a right dental feature point. P L は、前記左側歯牙特徴点であり、Pis the left tooth feature point, P 1212 は、前記第2の特徴点であり、Pis the second feature point, and P R は、前記右側歯牙特徴点であり、is the right dental feature point,
ターゲットポイントの第1の点であるC(u1)は、C(u)上でパラメータuを第1の値だけ増加しつつ探索され、前記ターゲットポイントの第2の点であるC(u2)は、C(u)上で前記パラメータuを第2の値だけ増加しつつ、d11=||C(u1)-C(u2)||-||PA first target point C(u1) is searched for by increasing the parameter u on C(u) by a first value, and a second target point C(u2) is searched for by increasing the parameter u on C(u) by a second value, d11 = ||C(u1)-C(u2)||-||P LL -P-P 1212 ||が最小となる点が探索され、前記ターゲットポイントの第3の点であるC(u3)は、C(u)上で前記パラメータuを第3の値だけ増加しつつ、d12=||C(u2)-C(u3)||-||PThe point where || is the smallest is searched for, and the third point C(u3) of the target point is obtained by increasing the parameter u on C(u) by a third value, and d12 = ||C(u2) - C(u3)|| - ||P 1212 -P-P RR ||が最小となる点が探索され、The point where || is minimal is searched for,
前記d11、d12、及びd13=||C(u3)-C(u1)||-||PThe d11, d12, and d13 are ||C(u3)-C(u1)||-||P RR -P-P LL ||がいずれも、第2の閾値よりも小さいと、前記ターゲットポイントC(u1)、C(u2)、及びC(u3)は、前記候補ターゲットポイントと選定され、If || is smaller than a second threshold, the target points C(u1), C(u2), and C(u3) are selected as the candidate target points;
前記候補ターゲットポイントは、C(u1)、C(u2)、及びC(u3)の3つの点を含むことを特徴とする請求項16に記載の歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。The automated method for registering 3D dental data according to claim 16, wherein the candidate target points include three points C(u1), C(u2), and C(u3).
前記候補ターゲットポイントと前記CTデータの特徴点のエラーが最も小さい値を最終候補として決めるステップは、The step of determining a value having the smallest error between the candidate target point and the feature point of the CT data as a final candidate includes:
変換マトリックスを用いて、前記候補ターゲットポイントを、前記CTデータのドメインに変換するステップと、transforming the candidate target points into the domain of the CT data using a transformation matrix;
前記変換された候補ターゲットポイントと前記CTデータの特徴点の間の距離の平均で、変換エラーを測定するステップとを含むことを特徴とする請求項15に記載の歯科用3次元データ位置合わせ自動化方法。The method for automating registration of dental 3D data according to claim 15, further comprising a step of measuring a transformation error by an average distance between the transformed candidate target points and feature points of the CT data.
請求項1乃至18のいずれか一項の方法を、コンピュータで実行させるためのプログラムが記録されたコンピュータで読み取り可能な記録媒体。A computer-readable recording medium having a program recorded thereon for causing a computer to execute the method according to any one of claims 1 to 18.
JP2023512053A 2020-08-20 2020-09-11 Method for automating dental 3D data alignment and computer-readable recording medium having a program recorded thereon for executing the method on a computer Active JP7508152B2 (en)

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