[发明专利]一种针对上颌窦膜形态变化的分割方法

说明书

本发明提供一种针对上颌窦膜形态变化的分割方法，在已获得的上颌窦三维断层图像中分割提取出上颌窦空气腔模型和上颌窦骨腔初始模型，利用顶点筛选方法扫描颌窦骨腔初始模型内表面获取内表面顶点，利用平均顶点距离滤波方法筛选并删除异常顶点，并利用筛选完毕后的顶点构建顶点曲面。将顶点曲面贴合至上颌窦骨腔初始模型内表面，生成上颌窦骨腔重建模型；用上颌窦骨腔重建模型减去上颌窦空气腔模型得到囊肿或粘膜的分割结果。本发明能有效分割出厚度小于2mm的囊肿或粘膜。

技术领域

本发明涉及生物医学图像领域，更具体地，涉及一种针对上颌窦膜形态变化的分割方法。

背景技术

最近，利用CBCT(锥束计算机断层扫描)图像研究上颌窦的囊肿和粘膜结构形态和位置的异常形态变化与牙齿病变的关联性逐渐受到关注。上颌窦是位于眼睛下方上颌骨的一对窦，上颌窦被四个相邻的骨头包围：上颌骨的牙槽突、颧骨、眼眶下壁和鼻腔的侧壁。几何上，上颌窦是金字塔形结构，其顶点位于颧骨的外侧边界，基部位于鼻内侧边界，它的矢状切片显示了它的横截面如何从三角形变为四边形。上颌窦窦腔内存在大量的开口以及残缺的薄骨边界，这给窦腔内的囊肿分割带来了很大的难度。因此，准确切割和量化粘膜增厚为将来更详细地探索病理发现提供了基础。上颌窦最常见的形态变化是囊肿和增厚的粘膜，为了量化粘膜增厚和囊肿的厚度，应首先获得上颌窦窦腔的粘膜分割。对于囊肿(＞5mm)的分割，区域生长的方法可以适用于大多数囊肿分割，使用分割工具来准确切割出来；但是对于粘膜厚度小于2mm的上颌窦粘膜增生，一般的区域生长的算法就无法准确分割，通常会生长不充分或者生长过度。

另一种方法是使用主动轮廓的多对象分割工具，如3DSlicer中的鲁棒统计分割器，它的迭代演变是由局部鲁棒统计数据驱动的，在每次迭代中更新中位数和四分位间距。它更能抵抗噪音和强度不均匀性，是一种使用快速增长的有效交互式医学图像分割方法，用户在切片图像的目标分割区域上手动绘制一些标签，然后自动生长直到囊肿的边界。然而，上颌窦结构异常可能会导致上颌窦骨腔的骨边界缺失，有囊肿或者粘膜增厚症状的上颌窦通常会有不同程度的结构变形，同时后窦壁的薄骨不能通过阈值法分割提取出来，进而会造成比较大的破洞和宽口以及上颌窦靠近鼻窦的一侧存在的大量的开口，这通常会导致生长泄漏在开口、细骨断裂边界处。此外，对于较小厚度(＜3mm)的囊肿，生长分割难度进一步复杂化，粘膜形状更不规则，厚度更加小，分割难度非常大，这给粘膜或者囊肿分割算法带来很大的困难。

2019年6月14日公开的中国专利CN109886969A提供了一种呼吸道内窥光学相干断层图像的三维自动分割方法，包括图像预处理和呼吸道组织分割两个步骤；其步骤包括：(1)图像预处理，具体是：(1.1)去噪；(1.2)去除塑料保护套管；(1.3)二值化和区域滤波；(1.4)检测上边界；(2)呼吸道组织分割，具体步骤包括：(2.1)使用三维图搜索算法检测出图像中呼吸道内腔表面的边界；(2.2)使用三维图搜索方法分别在不同的搜索区域内分割粘膜与粘膜下层组织。该方法可以迅速、平滑的获得粘膜分割结果，但分割出的粘膜厚度仍不够薄。

发明内容

本发明为克服现有技术分割出的上颌窦的粘膜或囊肿厚度不够薄的缺陷，提供一种针对上颌窦膜形态变化的分割方法。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种针对上颌窦膜形态变化的分割方法，包括以下步骤：

S1：使用CT扫描技术获得上颌窦三维断层图像，记为R；

S2：在上颌窦三维断层图像R中分割提取出上颌窦空气腔模型，记为A；

S3：在上颌窦三维断层图像R中初步分割提取出上颌窦骨腔初始模型，记为B；

S4：以上颌窦骨腔初始模型B内表面上突出的点为顶点，利用所述顶点构建顶点曲面；