[发明专利]一种牙齿CBCT图像三维分割方法及系统

权利要求书

1.一种牙齿CBCT图像三维分割方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取待分割的牙齿CBCT图像I₀；

S2、采用各向异性扩散方法对牙齿CBCT图像I₀进行预处理，得到预处理图像；

S3、采用自动阈值法从预处理图像中提取出牙齿区域I；

S4、根据牙齿区域I，采用三维可变尺度区域拟合分割模型得到牙齿三维分割结果；

所述步骤S3包括以下分步骤：

S31、设置阈值t₁去除预处理图像中的背景区域，得到去背景图像；

S32、计算去背景图像的灰度直方图，通过阈值大律法，在灰度直方图的最大化类间方差和最小化类间方差之间计算得到一个最佳阈值t₂，通过最佳阈值t₂分割去背景图像中的牙齿区域I₁和软组织区域I₂；

S33、采用形态学方法中的闭操作对牙齿区域I₁进行补洞操作，得到牙齿区域I；

所述步骤S31中阈值t₁的计算公式为：

t₁＝maxT×2％

其中maxT为预处理图像的最大灰度值；

所述步骤S4包括以下分步骤：

S41、假设牙齿区域I表示为I:Ω→R^d，其中Ω表示图像域，d表示图像维数且d≥1；

S42、设曲线C为图像域Ω中的一条闭合曲线，将整个牙齿区域I分为内部区域Ω₁＝inside(C)和外部区域Ω₂＝outside(C)；

S43、定义三维空间中任意一点x∈Ω满足局部拟合能量函数E_x(C,f₁(x),f₂(x))，其中f₁(x)和f₂(x)分别表示在以x为圆心的小区域内Ω₁＝inside(C)和Ω₂＝outside(C)的各种局部区域内的近似拟合值；

S44、对局部拟合能量函数E_x(C,f₁(x),f₂(x))进行积分，得到能量函数E(C,f₁(x),f₂(x))；

S45、将能量函数E(C,f₁(x),f₂(x))转化为等价水平集函数其中表示水平集函数；

S46、在等价水平集函数中引入距离正则项和长度项得到完整水平集形式的能量泛函

S47、将能量泛函的极小化形式通过梯度下降流表示，得到水平集函数的0-水平集曲线；

S48、不断迭代更新能量泛函的极小化形式，直到水平集函数的0-水平集曲线到达真实的牙齿边界处，得到牙齿三维分割结果；

所述步骤S43中的局部拟合能量函数E_x(C,f₁(x),f₂(x))具体为：

E_x(C,f₁(x),f₂(x))＝λ₁∫_inside(C)K(x-y)|I(y)-f₁(x)|²dy+λ₂∫_outside(C)K(x-y)|I(y)-f₂(x)|²dy

其中λ₁,λ₂均为正常数，K(·)表示核函数，I(·)表示牙齿区域，y表示图像域Ω中的所有像素点；

所述步骤S45中的等价水平集函数具体为：

其中K_σ(·)表示高斯核函数，H(·)表示赫维赛德函数，y表示图像域Ω中的所有像素点；

所述步骤S46中的距离正则项和长度项具体为：

其中δ(·)表示狄拉克函数，表示水平集函数的梯度；

所述步骤S46中的能量泛函具体为：

其中μ,v均为非负常数；

所述步骤S47中水平集函数的0-水平集曲线表示为：

其中中间函数e₁(x)和e₂(x)分别表示为：

e₁(x)＝∫_ΩK_σ(y-x)|I(x)-f₁(y)|²dy

e₂(x)＝∫_ΩK_σ(y-x)|I(x)-f₂(y)|²dy

其中δ(·)表示狄拉克函数，表示水平集函数的梯度，K_σ(·)表示高斯核函数，I(·)表示牙齿区域，y表示图像域Ω中的所有像素点，div(·)表示散度函数。

2.一种牙齿CBCT图像三维分割系统，其特征在于，所述牙齿CBCT图像三维分割系统用于配置执行如权利要求1所述的牙齿CBCT图像三维分割方法。