牙體立體影像建立方法
【技術領域】
[0001] 本發明是關于一種牙體立體影像建立方法，通過初步坐標位移與牙弓曲線校正而 得出精確的牙體模型。
【背景技術】
[0002] 請參考中國臺灣專利公開第201302166號案，其公開一種齒模位置方法，實施該 方法需使用多種硬件裝置，包含有咬合器、設有標記元件與參考物件的標記模組與感測裝 置。該前案是應用于電腦斷層（CT)影像的重建與定位，患者必須操作在咬合器并咬著該標 記模組，才可以進行位置標記，造成患者在臨床治療上的不舒適感。再者，該前案的治具結 構復雜，容易造成位置感測的誤差。

【發明內容】

[0003] 本發明的目的是提供一種顎牙體立體影像模型建立方法，以解決現有技術中因復 雜結構容易產生誤差的缺陷。
[0004] 本發明的技術方案是提供一種牙體立體影像建立方法，包含：
[0005] 利用一探頭拍攝多個牙齒以產生多個牙齒第一點云數據與第二點云數據，該第一 點云數據與第二點云數據分別具有對應的X軸、Y軸與Z軸旋轉索引值；
[0006] 由一影像處理裝置接收該第一點云數據、第二點云數據與旋轉索引值，并根據一 影像位移對照表與該旋轉索引值疊合多個牙齒的第一點云數據與第二點云數據以形成一 臨床牙體立體影像；
[0007] 篩選該臨床牙體立體影像上的頂點，使篩選出的頂點僅對應分布在牙齒的咬合面 上；
[0008] 對篩選出的頂點進行多項式擬合計算以取得一初步牙弓曲線；
[0009] 對該初步牙弓曲線進行等分后，產生多個真子集，各真子集包含有至少一頂點；
[0010] 于每組真子集中定義出一擬合參照點；
[0011] 以多項式擬合這些擬合參照點以得到一臨床牙弓曲線；
[0012] 根據該臨床牙弓曲線的任一重心點與一標準牙弓曲線上所有的數據點進行第K 個鄰近取樣法（k_th nearest neighbor method, KNN method)，以得出最接近各重心點的一 數據點；
[0013] 根據各重心點與其對應數據點的偏移量對該臨床半顎牙體影像進行校正。
[0014] 本發明僅利用探頭拍攝患者的牙齒影像，并利用影像處理方式進行牙體模型的建 立，自然不會有現有技術所述使用復雜硬件設備導致患者不舒適感的缺點；也因本發明沒 有使用復雜的硬件結構，本發明主要通過演算法進行牙體模型的建立，自然避免現有技術 所述結構因素導致感測誤差的缺失。
【附圖說明】
[0015] 圖I :本發明立體牙齒建模系統的電路方塊示意圖。
[0016] 圖2 :本發明中建立標準牙體立體影像與標準牙弓曲線的流程示意圖。
[0017] 圖3 :本發明拍攝牙齒舌側面示意圖。
[0018] 圖4 :本發明拍攝牙齒頰側面示意圖。
[0019] 圖5 :本發明第一標準影像與第二標準影像疊合示意圖
[0020] 圖6 :本發明產生咬合平面YOCC的示意圖。
[0021] 圖7 :本發明頂點分布在牙齒咬合面與牙齦處的示意圖。
[0022] 圖8 :本發明頂點僅分布在牙齒咬合面的示意圖。
[0023] 圖9 :本發明根據圖7的頂點擬合出的初步牙弓曲線的示意圖。
[0024] 圖10 :本發明在真子集找出擬合參照點的示意圖。
[0025] 圖11 :本發明擬合圖10的擬合參照點得到臨床牙弓曲線的示意圖。
[0026] 圖12 :本發明中建立臨床牙體立體影像與臨床牙弓曲線的流程示意圖。
[0027] 圖13 :本發明標準牙弓曲線與臨床牙弓曲線的示意圖。
[0028] 圖14 :本發明標準牙弓曲線與臨床牙弓曲線部分線段的示意圖。
[0029] 主要元件符號說明
[0030] 10探頭 11姿態感測器
[0031] 12點云數據取樣單元100牙齒
[0032] 101牙齒舌側面 102牙齒頰側面
[0033] 20影像處理裝置 21坐標數值回授比對單元
[0034] 22標準牙模對位坐標數據庫23牙體點云數據處理單元
[0035] 24第一階段貼合計算單元 25比對計算單元
[0036] 26第二階段貼合計算單元 31標準牙弓曲線
[0037] 310數據點 32臨床牙弓曲線
[0038] 320重心點 40標準牙體立體影像
[0039] 401咬合面 402牙齦
[0040] 41頂點 42擬合參照點
[0041] 50初步牙弓曲線 51標準牙弓曲線
[0042] 500等分線
【具體實施方式】
[0043] 請參考圖1所示，本發明立體牙齒建模系統包含有一探頭10與一影像處理裝置 20。該探頭10具有拍照功能并設有一姿態感測器11與一點云數據取樣單元12,其中該姿 態感測器11可為陀螺儀。該影像處理裝置20可為設于該探頭10外的電腦，且該影像處理 裝置20連線到該探頭10以進行數據傳輸，并負責牙齒立體影像模型的建立與校正。該影 像處理裝置20包含有一坐標數值回授比對單元21、一標準牙模對位坐標數據庫22、一牙體 點云數據處理單元23、一第一階段貼合計算單元24、一比對計算單元25與一第二階段貼合 計算單元26。
[0044] 本發明是對標準牙齒實體模型與患者口腔內的牙齒分別建構出一標準牙體立體 影像與一臨床牙體立體影像，并分別計算出一標準牙弓曲線與一臨床牙弓曲線，以在判斷 出該臨床牙弓曲線與標準牙弓曲線的誤差后，對該臨床牙體立體影像進行校正。以下請配 合圖2所示，先以該標準牙弓曲線的建立為例說明。
[0045] 使用者可持該探頭10拍攝該標準牙齒實體模型，本實施例僅以拍攝下顎牙齒為 例說明，但本發明同樣可應用于上顎牙齒。對于單顆牙齒100而言，主要是對該牙齒100拍 攝一第一標準影像與一第二標準影像，第一與第二標準影像為點云（point cloud)數據，其 中點云數據是指由點構成的圖案，請參考圖3所示，該第一標準影像可為朝該牙齒舌側面 101所拍攝的影像，且拍攝角度為相對一水平面呈45度角，請參考圖4所示，該第二標準影 像可為朝該牙齒頰側面102所拍攝的影像，且拍攝角度為相對一水平面呈45度角。于拍 攝時，該姿態感測器11是根據拍攝當時該探頭10的空間位置產生空間坐標參數，在直角坐 標系統下，空間坐標參數包含有X軸旋轉索引值（yaw)、y軸旋轉索引值（pitch)、z軸旋轉 索引值（roll)、X坐標（dx)、y坐標（dy)、z坐標（dz)(步驟101)。因此，每張拍攝的標準 影像都有對應的空間坐標參數。
[0046] 取得第一與第二標準影像后，使用者可操作該影像處理裝置20以將該第一標準 影像與第二標準影像中的牙齒部分相互對位與疊合，如圖5所示，為第一標準影像A與第二 標準影像B疊合后的示意圖，并記錄該第一標準影像與第二標準影像的在X軸方向、y軸方 向與z軸方向上的平移量。因此，當拍攝完該標準牙齒實體模型的所有牙齒并完成疊合動 作后，形成一標準牙體立體影像，并取得一系列牙齒的旋轉索引值及對應的平移量，則這些 旋轉索引值與平移量可在該標準牙模對位坐標數據庫22中建立一影像位移對照表（步驟 102)。
[0047] 建立出該標準牙體立體影像后，由該比對計算單元25接收該標準牙體立體影 像以進行其標準牙弓曲線的計算，以下根據胡頌玉等人所著《牙弓擁擠度分析技術研究》 〈//www. zclw. net/article/sort040/so;rt046/inf〇-7554· html> 說明牙弓曲線的計 算。
[0048] 請參考圖6所示，該比對計算單元25首先在該標準牙體立體影像40定義出四個 特征點BI、B2、B3、B4，該四個特征點BI、B2、B3、B4分別為左、右恒牙的頰側尖點與左、右尖 牙的頰側尖點，本發明是以平均標準差方法計算出一咬合平面Yra，前述特征點Bl~M為 最接近咬合平面的四個點。
[0049] 于計算出咬合平面后，是在該標準牙體立體影像40的點云數據中篩選出特 征點，以根據篩選出的特征點進行后續標準牙弓曲線的計算。該標準牙體立體影像40的 點云數據中，任三點可建構出一個三角網格，因此多個點可建構出多個三角網格，由這些三 角網格近似牙齒與周邊組織的曲面。由于多個三角網格構成的近似曲面為分片線性曲面 (piecewise linear approximation)，本發明采用面積加權法計算三角網格頂點點云數據 的特征向量，頂點的特征向量可表示如下：
[0051] Aiij與焉,^/分別表不第j個三角網格的面積與單位向量。若以X^yi與Zi代表三角 網格的頂點坐標，則所有三角網格頂點的集合定義如下：
[0053] 接近在該咬合平面Yra上的頂點可作為建立一初步