计算牙齿数字建模局部坐标系的方法、程序、存储介质、系统和装置与流程

本发明涉及数字化口腔医学，尤其涉及一种计算牙齿数字建模局部坐标系的方法、程序、存储介质、系统和装置。

背景技术：

1、为了向口腔患者提供更贴合临床情况的个性化服务，获取牙齿形态位置的精确信息是关键步骤之一。随着科技的发展，数字化口腔医学逐渐成为新兴的诊疗模式。口腔数字化信息获取依赖压感及光学测绘为基础，将所采取得的数据，通过计算机处理并数字建模，将口内牙齿形态位置的真实情况尽可能得模拟并反映到计算机软件中，是实物信息到虚拟信息的一种转变技术。

2、在数字建模的环节时，往往会因为测绘仪器功能不支持或拍摄角度不正等原因，导致牙齿的数字建模中存在放置形态位置不符合实际情况的异常，例如患者磨牙存在扭转、切牙存在台阶状等问题。这些问题都需要依赖重复多次的口内扫描与重叠建模来规避，但由于口内扫描的误差较大，扫描过程中容易引起组织变形等特点，因此在临床中难以达到所期待的医学标准。

3、尽管数字化口腔扫描系统存在价格昂贵、依赖器械等局限性，但其精度高、扫描能力强、数据易于存储等特点，是实现数字化诊疗必不可少的组成。随着工业进程推进，数据信息的整合与共享是未来口腔诊疗的必经之路。通过数字化面部扫描、数字化口腔扫描以及cbct扫描，将颜面部、口内软硬组织、颌骨及关节等数据信息整合，并结合ai技术，对口腔问题精确诊断，合理选择治疗方案，真正实现患者个性化治疗。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种计算牙齿数字建模局部坐标系的方法，将拥有精确局部坐标系的模板牙列数据配准到目标牙列上，具体包括如下步骤：

2、步骤s1：将模板牙列与目标牙列进行粗配准操作，求得转移矩阵a。

3、步骤s2：将模板牙齿的质心平移到目标牙齿对应牙位的质心处，对每个牙位都求得各自的转移矩阵b。

4、步骤s3：通过缩放使得模板牙齿与目标牙齿在大小形态上接近一致。

5、步骤s4：将模板牙列与目标牙列进行精配准操作，求得转移矩阵c。

6、步骤s5：求得目标牙列中每个牙齿的局部坐标系dirz’，计算公式为dirz’＝c*b*a*dirz，dirz为模板牙列的局部坐标系。

7、进一步的，步骤s1中，分别计算模板牙列和目标牙列相邻两两牙齿之间的最近点，并记录为两列点列，称之为模板轨迹与目标轨迹，通过umeyama算法计算两条轨迹之间经过转移矩阵a使得这两列轨迹之间的距离和最小。

8、进一步的，模板轨迹与目标轨迹之间距离和最小的计算公式为：

9、

10、其中，s表示缩放，r表示旋转矩阵，t表示平移向量，将x匹配到y，x为模板轨迹的位置坐标，y为目标轨迹的位置坐标，y＝srx+t，ei为误差函数，ei＝yi-(srxi+t)，xi和yi分别表示模板轨迹的第i个位置坐标和目标轨迹的第i个位置坐标。

11、进一步的，步骤s3中，通过计算模板牙列与目标牙列对应牙位之间的面积比例，并以模板牙齿质心点为原点，将模板牙齿以这个比例缩放，使得模板牙齿与目标牙齿在大小形态上接近一致。

12、进一步的，步骤s4中，分别将模板牙列和目标牙列的网格数据转化为点云数据，并将两个点云数据通过icp算法进行精配准。

13、进一步的，p为模板牙列的点云数据，q为目标牙列的点云数据，为了使它们尽可能得重叠在一起，icp算法通过在约束条件下的迭代，找到最近点列(pi,qi)，计算公式为：

14、

15、其中，r表示旋转矩阵，t表示平移向量，pi和qi分别表示模板牙列和目标牙列点云数据中对应的点。

16、本发明还提供一种计算牙齿数字建模局部坐标系的系统，包括：

17、粗配准模块，所述粗配准模块用于将模板牙列与目标牙列基于其位置关系进行粗配准。

18、牙列间隙处理模块，所述牙列间隙处理模块用于将目标牙列存在的间隙或者缺牙情况匹配复现给模板牙列，使得两两对应牙齿位置更接近。

19、比例缩放模块，所述比例缩放模块用于将模板牙齿进行缩放，使得模板牙齿与目标牙齿在大小形态上也更接近一致，优化精配准的效果。

20、精配准模块，所述精配准模块用于将模板牙列与目标牙列基于两两对应牙齿之间的形态位置关系进行精配准。

21、目标坐标系计算模块，所述目标坐标系计算模块用于计算目标牙列中每个牙齿的局部坐标系。

22、本发明还提供一种计算牙齿数字建模局部坐标系的装置，包括：

23、至少一个处理器；以及

24、至少一个与所述处理器通信连接的存储器；

25、其中，所述存储器存储有可被处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使该装置执行前述的计算牙齿数字建模局部坐标系的方法。

26、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如前述的计算牙齿数字建模局部坐标系的方法。

27、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机指令，所述计算机指令在由处理器运行时使得计算机设备执行如前述的计算牙齿数字建模局部坐标系的方法。

28、本发明的有益效果：

29、本发明的计算牙齿数字建模局部坐标系的方法基于一套拥有精确局部坐标系的模板牙列数据，通过配准算法，将其配准到另一套待计算局部坐标系的目标牙列上，计算转移矩阵，并对模板牙列的牙齿局部坐标系作用这个转移矩阵，从而得到目标牙列的各个牙齿局部坐标系。同时，我们还在配准中对压裂间隙大、缺牙、牙齿磨损和损坏的情况进行了预处理，以减少配准时在错误方向上旋转的可能性，可以精确获取每颗牙齿数字建模的局部坐标系，为还原患者牙齿形态位置的精确信息提供了有效解决方案。

技术特征：

1.一种计算牙齿数字建模局部坐标系的方法，其特征在于：将拥有精确局部坐标系的模板牙列数据配准到目标牙列上，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的计算牙齿数字建模局部坐标系的方法，其特征在于：步骤s1中，分别计算模板牙列和目标牙列相邻两两牙齿之间的最近点，并记录为两列点列，称之为模板轨迹与目标轨迹，通过umeyama算法计算两条轨迹之间经过转移矩阵a使得这两列轨迹之间的距离和最小。

3.根据权利要求2所述的计算牙齿数字建模局部坐标系的方法，其特征在于：模板轨迹与目标轨迹之间距离和最小的计算公式为：

4.根据权利要求1所述的计算牙齿数字建模局部坐标系的方法，其特征在于：步骤s3中，通过计算模板牙列与目标牙列对应牙位之间的面积比例，并以模板牙齿质心点为原点，将模板牙齿以这个比例缩放，使得模板牙齿与目标牙齿在大小形态上接近一致。

5.根据权利要求1所述的计算牙齿数字建模局部坐标系的方法，其特征在于：步骤s4中，分别将模板牙列和目标牙列的网格数据转化为点云数据，并将两个点云数据通过icp算法进行精配准。

6.根据权利要求5所述的计算牙齿数字建模局部坐标系的方法，其特征在于：p为模板牙列的点云数据，q为目标牙列的点云数据，为了使它们尽可能得重叠在一起，icp算法通过在约束条件下的迭代，找到最近点列(pi,qi)，计算公式为：

7.一种计算牙齿数字建模局部坐标系的系统，其特征在于：包括：

8.一种计算牙齿数字建模局部坐标系的装置，其特征在于：包括：

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于：其上存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如权利要求1-6中任一项所述的计算牙齿数字建模局部坐标系的方法。

10.一种计算机程序产品，其特征在于：包括计算机指令，所述计算机指令在由处理器运行时使得计算机设备执行如权利要求1-6中任一项所述的计算牙齿数字建模局部坐标系的方法。

技术总结本发明属于数字化口腔医学技术领域，具体涉及计算牙齿数字建模局部坐标系的方法、程序、存储介质、系统和装置。本发明基于点云配准算法，计算牙齿数字建模局部坐标系的方法。基于一套拥有精确的局部坐标系的模板牙列数据，通过配准算法，将其配准到另一套待计算局部坐标系的目标牙列上，计算转移矩阵，并对模板牙列的牙齿局部坐标系作用这个转移矩阵，从而得到目标牙列的各个牙齿局部坐标系。配准算法主要分为两部分，粗配准与精配准，粗配准是基于模板牙列与目标牙列之间的位置关系，精配准则是基于两两对应牙齿之间的形态位置关系。在此之上，还在配准中加入了一些预处理，以减少配准时在错误方向上旋转的可能性。技术研发人员：王啸天,王洪建受保护的技术使用者：可丽尔医疗科技（常州）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18