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线摄影(Panoramic X-ray, PX)是牙科检查中广泛使用的影像模态,但其仅提供口腔结构的扁平二维图像,缺乏三维立体视图。本文提出一个从真实世界PX图像估计三维口腔结构的框架,该框架针对不同受试者(患者)实现完整三维重建,且每次重建仅基于单张全景图像。我们根据X射线渲染的比尔-朗伯定律和PX成像的旋转原理,利用三维锥形束计算机断层扫描(CBCT)数据创建了一种名为模拟PX(SimPX)的中间表示方法。SimPX不仅能真实模拟PX,还便于逆向还原至三维数据。我们提出一种基于光线追踪的新型神经模型,该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,本方法在重建任务的定量与定性评估中均优于现有最先进技术。与先前方法不同,本方法无需任何先验信息(如牙弓形状),亦无需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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