Panoramic radiography (Panoramic X-ray, PX) is a widely used imaging modality for dental examination. However, PX only provides a flattened 2D image, lacking in a 3D view of the oral structure. In this paper, we propose a framework to estimate 3D oral structures from real-world PX. Our framework tackles full 3D reconstruction for varying subjects (patients) where each reconstruction is based only on a single panoramic image. We create an intermediate representation called simulated PX (SimPX) from 3D Cone-beam computed tomography (CBCT) data based on the Beer-Lambert law of X-ray rendering and rotational principles of PX imaging. SimPX aims at not only truthfully simulating PX, but also facilitates the reverting process back to 3D data. We propose a novel neural model based on ray tracing which exploits both global and local input features to convert SimPX to 3D output. At inference, a real PX image is translated to a SimPX-style image with semantic regularization, and the translated image is processed by generation module to produce high-quality outputs. Experiments show that our method outperforms prior state-of-the-art in reconstruction tasks both quantitatively and qualitatively. Unlike prior methods, Our method does not require any prior information such as the shape of dental arches, nor the matched PX-CBCT dataset for training, which is difficult to obtain in clinical practice.


翻译:全景X射线摄影(Panoramic X-ray, PX)是牙科检查中广泛使用的成像方式。然而,PX仅提供扁平化的二维图像,缺乏口腔结构的三维视图。本文提出一种框架,用于从真实世界PX图像中估计三维口腔结构。我们的框架针对不同受试者(患者)实现完整的三维重建,每次重建仅基于单张全景图像。我们基于X射线渲染的比尔-朗伯定律和PX成像的旋转原理,从三维锥形束计算机断层扫描(CBCT)数据中创建称为模拟PX(SimPX)的中间表征。SimPX旨在不仅真实模拟PX,还便于逆向还原为三维数据。我们提出一种基于光线追踪的新型神经模型,利用全局与局部输入特征将SimPX转换为三维输出。在推理阶段,通过语义正则化将真实PX图像转换为SimPX风格图像,再经生成模块处理产生高质量输出。实验表明,我们的方法在重建任务中无论定量还是定性均超越先前最优方法。与先前方法不同,我们的方法无需任何先验信息(如牙弓形状),也不依赖临床实践中难以获取的匹配PX-CBCT数据集进行训练。

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