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基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法

阅读:1013发布:2020-05-08

专利汇可以提供基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种基于AI 算法 的错颌畸形矫治模型匹配方法,包括:用口内3D 扫描仪 获得患者牙颌数据,将数据导入电脑并生成三维点 云 的初始数字化 牙颌模型 ;对得到的初始数字化牙颌模型提取关键点并进行特征描述;对得到的初始数字化牙颌模型特征点与病例库中的模型数据进行粗匹配,同时剔除误匹配点;通过三维点云算法对初始数字化牙颌模型与病例库中的模型数据进行精匹配;获取初始数字化牙颌模型与病例库中的模型数据匹配后的偏差值。本发明结合了各算法优点,具有较好的 稳定性 、准确性和鲁棒性;本发明为解决目前 口腔 正畸 治疗 中对医生临床经验的依赖,减轻医患的负担,提高治疗的稳定性,可靠性和治疗效率提供了良好途径。,下面是基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法专利的具体信息内容。

1.一种基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、用口内3D扫面仪获得患者牙颌数据,将数据导入电脑并生成三维点的初始数字化牙颌模型
步骤2、对得到的初始数字化牙颌模型提取关键点并进行特征描述;
步骤3、对得到的初始数字化牙颌模型特征点与病例库中的模型数据进行粗匹配,同时剔除误匹配点;
步骤4、通过三维点云算法对初始数字化牙颌模型与病例库中的模型数据进行精匹配;
步骤5、获取初始数字化牙颌模型与病例库中的模型数据匹配后的偏差值与全匹配相似度;
步骤6、方案输出与选择。
2.根据权利要求1所述的基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法,其特征在于,步骤
1中得到患者三维点云的初始数字化牙颌模型包括:基于双目视觉原理,对患者进行口内3D扫描,将扫描得到的患者牙颌模型的完整数据导入电脑点云处理软件中,并对点云数据经过去噪,平滑,删除钉状物操作;采用FDI牙位表示法对牙齿进行编号。
3.根据权利要求1所述的基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法,其特征在于,步骤
2中作为优选,对得到的初始数字化牙颌模型采用ISS算法提取关键点,关键点提取的ISS算法的权重做改进,取权值为 ,提高区分度和算法稳定性,以FPFH算法进行特征描述。
4.根据权利要求1所述的基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法,其特征在于,步骤
3中粗匹配包括:作为优选,通过广义霍夫变换算法将初始数字化牙颌模型与病例库中的模型数据进行粗匹配;使用聚类算法剔除误匹配点;将初始数字化牙颌模型与病例库中的模型在同一窗口显示并通过颜色区分。
5.根据权利要求1所述的基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法,其特征在于,步骤
4中精匹配包括:对上述粗匹配后的模型采用Kd-Tree近邻搜索法对邻近点搜索;用Uniform Sampling算法对邻近点均匀采样;用ICP算法将初始数字化牙颌模型与病例库中的模型数据进行精匹配;设置一阈值,进行多次迭代算法计算,对初始数字化牙颌模型与病例库中的模型的平均距离进行计算,直到平均距离小于阈值为止;用ICP算法将初始数字化牙颌模型的原点云数据与病例库中的模型数据进行精匹配,设置一迭代次数n(n=5 10)次,对初始数~
字化牙颌模型与病例库中的模型的平均距离进行迭代计算。
6.根据权利要求1所述的基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法,其特征在于,步骤
5中对最终的匹配模型显示偏差值,偏差值包括:基于FDI牙位表示法,任意每个对应牙齿模型之间的距离(最大偏差距离、最小偏距离、平均偏距离);将偏差值与预设标准值数据库进行对比,判断偏差是否在预设数据范围内;计算全匹配相似度 ,全匹配相似度计算式为:

7.根据权利要求1所述的基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法,其特征在于,步骤
6中方案输出包括:基于步骤5的全匹配相似度 :若 达90%以上,则输出 值最高的三个;若在80% 90%,则针对 最高的某三个方案,保留匹配相似度在90%以上的单个牙的矫治方~
案,调整匹配相似度不足90%的牙的矫治方案;若 在50% 80%,则根据 较高的前10个,按优~
提取每类单个牙相似度在90%以上的矫治方案,跟据患者牙弓线形状重排,执行碰撞检测及迭代调整,重新生成一个病例模型方案;若全匹配相似度低于50%,则对患者初始数字化牙颌模型进行排牙和过程模拟,执行碰撞检测及迭代调整,生成一个矫治后的理想模型并给出矫治方案。

说明书全文

基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法

技术领域

[0001] 本发明涉及口腔正畸矫治领域,具体涉及一种用于基于AI算法的错颌畸形矫治模型的匹配方法。

背景技术

[0002] 错颌畸形是指在儿童生长发育过程中,由先天的遗传因素或后天的环境因素,如疾病、口腔不良习惯、替牙障碍等,也可在生长发育后因外伤、牙周病等原因造成的如牙齿排列不齐、上下牙弓牙合关系的异常甚至是颌骨大小形态位置的异常、面部畸形等。
[0003] 错颌畸形不仅会到人的口腔健康和口腔功能,还会影响颅颌面和面部肌肉的发育,进而影响人的容貌外观。倘若牙合畸形造成外貌的严重变形,会对患者心理、精神造成障碍,导致患者自卑、孤僻;同时咀嚼功能障碍严重者会导致消化不良。目前针对其治疗,主要采用口腔正畸矫治,根据不同牙颌面畸形选用各类矫治器矫治;对严重情况者采用外科手术进行矫治。
[0004] 目前的正畸治疗中,治疗方案的设计主要依赖牙科医生的临床经验用肉眼去判断,主观因素大且不同的医生判定的结果往往有较大偏差。另外,矫治方式的设计及矫治时施加给牙齿的和力矩都没有科学的分析和模拟。这就导致矫治方式和矫治效果有很大的不稳定性,患者不能获得直观的治疗效果,面临一定的险因素,将大大降低打击其配合治疗的意愿。同时不合适的治疗方案不仅会加重病患的症状,还会导致医患的关系紧张恶化。
[0005] 为了保证治疗效果,正畸治疗通常是一个慢长的过程,病人往往需要定期到医院复诊给医生进行反馈,期间最好是同一个医生,然后医生根据当前治疗效果做出总结,并判断需不需要修改治疗方案。这种不断矫正,调整的治疗方式,同时增加了患者和医生的负担,过程繁琐,效率不高。
[0006] 随着人们生活、经济和文化平的不断提高,人们对美的追求也原来越高,把通过口腔正畸矫正牙齿的认识和需要有了极大的提高,并把其作为一种对健康美观的追求。我国错颌畸形发病率高达49%。每年有大约近百万人接受矫正治疗,错颌畸形已经成为三大口腔疾病(龋齿、牙周病和错颌畸形)之一。对该方面的相关先进技术发展将具有十分广阔的空间。
[0007] 目前虽然有很多的个性化和数字化的牙齿模型匹配方法和正畸技术,但牙齿力学环境复杂,路径规划十分困难,仍然需要医生去制定治疗方案,不够便捷。

发明内容

[0008] 为了解决目前口腔正畸治疗中对医生临床经验的依赖,减轻医患的负担,提高治疗的稳定性,可靠性和治疗效率。本发明公开了一种基于AI算法的错颌畸形矫治模型的匹配方法,与病例库中的模型进行匹配,提供直观实例,在病例相似的条件下,只需对相似病例做简单调整,方便医患选择矫治方案,不需要从头制定方案;方便评价各阶段正畸实际效果和预期效果的匹配情况,从而适当对矫治过程进行调整;面对疑难杂症,可以搜索整体或者局部相似的模型,为医生提供治疗思路。
[0009] 本发明的技术方案如下:一种基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:用口内3D扫面仪获得患者牙颌数据,将数据导入电脑并生成三维点的初始数字化牙颌模型
步骤2:对得到的初始数字化牙颌模型提取关键点并进行特征描述;
步骤3:对得到的初始数字化牙颌模型特征点与病例库中的模型数据进行粗匹配,同时剔除误匹配点;
步骤4:通过三维点云算法对初始数字化牙颌模型与病例库中的模型数据进行精匹配;
步骤5:获取初始数字化牙颌模型与病例库中的模型数据匹配后的偏差值与全匹配相似度;
步骤6:方案输出与选择。
[0010] 如上所述的基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法,其中,所述步骤1,得到患者三维点云的初始数字化牙颌模型包括:基于双目视觉原理,对患者进行口内3D扫描,将扫描得到的患者牙颌模型的完整数据导入电脑点云处理软件中,并对点云数据经过去噪,平滑,删除钉状物操作;采用FDI牙位表示法对牙齿进行编号。
[0011] 如上所述的基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法,其中,所述步骤2,作为优选,对得到的初始数字化牙颌模型采用ISS算法提取关键点,以FPFH算法进行特征描述。
[0012] 如上所述的基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法,其中,所述步骤2,对关键点提取的ISS算法的权重做改进,取权值为 ,提高区分度和算法稳定性。
[0013] 如上所述的基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法,其中,所述步骤3,粗匹配包括:作为优选,通过广义霍夫变换算法将初始数字化牙颌模型与病例库中的模型数据进行粗匹配;使用聚类算法剔除误匹配点;将初始数字化牙颌模型与病例库中的模型在同一窗口显示并通过颜色区分。
[0014] 如上所述的基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法,其中,所述步骤4,精匹配包括:对上述粗匹配后的模型采用Kd-Tree近邻搜索法对邻近点搜索;用Uniform Sampling算法对邻近点均匀采样;用ICP算法将初始数字化牙颌模型与病例库中的模型数据进行精匹配;设置一阈值,进行多次迭代算法计算,对初始数字化牙颌模型与病例库中的模型的平均距离进行计算,直到平均距离小于阈值为止;用ICP算法将初始数字化牙颌模型的原点云数据与病例库中的模型数据进行精匹配,设置一迭代次数n(n=5 10)次,对初始数字化牙颌~模型与病例库中的模型的平均距离进行迭代计算。
[0015] 如上所述的基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法,其中,所述步骤5,对最终的匹配模型显示偏差值,偏差值包括:任意每个对应牙齿模型之间的距离(最大偏差距离、最小偏距离、平均偏距离);将偏差值与预设标准值数据库进行对比,判断偏差是否在预设数据范围内;计算全匹配相似度,全匹配相似度计算式为:。
[0016] 如上所述的基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法,其中,所述步骤6,方案输出包括:基于步骤5的全匹配相似度 :若 达90%以上,则输出 值最高的三个;若 在80%~90%,则针对 最高的某三个方案,保留匹配相似度在90%以上的单个牙的矫治方案,调整匹配相似度不足90%的牙的矫治方案;若 在50% 80%,则根据 较高的前10个,按优提取每类~
单个牙相似度在90%以上的矫治方案,跟据患者牙弓线形状重排,执行碰撞检测及迭代调整,重新生成一个病例模型方案;若全匹配相似度低于50%,则对患者初始数字化牙颌模型进行排牙和过程模拟,执行碰撞检测及迭代调整,生成一个矫治后的理想模型并给出矫治方案。
[0017] 本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法结合了各算法优点,具有较好的稳定性、准确性和鲁棒性;采用改进的ISS算法提取关键点,FPFH算法进行特征描述,提高了粗匹配的速度、准确性和效率,减少了ICP算法陷入局部最优解;采用Kd-Tree算法搜索邻近点,同时再对这些点均匀采样,提高了ICP算法精匹配时的匹配精度和执行速度;与病例库中现有病例匹配,从而选择治疗方案,降低经验依赖,提高了临床治疗的可靠性和准确性,降低矫治的风险;提供直观案例,增加患者治疗的自信和对医生的信赖,减轻了患者和医生的负担的同时提高了矫治的效率;对于单个全匹配相似度低的病例,可结合各病例优势生成新方案;
对于病例库没有的新病例,可自动对患者牙颌模型进行排牙,生成一个矫治后的理想模型并给出矫治方案。
附图说明
[0018] 图1为基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法的流程图

具体实施方式

[0019] 本发明提供一种基于AI算法的错颌畸形矫治模型匹配方法,为使本发明的目的、技术 方案及效果更加清楚、明确,下面将详细描述本发明的实施例。所述实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。实施流程图见图1,具体实施过程如下。
[0020] 步骤1:基于双目视觉原理,用口内3D扫面仪,对患者进行口内3D扫描,获得患者牙颌数据;将扫描得到的患者牙颌模型的完整数据导入电脑点云处理软件中,生成三维点云的初始数字化牙颌模型;并对点云数据经过去噪,平滑,删除钉状物操作;采用FDI牙位表示法对牙齿进行编号;步骤2:作为优选,采用改进权重后的ISS算法(取权值为 )对得到的初始数字化牙颌模型提取关键点,以FPFH算法进行特征描述;
步骤3:作为优选,通过广义霍夫变换算法将初始数字化牙颌模型与病例库中的模型数据进行粗匹配;使用聚类算法剔除误匹配点;将初始数字化牙颌模型与病例库中的模型在同一窗口显示并通过颜色区分;
步骤4:对上述粗匹配后的模型采用Kd-Tree近邻搜索法对邻近点搜索;用Uniform Sampling算法对邻近点均匀采样;用ICP算法将初始数字化牙颌模型与病例库中的模型数据进行精匹配;设置一阈值,进行多次迭代算法计算,对初始数字化牙颌模型与病例库中的模型的平均距离进行计算,直到平均距离小于阈值为止;用ICP算法将初始数字化牙颌模型的原点云数据与病例库中的模型数据进行精匹配,设置一迭代次数n(n=5 10)次,对初始数~
字化牙颌模型与病例库中的模型的平均距离进行迭代计算;
步骤5:对最终的匹配模型显示偏差值,偏差值包括:基于FDI牙位表示法,任意每个对应牙齿模型之间的距离(最大偏差距离、最小偏距离、平均偏距离);将偏差值与预设标准值数据库进行对比,判断偏差是否在预设数据范围内;计算全匹配相似度 ,全匹配相似度计算式为:
步骤6:基于步骤5的全匹配相似度 :若 达90%以上,则输出 值最高的三个方案;若在80% 90%,则针对 最高的某三个方案,保留匹配相似度在90%以上的单个牙的矫治方案,~
调整匹配相似度不足90%的牙的矫治方案;若 在50% 80%,则根据 较高的前10个,按优提~
取每类单个牙相似度在90%以上的矫治方案,跟据患者牙弓线形状重排,执行碰撞检测及迭代调整,重新生成一个病例模型方案;若全匹配相似度低于50%,则对患者初始数字化牙颌模型进行排牙和过程模拟,执行碰撞检测及迭代调整,生成一个矫治后的理想模型并给出矫治方案。
[0021] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
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