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基于样条曲线的CT牙列图像齿间轮廓重构的研究

http://www.cnophol.com 2011-1-19 10:49:08 中华眼科在线

  【摘要】 为了重构出相邻齿断面由于密度高度一致,造成在CT图像中丢失的边界轮廓线,先在已提取的牙列整体连续外轮廓上,根据切矢方向的变化,确定出相邻齿廓线的交汇点;再分别以两个相邻交汇点为端点,其间的轮廓点为型值点,构建标准B样条曲线作为部分齿廓线;然后,分别求出相邻齿廓线在交汇点处的一阶导矢,进而求出该交汇点处的平均导矢;最后,以两两相对的交汇点为端点,构建Hermit样条插值曲线,该曲线即作为相邻齿间被丢失的轮廓线。用该方法可以成功地对两颗牙齿进行边界区分,进而提取轮廓,以达到对单颗牙齿进行三维重建,在仿真上能满足临床要求,为后续的牙颌仿真工作奠定了基础。

  【关键词】 牙齿轮廓;牙列CT图像;轮廓提取;样条曲线;三维重构

  Rebuilding Invisible Boundaries between Adjoing

  Teeth from CT Images based on Spline CurvesLI Wenyu,WANG Yu,XU Min

  (Information Engineering College, Qingdao University,Qingdao 266071, China)

  Abstract:For reconstructing the contours, which are invisible in CT images due to high identity in the density value, between adjoining teeth,we presented a simple, and feasible method: first, the intersecting points, which were formed by the adjoining contours being parts of outer continuous contour extracted from a tooth-array cross-section in a CT image, were found out according to the saltation of the tangent vector directions on the points. Second, a B-spline, as the representation of a piece of outer contour, was built with two neighboring intersection-points as the end-points, and the outer-contour points as the interpolating points. Third, the one-order derivatives of two adjoining B-splines at common endpoint were resolved respectively, and then a mean derivative at the point was computed. Finally, cubic Hermit curves, as the replace of invisible contours between adjoining teeth, were built with a pairs of the opposite intersecting point as endpoints.Using this method to determine the edge of the adjoin teeth, and further to reconstruct 3D teeth based on the contours rebuilt with the method mentioned above has proven a satisfying result.

  Key words:Tooth contour; CT image of tooth-array; Contour extracting; Spline curves, 3D reconstruction

  1 引 言

  CT图像是基于组织的密度以灰度形式来成像的。而在同一扫描层面内,紧密排列的牙列断层的牙釉质具有相当一致的高密度值,造成了相邻牙齿接触处轮廓线的完全丢失,无法辨认,最终导致重构的三维牙列模型相邻牙齿呈现互相粘连的情况,见图1。

  目前,对于图像的自动分割,已有许多经典的算法,如分水岭算法[1]、活动轮廓算法[2]、水平集方法[3]等,但对于CT图像中牙齿间由于密度极其相似而出现的边界丢失,这些算法则显得无能为力。国外关于牙齿三维建模的文献对于单颗牙齿的三维模型的构建,一般也仅限于对某一颗牙齿的建模[4]或通过与已有的牙齿库进行匹配[5]。

  而在基于CT对牙齿建模的过程中,对每一颗牙齿单独的建模及操作是牙齿虚拟仿真中最基本的要求。因此,需要一种算法来确定相邻两颗牙齿之间缺失的齿廓线。

  2 丢失齿廓的重建

  2.1 整体外齿廓线的绘制

  利用edge(I1,'soble')函数自动进行轮廓提取,对图像利用[L,num]=bwlabel(I1,8);函数做分块处理,使得图像只显示当前待处理的块,见图2。

  (a) (b)

  图2 获得的牙列断面图像的轮廓线

  (a)牙列断面图像的轮廓线;(b)本图只需对第三块进行处理

  Fig 2 The contour of dentition cross-sectional drawing

  (a)the contour of dentition cross-sectional drawingin;

  (b)this case just focus on the 3rd part

  2.2 求相邻齿廓线的交点

  采用半交互式的方法,在图像中选定所求凹点的大致区域,视具体情况自动地对该区域中所有轮廓线上的点进行查找,选出x值和y值符合极值条件的点,则该点就是所求的凹点。得出的凹点为图3中标识的圆点。

  3 齿廓线的拟合

  3.1 相邻齿廓线的拟合计算

  由于被丢失的齿廓线要采用上述两个相对的交点为端点,并依据交点处的坐标和一阶导矢为几何参数所生成的一条三次的Hermit曲线来近似,所以对上述已生成的整体外轮廓采用三次标准B样条曲线拟合。

  由以上方法可由已知的Pi—型值点序列得出在B样条中相应的控制点序列。从而构造标准的B样条曲线,其中Vi为控制点。图4为用标准B样条曲线拟合出的牙齿的轮廓线。

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(来源:互联网)(责编:xhhdm)

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