基于可见光和锥形束CT图像融合构建颌骨模型的关键技术研究

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随着图像处理(Image Processing)、逆向工程(Reverse Engineering,RE)、快速成形(Rapid Prototyping,RP)等工程技术的发展,计算机辅助技术在医学领域得到了广泛应用。口腔种植牙手术也逐渐应用到这些先进的工程技术,对计算机辅助设计的依赖性越来越高。研究牙齿三维扫描数据与颌骨锥形束CT数据配准融合,提供牙列区清晰且包含牙龈等软组织信息的高精度颌骨模型,用于牙种植手术治疗方案设计和种植手术的术前模拟,具有重要研究意义和应用价值。  本文针对牙齿可见光扫描三维数据和颌骨锥形束CT扫描三维数据融合构建颌骨模型中的特征提取、三维模型配准等关键技术进行研究。首先,讨论了三维可视化、三维模型分割方法。然后重点研究了牙齿的特征点提取,及其与颌骨模型的配准方法。针对锥形束CT颌骨三维模型和可见光牙齿三维模型特点,在传统选取配准对应特征点方法的基础上,提出通过计算三角网格顶点曲率和相关约束条件获取配准对应特征点的特征点提取方法。与传统外加标志点法相比,本文对应点提取方法无需复杂昂贵的术前准备,且对病人不造成痛苦;与手动提取对应点方法相比,本文方法不完全由操作者相关经验决定,精确度有所提高。其次,针对锥形束CT和可见光三维扫描仪因分辨率不同,无法直接使用传统ICP算法配准问题,提出了一种改进的ICP算法,将配准过程分为初配准和精配准阶段。矢量逼近法分割牙冠与牙龈,采样提取牙冠表面特征点,使用曲率提取对应点方法进行初配准,将牙冠特征点集与颌骨三维模型顶点点集作为精配准的两个初始点集,再使用迭代最近点的方法进行精配准。通过以上配准方案,解决了颌骨锥形束CT三维模型和牙齿可见光扫描三维模型配准的问题。本文在VC6.0平台上,使用VC++、OpenGL混合编程,对相关算法进行了仿真。实验结果表明,本文基于改进ICP的配准方法切实可行,配准结果能够基本达到牙科种植手术方案设计的精度要求。为计算机辅助种植牙设计系统中的配准环节提供了初步的解决方案。
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