简述切面基于三维CT图像牙齿牙根方向计算及其运用

论文导读：
摘要：在牙种植手术和牙科手术术前规划中，缺省牙区域骨骼三维结构的科学浅析和骨质情况认知以及缺牙毗邻牙齿和咬合牙齿主轴方向的检测，对牙种植操作的顺利进行都有非常重要的作用。种植体的型号、位置以及植入角度的选择一旦发生错误，将会发生穿孔窦、神迹损伤等一系列外科并发症。在牙齿正畸治疗中，牙齿牙根矫正方向与牙齿主轴方向平行，才能获得稳定的正畸效果。在医学信息学中，获得牙齿的表明形状和牙齿牙根方向的统计信息也同样非常重要——这些统计信息有助于准确提取牙齿或者重定位破损牙齿。然而，由于和其他毗邻牙齿以及颌骨数据有着高度地粘连，单颗牙齿及其主轴方向难以自动以牙齿CT数据中计算得到。根据牙齿解剖学和临床医学知识，可以发现多数单根牙齿的牙根方向和其牙髓腔的主轴方向一致。根据这一信息，我们提出了一些计算和浅析牙齿牙根方向的策略，并且开发了相关的系统模块。主要包括以下几个方面：(1).交互式的单根牙齿牙根方向提取策略。首先，我们以三维CT图像中重建得到颌骨骨质结构以及牙齿的三维模型，接着，在每一颗感兴趣牙齿附近人工调整得到合适的虚拟剖切面。根据观察，可以交互调整确定牙齿的牙根方向及位置。最后，二维的牙齿牙根方向可以以交互面上绘制得到。另外，本论文实现了三维数据空间到多种二维虚拟剖切面的数据点转换，可用于实现二维牙齿牙根方向计算得到三维牙齿牙根方向。(2).半自动的单根牙齿牙根方向提取策略。为了简化交互式单根牙齿牙根方向提取的操作，我们提出了一种半自动的牙齿牙根方向提取策略。同样的，我们首先产生穿过牙髓腔中心区域的虚拟剖切平面，然后利用区域生长的策略以三维CT数据中分割得到感兴趣的牙齿牙髓区域。最后，我们通过计算牙髓区域每一切片的中心点，然后用最小二乘法拟合这些中心点，得到了表示牙髓腔中轴线的三维方向量。这一三维方向量即是最后计算得到感兴趣牙齿牙根方向。(3).基于PCA的多根牙齿牙根方向计算策略。多根牙齿具有多个不规则的牙根，CT数据的每一个切片中心点并不非常明确。由此，半自动的牙齿牙根方向计算策略在计算多根牙齿牙根方向时并不能得到很好的结果。针对多根牙齿几何形状不显著的特点，我们提出了基于P CA求取多根牙齿主方向的策略。经过实验浅析，多根牙齿的牙髓形状的朝向和多根牙齿整体形状的朝向并没有很高的相关性。为此，我们提出了一种基于交互挡板分割多根牙齿的策略，首先以牙合平面和沿着牙弓线的展开平面上标记二维的分割线，接着由两个二维平面上的分割线计算得到三维的牙齿分割挡板，继而分割开单颗牙齿和与起毗邻的牙齿。最后，我们利用P CA的策略求得单个多根牙齿数据的主方向，实验结果证实了基于P CA的主方向求取策略在多根牙齿牙根方向计算中的合理性。(4).基于四元数插值的缺省牙齿牙根方向估算。我们假设缺省牙齿和未缺省牙齿都沿着牙弓线均匀地分布，由此可以以毗邻处未缺省牙齿的牙根方向估算出缺省牙齿的牙根方向。缺省牙齿的牙根方向估算不足可以描述为已知三维方向量(即未缺省牙齿的牙根方向)的插值不足。一般来说，线性插值的策略并不适用于三维曲线上三维方向量的平滑插值，四元数squad插值策略被我们运用于解决这个不足。(5).牙齿牙根方向计算在虚拟剖切面重建中的运用。虚拟剖切面重建的目的是在一个二维剖切面上重新显示感兴趣部位的三维CT数据。基于路径的虚拟剖切面重建算法可以沿着特定的剖切面重建出感兴趣区域的CT数据，然而，传统的基于路径的虚拟剖切面重建算法任意一点的剖切方向并没有经过严谨地计算。我们将牙齿牙根方向计算的策略运用于传统的基于路径虚拟剖切面算法。具体的实现是，将已知牙齿的牙根方向作为制约方向，矢量插值得到三维路径上任意一点的切割方向。最后，我们根据这一改善的基于路径的虚拟剖切面重建算法重建得到了更加准确的虚拟剖切面结果。我们与上海市东方医院合作进行了牙齿牙根方向计算模块的开发。以东方医院得到大量牙颌骨数据对本论文提出策略进行验证，得到的实验结果令人满意。本论文提出的牙齿牙根方向计算策略能在多方面为牙科种植手术术前规划提供帮助，可以提升手术的安全性、准确性，对于牙科辅助诊断具有重要作用。关键词：计算机辅助诊断论文牙根方向论文主成分浅析论文四元数论文球面插值论文虚拟剖切面论文
本论文由www.7ctime.com,论文导读：摘要5-7ABSTRACT7-10目录10-13表格索引13-14插图索引14-16第一章绪论16-241.1引言16-191.1.1计算机辅助诊断与牙种植16-171.1.2牙齿牙根方向计算的探讨背景17-191.2本课题的探讨目的和作用19-201.3本论文完成的工作及章节安排20-221.4本章小结22-24第二章单根牙齿牙根方向计算24-42

2.1引言24-262交互式的

需要论文可以联系人员哦。摘要5-7
ABSTRACT7-10
目录10-13
表格索引13-14
插图索引14-16
第一章 绪论16-24

1.1 引言16-19

1.1 计算机辅助诊断与牙种植16-17

1.2 牙齿牙根方向计算的探讨背景17-19

1.2 本课题的探讨目的和作用19-20

1.3 本论文完成的工作及章节安排20-22

1.4 本章小结22-24

第二章 单根牙齿牙根方向计算24-42

2.1 引言24-26

2.2 交互式的牙根方向提取策略26-30

2.1 颌骨数据的可视化26

2.2 虚拟剖切面交互选取26-28

2.3 牙髓剖切面中心线提取28-30

2.3 半自动的牙根方向提取策略30-34

2.3.1 改善的虚拟剖切面提取策略31

2.3.2 牙髓腔区域的分离31-33

2.3.3 牙髓腔中心线提取33-34

2.4 实验结果及讨论34-40

2.5 本章小结40-42

第三章 多根牙齿牙根方向计算42-50

3.1 引言42-43

3.2 基于 PCA 的三维物体主方向求取43-44

3.3 多根牙齿的牙根方向计算44-47

3.1 多根牙齿牙髓主方向计算44-45

3.2 基于交互挡板的多根牙齿分割45-47

3.4 实验结果及讨论47-49

3.5 本章小结49-50

第四章 缺省牙齿牙根方向的插值计算50-64

4.1 引言50-56

4.

1.1 四元数介绍50-52

4.

1.2 四元数的 slerp 法和 squard 法52-55

4.

1.3 矩阵、欧拉角和四元数比较55-56

4.2 缺省牙齿牙根方向的矢量插值提取56-60
4.

2.1 三次样条位置插值56-58

4.

2.2 未缺省单根牙齿牙根方向计算58-59

4.

2.3 缺省牙齿牙根方向估计59-60

4.3 实验结果及讨论60-62

4.4 本章小结62-64

第五章 牙齿牙根方向计算在虚拟剖切面重建中的运用64-76

5.1 引言64

5.2 传统的三类虚拟剖切面重建算法64-69

5.

2.1 第一类虚拟剖切面重建算法65

5.

2.2 第二类虚拟剖切面重建算法65-68

5.

2.3 第三类虚拟剖切面重建算法68-69

5.3 基于路径的虚拟剖切面重建算法的改善69-72

5.4 实验结果及讨论72-74

5.5 本章小结74-76

第六章 总结与展望76-80

6.1 本论文的工作总结76-77

6.2 未来工作的展望77-80

参考文献80-86
致谢86-88
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