【摘要】：在牙種植手術和牙科手術術前規劃中，缺省牙區域骨骼三維結構的科學分析和骨質情況認知以及缺牙毗鄰牙齒和咬合牙齒主軸方向的檢測，對牙種植操作的順利進行都有非常重要的作用。種植體的型號、位置以及植入角度的選擇一旦發生錯誤，將會發生穿孔竇、神跡損傷等一系列外科并發癥。在牙齒正畸治療中，牙齒牙根矯正方向與牙齒主軸方向平行，才能獲得穩定的正畸效果。在醫學信息學中，獲得牙齒的表明形狀和牙齒牙根方向的統計信息也同樣非常重要——這些統計信息有助于準確提取牙齒或者重定位破損牙齒。 然而，由于和其他毗鄰牙齒以及頜骨數據存在高度地粘連，單顆牙齒及其主軸方向難以自動從牙齒CT數據中計算得到。根據牙齒解剖學和臨床醫學知識，可以發現多數單根牙齒的牙根方向和其牙髓腔的主軸方向一致。根據這一信息，我們提出了一些計算和分析牙齒牙根方向的方法，并且開發了相關的系統模塊。主要包括以下幾個方面： (1).交互式的單根牙齒牙根方向提取方法。首先，我們從三維CT圖像中重建得到頜骨骨質結構以及牙齒的三維模型，接著，，在每一顆感興趣牙齒附近人工調整得到合適的虛擬剖切面。根據觀察，可以交互調整確定牙齒的牙根方向及位置。最后，二維的牙齒牙根方向可以從交互面上繪制得到。另外，本文實現了三維數據空間到多種二維虛擬剖切面的數據點轉換，可用于實現二維牙齒牙根方向計算得到三維牙齒牙根方向。 (2).半自動的單根牙齒牙根方向提取方法。為了簡化交互式單根牙齒牙根方向提取的操作，我們提出了一種半自動的牙齒牙根方向提取方法。同樣的，我們首先產生穿過牙髓腔中心區域的虛擬剖切平面，然后利用區域生長的方法從三維CT數據中分割得到感興趣的牙齒牙髓區域。最后，我們通過計算牙髓區域每一切片的中心點，然后用最小二乘法擬合這些中心點，得到了表示牙髓腔中軸線的三維方向量。這一三維方向量即是最后計算得到感興趣牙齒牙根方向。 (3).基于PCA的多根牙齒牙根方向計算方法。多根牙齒具有多個不規則的牙根，CT數據的每一個切片中心點并不非常明確。因此，半自動的牙齒牙根方向計算方法在計算多根牙齒牙根方向時并不能得到很好的結果。針對多根牙齒幾何形狀不明顯的特點，我們提出了基于P CA求取多根牙齒主方向的方法。經過實驗分析，多根牙齒的牙髓形狀的朝向和多根牙齒整體形狀的朝向并沒有很高的相關性。為此，我們提出了一種基于交互擋板分割多根牙齒的方法，首先從牙合平面和沿著牙弓線的展開平面上標記二維的分割線，接著由兩個二維平面上的分割線計算得到三維的牙齒分割擋板，繼而分割開單顆牙齒和與起毗鄰的牙齒。最后，我們使用P CA的方法求得單個多根牙齒數據的主方向，實驗結果證實了基于P CA的主方向求取方法在多根牙齒牙根方向計算中的合理性。 (4).基于四元數插值的缺省牙齒牙根方向估算。我們假設缺省牙齒和未缺省牙齒都沿著牙弓線均勻地分布，因此可以從毗鄰處未缺省牙齒的牙根方向估算出缺省牙齒的牙根方向。缺省牙齒的牙根方向估算問題可以描述為已知三維方向量(即未缺省牙齒的牙根方向)的插值問題。一般來說，線性插值的方法并不適用于三維曲線上三維方向量的平滑插值，四元數squad插值方法被我們應用于解決這個問題。 (5).牙齒牙根方向計算在虛擬剖切面重建中的應用。虛擬剖切面重建的目的是在一個二維剖切面上重新顯示感興趣部位的三維CT數據。基于路徑的虛擬剖切面重建算法可以沿著特定的剖切面重建出感興趣區域的CT數據，然而，傳統的基于路徑的虛擬剖切面重建算法任意一點的剖切方向并沒有經過嚴謹地計算。我們將牙齒牙根方向計算的方法應用于傳統的基于路徑虛擬剖切面算法。具體的實現是，將已知牙齒的牙根方向作為控制方向，矢量插值得到三維路徑上任意一點的切割方向。最后，我們根據這一改進的基于路徑的虛擬剖切面重建算法重建得到了更加準確的虛擬剖切面結果。 我們與上海市東方醫院合作進行了牙齒牙根方向計算模塊的開發。從東方醫院得到大量牙頜骨數據對本文提出方法進行驗證，得到的實驗結果令人滿意。本文提出的牙齒牙根方向計算方法能在多方面為牙科種植手術術前規劃提供幫助，可以提高手術的安全性、準確性，對于牙科輔助診斷具有重要意義。
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【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：R816.98

【參考文獻】

相關期刊論文 前7條

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本文編號：2432014