[发明专利]基于注意力机制和集成配准的口腔腭部软硬组织分割方法

说明书

一种基于注意力机制和集成配准的口腔腭部软硬组织分割方法，包括：首先，获取CBCT图像，经过数据标注后，将图像划分为训练集、验证集和测试集；其次，将训练集输入至搭建好的口腔腭部软硬组织分割网络模型中；另外，在网络训练时加入随机增广方法，对输入数据进行随机尺度和不同变换种类增强；预测组织分割结果，在测试集上对模型的预测效果进行定量评价；最后，根据多腭部软硬组织分割结果进行集成配准。本发明填补了口腔腭部软硬组织分割和配准的空白，解决了组织分割不够准确的问题，降低了寻找不同病例的植入位点的时间，为病例分析设计正畸种植钉提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及口腔医学和计算机科学交叉领域，特别涉及一种基于注意力机制和集成配准的口腔腭部软硬组织分割方法。

背景技术

本研究主要针对的是口腔医学领域中的腭部软硬组织分割问题，主要来源于口腔种植钉的可植入区域的探讨，总体来说针对该区域的分割和配准研究具有以下指导意义。(1)辅助诊断部分口腔疾病，包括唇腭裂、口腔囊肿和肿瘤等；(2)辅助指导阻生尖牙的精准拔除；(3)由于存在个体差异，利用多口腔腭部软硬组织图像集成配准，解决对于口腔微种植体支抗的最佳植入位点的选择问题。

在口腔医学生理组织学中，口腔腭部由硬腭和软腭组成，前者包含腭骨和腭骨表面覆的软组织，后者通过腱膜与硬腭相连，由肌肉和黏膜组成。在解剖上，腭部是口腔和鼻腔的分界，也是消化道和呼吸道的分界，因此，对于口腔腭部软硬组织分割，在诸多方面都具有重要意义。首先，腭部由两个侧腭突和两个前腭突发育而来，在口腔颌面外科领域，腭突之间部分融合或者未融合时就会形成唇腭裂，研究表明，唇腭裂是口腔颌面部最常见的发育畸形；其次，据报道，一些囊肿和肿瘤也常常发生于腭部骨组织和软组织，如鼻腭管囊肿，先天性表皮包涵体囊肿，软腭癌（腺癌，鳞癌，恶性黑色素瘤等），对于腭部的图像分割，有助于初步确立病变的范围；此外，上颌恒尖牙是继第三磨牙以后，阻生率最高的牙齿，在人体的发生率约在0.3%-2.4%之间，尖牙阻生也以发生在腭部骨组织居多，其治疗结局往往是通过拔除阻生尖牙，避免形成囊肿和邻近的牙根或者牙槽骨吸收，通过对腭部组织的分割，有利于指导阻生尖牙的精准拔除，而不损伤邻近的牙根以及血管神经。

另外，在正畸学领域，正畸微型种植体越来越多地被用于纠正严重的排列不良，以确保为计划的牙齿移动提供支抗。而成功植入正畸微型种植体最重要的先决条件是其能在骨骼中保持稳定，并且在治疗过程中不会丢失，而口腔腭部骨组织和软组织的厚度对于微型种植体植入的成功与否具有决定性作用。鉴于口腔锥形束（Cone beam ComputerTomography，CBCT）具有辐射剂量低和硬件成本低等优点，正畸学临床上常利用CBCT进行图像测量，并计算腭部软硬组织的厚度选择口腔微种植体支抗的最佳植入位点，因此，如何从CBCT图像中分割硬腭软硬组织是进行最佳植入位点选择的首要任务。另外，由于人体口腔构造不尽相同，硬腭软硬组织的厚度和大小相差较大，为了促进寻找不同病例共同的最佳植入位点，进行口腔腭部软硬组织图像集成配准也具有重要意义。

RFB模块[1]参考 Liu S., Di H., Wang Y. Receptive Field Block Net forAccurate and Fast Object Detection.European Conference on Computer Vision,2018: 385-400.

AG模块[2]参考 Oktay O., Schlemper J., Folgoc L.L, et al. Attention U-Net: Learning Where to Look for the Pancreas, 2018, arXiv preprint arXiv:1804.03999.