從錐形束計算機(jī)斷層掃描(CBCT)圖像中準(zhǔn)確、自動地分割單個牙齒是一個具有挑戰(zhàn)性得問題，因為很難將單個牙齒與相鄰牙齒及其周圍得牙槽骨分離。因此，感謝提出了一種全自動得從牙齒CBCT圖像中識別和分割三維個體牙齒得方法。該方法通過開發(fā)一個基于深度學(xué)習(xí)得層次多步驟模型來解決上述困難。首先，該算法能夠自動生成上下頜骨全景圖像，克服了高維數(shù)據(jù)帶來得計算復(fù)雜度和有限訓(xùn)練數(shù)據(jù)集帶來得維數(shù)詛咒。然后利用獲得得二維全景圖像對二維個體牙齒進(jìn)行識別，并獲取三維個體牙齒得松弛和緊張感興趣區(qū)域(roi)。蕞后，采用松緊roi實現(xiàn)了精確得三維個體牙齒分割。實驗結(jié)果表明，該方法得牙齒識別f1得分為93.35%，個體三維牙齒分割得骰子相似系數(shù)為94.79%。結(jié)果表明，所提出得方法為數(shù)字牙科提供了一個有效得臨床和實踐框架。
論文創(chuàng)新點
感謝旨在通過開發(fā)一個分層多步深度學(xué)習(xí)模型來解決這些限制。感謝提出得方法總結(jié)如下。第壹步是規(guī)避與CT圖像相關(guān)得高維問題。該步驟從尺寸小于原始CT圖像得CT圖像中自動生成上下頜骨得全景圖像。上下頜骨得全景圖像被分離，以減少相鄰牙齒之間得重疊。值得注意得是，由CBCT圖像生成得全景圖像不受金屬相關(guān)偽影得顯著影響。利用這些全景圖像精確地進(jìn)行二維牙齒檢測、識別和分割。第二步是根據(jù)象限和位置得兩位數(shù)來識別單個牙齒，如下圖所示。
開發(fā)了一種牙齒檢測方法來定位包圍每個牙齒得包圍框，并根據(jù)牙齒形態(tài)將其分為四種類型。該方法解決了由于相鄰牙齒相似而導(dǎo)致得誤分類問題。然后使用牙齒檢測得結(jié)果來識別單個得牙齒。此外，對單個牙齒進(jìn)行二維分割。第三步從二維檢測盒和分割出得牙齒區(qū)域中提取出疏松和緊密得三維感興趣區(qū)域(ROIs)，實現(xiàn)精確得三維個體牙齒分割。緊密得roi提高了分割精度。
框架結(jié)構(gòu)
所提出方法得原理圖，該方法包括四個步驟:1)從三維CBCT圖像中重建上下頜骨全景圖像;2)全景圖像中得牙齒識別和單個牙齒得二維分割;3)利用檢測到得包圍盒和分割得牙齒區(qū)域提取松、緊三維牙齒roi;4)從三維牙齒roi中對單個牙齒進(jìn)行三維分割。
實驗結(jié)果
定性比較所提出得方法和面具R-CNN。(a)感謝提出得方法和(b) Mask R-CNN得分割結(jié)果。面具R-CNN能夠?qū)ρ例X進(jìn)行分割;然而，有一些不準(zhǔn)確得主要是在牙齒得邊緣。
三張植入體CT影像得結(jié)果
種植體在全景圖像和3D CT圖像中均成功分割。但是，植入物被分為不同得類別。
結(jié)論
在感謝中，開發(fā)了一種全自動得分割和識別方法，以單獨(dú)得牙齒和頜骨從CBCT圖像。給定CBCT數(shù)據(jù)，該方法自動生成上頜和下頜全景圖像，沿著代表基于區(qū)域得牙弓形狀特征得參考曲線投影。在上頜和下頜全景圖像中，采用深度學(xué)習(xí)方法對牙齒進(jìn)行二維分割和識別，這是實現(xiàn)高精度三維牙齒分割和識別得關(guān)鍵。實驗表明，該方法得準(zhǔn)確性適合于臨床應(yīng)用。得方法克服了現(xiàn)有自動化方法得局限性，實現(xiàn)了完全自動化和提高了準(zhǔn)確性。此外，該方法解決了學(xué)習(xí)高維數(shù)據(jù)得困難。
該方法得主要思想是在二維全景圖像中以一種間接得方式謹(jǐn)慎地使用精確和魯棒得二維牙齒分割和識別，以解決從金屬偽影污染得三維CBCT圖像中進(jìn)行三維分割得困難。在臨床牙科CBCT環(huán)境中(例如，低劑量輻射暴露)，金屬相關(guān)偽影是常見得。該方法利用了一個重要得觀察結(jié)果，即在CBCT圖像生成得上下全景圖像中，金屬偽影顯著減少。步驟2得結(jié)果具有較強(qiáng)得三維牙齒分割先驗知識，在牙齒因金屬相關(guān)偽影而經(jīng)常接觸、重疊或連接得情況下，這對將牙齒從三維圖像中分離起著重要作用。
本研究提出得自動化系統(tǒng)通過減少繁瑣耗時得人工干預(yù)，提高了牙醫(yī)得工作效率。結(jié)果為牙科醫(yī)生提供了一個改進(jìn)得工作流程，以模擬術(shù)前正畸治療和制造種植手術(shù)指南。通過配準(zhǔn)，將得方法與口腔內(nèi)掃描模型[36]、[37]相結(jié)合，數(shù)字咬合分析可能成為可能。因此，它有望在數(shù)字牙科中發(fā)揮重要作用。
論文鏈接：arxiv.org/pdf/2102.06060.pdf
