专利名称：用于数字化牙颌面对象的方法牙颂面治疗涉及牙列、头骨和面部软组织。治疗的范围如下处理牙齿，例如对准、 修复牙冠、拔出、修复牙根和牙冠；处理与治疗相关的骨头，例如包括外科重新塑模或修复头骨和牙列的上颂面手术，包括对修补(具体地，颂相互之间的错位)的外科干预的所谓正颂手术；基于面部软组织治疗的颞下颂关节(TMJ)治疗，例如组织造型(sculpting)、移植 (lifting)；…。这些治疗中重要的是创建优良的咬合和笑线。其中“咬合”意为当牙齿闭合时上牙弓的牙齿与下牙弓的牙齿合在一起的方式。因为牙颂面治疗复杂，并且对患者的面部外观有非常重要的影响，所以需要精确的治疗计划。计算机辅助牙颂面计划系统变得可用，其数字化了传统的手动治疗计划过程。 为了能够优化治疗计划，通常有必要在这些系统并入牙颂面对象(例如，牙印模、牙齿骨模型或可移除的修补物)的数字化版本。因此存在使得能够对牙颂面对象进行精确数字化的需要。牙颂面对象的特征在于表现出各种下陷和小细节的极度不规则的形状。这个特征使得数字化形状是一个挑战性的任务。为了数字化牙颂面对象，尤其可以使用基于立体成像的表面扫描、结构光成像、激光扫描或锥光全息术。这些方法可以提供对对象非常详细的表面扫描。尽管一些技术对于其可以扫描的多种形状非常灵活，但是某些形状仍然难以数字化。一种数字化牙颂面材料的形状的备选方法是使用容积成像(volumetric imaging)技术，例如相消(destructive)扫描或断层成像。断层成像包括产生断层图像的所有图像形态。可以将这些断层图像安排在3D图像体中。这种断层成像的示例是CT扫描。根据这种形态，可以采用X射线来数字化牙颂面材料的形状。典型地，在工业化环境中基于工业CT扫描器或微CT扫描器来完成这种操作。 然而，这种方法需要极大的投资，并且造成了后勤的麻烦。例如，当干燥时牙齿印模会变形。 因此，明智的是尽早数字化印模，并且谨慎地控制储存印模的环境。尽管多种成像技术用于扫描对象，但是仍然存在以下问题根据容积成像数据捕获所述对象的准确轮廓或形状是非常困难或不精确的。此外，通常按照主观的方式执行这种轮廓和形状的获取。这种获取轮廓的过程通常被称作容积图像数据的分割。因此，需要一种精确的方法，从而以更可靠的方式根据容积图像数据捕获形状，例如牙颂面材料的形状。在W000/19^9中，通过相消扫描描述了容积成像技术，因而采用了图像条。文献US7123767描述了用于使用例如CT扫描将数字牙列模型分割为独立部件模型的技术。描述了若干3D分割技术，其中大多数是人工辅助的。其它计算机实现的技术具有以下缺点只创建了邻间边界(interproximal margin)，而没有精确的阈值。然而，该文献并没有涉及数字化牙列模型的分割精度，即使这是关键因素。还需要向牙科专家提供以下可能性利用诸如断层成像之类的可以在牙科诊所容易地访问或安装的容积成像技术来扫描牙颂面材料。这种断层成像方法的示例是利用标准医疗CT扫描器或Cone-Beam CT扫描器进行的CT扫描。断层成像创建了一个容积图像数据集或者甚至是若干个容积图像数据集，其中需要根据该容积图像数据集来分割牙颂面对象的表面。给定多种断层成像设备，需要一种容易且高度自动化的方法，以允许对牙颂面对象的形状进行便利而精确的数字化。文章"Geometric accuracy of digital volume tomography and conventional computed tomography" (Eggers 等，British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, vol. 46，no. 8，Dec. 2008，pp. 639-644)涉及数字化容积断层成像是否适于以图像为指导的操作的问题。几何精度对于使患者与图像精确配准以及患者的安全是重要的。数字化容积断层被认为是适当的方法。欧洲专利申请EP1808U9公开了一种人体信息提取设备，用于从通过CT信息等获得的关于人体器官的3D信息中提取人体信息，包括取决于参考位置的位置信息，其中与人体器官相关的所述取决于参考位置的位置信息是未知的。在所建议的解决方案中，通过检测与来自CT信息的3D人体信息和来自人体模型的3D模型信息中包括的公共定位成员相关的信息，来检测用于定位的参考平面。发明目的本发明的目的在于提供一种用于根据容积图像数据集合产生牙颂面对象的形状的数字模型的方法，从而克服现有技术的缺陷和限制。
本发明涉及一种用于根据牙颂面对象的容积图像数据来捕获牙颂面对象的形状的方法。所述方法包括以下步骤利用对所述牙颂面对象及其背景之间的区别加以指示的至少一个计算的分割参数执行对所述容积图像数据的分割，以及根据所述分割后的容积图像数据捕获所述牙颂面对象的形状。现有技术的方法依赖于通过系统的用户进行的直觉分割来获得对材料的数字化。 然而，这种主观的方法隐含着与形状的正确性相关的巨大风险。在根据本发明的解决方案中，自动地解决了这个问题，同时满足了临床医生或牙科医生使用容易且可用的设备(例如CT扫描器)的需求。本发明还涉及一种用于确定(即计算)牙颂面对象的容积图像数据的至少一个分割参数的方法，因此所述方法包括以下步骤利用与在获取所述牙颂面对象的所述容积图像数据中使用的成像协议相同的成像协议来获取校准对象的容积成像数据，以及通过所述校准对象的形状和所述校准对象的所述容积图像数据来确定所述至少一个分割参数。在所建议的方法中，所述至少一个分割参数通过以下步骤来确定将校准对象的图像数据集合与校准对象的容积图像数据相对准，获取用于比较对准后的数据集合的测量值，以及基于与所述测量值相关的选择准则来获取所述至少一个分割参数。在一个实施例中，所述方法包括以下步骤计算通过应用所述至少一个分割参数获得的分割的精度测量值。在具体实施例中，通过基于三维像素的配准方法或通过基于点的对准方法来执行对准。在另一具体实施例中，选择准则基于直方图，其中通过在对准后的校准对象的表面处测量校准对象的容积图像数据中的图像值来建立所述直方图。在优选实施例中，通过包括CT扫描的断层成像技术来获取容积图像数据。在实施例中，针对特定成像技术，校准对象具有与牙颂面对象的材料特性实质上相同的材料特性。在另一实施例中，校准对象具有与牙颂面对象的形状实质上相同的形状特性。在另一实施例中，校准对象具有与牙颂面对象的尺寸实质上相同的尺寸。在另一方面，本发明涉及一种用于数字化牙颂面对象的方法，所述方法包括以下步骤a)得到校准对象，其中所述校准对象被设计为具有适于断层成像技术的材料特性， 并且可选地，所述校准对象与牙颂面对象在形状和尺寸上实质相同；b)利用断层成像设备扫描所述校准对象；c)获取至少一个分割参数；d)利用与步骤b中用于所述校准对象相同的成像设备和设置扫描牙颂面对象；以及e)利用从步骤c中获得的所述至少一个分割参数来对扫描后的牙颂面对象实施分割。在优选实施例中，本发明方法的所述分割是阈值化操作。在另一方面，本发明涉及一种程序，所述程序可在包括指令的可编程设备上执行， 当执行所述指令时，执行如上所述方法中的任一项方法。在另一方面，本发明还涉及一种成套工具，所述成套工具包括校准对象以及包括如上所述程序的数据载体。在一个实施例中，所述成套工具还包括用于在成像设备中放置校准对象的载体对象，所述载体对象与所述校准对象成像显著不同。本发明还公开了一种用于设计校准对象的方法。本发明的方法的主要益处在于利用医生或牙医容易使用的设备对材料进行了正确、鲁棒和可靠地数字化。所述方法保证了在给定通过断层成像方法获得的容积图像容积的分辨率的情况下，自动地产生详细而精确的表面。图1示出了根据本发明的数字化方法的工作流。图2示出了用于定义最优阈值的算法的略图。图3示出了(a)扫描时的校准对象设计以及(b)以聚碳酸酯制造的校准对象设计。图4示出了(a)具有容器部分和顶部部分的校准对象；以及(b)在容器部分上方的顶部部分的定位。图5示出了(a)顶部以及利用牙印模材料填充的容器部分；以及(b)去除顶部部分之后的容器部分中的牙印模。
本发明涉及一种用于根据牙颌面对象的容积图像数据来捕获所述牙颌面对象的形状的方法。所述方法包括以下步骤a)利用对牙颌面对象及其背景之间的区别加以指示并且从校准过程中获得的至少一个计算的分割参数来执行对容积图像数据的分割，以及b)从所述分割后的容积图像数据中捕获牙颌面对象的形状。
用于数字化牙颌面对象的方法
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