[發明專利]一種對錐束CT圖像進行牙列分割的方法

有效

• 申請號: 201610157705.3
• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN107203998B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 裴玉茹;艾興勝;查紅彬;許天民
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 張肖琪

本發明公布了一種對錐束CT(CBCT)圖像進行牙列分割的方法，針對錐束CT圖像中的感興趣體圖像區域定義圖結構，基于半監督的隨機游走算法和三維可變形模型配準定義的柔化約束，從CBCT圖像中分割得到完整牙列。其中，利用三維可變形模型引入體圖像的柔化約束，用于處理基于半監督標簽擴散的體圖像分割中的噪聲；還采用迭代修正方法，對柔化約束下標記擴散以及三維模型對表面體素集的擬合問題，進行迭代求解，可有效地消除分割誤差，改進單次標簽擴散所獲取的牙列分割，提高分割結果的精度，可滿足口腔臨床對于精度的要求。

技術領域

本發明涉及計算機視覺和圖像處理技術領域，尤其涉及一種對錐束CT(CBCT)圖像進行牙列分割的方法。

背景技術

錐束CT(CBCT)圖像常用于頜面與口腔正畸外科輔助手術預測以及牙列對齊計劃的制定。CBCT圖像可以提供病人特定的解剖結構信息，其中包含完整的牙列信息。而傳統的基于光學的方式，例如三維激光掃描以及立體視覺設備，僅僅能夠獲取牙冠的幾何信息，其中由于牙根被埋藏在牙齦以及頜骨中無法獲取其幾何形態。在臨床口腔外科中，CBCT圖像由于其低放射劑量以及較低的采集成本，相對于傳統的CT成像技術具有極大的優勢。但是，較低的放射劑量以及信噪比一般會造成CBCT圖像質量較差，常常出現圖像退化現象，例如口腔治療以及牙齒種植在牙頜結構中放置的金屬物體造成的線束硬化(beam hardening)問題，有限視域的截斷，以及由于牙齒與周圍牙槽骨相似的灰度而造成的模糊的輪廓。同時在圖像采集過程中，病人可能有微小的頭部運動，也會造成牙齒輪廓的模糊。特別是為了診斷牙齒畸形，CBCT在采集過程中通常上下牙列處于咬合狀態，這使得上下牙列在咬合部分的分割變得更加困難。

近年來有大量技術被應用于從CT以及CBCT圖像中進行牙列分割，其中包括使用積分灰度投影、基于閾值和區域增長的方法、圖割法、基于水平集活動輪廓的方法等。積分灰度投影方法僅僅能獲取牙列的粗略分割，例如不同牙齒之間的分割平面。閾值與區域增長方法對于CBCT中可能出現的牙列與牙槽骨以及其它組織之間模糊的輪廓難以有效處理，其分割與真實的牙齒輪廓的一致性較差。基于交互的分割方法例如圖割法非常依賴初始前景區域的定義，對于不同的初始前景定義所得到的分割常常存在差異，難以重復分割結果。為了獲取可靠的分割，活動輪廓方法諸如水平集技術集成形狀以及灰度先驗、從切片圖像分割獲取的三維形狀先驗、以及隱參數表達模型，逐層對CBCT圖像進行分割。在基于水平集的方法中，對于約束項需要進行精心設計以避免分割過程中可能出現的收縮(shrinkage)以及泄露(leakage)問題。此外，在基于活動輪廓方法進行逐層分割中還可能有誤差累計的問題。此外，三維牙列模型被引入分割系統，包括三維形狀圖集以及三維形狀統計模型。圖集以及統計形狀模型一般來自大量的CT圖像，這勢必會增加對數據的需求以及數據處理的負擔。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種對錐束CT(CBCT)圖像進行牙列分割的方法，基于可變形模型的隨機游走方法，從CBCT圖像中分割得到完整牙列。

本發明的原理是：將體圖像中的分割問題定義為圖結構中的標簽擴散問題，其中，預先對少量切片圖像進行標注，并使用擴散機制對感興趣體圖像(volume of interest，VOI)中其它像素進行自動標注。首先，利用原始的隨機游走方法對CBCT圖像中牙列進行初始分割，基于原始的隨機游走的初始分割通常會包含分割錯誤，例如由于CBCT圖像退化出現的線束硬化、圖像中模糊的牙列輪廓所造成的標記擴散誤差。因此，引入三維可變形模型用于擬合由標記擴散得到的體圖像分割，利用組合Logistic函數，并基于經驗牙本質厚度定義柔化約束，將柔化約束引入隨機游走算法中更新體素的類別標簽的估計。此外，為了改善從單步柔化約束下的標記擴散所得到的圖像分割精度，引入迭代修正算法，針對系統的兩個方面，即柔化約束下標記擴散所對應的大規模稀疏線性系統和三維模型到圖像分割所得到的牙列表面體素的擬合，進行迭代求解。在每步迭代中，三維可變形模型的配準可以看作是對體素標記的正則化，該過程可以有效地消除分割誤差。

本發明提供的技術方案是：