TW201302164A - 口顎影像融合方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種口顎影像融合方法，係與一定位單元配合應用。口顎影像融合方法包括以下步驟：提供一第一齒模，且裝設定位單元於第一齒模；掃描裝設有定位單元之第一齒模，以提供一第一齒模影像資料；設置定位單元於一對象的齒列；掃描設置有定位單元之對象的口顎，以提供一真實口顎影像資料；以及融合第一齒模影像資料以及真實口顎影像資料，而產生一融合口顎影像資料。本發明又揭露另一種口顎影像融合方法。

Description

口顎影像融合方法

本發明係關於一種影像融合方法，特別係關於一種口顎影像的融合方法。

近數十年來，由於軟、硬體的進步，電腦輔助口腔醫學的模式崛起，透過電腦斷層掃描(computed tomography，簡稱CT)、X光攝影、核磁共振攝影(magnetic resonance imaging，簡稱MRI)或正子斷層造影(positron emission tomography，簡稱PET)等非侵入式醫學造影技術，使得醫師得以透視人體內組織或器官，對於診斷與治療有極大的幫助，尤其是能讓主刀醫師在術前對病灶及重要部位有更明確的掌握，顯著地提高手術的有效性及安全性。

其中，電腦斷層掃描的應用對口腔醫學領域產生了極為重大的影響。以植牙為例，透過電腦斷層掃描重建影像技術，不僅可用於植體路徑規劃與影像檢測，亦提供設計手術植牙導引板的基礎，輔助醫師進行更安全穩定、精確迅速的植牙計畫。然而，累積多年的經驗，口腔電腦斷層掃描卻仍有兩大問題未能得到妥善解決，第一是口腔中軟組織的資訊來源不易，軟組織於電腦斷層掃描影像中雖可透過灰階差異建立模型，但卻難與周遭組織確實分離，如牙齦與嘴唇間灰階值雷同而分離不易。其次是一般人齒面多少有補牙、鑲牙或矯正的情形，於電腦斷層掃描時，常常會因此些口內無法卸除之金屬，造成影像上之假影。更由於X光吸收與反射現象，金屬散射所影響的範圍不僅侷限在鄰近的牙體，往往會因X光投射橫越同一張影像，造成該影像上的左右側牙齒亦受到波及，而產生嚴重變形、扭曲，失去真實度。

為此，如何提供一種方法，以改善真實口顎影像中的軟組織與牙冠部分，避免因為灰階值區分不易，或者是避免因為補牙、鑲牙或矯正等因素所殘留的金屬物質，造成X光吸收與反射，影響影像清晰度與真實度，從而提高術前規劃的可信度，降低影像誤差所衍生的手術風險，已係為本領域長久存在的一項重要課題。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種口顎影像融合方法，以利用影像融合的手段，取代真實口顎影像中的軟組織與牙冠部分，避免因為灰階值區分不易，或者是因為補牙、鑲牙或矯正等因素殘留金屬物質，造成X光吸收與反射，影響影像清晰度與真實度，從而提高術前規劃的可信度，降低影像誤差所衍生的手術風險。

為達上述目的，依據本發明之一種口顎影像融合方法，係與一定位單元配合應用。口顎影像融合方法包括以下步驟：提供一第一齒模，且裝設定位單元於第一齒模；掃描裝設有定位單元之第一齒模，以提供一第一齒模影像資料；設置定位單元於一對象的齒列；掃描設置有定位單元之對象的口顎，以提供一真實口顎影像資料；以及融合第一齒模影像資料以及真實口顎影像資料，而產生一融合口顎影像資料。較佳地，掃描係為電腦斷層掃描。

在本發明一實施例中，定位單元具有一咬合件以及至少一參考物件。

在本發明一實施例中，參考物件於X光攝影下係實質上無散射。

在本發明一實施例中，定位單元具有一承載件，且參考物件設置於承載件。

在本發明一實施例中，第一齒模影像資料包括參考物件之影像位置，且真實口顎影像資料包括參考物件之影像位置。

在本發明一實施例中，於產生一融合口顎影像資料之步驟中，係藉由一資料處理裝置，比對第一齒模影像資料與真實口顎影像資料之參考物件之影像位置，據以融合而產生融合口顎影像資料。

在本發明一實施例中，於產生一融合口顎影像資料之步驟中，係以第一齒模影像資料之特徵影像，取代真實口顎影像資料，以產生融合口顎影像資料。較佳地，特徵影像包括顎骨、牙齒、神經血管、鼻竇腔、牙根或植入物影像。

為達上述目的，依據本發明之一種口顎影像融合方法，係與一定位單元配合應用。口顎影像融合方法包括以下步驟：提供一第一齒模及一第二齒模，且裝設定位單元於第一齒模與第二齒模之間；掃描裝設有定位單元之第一齒模及第二齒模，以提供一齒模影像資料；設置定位單元於一對象的齒列；掃描設置有定位單元之對象的口顎，以提供一真實口顎影像資料；以及融合齒模影像資料以及真實顎口影像資料，而產生一融合口顎影像資料。較佳地，掃描係為電腦斷層掃描，且第一齒模係為下顎齒模，而第二齒模係為上顎齒模。

在本發明一實施例中，定位單元具有一咬合件以及至少一參考物件。

在本發明一實施例中，參考物件於X光攝影下係實質上無散射。

在本發明一實施例中，定位單元具有一承載件，且參考物件設置於承載件。

在本發明一實施例中，齒模影像資料包括參考物件之影像位置，且真實口顎影像資料包括參考物件之影像位置。

在本發明一實施例中，於產生一融合口顎影像資料之步驟中，係藉由一資料處理裝置，比對齒模影像資料與真實口顎影像資料之參考物件之影像位置，據以融合而產生融合口顎影像資料。

在本發明一實施例中，於產生一融合口顎影像資料之步驟中，係以齒模影像資料之特徵影像，取代真實口顎影像資料，以產生融合口顎影像資料。較佳地，特徵影像包括顎骨、牙齒、神經血管、鼻竇腔、牙根或植入物影像。

綜上所述，因依據本發明之口顎影像融合方法，係分別取得齒模以及真實口顎的影像資料，並透過定位單元為參考，以例如將齒模影像中較為清晰之牙齦、牙冠及/或其鄰近部分，融合至真實口顎影像中的對應位置，以取代原本該位置的影像，消除因為金屬殘留物質所產生之影像上假影，避免變形，提高影像的清晰度。另外，本發明之方法因同時掃描齒模的幾何外型，當患者電腦斷層掃描後之口腔軟組織影像難以與周遭組織分離時，可藉齒模影像取代之，有助於建立更為貼近患者真實狀況的顎骨模型，提高術前規劃的可信度，改善影像誤差所衍生的手術風險。

與習知技術相較，本發明可迅速地將齒模影像與真實影像融合，更由於定位單元的設計，使得融合取代過程中不會發生對位誤差，並能以電腦輔助自動化完成，提高口顎模型的真實度，以輔助醫師進行妥善的手術計畫。

以下將配合圖式說明依據本發明實施例之口顎影像融合方法，其中相同的元件將以相同的元件符號加以說明。

圖1為依據本發明第一實施例之口顎影像融合方法的步驟流程圖。請參考圖1所示，在本實施例中，口顎影像融合方法係與一定位單元配合應用，且包括以下步驟：提供一第一齒模，且裝設定位單元於第一齒模(S11)；掃描裝設有定位單元之第一齒模，以提供一第一齒模影像資料(S12)；設置定位單元於一對象的齒列(S13)；掃描設置有定位單元之對象的口顎，以提供一真實口顎影像資料(S14)；以及融合第一齒模影像資料以及真實口顎影像資料，而產生一融合口顎影像資料(S15)。

在步驟S11中，第一齒模係翻製自患者或有需求對象(以下統稱患者)的口內牙齒所得。其中，第一齒模不限制為上顎齒模或下顎齒模，端以真實口腔影像中何者需要被融合取代而決定，或者以何部位為醫療標的而決定。舉例而言，在本實施例中，第一齒模係翻製自患者的下顎，且其材質包括石膏，然此非限制性者。

圖2A與圖2B分別為依據本發明第一實施例不同態樣之定位單元的外觀示意圖。在本實施例中，定位單元具有一咬合件及至少一參考物件，其中，咬合件係用於設置在齒列上使用，包括設置在齒模或患者的齒列，而參考物件係用於建立影像融合時的參考座標。具體而言，請參考圖2A的實施態樣，定位單元2包括咬合件21以及三個參考物件22。咬合件21可例如為咬合片、咬合板(stent)或其相似者，較佳係具有0.5公釐以上的厚度。咬合件21的製作方法概略可為以牙托樹脂加上固定劑，待稍成泥狀後，將樹脂捏成弧形放上第一齒模，並將多餘的樹脂推向牙面，而待固化後修磨邊緣。

當然，需要強調的是，上述咬合件21的尺寸、構型與參考物件22的數目均非用以限制本發明，在其他實施例中，亦可以改使用其他相似或功能上可取代者，例如使用一個或四個參考物件22，本發明在此不限。

參考物件22係為於X光攝影下係實質上無散射，例如但不限於陶瓷球體或鋁球體，或其他柱狀或凸出結構。在此所稱之「實質上無散射」係指扣除製作上可能之瑕疵、可容許之誤差或不可抗力之因素後，而不會發生散射的性質。參考物件22係可於咬合件21製成後，鑲嵌於咬合件21的外表面上；或於咬合件21未完全固化前，將其包覆於咬合件21的外表面內。而參考物件22間的相對位置關係係以不共線為原則，申言之，在此的三個參考物件間的虛擬連線必會形成一三角形，至於，三角形各角的角度大小與邊長則非本發明所限制性者。

另請參考圖2B所示，在另一實施態樣中，定位單元2’具有與上述實施態樣相似的元件組成與特徵，惟更具有一承載件23’，且參考物件22’並非鑲嵌或包覆於咬合件21’的外表面，而係設置於承載件23’上。承載件23’可以為圖所示之ㄇ字形的塑膠板，其一端連結咬合件21’，另一端連結承載件23’。當然，需再次強調的是，承載件23’的構型與材質並不以上述為限，且上述二定位單元的態樣僅係為說明使用，而非為本發明所限制性者。

圖3為依據本發明第一實施例設置定位單元於第一齒模時的示意圖。請參考圖3所示，在本實施例中，當定位單元2的咬合件21對應裝設於第一齒模FC的齒面上後，可使定位單元2與第一齒模FC間的相對關係固定。接著，進行步驟S12，即將裝設有定位單元2之第一齒模FC進行掃描，以提供一第一齒模影像資料。在本實施例中，掃描係為電腦斷層掃描(即CT掃描)，且掃描的範圍係涵蓋第一齒模FC的全部以及定位單元2。

需特別強調的是，在本實施例中，以下所稱之「資料」可包括未經處理的原始資料，亦包括經處理後的資料(或稱為「資訊」)，本發明在此不限。

在步驟S13中，係將同一或相同的另一定位單元設置於患者的齒列，較佳地，係讓患者戴上或緊咬同一定位單元的咬合件，以使該定位單元能妥善地設置於患者的齒列上。其後，在本實施例之步驟S14中，係以電腦斷層掃描設置有定位單元之患者的口顎，以提供一真實口顎影像資料。當然，為了不同醫療或手術需求，使用的設定參數與掃描的範圍可能有異，然此為本發明所屬技術領域中具有通常知識者所能理解者，以下僅舉植牙為例，代表說明之。

以植牙為目的時，使用齒科電腦斷層掃描設備(Dental CT)，設定條件為高精度(High resolution)掃描，且每0.15 mm取一張影像；但本發明亦可配合一般醫療用CT(medical CT)，該情況下則每1 mm含以下取一張影像。至於，掃描的範圍可分為下顎植牙、上顎植牙以及上下顎同時植牙三種模式。下顎植牙時，掃描範圍需包括至下顎最低點(含完整的下顎齒槽骨神經(inferior alveolar nerve，簡稱IAN)區域)以及定位單元；上顎植牙時，掃描範圍需包括至鼻腔區域(含顎大孔、顎小孔及門齒管)以及定位單元；上下顎同時植牙時，掃描範圍需包括下顎最低點(含完整的下顎齒槽骨神經區域)至鼻腔區域(含顎大孔、顎小孔及門齒管)以及定位單元。若掃描高度受限，則可分多次掃描。在本實施例中，則係採用下顎植牙的掃描模式。

取得第一齒模影像資料以及真實口顎影像資料後，在本實施例中，步驟S15可利用一電子裝置，較佳係為一電腦，融合第一齒模影像資料以及真實口顎影像資料，而產生一融合口顎影像資料。詳細而言，該電腦可具有一處理單元以及一儲存單元，其中，處理單元提供資料運算功能，而儲存單元儲存有利用前述方法取得的第一齒模影像資料以及真實口顎影像資料。

在融合時，由於參考物件具有選定的材質，故其會以不變形、不散射的形式顯示掃描的結果中。因此，第一齒模影像資料與真實口顎影像資料中不僅會包括該參考物件的影像位置，且重要的是，參考物件與第一齒模各部位之影像位置的相對關係，與參考物件與患者口顎各部位之影像位置的相對關係一致，故在兩筆資料匯入後，處理單元可以比對第一齒模影像資料與真實口顎影像資料之參考物件的影像位置，據以為參考，以融合兩影像中的特定或選定之部位，而產生融合口顎影像資料。

詳細而言，在上述步驟中，是包括以第一齒模影像資料中的特徵影像，取代真實口顎影像資料之對應的位置或部位，尤其是殘留有金屬或利用灰階值不易與周遭組織區分的位置或部位，而產生完整或較接近真實情況的融合口顎影像資料。需特別說明的是，特徵影像可依據醫療或手術目的不同而有所不同，舉植牙為例，特徵影像可包括但不限於上、下顎骨、牙齒、神經血管、鼻竇腔、牙根或植入物影像。針對上述各部位進一步解釋其涵蓋區域可參考圖4，其所示為特徵及其涵蓋區域與對應影像之整理表，其中，下顎骨影像可包括完整下顎骨與下顎牙齒；上顎骨影像可包括上顎竇、鼻腔下緣、上顎齒槽骨及上顎牙齒；神經血管可包括位於下顎骨內，起於下顎枝舌側後方偏後之下顎孔，終於頰側前方頦孔，左右各一條之下顎齒神經；牙齒，或稱為牙冠，可包括牙齦之外齒區；而牙根可包括牙齦之內齒區。對應文字描述，具體影像資料的示例可參考右側的對應圖，然此非為限制性者。另外，植入物可以為患者的鑲牙材料或植體，或原本患者在進行本發明方法前即存在於口腔或齒顎上的植入物件，本發明在此不限。

另要特別說明的是，由於本發明所屬技術領域中具有通常知識者對於上述各部位或位置的定義均可理解，是以，利用手動，或以軟體或應用程式輔助擷取該些部位或位置的影像資料，以為儲存、取代、融合及/或產生影像資料的操作流程亦為該具有通常知識者所能理解，於此不再贅述。而融合口顎影像資料可顯示於電腦螢幕，以供醫師或操作者直接參考，或另以軟體或應用程式接續處理，而提供更進一步的資訊或訊息，本發明在此不限。

圖5為依據本發明第二實施例之口顎影像融合方法的步驟流程圖。請參考圖5所示，在本實施例中，口顎影像融合方法係與一定位單元配合應用，且包括以下步驟：提供一第一齒模及一第二齒模，且裝設定位單元於第一齒模與第二齒模之間(S51)；掃描裝設有定位單元之第一齒模及第二齒模，以提供一齒模影像資料(S52)；設置定位單元於一對象的齒列(S53)；掃描設置有定位單元之對象的口顎，以提供一真實口顎影像資料(S54)；以及融合齒模影像資料以及真實顎口影像資料，而產生一融合口顎影像資料(S55)。

在本實施例中，口顎影像融合方法及其配合之定位單元，與前述第一實施例之口顎影像融合方法及其配合之定位單元，在步驟流程與元件結構上具有大致相同的特徵，可參考前述，於此不再贅述。惟要特別說明的是，在此揭露的另一種口顎影像融合方法係以第一齒模與第二齒模同時進行，較佳地，第一齒模係為下顎齒模，而第二齒模係為上顎齒模，故可以適用於上、下顎均需進行手術或醫療的患者，具體而言，例如上、下顎都需要植牙的患者。

圖6為依據本發明第二實施例設置定位單元於第一齒模與第二齒模時的示意圖。請參考圖5所示，在本實施例中，係將與前述第一實施例相同的定位單元2’緊夾於第一齒模FC以及第二齒模SC之間，以進行掃描，而取得的齒模影像資料則包括第一齒模FC、第二齒模SC以及定位單元2’。當然，本實施例中的定位單元與圖2A所示之態樣的定位單元2係可相互替換，本發明並無特別限制。

圖7為運用本發明第二實施例之口顎影像融合方法產生之融合口顎影像資料與真實口顎影像資料的比較圖。請參考圖7所示，左側為患者的真實口顎影像資料，明顯可見，其中有多處因為散射而發生影像嚴重變形；相對地，右側為融合後的融合口顎影像資料，顯示出較為貼近患者真實情況的口顎影像。據上，可知本發明之口顎影像融合方法可利用電腦輔助，迅速且確實地建立清晰的影像模型，且此影像模型因無假影或其他散射干擾，有利於後續例如植牙導引板設計、植牙方案規劃、正顎手術規劃、齒顎矯正等多種需要高準確性之口腔醫學應用，本發明在此不限。

承上所述，因依據本發明之口顎影像融合方法，係分別取得齒模以及真實口顎的影像資料，並透過定位單元為參考，以例如將齒模影像中較為清晰之牙齦、牙冠及/或其鄰近部分，融合至真實口顎影像中的對應位置，以取代原本該位置的影像，消除因為金屬殘留物質所產生之影像上假影，避免變形，提高影像的清晰度。另外，本發明之方法因同時掃描齒模的幾何外型，當患者電腦斷層掃描後之口腔軟組織影像難以與周遭組織分離時，可藉齒模影像取代之，有助於建立更為貼近患者真實狀況的顎骨模型，提高術前規劃的可信度，改善影像誤差所衍生的手術風險。

與習知技術相較，本發明可迅速地將齒模影像與真實影像融合，更由於定位單元的設計，使得融合取代過程中不會發生對位誤差，並能以電腦輔助自動化完成，提高口顎模型的真實度，以輔助醫師進行妥善的手術計畫。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

2、2’．．．定位單元

21、21’．．．咬合件

22、22’．．．參考物件

23’．．．承載件

FC．．．第一齒模

S11～S15、S51～S55．．．步驟

SC．．．第二齒模

圖1為依據本發明第一實施例之口顎影像融合方法的步驟流程圖；

圖2A與圖2B分別為依據本發明第一實施例不同態樣之定位單元的外觀示意圖；

圖3為依據本發明第一實施例設置定位單元於第一齒模時的示意圖；

圖4為特徵及其涵蓋區域與對應影像之整理表；

圖5為依據本發明第二實施例之口顎影像融合方法的步驟流程圖；

圖6為依據本發明第二實施例設置定位單元於第一齒模與第二齒模時的示意圖；以及

圖7為運用本發明第二實施例之口顎影像融合方法產生之融合口顎影像資料與真實口顎影像資料的比較圖。

S11～S15．．．步驟

Claims (19)

1. 一種口顎影像融合方法，係與一定位單元配合應用，該口顎影像融合方法包括以下步驟：提供一第一齒模，且裝設該定位單元於該第一齒模；掃描裝設有該定位單元之該第一齒模，以提供一第一齒模影像資料；設置該定位單元於一對象的齒列；掃描設置有該定位單元之該對象的口顎，以提供一真實口顎影像資料；以及融合該第一齒模影像資料以及該真實口顎影像資料，而產生一融合口顎影像資料。
2. 如申請專利範圍第1項所述之口顎影像融合方法，其中該定位單元具有一咬合件以及至少一參考物件。
3. 如申請專利範圍第2項所述之口顎影像融合方法，其中該參考物件於X光攝影下係實質上無散射。
4. 如申請專利範圍第2項所述之口顎影像融合方法，其中該定位單元具有一承載件，且該參考物件設置於該承載件。
5. 如申請專利範圍第1項所述之口顎影像融合方法，其中該第一齒模影像資料包括該參考物件之影像位置，且該真實口顎影像資料包括該參考物件之影像位置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之口顎影像融合方法，其中於產生一融合口顎影像資料之步驟中，係藉由一資料處理裝置，比對該第一齒模影像資料與該真實口顎影像資料之該參考物件之影像位置，據以融合而產生該融合口顎影像資料。
7. 如申請專利範圍第1項所述之口顎影像融合方法，其中於產生一融合口顎影像資料之步驟中，係以該第一齒模影像資料之特徵影像，取代該真實口顎影像資料，以產生該融合口顎影像資料。
8. 如申請專利範圍第7項所述之口顎影像融合方法，其中該特徵影像包括顎骨、牙齒、神經血管、鼻竇腔、牙根或植入物影像。
9. 如申請專利範圍第1項所述之口顎影像融合方法，其中掃描係為電腦斷層掃描。
10. 一種口顎影像融合方法，係與一定位單元配合應用，該口顎影像融合方法包括以下步驟：提供一第一齒模及一第二齒模，且裝設該定位單元於該第一齒模與該第二齒模之間；掃描裝設有該定位單元之該第一齒模及該第二齒模，以提供一齒模影像資料；設置該定位單元於一對象的齒列；掃描設置有該定位單元之該對象的口顎，以提供一真實口顎影像資料；以及融合該齒模影像資料以及該真實顎口影像資料，而產生一融合口顎影像資料。
11. 如申請專利範圍第10項所述之口顎影像融合方法，其中該定位單元具有一咬合件以及至少一參考物件。
12. 如申請專利範圍第11項所述之口顎影像融合方法，其中該參考物件於X光攝影下係實質上無散射。
13. 如申請專利範圍第11項所述之口顎影像融合方法，其中該定位單元具有一承載件，且該參考物件設置於該承載件。
14. 如申請專利範圍第10項所述之口顎影像融合方法，其中該齒模影像資料包括該參考物件之影像位置，且該真實口顎影像資料包括該參考物件之影像位置。
15. 如申請專利範圍第14項所述之口顎影像融合方法，其中於產生一融合口顎影像資料之步驟中，係藉由一資料處理裝置，比對該齒模影像資料與該真實口顎影像資料之該參考物件之影像位置，據以融合而產生該融合口顎影像資料。
16. 如申請專利範圍第10項所述之口顎影像融合方法，其中於產生一融合口顎影像資料之步驟中，係以該齒模影像資料之特徵影像，取代該真實口顎影像資料，以產生該融合口顎影像資料。
17. 如申請專利範圍第16項所述之口顎影像融合方法，其中該特徵影像包括顎骨、牙齒、神經血管、鼻竇腔、牙根或植入物影像。
18. 如申請專利範圍第10項所述之口顎影像融合方法，其中掃描係為電腦斷層掃描。
19. 如申請專利範圍第10項所述之口顎影像融合方法，其中該第一齒模係為下顎齒模，而該第二齒模係為上顎齒模。