專利名稱：用計算機對牙鄰面齲損x線圖像的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用計算機對牙鄰面齲損X線圖像的處理方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的牙齒早期齲病在內(nèi)的鄰面牙齒齲損的X線原始圖像，如圖1所示，只能供醫(yī)生所見診斷參考，再憑醫(yī)生經(jīng)驗進行確診。在X線原始圖像中不能標(biāo)出牙齒齲損部位，牙齒齲損密度、范圍和深度。醫(yī)生依X線原始圖像診斷會造成大量牙齒早期齲病的誤診和漏診。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用計算機對牙鄰面齲損X線圖像的處理方法，該方法簡便易行，且經(jīng)過該方法處理的X線原始圖像能夠準(zhǔn)確標(biāo)出牙齒齲損部位，齲損密度、范圍和深度，以大幅度提高確診率。
本發(fā)明的處理方法，它包括如下步驟(1)提取待處理牙齒的X線圖像，將獲得的待處理牙齒的X線圖像輸入計算機中；(2)標(biāo)出輸入圖像中含有齲損牙齒的邊緣；(3)沿標(biāo)出的圖像中左右兩側(cè)牙齒邊緣向內(nèi)作圖像灰度變化分析，獲得圖像中牙齒的平滑等灰度曲線，平滑等灰度曲線的計算公式為 (4)用獲取圖像中牙齒的平滑等灰度曲線，與病理牙齒切片顯微X線檢查已得到的牙齒齲損數(shù)據(jù)進行比對，在獲得圖像中牙齒的平滑等灰度曲線上齲損部位表現(xiàn)為沿牙邊緣一定厚度范圍內(nèi)的局部凹區(qū)域，依據(jù)比對結(jié)果，確定凹區(qū)域的最小凹陷程度和范圍，找到所有凹區(qū)域并進行標(biāo)注，以二階導(dǎo)數(shù)大于零作為凹區(qū)域的判據(jù)，二階導(dǎo)數(shù)計算公式為Δ＝f(y-5)-2×f(y)+f(y+5)，計算每一個凹區(qū)域特征參數(shù)、寬度、深度、曲率和分散度，將其與牙齒切片顯微X線檢查得到的齲壞部位的相應(yīng)參數(shù)進行比對，分散度＜0.2同時滿足下述條件之一為齲壞部位凹區(qū)域(a)寬度＞牙寬9～11％，且深度＞牙寬4～6％；(b)牙寬1～3％＜寬度＜牙寬9～11％，深度＞牙寬7～9％，且區(qū)域內(nèi)二階導(dǎo)數(shù)最大值＞2；齲壞深度、寬度和釉牙本質(zhì)線的確定齲壞深度的確定是對確認(rèn)的齲壞部位凹區(qū)域進行掃描，找出該凹區(qū)域內(nèi)所有平滑等灰度線中距邊緣最遠(yuǎn)的凹點，此點到邊緣的距離確定為齲壞深度；齲壞寬度的確定是找出該凹區(qū)域內(nèi)所有平滑等灰度線中最高的凹點和最低的凹點，此二點間的豎直距離確認(rèn)為齲壞寬度；確定釉牙本質(zhì)線的確切位置是先提取左側(cè)釉牙本質(zhì)線，計算牙體左半部梯度值分布范圍，取出梯度大于此范圍中值的點，這些點大多數(shù)都屬于釉牙本質(zhì)線上的點，去除分散點，對剩下的屬于釉牙本質(zhì)線的點進行一定的平滑就得到了左側(cè)釉牙本質(zhì)線。
梯度計算公式如下(x，y)＝I(x-3，y)-I(x+3，y)對牙體右半部重復(fù)左側(cè)相同的操作，得到右側(cè)釉牙本質(zhì)線；(5)計算機根據(jù)以上數(shù)據(jù)，在原始圖像中用點標(biāo)出牙齒齲壞區(qū)域，并打出結(jié)果數(shù)據(jù)的報告，所述的數(shù)據(jù)包括牙寬，齲壞數(shù)目，齲壞位置，齲壞寬度，齲壞深度，齲壞密度。
本發(fā)明的優(yōu)點是簡便易行，且經(jīng)過該方法處理的X線原始圖像能夠準(zhǔn)確標(biāo)出牙齒齲損部位，齲損密度、范圍和深度，大幅度提高了確診率。


圖1為X線原始圖像圖2為本發(fā)明沿待處理牙邊緣向牙體內(nèi)部作灰度變化分析時的圖像圖3為本發(fā)明的平滑等灰度曲線圖(上部為牙體左側(cè)鄰面的曲線圖，下部為牙體右側(cè)鄰面的曲線圖)圖4為經(jīng)本發(fā)明的方法處理過的圖像具體實施方式
如圖1至圖4所示，一種用計算機對牙鄰面齲損X線圖像的處理方法，它包括如下步驟(1)提取待處理牙齒的X線圖像，將獲得的待處理牙齒的X線圖像輸入計算機中；首先取得齲壞牙齒的X線原始圖像，X線原始圖像包括由傳統(tǒng)的X光片膠片(以平行投照合翼片為佳)掃描后獲得X光片始圖像和直接與間接數(shù)字化X線原始圖像；前者經(jīng)掃描儀后存儲圖像，后者則直接以圖像形式存入計算機。
(2)標(biāo)出輸入圖像中含有齲損牙齒的邊緣；首先將待檢測的牙齒圖像(以下簡稱待測牙，見附圖1)，從待處理的牙X線(一張牙X線包括多顆牙)中大致切下來。以肉眼確定此圖像中包含了整個待測牙齒即可。
待測牙圖像內(nèi)容分較亮的前景和較暗的背景。前景即包含一顆位于圖像中心的完整的待測牙，以及它左右相鄰的兩顆牙的一部分，牙根向下。邊緣提取的目的是將待測牙從圖像中完整分離出來。
邊緣提取采用直方圖和分形結(jié)合的方法用直方圖方法分離前景和背景，得到前景輪廓圖。用直方圖找到牙片中的牙齒(以下簡稱前景)和牙齒所在口腔環(huán)境背景(以下簡稱背景)的分界灰度值。以此分界灰度值為閾值分離前景和背景，得到前景輪廓圖。此時的前景輪廓中含有完整的待處理牙及與它相鄰的兩顆牙的一部分。因此，此時提取的前景輪廓邊緣并非真實的牙體邊緣，僅僅給出了牙體邊緣的大致位置，待測牙與其左右兩側(cè)相鄰牙的分界線的大致位置，和待測牙的粗略輪廓。待測牙左側(cè)分界線大致位置的確定是取前景輪廓圖左半部分，待測牙與其左側(cè)相鄰牙的真實分界線包含在這部分中。確定前景上邊緣和下邊緣相距最近的點，并在此處以直線連接上下邊緣。此連接線給出了分界線的大致位置。待測牙右側(cè)分界線大致位置的確定是取前景輪廓圖右半部分，做同左側(cè)分界線大致位置的確定的相同處理，得到待處理牙與其右側(cè)相鄰牙分界線的大致位置。待測牙的粗略輪廓的確定是上述左右分界線和前景上下邊緣共同構(gòu)成待測牙的粗略輪廓線。它們共同圍住的圖像中心區(qū)域，就是待測牙的大致范圍。
用分形法確定待測牙的確切輪廓邊緣，包括如下步驟(a)置點，在待測牙的粗略輪廓線上以8(或16)像素間距置點，并以這些點為心做17×17(或33×33)的正方塊，選擇塊尺寸，使這些塊完全覆蓋真實牙邊界，各塊中心點的間距為塊邊長的一半。
(b)塊操作，任取一塊作為原始塊。將其縮小一半(17×17→9×9，或33×33→17×17)構(gòu)成模板塊。在原始塊中找出與模板最相似的小塊。因為原始塊中包含牙邊界，而牙邊界是模板中最明顯的特征，所以如此得到的小塊中仍然包含真實邊界在內(nèi)(可以模板與小塊的差平方和或差絕對值和最小作為″相似″判據(jù))。如上所述，在原始塊中找出二不相交小塊，這兩個小塊仍會覆蓋邊界。
(c)遍歷，對a中找到的所有塊進行b中操作，得到2倍于原始塊數(shù)目的小塊及其中心點。如b所述，所有小塊仍覆蓋邊界。
(d)迭代，以c中結(jié)果小塊為新原始塊，重復(fù)b、c步驟。每次重復(fù)都使塊尺度縮小為原來的一半，且所有小塊覆蓋邊界。反復(fù)重復(fù)b、c步驟，直至塊尺度縮小為1×1。此時所有中心點都是真實邊界點。用膨脹腐蝕法將找到的邊界點連接成連續(xù)光滑的曲線，得到待測牙的確切邊緣輪廓。
(3)沿標(biāo)出的圖像中左右兩側(cè)牙齒邊緣向內(nèi)作圖像灰度變化分析，獲得圖像中牙齒的平滑等灰度曲線，沿牙邊緣向牙體內(nèi)部作等灰度曲線，以顯示X線圖像上牙體正異常區(qū)域的結(jié)構(gòu)層次的灰度分配與變化情況，見附圖2。平滑等灰度曲線，計算公式為 其中y為等灰度線上點的垂直位置坐標(biāo)，f(y)為水平坐標(biāo)，i代表點數(shù)。
(4)用獲取圖像中牙齒的平滑等灰度曲線，與(由醫(yī)生作出的人體)病理牙齒切片顯微X線檢查已得到的牙齒齲損數(shù)據(jù)(已輸入計算機中)進行比對，在獲得圖像中牙齒的平滑等灰度曲線上，齲損部位表現(xiàn)為沿牙邊緣一定厚度范圍內(nèi)的局部凹區(qū)域，依據(jù)比對結(jié)果，確定凹區(qū)域的最小凹陷程度和范圍，找到所有凹區(qū)域并進行標(biāo)注，對待測牙左右鄰面進行凹區(qū)域標(biāo)注。因此沿左右兩側(cè)牙邊緣的等灰度曲線，在一定厚度范圍內(nèi)搜索，找到所有凹區(qū)域并進行標(biāo)注。以二階導(dǎo)數(shù)大于零作為″凹″的判據(jù)，這里使用的二階導(dǎo)數(shù)計算公式為Δ＝f(y-5)-2×f(y)+f(y+5)，式中Δ為二階導(dǎo)數(shù)值，其中y為等灰度線上點的垂直位置坐標(biāo)，f(y)為水平坐標(biāo)，f(y)為水平坐標(biāo)。
去除與齲壞無關(guān)的凹區(qū)域。
計算每一個凹區(qū)域特征參數(shù)。包括平行于邊緣方向的寬度、垂直于邊緣方向的深度、二階導(dǎo)數(shù)的曲率、分散度為凹區(qū)域面積(寬度×深度)/凹區(qū)域內(nèi)凹點(二階導(dǎo)數(shù)＞0)數(shù)目，將凹區(qū)域特征參數(shù)與牙齒切片顯微X線檢查得到的齲壞部位的相應(yīng)參數(shù)進行比對，去除與齲壞部位參數(shù)不相符的凹區(qū)域。去除無關(guān)者后剩下的凹區(qū)域就是最終認(rèn)定的齲壞(疑似)區(qū)。分散度＜0.2同時滿足下述條件之一者認(rèn)定為齲壞(疑似)部位(a)寬度＞牙寬10％，且深度＞牙寬5％；(b)牙寬2％＜寬度＜牙寬10％，深度＞牙寬8％，且區(qū)域內(nèi)二階導(dǎo)數(shù)最大值＞2。
齲壞深度的確定對確認(rèn)的齲壞疑似區(qū)進行掃描，找出區(qū)域內(nèi)所有等灰度線中距邊緣最遠(yuǎn)的凹點，此點到邊緣的距離確定為齲壞深度。
齲壞寬度的確定找出區(qū)域內(nèi)所有等灰度線中最高的凹點和最低的凹點，此二點間的豎直距離確認(rèn)為齲壞寬度釉牙本質(zhì)界即牙體外部密度較高部分與內(nèi)部密度略低部分牙體結(jié)構(gòu)的分界線的確定。作為齲壞嚴(yán)重程度的度量，需要報告齲壞和釉牙本質(zhì)線的相對位置。因此有必要確定釉牙本質(zhì)線的確切位置。
左側(cè)釉牙本質(zhì)線提取，因為釉牙本質(zhì)線是牙體邊緣密度較高部分與內(nèi)部密度略低部分牙體結(jié)構(gòu)的分界線，所以釉牙本質(zhì)線所在位置的圖像灰度梯度比牙體其它部位梯度大。計算牙體左半部梯度值分布范圍，取出梯度大于此范圍中值的點。這些點絕大多數(shù)都屬于釉牙本質(zhì)線，只有個別分散點。去除分散點，對剩下的屬于釉牙本質(zhì)線的點進行一定的平滑就得到了左側(cè)釉牙本質(zhì)線。
梯度計算公式如下(x，y)＝I(x-3，y)-I(x+3，y)。其中(x，y)和f(x，y)分別為圖像在點(x，y)的梯度值和灰度值，其中x，y為象素坐標(biāo)，I(x，y)為x，y點象素的灰度值。
對牙體右半部重復(fù)左側(cè)相同的操作，得到右側(cè)釉牙本質(zhì)線。
(5)計算機根據(jù)以上數(shù)據(jù)，在原始圖像中用點標(biāo)出牙齒齲壞區(qū)域，如圖4所示。并打出結(jié)果數(shù)據(jù)的報告，所述的數(shù)據(jù)包括牙寬，齲壞數(shù)目，齲壞位置，齲壞寬度，齲壞深度，齲壞密度。
結(jié)合獲得的數(shù)據(jù)，在X線原始圖像中標(biāo)出帶牙齒齲壞區(qū)的圖像，并將其輸出打印，完成經(jīng)本發(fā)明的方法處理過的圖像。
總之，本發(fā)明方法簡便易行，提高X線診斷的敏感性、準(zhǔn)確性，達(dá)到并超出膠片的專家肉眼診斷水平，以指導(dǎo)臨床治療，另可用于早期牙齲病的基礎(chǔ)實驗研究，可推廣使用。
權(quán)利要求
1.一種用計算機對牙鄰面齲損X線圖像的處理方法，其特征在于它包括如下步驟(1)提取待處理牙齒的X線圖像，將獲得的待處理牙齒的X線圖像輸入計算機中；(2)標(biāo)出輸入圖像中含有齲損牙齒的邊緣；(3)沿標(biāo)出的圖像中左右兩側(cè)牙齒邊緣向內(nèi)作圖像灰度變化分析，獲得圖像中牙齒的平滑等灰度曲線，平滑等灰度曲線的計算公式為 (4)用獲取圖像中牙齒的平滑等灰度曲線，與病理牙齒切片顯微X線檢查已得到的牙齒齲損數(shù)據(jù)進行比對，在獲得圖像中牙齒的平滑等灰度曲線上齲損部位表現(xiàn)為沿牙邊緣一定厚度范圍內(nèi)的局部凹區(qū)域，依據(jù)比對結(jié)果，確定凹區(qū)域的最小凹陷程度和范圍，找到所有凹區(qū)域并進行標(biāo)注，以二階導(dǎo)數(shù)大于零作為凹區(qū)域的判據(jù)，二階導(dǎo)數(shù)計算公式為Δ＝f(y-5)-2×f(y)+f(y+5)，計算每一個凹區(qū)域特征參數(shù)、寬度、深度、曲率和分散度，將其與牙齒切片顯微X線檢查得到的齲壞部位的相應(yīng)參數(shù)進行比對，分散度＜0.2同時滿足下述條件之一為齲壞部位凹區(qū)域(a)寬度＞牙寬9～11％，且深度＞牙寬4～6％；(b)牙寬1～3％＜寬度＜牙寬9～11％，深度＞牙寬7～9％，且區(qū)域內(nèi)二階導(dǎo)數(shù)最大值＞2；齲壞深度、寬度和釉牙本質(zhì)線的確定齲壞深度的確定是對確認(rèn)的齲壞部位凹區(qū)域進行掃描，找出該凹區(qū)域內(nèi)所有平滑等灰度線中距邊緣最遠(yuǎn)的凹點，此點到邊緣的距離確定為齲壞深度；齲壞寬度的確定是找出該凹區(qū)域內(nèi)所有平滑等灰度線中最高的凹點和最低的凹點，此二點間的豎直距離確認(rèn)為齲壞寬度；確定釉牙本質(zhì)線的確切位置是先提取左側(cè)釉牙本質(zhì)線，計算牙體左半部梯度值分布范圍，取出梯度大于此范圍中值的點，這些點大多數(shù)都屬于釉牙本質(zhì)線上的點，去除分散點，對剩下的屬于釉牙本質(zhì)線的點進行一定的平滑就得到了左側(cè)釉牙本質(zhì)線，梯度計算公式如下(x，y)＝I(x-3，y)-I(x+3，y)對牙體右半部重復(fù)左側(cè)相同的操作，得到右側(cè)釉牙本質(zhì)線；(5)計算機根據(jù)以上數(shù)據(jù)，在原始圖像中用點標(biāo)出牙齒齲壞區(qū)域，并打出結(jié)果數(shù)據(jù)的報告，所述的數(shù)據(jù)包括牙寬，齲壞數(shù)目，齲壞位置，齲壞寬度，齲壞深度，齲壞密度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用計算機對牙鄰面齲損X線圖像的處理方法，該方法包括提取待處理牙齒的X線圖像，將獲得的待處理牙齒的X線圖像輸入計算機中，標(biāo)出輸入圖像中含有齲損牙齒的邊緣，找出并在原始圖像中標(biāo)出包括牙寬，齲壞數(shù)目，齲壞位置，齲壞寬度，齲壞深度，齲壞密度等點數(shù)據(jù)，本發(fā)明的方法簡便易行，且經(jīng)過該方法處理的X線原始圖像能夠準(zhǔn)確標(biāo)出牙齒齲損部位，齲損密度、范圍和深度，大幅度提高了確診率。
文檔編號G06F17/00GK1723855SQ20051001201
公開日2006年1月25日 申請日期2005年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月27日
發(fā)明者李涢, 葉衛(wèi)平, 李玉晶 申請人:首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京口腔醫(yī)院