技术摘要：
本发明公开了一种对术前鼻‑牙槽突矫治器数字模型的特征点自动提取方法，包括：S1、获取口腔印模型文件并对其进行预处理；S2、对预处理后的口腔印模型进行坐标系变换；S3、对坐标系变换后的口腔印模型进行分割处理；S4、对两侧牙槽骨的数字模型进行二维平面的投影，对  全部
背景技术：
术前鼻-牙槽突矫治器(PNAM)数字模型是在婴幼儿时期对唇腭裂患者的矫治模 型，有助于降低唇腭裂手术的难度，提高手术的效果，减少手术的次数。PNAM模型使用后缀 为.stl的三维文件存储的，其中包含有限个三角形面片。 PNAM数字模型的特征点是指为了评价PNAM数字模型矫治效果标记的特征点，分别 为双侧牙槽嵴最后点T和T’，健侧颊系带C，患侧颊系带C’和唇系带I。矫治的最后阶段应当 让特征点呈对称关系。 现有的对数字模型的处理方法为用工程软件在三维模型上手动标点，严重依赖于 医生的经验水平，自动化程度低，准确性差，不能实现自动提取。为了提高特征点的标记准 确性，实现特征点的坐标自动提取，遂提出此特征点提取方法。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种对术前鼻-牙槽 突矫治器数字模型的特征点自动提取方法，用于对PNAM矫治器的矫治效果进行客观性评 价。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 本发明提供一种对术前鼻-牙槽突矫治器数字模型的特征点自动提取方法，该方 法包括以下步骤： S1、获取口腔印模型文件并对其进行预处理，口腔模型为包含多个三角形面片的 数字模型； S2、对预处理后的口腔印模型进行坐标系变换，消除底平面的偏移角度； S3、对坐标系变换后的口腔印模型进行分割处理，去掉多余的部分，仅保留待处理 的健侧和患侧牙槽骨部分的数字模型； S4、对两侧牙槽骨的数字模型进行二维平面的投影，对投影后的两侧牙槽骨图像 进行图像拟合，得到拟合图； S5、根据拟合图对健侧和患侧牙槽骨做侧平面投影，根据侧平面投影分割出脊线， 根据脊线的走势提取得到特征点坐标。 进一步地，本发明的步骤S1中对口腔印模型进行预处理的方法为： 获取口腔印模型的.stl文件，该文件中存储的是三角形面片数据，利用有限元使 用有限个三角平面来逼近三维的数字模型；利用数学软件MATLAB对口腔印模型进行解析， 分离出三角形面片各顶点坐标，并利用patch函数绘制在软件中。 5 CN 111612795 A 说　明　书 2/6 页 进一步地，本发明的步骤S2中进行坐标系变换的方法为： 计算底平面偏移角度，取底平面任意两个y坐标相同的点p1(x1，y0，z1)，p2(x2， y0，z2)，计算xoz方向的偏角θ1＝arctan((z2-z1)/(x2-x1))；遍历口腔印模型上所有的三 角形顶点p(x，y，z0)，修改点的z坐标让p点的z坐标为z0-(x-x1)*tanθ1，转换之后的点坐标 为p3(x，y，z3)； 取底平面任意两个x坐标相同的点p1(x，y1，z1)，p2(x，y2，z2)，计算yoz方向的偏 角θ2＝arctan((z2-z1)/(y2-y1))；遍历口腔印模型上所有的三角形顶点p3(x，y，z3)，修改 点的z坐标让p3点的z坐标为z3-(y-y1)*tanθ2，转换之后的点坐标为p4(x，y，z4)。 进一步地，本发明的步骤S3中进行口腔印模型分割的方法为： 使用MATLAB标记底平面上三个点，根据此三个点确定一个平面Ax By Cz＝1。截取 此平面上方部分，即 然后根据坐标值的分界线把数字模型分为健侧和患侧， 对模型进行分割。 进一步地，本发明的步骤S4中进行图像拟合的方法为： S41、对分割后的健侧和患侧牙槽骨数字模型进行二维平面的投影； S42、对投影图像进行二值化处理； S43、遍历二值化图像的每个像素，寻找图像的边缘像素点，用顺序表存储此边缘 点集； S44、对两侧图像分别进行椭圆拟合，根据最小二乘法，优化目标为各数据点误差 平方和最小，确定拟合的椭圆位置，把两个椭圆还原到原来的三维数字模型中，得到拟合 图。 进一步地，本发明的步骤S5中进行特征点提取的方法为： S51、对拟合后的健侧和患侧牙槽骨做侧平面投影，对投影进行二值化； S52、分离投影的边界线的下边界线，得到健侧的脊线和患侧的脊线； S53、对脊线的梯度进行分析，根据其走势判断得到特征点坐标。 进一步地，本发明的步骤S41中对模型进行二维平面投影的具体方法为：读取模型 的全部顶点坐标存储到数组中，遍历数组中的点(x,y,z)并对坐标点进行变换生成新坐标： 此时点集构成的平面是模型对xoy的平面投影H1； 步骤S42中对投影图像进行二值化处理的具体方法是：对图片H1像素点遍历，对像 素点(x，y)的值p进行转换生成二值化图像H2； 步骤S43中对二值化图像的的边界点获取的具体方法是：对二值化图像进行逐行 6 CN 111612795 A 说　明　书 3/6 页 扫描，每一行扫描到的第一个像素值为255的点为边界点，边界点存储成点集Ω(x,y)； 步骤S44对图像进行椭圆拟合的具体方法是：设平面任意位置的椭圆方程为x^2 Axy By^2 Cx Dy E＝0，对于点集Ω(x,y)内的所有点，需要拟合的目标函数为 欲使F最小则需要满足 据此求出参数A、B、C、D、E得到椭圆方程；将椭圆还原到三 维模型中找出两个顶点坐标即为两个特征点T和T’。 进一步地，本发明的步骤S51中对健侧患侧做侧平面投影并二值化的具体方法为： 存储健侧所有点到数组中，遍历数组做如下的坐标变换得到模型对xoz平面的投影； 遍历数组做如下坐标变换得到模型对yoz平面的投影。 然后对上述两个投影平面做二值化处理，二值化方法与步骤S41中相同；二值化后 的投影图像分别称为P1，即对xoz投影，P2，即对yoz投影； 步骤S52中对健侧患侧脊线获取的具体方法是：对二值化图像P1和P2从下到上逐 列扫描，每一列扫描到的第一个像素值为255的点为边界点，边界点存储成点集Ω1(x,z)和 Ω2(y,z)，点集构成的线即是脊线； 步骤S53中对脊线梯度分析的具体方法是：使用Matlab数学软件输入点集Ω1(x, z)使用ployfit函数进行多项式拟合，然后使用ployder函数对曲线求导；得到导数为0的点 p1_1(x1，z1)，p1_2(x2，z2)；对点集Ω2做相同操作，得到导数为0点p2_1(y1，z1)，p2_2(y2， z2)；因此提取出坐标(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)为两个特征点C和I的坐标； 对患侧执行步骤S51-步骤S53相同操作得到特征点C’的坐标。 本发明产生的有益效果是：本发明的对术前鼻-牙槽突矫治器数字模型的特征点 自动提取方法，通过对三维数字模型的处理、二维图像的分割、拟合技术整合在一起，实现 了对PNAM数字模型特征点的提取工作，并可用于口腔正畸的效果测试。有助于降低唇腭裂 手术的难度，降低手术风险，减少手术的次数，提高矫治成功率。 附图说明 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中： 图1为本发明实施例的健侧和患侧模型投影结果。 图2为本发明实施例的两侧牙槽骨做椭圆拟合之后结果。 图3为本发明实施例的二维图像还原到三维的特征点位置。 图4为本发明实施例的健侧脊线图。 7 CN 111612795 A 说　明　书 4/6 页 图5为本发明实施例的健侧脊线获取之后得到的特征点I，C。 图6为本发明实施例的患侧脊线获取之后得到的特征点C’。 图7为本发明实施例的方法流程图。