[發明專利]一種由二維X光圖像重建三維體圖像的方法及其應用

有效

• 申請號: 201610157767.4
• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN107203988B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 裴玉茹;戴帆帆;查紅彬;許天民;馬賡宇
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/529;G06T15/10
• 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

本發明公布了一種由二維X光圖像重建三維體圖像的方法，包括訓練回歸模型階段和在線重建三維體圖像階段；利用成對的三維體圖像與其對應的二維X光圖像訓練得到回歸森林模型；再輸入一張二維X光圖像，采用訓練回歸模型階段學習獲得的回歸森林模型進行預測，得到三維體圖像；該方法應用于對顱骨形態進行重建生成三維顱面體圖像，使用錐束CT圖像作為訓練數據訓練回歸模型，可以一張X光片通過重建得到的體圖像中三維骨結構表面，大大降低了回歸預測的計算代價，同時利用迭代修正可以有效改善重建體圖像精度，重建得到的三維體圖像可用于口腔臨床對于顱面生長規律的分析。

技術領域

本發明涉及計算機視覺和圖像處理技術領域，尤其涉及一種由二維X光片重建三維體圖像的方法，可應用于對顱骨形態進行重建，生成三維顱面體圖像。

背景技術

從二維X光圖像重建三維結構的技術可以分為基于立體視覺的方法、2D-3D配準方法以及基于統計形狀的方法。其中，基于立體視覺的方法通常使用一組從不同視點采集的X光圖像，利用shape-from-X技術估計三維幾何信息。但是生長數據庫中在同一時刻常常只有一張X光圖像，并不足以利用立體視覺方法重建三維幾何結構。此外，只有圖像輪廓或者具有豐富紋理部分的幾何結構細節可以得到有效重建。基于圖像灰度的2D-3D配準方法可以從一張X光圖像中重建三維體圖像，將常用的3D-3D圖像配準測度調整后可用于2D-3D圖像配準問題，例如隨機秩相關，稀疏直方圖，以及互信息的變分近似等。在基于圖像灰度的2D-3D配準過程中，二維以及三維圖像的概率密度估計，以及利用數字重建X光圖像(DRR)技術從三維變形體圖像中估計對應的二維投影，都通常對應著較為復雜的計算以及較大的時間代價。此外多數基于灰度的2D-3D配準方法僅處理剛性變換，這并不適合從存檔的X光圖像中重建對應的三維顱面體圖像。基于統計的方法試圖最小化三維可變形模型的投影與二維X光圖像之間差異。其中可變形模型通常由對一組已知的三維模型進行統計分析得到。考慮到復雜的顱面結構，難以調節統計表面模型使顱面結構細節與目標X光圖像一致。而基于灰度的統計模型中包含稠密的的幾何形態細節，并可用于三維重建。但基于灰度的統計模型在重建過程中仍然需要費時的DRR技術，在每步迭代中從變形的統計灰度模型中估計對應的二維投影。基于部分最小二乘回歸技術(partial least squares regression(PLSR))可以在三維體圖像估計過程中避免DRR的計算，但是在學習映射函數時，需要額外的三維代理(surrogate)網格模型，從而會增加系統對于數據的需求，同時加大回歸模型的訓練代價。

在實際應用中，三維幾何形態是度量顱面結構生長的重要依據。在醫學臨床方面，在錐束CT(CBCT)等三維成像技術投入臨床使用之前，用于記錄顱面生長的數據庫僅包含二維的X光圖像，并沒有三維顱面形態的體圖像數據，需要對傳統的存檔文件進行三維重建得到三維顱面形態。上述現有的三維重建方法存在對數據的需求較高、計算較復雜和時間代價較大等不足。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種由二維X光片重建三維體圖像的方法及其應用，使用錐束CT(CBCT)圖像作為訓練數據訓練回歸模型，本發明方法可應用于對顱骨形態進行重建，生成三維顱面體圖像。