技术领域
本发明涉及一种用计算机对牙邻面龋损X线图像的处理方法。
背景技术
传统的牙齿早期龋病在内的邻面牙齿龋损的X线原始图像，如图1所示，只 能供医生所见诊断参考，再凭医生经验进行确诊。在X线原始图像中不能标出 牙齿龋损部位，牙齿龋损密度、范围和深度。医生依X线原始图像诊断会造成 大量牙齿早期龋病的误诊和漏诊。
发明内容
本发明的目的是提供一种用计算机对牙邻面龋损X线图像的处理方法，该方 法简便易行，且经过该方法处理的X线原始图像能够准确标出牙齿龋损部位，龋 损密度、范围和深度，以大幅度提高确诊率。
本发明的处理方法，它包括如下步骤：
(1)提取待处理牙齿的X线图像，将获得的待处理牙齿的X线图像输入计算机 中；
(2)标出输入图像中含有龋损牙齿的边缘；
(3)沿标出的图像中左右两侧牙齿边缘向内作图像灰度变化分析，获得图像 中牙齿的平滑等灰度曲线，平滑等灰度曲线的计算公式为：
(4)用获取图像中牙齿的平滑等灰度曲线，与病理牙齿切片显微X线检查已 得到的牙齿龋损数据进行比对，在获得图像中牙齿的平滑等灰度曲线上龋损部 位表现为沿牙边缘一定厚度范围内的局部凹区域，依据比对结果，确定凹区域 的最小凹陷程度和范围，找到所有凹区域并进行标注，以二阶导数大于零作为 凹区域的判据，二阶导数计算公式为：
Δ＝f(y-5)-2×f(y)+f(y+5)，
计算每一个凹区域特征参数、宽度、深度、曲率和分散度，将其与牙齿切片 显微X线检查得到的龋坏部位的相应参数进行比对，分散度＜0.2同时满足下述 条件之一为龋坏部位凹区域：
(a)宽度＞牙宽9～11％，且深度＞牙宽4～6％；
(b)牙宽1～3％＜宽度＜牙宽9～11％，深度＞牙宽7～9％，且区域内二阶导数 最大值＞2；
龋坏深度、宽度和釉牙本质线的确定：
龋坏深度的确定是对确认的龋坏部位凹区域进行扫描，找出该凹区域内所 有平滑等灰度线中距边缘最远的凹点，此点到边缘的距离确定为龋坏深度；
龋坏宽度的确定是找出该凹区域内所有平滑等灰度线中最高的凹点和最 低的凹点，此二点间的竖直距离确认为龋坏宽度；
确定釉牙本质线的确切位置是先提取左侧釉牙本质线，计算牙体左半部 梯度值分布范围，取出梯度大于此范围中值的点，这些点大多数都属于釉牙本质 线上的点，去除分散点，对剩下的属于釉牙本质线的点进行一定的平滑就得到 了左侧釉牙本质线。
梯度计算公式如下：(x，y)＝I(x-3，y)-I(x+3，y)
对牙体右半部重复左侧相同的操作，得到右侧釉牙本质线；
(5)计算机根据以上数据，在原始图像中用点标出牙齿龋坏区域，并打出结 果数据的报告，所述的数据包括牙宽，龋坏数目，龋坏位置，龋坏宽度，龋坏 深度，龋坏密度。
本发明的优点是简便易行，且经过该方法处理的X线原始图像能够准确标出 牙齿龋损部位，龋损密度、范围和深度，大幅度提高了确诊率。
附图说明
图1为X线原始图像
图2为本发明沿待处理牙边缘向牙体内部作灰度变化分析时的图像
图3为本发明的平滑等灰度曲线图(上部为牙体左侧邻面的曲线图，下部为 牙体右侧邻面的曲线图)
图4为经本发明的方法处理过的图像
具体实施方式
如图1至图4所示，一种用计算机对牙邻面龋损X线图像的处理方法，它包括 如下步骤：
(1)提取待处理牙齿的X线图像，将获得的待处理牙齿的X线图像输入计算机 中；
首先取得龋坏牙齿的X线原始图像，X线原始图像包括由传统的X光片胶 片(以平行投照合翼片为佳)扫描后获得X光片始图像和直接与间接数字化X 线原始图像；前者经扫描仪后存储图像，后者则直接以图像形式存入计算机。
(2)标出输入图像中含有龋损牙齿的边缘；首先将待检测的牙齿图像(以 下简称待测牙，见附图1)，从待处理的牙X线(一张牙X线包括多颗牙)中 大致切下来。以肉眼确定此图像中包含了整个待测牙齿即可。
待测牙图像内容分较亮的前景和较暗的背景。前景即包含一颗位于图像中 心的完整的待测牙，以及它左右相邻的两颗牙的一部分，牙根向下。边缘提取 的目的是将待测牙从图像中完整分离出来。
边缘提取采用直方图和分形结合的方法：
用直方图方法分离前景和背景，得到前景轮廓图。用直方图找到牙片中的 牙齿(以下简称前景)和牙齿所在口腔环境背景(以下简称背景)的分界灰度值。以 此分界灰度值为阈值分离前景和背景，得到前景轮廓图。此时的前景轮廓中含 有完整的待处理牙及与它相邻的两颗牙的一部分。因此，此时提取的前景轮廓 边缘并非真实的牙体边缘，仅仅给出了牙体边缘的大致位置，待测牙与其左右两 侧相邻牙的分界线的大致位置，和待测牙的粗略轮廓。待测牙左侧分界线大致 位置的确定是取前景轮廓图左半部分，待测牙与其左侧相邻牙的真实分界线包 含在这部分中。确定前景上边缘和下边缘相距最近的点，并在此处以直线连接 上下边缘。此连接线给出了分界线的大致位置。待测牙右侧分界线大致位置的 确定是取前景轮廓图右半部分，做同左侧分界线大致位置的确定的相同处理， 得到待处理牙与其右侧相邻牙分界线的大致位置。待测牙的粗略轮廓的确定是 上述左右分界线和前景上下边缘共同构成待测牙的粗略轮廓线。它们共同围住 的图像中心区域，就是待测牙的大致范围。
用分形法确定待测牙的确切轮廓边缘，包括如下步骤：
(a)置点，在待测牙的粗略轮廓线上以8(或16)像素间距置点，并以这些点 为心做17×17(或33×33)的正方块，选择块尺寸，使这些块完全覆盖真实牙 边界，各块中心点的间距为块边长的一半。
(b)块操作，任取一块作为原始块。将其缩小一半(17×17→9×9，或33×33 →17×17)构成模板块。在原始块中找出与模板最相似的小块。因为原始块中 包含牙边界，而牙边界是模板中最明显的特征，所以如此得到的小块中仍然包 含真实边界在内(可以模板与小块的差平方和或差绝对值和最小作为″相似″判 据)。如上所述，在原始块中找出二不相交小块，这两个小块仍会覆盖边界。
(c)遍历，对a中找到的所有块进行b中操作，得到2倍于原始块数目的小 块及其中心点。如b所述，所有小块仍覆盖边界。
(d)迭代，以c中结果小块为新原始块，重复b、c步骤。每次重复都使块 尺度缩小为原来的一半，且所有小块覆盖边界。反复重复b、c步骤，直至块 尺度缩小为1×1。此时所有中心点都是真实边界点。用膨胀腐蚀法将找到的边 界点连接成连续光滑的曲线，得到待测牙的确切边缘轮廓。
(3)沿标出的图像中左右两侧牙齿边缘向内作图像灰度变化分析，获得图像 中牙齿的平滑等灰度曲线，沿牙边缘向牙体内部作等灰度曲线，以显示X线图像 上牙体正异常区域的结构层次的灰度分配与变化情况，见附图2。 平滑等灰度曲线，计算公式为： 其中y为等灰度线上点 的垂直位置坐标，f(y)为水平坐标，i代表点数。
(4)用获取图像中牙齿的平滑等灰度曲线，与(由医生作出的人体)病理牙 齿切片显微X线检查已得到的牙齿龋损数据(已输入计算机中)进行比对，在获 得图像中牙齿的平滑等灰度曲线上，龋损部位表现为沿牙边缘一定厚度范围内 的局部凹区域，依据比对结果，确定凹区域的最小凹陷程度和范围，找到所有 凹区域并进行标注，
对待测牙左右邻面进行凹区域标注。因此沿左右两侧牙边缘的等灰度曲 线，在一定厚度范围内搜索，找到所有凹区域并进行标注。以二阶导数大于零 作为″凹″的判据，这里使用的二阶导数计算公式为：
Δ＝f(y-5)-2×f(y)+f(y+5)，
式中Δ为二阶导数值，其中y为等灰度线上点的垂直位置坐标， f(y)为水平坐标，f(y)为水平坐标。
去除与龋坏无关的凹区域。
计算每一个凹区域特征参数。包括平行于边缘方向的宽度、垂直于边缘方 向的深度、二阶导数的曲率、分散度为凹区域面积(宽度×深度)/凹区域内凹点 (二阶导数＞0)数目，将凹区域特征参数与牙齿切片显微X线检查得到的龋坏部 位的相应参数进行比对，去除与龋坏部位参数不相符的凹区域。去除无关者后 剩下的凹区域就是最终认定的龋坏(疑似)区。分散度＜0.2同时满足下述条件之 一者认定为龋坏(疑似)部位：
(a)宽度＞牙宽10％，且深度＞牙宽5％；
(b)牙宽2％＜宽度＜牙宽10％，深度＞牙宽8％，且区域内二阶导数最大值＞2。
龋坏深度的确定：对确认的龋坏疑似区进行扫描，找出区域内所有等灰度线 中距边缘最远的凹点，此点到边缘的距离确定为龋坏深度。
龋坏宽度的确定：找出区域内所有等灰度线中最高的凹点和最低的凹点，此 二点间的竖直距离确认为龋坏宽度
釉牙本质界即牙体外部密度较高部分与内部密度略低部分牙体结构的分界 线的确定。作为龋坏严重程度的度量，需要报告龋坏和釉牙本质线的相对位置。 因此有必要确定釉牙本质线的确切位置。
左侧釉牙本质线提取，因为釉牙本质线是牙体边缘密度较高部分与内部密度 略低部分牙体结构的分界线，所以釉牙本质线所在位置的图像灰度梯度比牙体其 它部位梯度大。计算牙体左半部梯度值分布范围，取出梯度大于此范围中值的点。 这些点绝大多数都属于釉牙本质线，只有个别分散点。去除分散点，对剩下的属 于釉牙本质线的点进行一定的平滑就得到了左侧釉牙本质线。
梯度计算公式如下：(x，y)＝I(x-3，y)-I(x+3，y)。其中(x，y)和f(x，y)分 别为图像在点(x，y)的梯度值和灰度值，其中x，y为象素坐标，I(x，y)为 x，y点象素的灰度值。
对牙体右半部重复左侧相同的操作，得到右侧釉牙本质线。
(5)计算机根据以上数据，在原始图像中用点标出牙齿龋坏区域，如图4所 示。并打出结果数据的报告，所述的数据包括牙宽，龋坏数目，龋坏位置，龋 坏宽度，龋坏深度，龋坏密度。
结合获得的数据，在X线原始图像中标出带牙齿龋坏区的图像，并将其输出 打印，完成经本发明的方法处理过的图像。
总之，本发明方法简便易行，提高X线诊断的敏感性、准确性，达到并超出 胶片的专家肉眼诊断水平，以指导临床治疗，另可用于早期牙龋病的基础实验研 究，可推广使用。