Программно-аппаратный комплекс для получения и анализа компьютерных трёхмерных моделей зубных рядов

Размещено на http://www.allbest.ru/

МГМСУ им. А.И. Евдокимова

Программно-аппаратный комплекс для получения и анализа компьютерных трёхмерных моделей зубных рядов

И.Я. Аристова, к.т.н., И.К. Батрак, д.т.н.

Г.В. Большаков, д.м.н., А.В. Габучян, к.м.н.

При лечении несъемными зубными протезами одной из важнейших клинических процедур является одонтопрепарирование [1]. При этом формирование необходимого точного рельефа зубной поверхности и контроль окклюзии связано с определенными трудностями, обусловленными отсутствием современных технических средств. Поэтому применение компьютерных трехмерных технологий является перспективным направлением для получения данных о расположении и соотношении ключевых ориентиров на зубах и зубах-антагонистах [2, 3].

Для решения задач построения трехмерных моделей зубных рядов система бесконтактных измерений должна соответствовать таким требованиям, как большая точность измерений (не менее 0,05мм), достаточная плотность измерений точек поверхности для адекватного воспроизведения важных деталей поверхности зуба (не менее 25 точек/мм²), высокая степень автоматизации процесса измерений для обеспечения высокой производительности измерений.

Аппаратная часть, используемая для построения трехмерных моделей зубных рядов, как и большинство цифровых видеометрических систем бесконтактных измерений, включает 2 видеокамеры PULNiX-TM260NIR на базе ПЗС матриц, которые комплектуются платой захвата изображения для шины PCI, а также необходимым программным обеспечением, которое включает в себя библиотеки функций и интерфейс управления камерой; плату захвата телевизионного сигнала с телекамеры и преобразования изображений в цифровой вид PIXEL - IIIM; мультимедийный проектор SVGA Hitachi CP-X430, формирующий структурированный подсвет [4].

Для расчёта трехмерных координат объекта осуществляется определение положения съемочных камер в заданной системе координат (применяется метод внешнего ориентирования по известному тестовому сюжету). Далее решается задача стереоотождествления - нахождения на стереопаре изображений соответственных точек, применяя структурированный подсвет объекта в виде одной вертикальной контрастной линии. Соответственными являются точки изображения, лежащие на эпиполяре и имеющие максимальную яркость. Для высокоточного измерения заданных точек используется алгоритм субпиксельного нахождения координат подсвеченных точек. Далее осуществляется определение координат измеряемых точек объекта на изображении из условий коллинеарности, что позволяет построить так называемое «облако» трехмерных координат точек объекта.

Для решения задачи расчета трехмерных координат измеряемого объекта используются внешняя система координат, связанная с объектом, и система координат, связанная со снимком. Решается уравнение центральной проекции, называемое условием коллинеарности. Вычисляются координаты точек снимка, принадлежащих линии, с учётом яркости пикселей.

Для проведения анализа смыкания зубов с использованием компьютерных трехмерных моделей необходимо, чтобы виртуальные зубные ряды (компьютерные трехмерные модели зубных рядов) находились в том же положении друг относительно друга, что и зубные ряды пациента в заданной окклюзии. Методика приведения виртуальных зубных рядов в заданное относительное положение включает следующие этапы:

· сканирование гипсовой модели верхнего зубного ряда;

· сканирование гипсовой модели нижнего зубного ряда;

· установка гипсовых моделей верхнего и нижнего зубных рядов в заданное сомкнутое положение в артикуляторе, используя силиконовые шаблоны;

· сканирование видимой поверхности гипсовых моделей зубных рядов в заданном положении и получение опорной поверхности, соответствующей внешней поверхности зубных рядов в окклюзии;

· приведение виртуальных зубных рядов в заданное относительное положение с использованием опорной регистрирующей поверхности.

Сканирование гипсовых моделей верхнего и нижнего зубных рядов выполня-ется фотограмметрическим комплексом, описанным выше.

Далее с использованием того же комплекса сканируются гипсовые модели в заданном положении с получением опорной регистрирующей поверхности (рис. 1).

Рис. 1. Вид опорной регистрирующей поверхности.

Для сопоставления поверхностей используется итеративный алгоритм поиска ближайших точек сопоставляемых поверхностей (iterativeclosestpointalgorthm).

Программная часть используемого комплекса разработана и предназначена для анализа окклюзии зубных рядов, и выполняет следующие основные функции:

· Загрузка трехмерных моделей зубных рядов.

· Визуализация и манипулирование (перемещение, вращение, приближение/удаление трехмерной модели).

· Приведение трехмерной модели в стандартное положение, соответствующее положению в артикуляторе.

· Построение сечений трехмерной модели зубных рядов.

· Визуализация и сохранение построенных сечений.

· Выполнение измерений заданных размеров в построенных сечениях.

· Сохранение результатов измерений.

· Сохранение проекта работы с трехмерной моделью зубных рядов.

Для приведения модели в исходное положение служит пункт меню Процесс |Transform. Предварительно на модели должны быть расставлены опорные маркеры (см. рис. 2)HID_PDFW, определяющие плоскость, к которой приводится модель.

Рис. 2. Расстановка опорных маркеров.

Рис. 3. Использование инструмента. Сечение.

Для построения сечений модели используется инструмент «Сечение».

После выбора инструмента «Сечение» курсор принимает форму маркера. Для определения сечения используются три точки, задаваемые оператором на модели, как показано на рис. 4.

Рис. 4. Точки, задаваемые оператором на виртуальной модели.

Рис. 5. Проведение сечения через заданные точки.

Первый и второй маркер определяют нормаль плоскости сечения, а третий маркер - точку, через которое проводится сечение. Результат работы инструмента «Сечение» показан на рис. 5.

Сечения, полученные вдоль нормали, отображаются на трехмерной модели (рис. 6) и могут быть отображены в секущей плоскости (рис. 7).

Рис. 6. Сечения, полученные вдоль нормали.

Рис. 7. Отображение совокупности сечений в секущей плоскости.

В секущей плоскости можно провести измерения расстояний между заданными точками зубного ряда. Для измерений служит инструмент «Линейка».

Измерения отображаются в панели дерева объектов, результат измерения - в строке состояния приложения. Результаты измерения сохраняются в формате, совместимом с MSExcel, для последующего статистического анализа.

рельеф зубной окклюзионный аппаратный

Рис. 8. Измерение параметров зубного ряда с помощью инструмента «Линейка».

Рис. 9. Регистрация окклюзионных соотношений на сечениях трехмерных компьютерных моделей.

Описанный программно-аппаратный комплекс позволяет успешно реализовать получение компьютерных трёхмерных моделей зубных рядов, сопоставления их в соответствии с зарегистрированным окклюзионным положением. Программное обеспечение, предназначенное для проведения измерений на сечениях компьютерных трёхмерных моделей зубных рядов, решает задачу получения точных данных для анализа окклюзионных взаимоотношений, что является одной из насущных проблем в современной стоматологии. Внедрение указанного комплекса позволяет значительно повысить качество ортопедического лечения пациентов.

Литература

1. Большаков Г.В. Одонтопрепарирование. Саратов, 1983, 350 с.

2. Большаков Г.В., Габучян А.В. Окклюзия как показатель смыкания зубов//Сathedra - стоматологическое образование, № 32, зима 2009 - 2010. С. 54 - 55.

3. Батрак И.К., Большаков Г.В., Габучян А.В., Ибрагимов Т.И., Князь В.А. Способ воспроизведения зарегистрированных окклюзионных положений на компьютерных трехмерных моделях зубных рядов и ориентации компьютерных трехмерных моделей в пространстве. Патент РФ на изобретение № 2401083, опубликовано в бюллетене № 28 от 10. 10. 2010 г.

4. Батрак И.К., Большаков Г.В., Габучян А.В., Князь В.А. Средства получения и анализа компьютерных трехмерных моделей зубных рядов//Сathedra - стоматологичес-кое образование, № 33 - 34, осень-зима 2010 - 2011. С. 58 - 61.

Размещено на Allbest.ru