TWI766446B - 基於人工智慧之口腔電腦斷層掃描影像的自動色彩轉換裝置及其驅動方法 - Google Patents

基於人工智慧之口腔電腦斷層掃描影像的自動色彩轉換裝置及其驅動方法 Download PDF

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Abstract

一種用於基於人工智慧自動轉換口腔的電腦斷層掃描影像的色彩的裝置及其驅動方法被提供。該裝置包含儲存單元，用以儲存使用者預先製作的與齒槽骨的骨密度相關的色彩轉換影像；以及控制單元，用以自動轉換後來輸入的口腔電腦斷層掃描輸入影像的色彩，控制單元自動轉換後來輸入的口腔電腦斷層掃描輸入影像的該色彩是透過：當接受治療者的口腔電腦斷層掃描輸入影像被接收，基於預設參數值轉換口腔電腦斷層掃描輸入影像的色彩，及藉由誤差值調整預設參數值，誤差值是從轉換後的口腔電腦斷層掃描輸入影像及（預先）被儲存的色彩轉換影像產生的。

Description

基於人工智慧之口腔電腦斷層掃描影像的自動色彩轉換裝置及其驅動方法
本發明概念是關於一種基於人工智慧之口腔電腦斷層掃描影像的自動色彩轉換裝置及其驅動方法，更具體地說，本發明概念是關於一種用於基於人工智慧自動轉換口腔的電腦斷層掃描(Computed tomography，CT)影像的色彩的裝置，其中該裝置可根據齒槽骨的骨密度在顯示器上自動轉換色彩(例如，當植牙虛擬置入於齒槽骨中時)以及一種該裝置的驅動方法。
牙科植體(dental implants)原本指的是當人體組織丟失時為了復原所用的替代物，而在牙醫界，植牙(dental implants)指的則是移植人造牙所作的一系列療程。為了取代失去的牙根(根部)，一種是由鈦等人體不排斥的材料所製成的牙根之固定器(fixture)會被植入已被移除牙齒的齒槽骨中，接著一顆人造牙被固定，以恢復牙齒的功能。對於一般的假體(prosthesis)或假牙(denture)，隨著時間的推移，附近的牙齒或骨骼會受到損壞，但是植體不會傷害附近的牙齒組織，並且在具有與天然牙齒相同功能或形狀的情況下不會產生蛀牙。所以，半永久地使用植體是有利的。雖然根據固定器的類型有各種治療方法，一般的人造牙療程(或稱為植牙或植牙療程)包含：使用特定的鑽頭在植牙 位置上打洞、將固定器放入齒槽骨中以將其骨整合(osseo-integrated)於骨骼上、將支柱(abutment)耦合於固定器，以及將最終的假體冠上支柱，進而完成整個療程。
牙科植體可促進單一一顆牙齒的缺失之修復、為部分缺牙或完全無牙的患者提升假牙的功能、對假牙修復美學方面做出改善、以及進一步分配施加在周圍支撐骨組織上過度的應力並穩定一整排牙齒。牙科植體通常可包含作為人造牙根的固定器、耦合於該固定器的一支柱、用來將支柱固定於固定器的一支柱螺絲，及被耦合於支柱的一人造牙。在支柱被耦合於固定器之前(即，在將固定器骨整合於齒槽骨期間)，支柱可被耦合於治療用的固定器且耦合階段也可被維護。
作為植牙部件之一的固定器，是置入於用鑽頭在齒槽骨形成的鑽孔內的一部分，並且其功能是作為人造牙根。因此，固定器被穩固地置入齒槽骨內。植體的置放因不同患者而異，因為植體的置放位置等取決於諸多因素，例如患者牙齒的狀態、需要植牙治療的牙齒位置、患者齒槽骨的狀態等。特別是，齒槽骨的骨密度是放置植體非常重要的一個因素，且植體的置放位置、深度、及方向是根據患者的骨密度狀態來決定的，這些同時是根據患者的特徵小心地決定的。
如上所述，由於植體的置放針對每個患者而言有很大不同，因此用於植牙診斷的影像產生系統已被開發，以幫助醫生準確地辨識出上述差異。依照根據相關技術的用於植牙診斷的影像產生系統，透過使用如電腦斷層掃描等將患者口腔區域視覺化地呈現，以協助模擬治療等。然而，現有問題是骨密度(其 對於植體置放的位置、深度、及方向之決定相當重要)的指標不準確，且被提供為醫生無法辨識的狀態。
具體來說，根據相關技術的植牙診斷影像產生系統僅用無色的對比度來指示齒槽骨的骨密度，因此醫生很難快速辨識齒槽骨的骨密度。此外，因為僅顯示了齒槽骨整體的骨密度，而沒有分別提供要放置植體的虛擬位置的骨密度，故醫生需要花費很長的時間才能辨識出最佳的植體放置位置。
本發明概念提供了一種用於基於人工智慧自動轉換口腔的電腦斷層掃描影像的色彩的裝置，該裝置可根據齒槽骨的骨密度自動轉換在顯示器上的色彩(例如，當一植體被虛擬地置入齒槽骨中時)，以及該裝置的驅動方法。
根據本發明概念的一個方面，一種用於基於人工智慧自動轉換一口腔的一電腦斷層掃描影像的一色彩的裝置包含：一儲存單元，被配置以儲存一使用者預先製作的一色彩轉換影像，該色彩轉換影像與一齒槽骨的骨密度相關；以及一控制單元，被配置以自動轉換後來輸入的一口腔電腦斷層掃描輸入影像的一色彩，其中該控制單元自動轉換後來輸入的該口腔電腦斷層掃描輸入影像的該色彩是透過：當接受治療者的一口腔電腦斷層掃描輸入影像被接收時，基於一預設參數值轉換該口腔電腦斷層掃描輸入影像的一色彩，以及藉由一誤差值調整該預設參數值，該誤差值是從轉換後的該口腔電腦斷層掃描輸入影像及被儲存的該色彩轉換影像產生的。
該控制單元還可被配置以：基於從所接收的該口腔電腦斷層掃描輸入影像萃取的一特徵，辨別一區域；以及基於該預設參數值，將被辨別的複數區域的複數色彩轉換為彼此不同的色彩。
該控制單元還可被配置以：在分別針對轉換後的該口腔電腦斷層掃描輸入影像及被儲存的該色彩轉換影像透過一形態學運算(morphology operation)執行影像預處理之後，計算一誤差值。
該控制單元還可被配置以：基於該使用者從用於調整該預設參數值的複數動作中選擇的一動作，轉換該口腔電腦斷層掃描輸入影像。
該控制單元還可被配置以：藉由將該口腔電腦斷層掃描輸入影像的一畫素值量化為彼此不同的複數色彩，將該口腔電腦斷層掃描輸入影像的該畫素值作為該參數值。
當該使用者將一虛擬植體置入所接收的接受治療者的該口腔電腦斷層掃描輸入影像上的該齒槽骨中，該控制單元可基於將該虛擬植體置入該齒槽骨中的一動作及該齒槽骨的一骨密度，自動轉換一色彩，並在一螢幕上視覺化及顯示轉換後的該口腔電腦斷層掃描輸入影像。
根據本發明概念的一個方面，一種驅動用於基於人工智慧自動轉換一口腔的一電腦斷層掃描影像的一色彩的裝置的方法包含：在一儲存單元中儲存一使用者預先製作的一色彩轉換影像，該色彩轉換影像與一齒槽骨的一骨密度相關；以及當接受治療者的一口腔電腦斷層掃描輸入影像被接收時，由一控制單元，自動轉換後來輸入的一口腔電腦斷層掃描輸入影像的一色彩，其中該控制單元自動轉換後來輸入的該口腔電腦斷層掃描輸入影像的該色彩是透過：基於一預設參數值轉換所接收的該口腔電腦斷層掃描輸入影像的一色彩，以及藉由一誤差值調整該預設參數值，該誤差值是從轉換後的該口腔電腦斷層掃描輸入影像及被儲存的該色彩轉換影像產生的。
在自動色彩轉換中，基於從所接收的該口腔電腦斷層掃描輸入影像萃取的一特徵，一區域可被辨別，且基於該預設參數值，被辨別的複數區域的複數色彩可被轉換為彼此不同的色彩。
在自動色彩轉換中，在分別針對轉換後的該口腔電腦斷層掃描輸入影像及被儲存的該色彩轉換影像透過一形態學運算執行影像預處理之後，一誤差值可被計算。
在自動色彩轉換中，基於該使用者從用於調整該預設參數值的複數動作中選擇的一動作，該口腔電腦斷層掃描輸入影像可被該控制單元轉換。
在自動色彩轉換中，藉由將該口腔電腦斷層掃描輸入影像的一畫素值量化為彼此不同的複數色彩，該口腔電腦斷層掃描輸入影像的該畫素值可被作為該參數值。
在自動色彩轉換中，當該使用者將一虛擬植體置入所接收的接受治療者的該口腔電腦斷層掃描輸入影像上的該齒槽骨中，基於將該虛擬植體置入該齒槽骨中的一動作及該齒槽骨的一骨密度，一色彩可被自動轉換，並可在一螢幕上被視覺化及被顯示。
如下所示：
90:電腦斷層掃描色彩轉換系統
100:口腔拍攝裝置
110:口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置
200:通訊介面單元
210:控制單元
220:口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元
230:使用者介面單元
240:儲存單元
110’:口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置
295:口腔電腦斷層掃描影像
300:特徵提取單元
310:代理單元
320:色彩轉換單元
S500、S510:步驟
透過以下結合圖式的詳細說明，本發明概念的示例性實施例能被更清楚地理解，其中：圖1繪示了根據本發明概念的一實施例的基於人工智慧的一口腔電腦斷層掃描色彩轉換系統；圖2是圖1所示的口腔電腦斷層掃描色彩轉換系統的一詳細結構的方塊圖； 圖3是圖1所示的口腔電腦斷層掃描色彩轉換系統的另一詳細結構的方塊圖；圖4繪示了數量「N」的色彩轉換方法；及圖5是圖1所示的口腔電腦斷層掃描色彩轉換系統的驅動過程的流程圖。
以下透過參考圖式詳細地描述了本發明概念的實施例。然而，本發明概念不限於此。並且，應理解，在不脫離所附的專利申請專利範圍的精神和範圍的情況下，本發明概念可以在形式和細節上進行各種改變。意即，本文所呈現的特定結構或功能僅是為了解釋本發明概念的實施例。
由於本發明概念允許各種改變和多種實施例，因此，複數實施例會被繪示在在圖式中，並被詳細描述於書面描述中。然而，這並不旨在將本發明概念限制為特定的實施模式。並且，應理解，在不脫離本發明概念的精神和技術範圍的情況下，所有改變、等同、及替代均被包含在本發明概念中。
這裡，例如「第一」和「第二」之類的用語僅用於描述各種組成元件，但是這些組成元件不受這些用語的限制。這些用語的使用目的僅為了使一個組成元件與另一個組成元件有區別。舉例而言，在不脫離本發明概念的正確範圍的情況下，第一組成元件可以被稱為第二組成元件，反之亦然。
在說明書中，當一個組成元件「連接」或「被連接」到另一個組成元件時，該組成元件可以是直接或透過其他至少一個組成元件連接或被連接到另一個組成元件。相反地，當描述一個組成元件「直接連接」或「直接被連接」到另一個組成元件時，該組成元件應被解釋為直接耦合到另一個組成元件而二 者之間沒有任何其他組成元件。其他的表達用語，例如使用「在...之間」和「直接在...之間」來描述組成元件之間的關係，也可以以相同的方式來解釋。
說明書中所使用的用語是用於解釋一特定實施例，而不是用於限制發明概念。因此，除非在上下文中另外明確指出，否則說明書中以單數形式使用的表達也包含其複數形式的表達。同樣的，例如「包括」或「包含」等類似用語可以被解釋為表示一特定特徵、數量、步驟、操作、組成元件、或其組合，但不應被解釋為排除額外的一或多個其他特徵、數量、步驟、操作、組成元件、或其組合的存在的可能性。
除非另有定義，否則本文所使用的所有用語(包含技術用語或科學用語)與本發明概念可所屬的技術領域中具有通常知識者通常理解的含義具有相同的含義。在一般的詞典中被定義的那些用語被解釋為具有與相關技術的上下文中的用語相匹配的含義，且除非另有明確定義，否則不應被解釋為理想地或過度地正式的。
下文將透過參考圖式解釋本發明概念的較佳的實施例來詳細描述本發明概念。圖式中相同的元件符號表示相同的元件。
圖1繪示了根據本發明概念的一實施例的基於人工智慧的一口腔電腦斷層掃描色彩轉換系統。
如圖1所示，根據本發明概念的一實施例的基於人工智慧的口腔電腦斷層掃描色彩轉換系統90可包含一部分或全部的口腔拍攝裝置100及口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110。
上述「包含一部分或全部」的表達可表示透過省略一些組成元件(例如，口腔拍攝裝置100)以配置基於人工智慧的口腔電腦斷層掃描色彩轉換 系統90，且可表示一些組成元件(例如，口腔拍攝裝置100)是與口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110一體成型。為幫助充分理解本發明概念，以下表達將以「包含全部」來描述。
口腔拍攝裝置100可包含用來取得例如患者或接受植牙治療者的口腔照片的裝置。舉例而言，口腔拍攝裝置100可包含例如電腦斷層掃描裝置、核磁共振(magnetic resonance)成像系統等不同裝置。另外，任何能取得在接受治療者口腔內部的齒槽骨影像等的裝置都是可用的。舉例而言，雖然電腦斷層掃描器具有能準確取得接受治療者的骨頭形狀等的優點，影像卻可能因接受治療者的口腔中的被提供的各種假牙和植體而失真。
因此，根據本發明概念的一實施例的口腔拍攝裝置100還可包含三維(three-dimensional，3D)掃描器，該三維掃描器可透過掃描牙齒石膏模具G來取得影像。掃描器所取得的影像資料可包含立體光刻(stereolithography，STL)資料，該立體光刻資料可具有ASCII或二進制格式，且可以是將三維物件的表面以一多邊形來呈現的資料，以便使三維程式中的三維物件之建模資料能在其他三維程式中被辨識。
此外，口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110可包含例如桌上型電腦、筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機、智慧型電視等各種裝置。口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110可預先儲存色彩轉換影像，該色彩轉換影像是由專家所預先製作，且與色彩轉換影像(即，齒槽骨的骨密度)相關。其被配置以讓使用者一眼就可輕易理解每個區域。舉例而言，色彩轉換影像是由在相關醫學領域、影像處理領域等具有豐富先前知識的專家透過將齒槽骨分割出一個區域，透過使用上述電腦斷層掃描器及三維掃描器所取得的第一拍攝的影像及第二拍攝的 影像，針對各個區域，調整複數轉換參數的平均值(M)及一色彩的HU值(HU value)的範圍(R)，當接收到使用者的口腔電腦斷層掃描輸入影像時，基於一預設參數值轉換所接收的電腦斷層掃描輸入影像並確定轉換後的電腦斷層掃描輸入影像的色彩轉換結果狀態，以及將一誤差值反映在預設參數值(該誤差值是根據被轉換的電腦斷層掃描輸入影像及預先儲存的色彩轉換影像所產生)，進而達到後來輸入的電腦斷層掃描輸入影像的色彩的自動轉換。
換言之，口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110可包含一程式以協助例如一植體放置療程計劃，且當一植體透過該程式的執行而被虛擬地放入一齒槽骨時，顯示器上的複數色彩根據齒槽骨的骨密度而改變，以使醫生能實施放置植體。具體而言，為了能自動執行轉換齒槽骨的骨密度的色彩，口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110可預先儲存與之前產生的齒槽骨的骨密度有關的影像資料(即，色彩轉換影像)，並透過人工智慧的深度學習等來訓練影像資料。另外，口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110可預處理各個預先儲存的影像資料及新輸入的影像資料，然後比較影像資料的不同處。當比較的結果產生了誤差值，預設參數的狀態會基於比較的結果被調整，並執行訓練。在執行訓練時，參數的自動選擇成為可能，準確性也因此被提升。
舉例而言，在本發明概念的一實施例中，當一口腔電腦斷層掃描影像被輸入以作為一參數時，一區域被分割，且大約數量為「N」的色彩被用以呈現被分割的複數區域。在呈現色彩的過程中，因為執行量化，故「N」個色彩被決定並呈現。前述的「量化」可被定義為將一變數的範圍分割為有限數量的局部範圍或區塊的一種方法，其中上述局部範圍或區塊互相不重疊。在此情況下，轉換因子可以是一參數。根據本發明概念的一實施例的口腔電腦斷層掃描色彩 轉換裝置110可基於預先儲存的影像資料(例如，相關領域專家預先人工呈現及儲存的影像資料)反映一誤差值，以透過調整該轉換因子(即，一參數)來轉換並輸出新輸入的或後來輸入的電腦斷層掃描輸入影像。其他詳細的描述容後詳述。
如此一來，口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110可利用指定的參數值來轉換口腔電腦斷層掃描輸入影像，然後比較該影像與預先儲存的影像，以確定誤差值是否產生。可針對每個動作(例如，虛擬植體放置)執行此處理，透過訓練此處理，口腔電腦斷層掃描輸入影像的色彩轉換可自動化，且可同時提升色彩轉換的準確性。舉例而言，在色彩轉換的過程中，可能會出現雜訊，且由於電腦斷層掃描醫療裝置的局限性，可能會產生非正規的(irregular)轉換結果。綜上所述，口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110透過調整最初設定的參數值來執行色彩轉換，藉此提升色彩轉換的準確性。
圖2是圖1所示的口腔電腦斷層掃描色彩轉換系統的一詳細結構的方塊圖。
如圖2所示，根據本發明概念的一實施例的口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110可包含一通訊介面單元200、一控制單元210、一口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元220，一使用者介面單元230、一儲存單元240的一部分或全部、且還可包含一顯示器單元。
在此情況下，上述「包含...的一部分或全部」的表達可表示透過省略一些組成元件(例如，儲存單元240)以配置口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110，且可表示一些組成元件(例如，口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元220)是 與其他組成元件(例如，控制單元210)一體成型。為幫助充分理解本發明概念，以下表達將以「包含全部」來描述。
舉例而言，通訊介面單元200可接收一口腔電腦斷層掃描拍攝影像，其中該口腔電腦斷層掃描拍攝影像是透過拍攝接受治療者的口腔所取得，且是由圖1所示的口腔拍攝裝置100所提供，通訊介面單元200並可將所接收的口腔電腦斷層掃描拍攝影像傳送至控制單元210。舉例而言，當通訊介面單元200與口腔拍攝裝置100為一體成型時，口腔電腦斷層掃描拍攝影像可以以未壓縮的狀態被接收並被提供至控制單元210。
承上所述，通訊介面單元200可根據系統設計者配置口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110的方式接收一壓縮影像，並可執行解碼等動作，或可不使用該壓縮影像。因此，在本發明概念的一實施例中，由於各種配置都是可能的，因此本揭露不限於任何一種特定形式。
控制單元210可執行構成圖1所示的口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110的通訊介面單元200、口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元220、使用者介面單元230、以及儲存單元240的整個控制操作。舉例而言，控制單元210可儲存訓練用的影像資料(即，儲存單元240中預先產生的色彩轉換影像)，以使口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元220可基於人工智慧執行色彩轉換操作，然後將影像資料提供至口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元220。在此情況下，被儲存於儲存單元240的訓練用的該影像資料可表示使用者一眼輕易理解各區域而被配置的影像資料的影像資料，其由具有豐富先前知識的專家人工調整一色彩的畫素值(pixal value)或HU值(HU value)的平均值(M)及範圍(R)等轉換參數，以將輸入的口腔電腦斷層掃描輸入影像區分成複數個區域(例如，關於一齒槽骨)，且分 別用不同的色彩來呈現各個區域。這種資料可能是自一外部的醫療組織等取得以使用。蒐集及使用相關領域的大數據對於人工智慧的深度學習是有幫助的。換言之，用大量的資料可提升結果的客觀性或準確性。
此外，控制單元210可接收一動作來透過使用者介面單元230將植體虛擬地放入齒槽骨。控制單元210可接收一使用者介面訊號。該動作可以是從深度學習提取的各種事件之一。控制單元210可將所接收的介面訊號提供至口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元220，並再次將在齒槽骨影像中相應地被產生的色彩變化提供至顯示器等。根據一實施例的轉換的口腔電腦斷層掃描輸入影像的色彩可被視覺化且被顯示於顯示器的螢幕上。
口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元220可包含一程式以協助例如牙醫的植體置放治療計劃，並在控制單元210的控制下執行該程式。當口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元220透過通訊介面單元200接收到接受治療者的電腦斷層掃描輸入影像，可將該電腦斷層掃描輸入影像儲存於儲存單元240中。
此外，舉例而言，當口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元220接收到要將虛擬植體放入一齒槽骨中的一動作，口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元220會被驅動以將該動作施加於儲存在儲存單元240中的電腦斷層掃描輸入影像。在此處理中，被預先儲存在儲存單元240中的參考的影像資料(即，之前產生及儲存的色彩轉換影像)可以被參考及訓練。舉例而言，口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元220可使用指定參數值，以對所接收的關於指定區域的口腔電腦斷層掃描輸入影像執行色彩轉換。然而，由於雜訊及電腦斷層掃描醫療裝置的局限性，可能會造成在色彩轉換後的口腔電腦斷層掃描輸入影像上產生非正規的轉換結果。
承上所述，口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元220參考及訓練影像資料以修正指定參數值，該影像資料是由在相關領域具有豐富先前知識的專家人工透過操作拍攝複數接受治療者的口腔所取得的口腔電腦斷層掃描拍攝影像以轉換的。可針對每個不同動作執行這樣的參數值的修正。因此，口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元220調整一誤差值，以提升色彩轉換的準確性，進而可在顯示器等上自動顯示轉換色彩後的影像資料。
使用者介面單元230可接收來自使用者(例如，牙醫)的各種指令。舉例而言，使用者介面單元230可以表示電腦的鍵盤或滑鼠。使用者介面單元230還可包含顯示器單元(例如，監視器)。針對一顯示器單元，當其包含觸控面板，螢幕的觸控即可為可能的，以讓使用者指令被接收。
舉例而言，牙醫可能會取得一張接受治療者的口腔電腦斷層掃描拍攝影像，然後去執行根據本發明概念實施例的一程式，及將虛擬植體置入顯示器上所顯示的的齒槽骨中，以檢查齒槽骨的骨密度的色彩。因此，透過確定放置強度或準確位置，植牙放置的準確性能夠被提升。為此，口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元220可使用由專家透過既有的人工操作所產生的影像資料，並可透過比較專家產生的影像資料，以及透過在該處理中基於人工智慧執行訓練，以修正一誤差值或電腦斷層掃描醫療裝置的局限性，進而提升準確性。
在控制單元210的控制之下，儲存單元240可儲存各種資訊跟資料。在此情況下，該資訊可指使用者(即，牙醫)為了置放的介面訊號，該資料則可指一拍攝的影像的影像資料等，但是本發明概念的實施例不僅限於這些用語的概念。
儲存單元240可儲存訓練資料，該訓練資料是透過由專家從複數接受治療者取得的口腔電腦斷層掃描影像進行人工操作以進行色彩轉換而取得的。在控制單元210的控制下，可將訓練資料提供至口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元220中。
圖3是圖1所示的口腔電腦斷層掃描色彩轉換系統的另一詳細結構的方塊圖。圖4繪示了數量「N」的色彩轉換方法。
如圖3所示，根據本發明概念的另一實施例之口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110’可執行影像預處理、人工智慧訓練、及用於醫療影像區域的自動色彩區分的可視化操作，且可為此包含特徵提取單元300、代理單元310、以及色彩轉換單元320的一部分或全部。
在此情況下，上述「包含...的一部分或全部」的表達可表示透過省略一些組成元件(例如，特徵提取單元300)以配置口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110，且可表示一些組成元件(例如，色彩轉換單元320)是與其他組成元件(例如，代理單元310)一體成型。為幫助充分理解本發明概念，以下表達將以「包含全部」來描述。此外，以上所述的組成元件可與軟體(S/W)、硬體(H/W)、及二者的結合一同被配置。
特徵提取單元300可從被輸入的口腔電腦斷層掃描影像295中提取一特徵。舉例而言，可以以幀(frame)為單位，或者以宏塊(macroblocks)為單位(即，透過將一單位的幀的影像分割成多個塊(blocks)來取得)以接收電腦斷層掃描影像。因此，特徵提取單元300可透過特徵提取來提取例如用於強化式學習的狀態(state)。詳言之，特徵提取單元300可用各種特徵提取演算法以從電腦斷層掃描輸入影像中提取用於強化式學習的狀態。舉例而言，可使用如 U-Net、AutoEncoder、卷積神經網路(convolutional neural network，CNN)等各種演算法。
代理單元310可透過以下動作來訓練一代理，以使其具有適當的色彩轉換：允許基於強化式學習的結果所產生的色彩轉換影像經過影像預處理(例如，形態學運算等)，然後將該色彩轉換影像和由專家所製作且經過相同影像預處理的色彩轉換影像之間的差異「E(i-i_)^2」定義為一誤差值，且將該誤差值的倒數定義為強化式學習的獎勵。
首先，先說明由代理單元310使用人工方式來產生影像資料的處理。使用CBCT等的醫療影像的特徵對於不同區域具有不同的亨氏單位(Hounsfield Unit,HU)值。針對CBCT掃描，根據各個區域(例如，牙齒、齒槽骨等)的物理特性，HU值可能具有不同的規模。此外，使用CBCT等而使醫學影像達到有效的可視化，基於色彩來分割參數將成為可能。為了將各個不同區域的畫素值轉換(量化)為不同色彩，可以決定「N」個色彩，「N」個HU平均值和範圍可以由使用者人工調整，且當一實際畫素值(HU)被包含在「N」個不同的量化區域中，各個不同區域的畫素值被量化為一代表性的色彩值，進而取得色彩數量或結果。圖4繪示了數量「N」的色彩轉換方法。
根據一實施例，在用於產生預先產生的色彩轉換影像的人工方法中，為了分割成不同的色彩，具有豐富的先前知識的專家可以將色彩的HU值平均值(M)(圖4的HU平均值)和HU值的範圍(R)(圖4的HU值的範圍)的轉換參數調整為人工表達。因此，讓使用者能一眼明白各區域的配置是可能的。透過以畫素值(HU值)為單位來進行濾波的轉換(量化(quantization))可能導致色彩轉換結果為非正規的(儘管是在相同的區域)。換言之，由於雜訊和電腦 斷層掃描醫療裝置的局限性，儘管是在相同的區域，使用HU值的轉換影像(其是透過使用畫素值的範圍來進行線性濾波的轉換)可能會導致轉換結果為非正規的。為了解決上述問題，可以透過被應用於專家準備的轉換影像的影像處理技術(如形態學運算等)以重建正規的色彩轉換結果。
因此，在本發明概念的一實施例中，為了基於重建的色彩轉換結果實現專家等級的自動色彩轉換演算法，各種參數(M、R)及用於人工轉換的色彩轉換結果狀態基於強化式學習法(例如，深層Q-網路等)而被定義，且轉換參數值的動作被定義，故專家等級的色彩轉換被自動地執行。透過影像預處理(例如，形態學運算和類似影像處理等)，由專家使用既有的人工方法製作的一轉換影像被修正為正規的(regular)色彩轉換影像，且該影像被使用以作為輸出(目標)資料，該輸出(目標)資料是從電腦斷層掃描(為透過使用當前參數(M，R)得到的輸入資料)重建而成的，而且，被重建的該影像與經過影像預處理(例如，形態學運算等)的結果之間的差異被定義為誤差值，且該誤差值的倒數被使用以作為深度Q-網路(deep Q-network，DQN)結構的獎勵，進而執行轉換參數狀態的訓練。當訓練持續進行，參數的自動選擇被轉換得類似於專家等級。
根據一實施例的代理單元310可基於用於純化訓練資料的影像預處理，將專家透過形態學運算等所製作的色彩轉換影像重建於一正規的色彩轉換結果，以純化訓練資料，進而提升人工智慧訓練的效能。參數(p)被定義(N，m_n，m_r)，參數(p)是在專家基於DQN結構(其為強化式學習模型的一種，且作為背景模型)人工執行影像轉換所必要的參數。
動作單元(未繪示)可基於從強化式學習的三個結果定義(例如，增加、減少、與維持)(即，「3*N」個強化式學習結果)中選擇的結果來更新色彩轉換結果，以調整「N」個轉換參數(P)值。
色彩轉換單元320(環境)可使用代理單元310所決定的參數來執行轉換一色彩的操作。舉例而言，色彩轉換單元320可基於一電腦斷層掃描輸入影像的分割區域相關的參數來轉換一色彩。
此外，色彩轉換單元320可對代理單元310執行一反饋操作(feedback operation)。在一實施例中，一反饋操作可對應至一獎勵操作(reward operation)。在此情況下，一獎勵是從決定的動作的參數變成實際的參數之間的差異(均方誤差(mean square error))的倒數，且其可對應至一影像與一色彩轉換結果之間的差異(逐畫素交叉熵(pixel-wise cross-entropy))的倒數，其中該影像是透過使用決定的動作所決定的參數，並經過影像預處理(例如，形態學等)以被轉換色彩，且該色彩轉換結果是由專家透過影像預處理(例如，形態學等)人工製作的。
代理單元310可定義一參數(p)，參數(p)是一專家基於DQN結構(其為強化式學習模型的一種，且作為背景模型)人工執行影像轉換所必要的參數，且可透過用以純化訓練資料(如形態學運算等)的一影像預處理模型，將該色彩轉換影像重建成一正規的色彩轉換結果，以純化訓練資料，提升人工智慧的訓練效能。
圖5是圖1所示的口腔電腦斷層掃描色彩轉換系統的驅動過程的流程圖。
為便於解釋，請同時參照圖5及圖1，根據本發明概念的一實施例，圖1所示的口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110將由一使用者或一專家預先製作的色彩轉換影像儲存在儲存單元中，該色彩轉換影像與齒槽骨或牙齒的骨密度有關(S500)。在此情況下，預先製作的色彩轉換影像可為一參考影像或一標準影像，該參考影像或該標準影像是在透過拍攝接受治療者的口腔以輸入的口腔電腦斷層掃描影像被轉換色彩時被使用。
此外，當口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110接收到接受治療者的口腔電腦斷層掃描輸入影像時，會基於預設參數值來轉換所接收的口腔電腦斷層掃描輸入影像，並且將一誤差值反映在預設參數值(該誤差值是根據被轉換的口腔電腦斷層掃描輸入影像以及預先儲存的色彩轉換影像所產生)，進而達到後來輸入的口腔電腦斷層掃描輸入影像的色彩的自動轉換(S510)。
除上述內容外，圖1所示的口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置110可執行各種操作，由於其他詳細內容已在上文詳盡地描述，多餘的描述於此不再贅述。
儘管上文已描述了本揭露的實施例中的所有部件是被耦合以作為單一單元或是被耦合以被操作起來如單一單元，然而本揭露不必被限制於這種實施例。即，在本揭露的目的中，複數部件中的一或多個部件可以選擇性地被耦合以作為一或多個單元來操作。而且，儘管各個部件可以被實現為獨立的硬體，然而一些或所有部件可以被選擇性地彼此組合，使得它們可以被實現為一或多個程式模組的電腦程式，其一些或全部功能可在一或多個硬體中被執行。組成該電腦程式的程式碼及程式碼片段可輕易的被本揭露所屬技術領域具有通常知 識者想到。這樣的電腦程式可透過被儲存在一非暫態性電腦可讀媒體中，且被電腦讀取並執行，來實現本揭露的實施例。
非暫態性可讀記錄媒體(non-transitory readable recording medium)不是只能在短時間內儲存資料的媒體(例如暫存器、緩存及記憶體等)，而是指有能力半永久儲存資料且可被裝置讀取的媒體。詳言之，可以透過將上述程式儲存於如CD、DVD、硬碟、藍光碟、USB、記憶卡、唯讀記憶體(ROM)等非暫態可讀記錄媒體來提供。
根據本發明概念，透過採用影像預處理、人工智慧訓練、及用於醫學影像區域自動色彩分割的可視化方法，提升了齒槽骨的骨密度的指標的準確性，使醫生能輕易辨識出齒槽骨的骨密度。
此外，根據一實施例，植體要被放置的虛擬位置的骨密度被視覺化地、分開地提供給使用者，使醫生更可能執行最佳的植體置放。
如此一來，在以本揭露的較佳實施例做為參考之下，本揭露已經被具體地繪示及描述，本發明所屬技術領域具有通常知識者將理解在不遠離由所附專利申請範圍所定義的本發明概念的精神及範圍，能在形式及細節上做各種不同改變。較佳實施例應被視為描述的意義，而不是出於限制的目的。因此，本發明概念的範圍不是由發明概念的詳細描述所定義，而是由所附專利申請範圍的請求項來定義，並且，在該範圍內的所有差異將被解釋為被包含在本發明概念中。
110:口腔電腦斷層掃描色彩轉換裝置
200:通訊介面單元
210:控制單元
220:口腔電腦斷層掃描色彩轉換單元
230:使用者介面單元
240:儲存單元

Claims (12)

  1. 一種自動色彩轉換裝置，用於基於人工智慧自動轉換一口腔的一電腦斷層掃描影像的一色彩，該裝置包含：一儲存單元，被配置以儲存一使用者預先製作的一色彩轉換影像，該色彩轉換影像與一齒槽骨的骨密度相關；以及一控制單元，被配置以自動轉換後來輸入的一口腔電腦斷層掃描輸入影像的一色彩，其中該控制單元自動轉換後來輸入的該口腔電腦斷層掃描輸入影像的該色彩是透過：當接受治療者的一口腔電腦斷層掃描輸入影像被接收時，基於一預設參數值轉換該口腔電腦斷層掃描輸入影像的一色彩，以及藉由一誤差值調整該預設參數值，該誤差值是從轉換後的該口腔電腦斷層掃描輸入影像及被儲存的該色彩轉換影像產生的。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中該控制單元還被配置以：基於從所接收的該口腔電腦斷層掃描輸入影像萃取的一特徵，辨別一區域；以及基於該預設參數值，將被辨別的複數區域的複數色彩轉換為彼此不同的色彩。
  3. 如請求項1所述之裝置，其中該控制單元還被配置以：在分別針對轉換後的該口腔電腦斷層掃描輸入影像及被儲存的該色彩轉換影像透過一形態學運算執行影像預處理之後，計算一誤差值。
  4. 如請求項1所述之裝置，其中該控制單元還被配置以：基於該使用者從用於調整該預設參數值的複數動作中選擇的一動作，轉換該口腔電腦斷層掃描輸入影像。
  5. 如請求項1所述之裝置，其中該控制單元還被配置以：藉由將該口腔電腦斷層掃描輸入影像的一畫素值量化為彼此不同的複數色彩，將該 口腔電腦斷層掃描輸入影像的該畫素值作為該預設參數值。
  6. 如請求項1所述之裝置，其中當該使用者將一虛擬植體(virtual implant)置入所接收的接受治療者的該口腔電腦斷層掃描輸入影像上的該齒槽骨中，該控制單元基於將該虛擬植體置入該齒槽骨中的一動作及該齒槽骨的一骨密度，自動轉換一色彩，並在一螢幕上視覺化及顯示轉換後的該口腔電腦斷層掃描輸入影像。
  7. 一種驅動一裝置的方法，該裝置用於基於人工智慧自動轉換一口腔的一電腦斷層掃描影像的一色彩，該方法包含：在一儲存單元中儲存一使用者預先製作的一色彩轉換影像，該色彩轉換影像與一齒槽骨的一骨密度相關；以及當接受治療者的一口腔電腦斷層掃描輸入影像被接收時，由一控制單元，自動轉換後來輸入的一口腔電腦斷層掃描輸入影像的一色彩，其中該控制單元自動轉換後來輸入的該口腔電腦斷層掃描輸入影像的該色彩是透過：基於一預設參數值轉換所接收的該口腔電腦斷層掃描輸入影像的一色彩，以及藉由一誤差值調整該預設參數值，該誤差值是從轉換後的該口腔電腦斷層掃描輸入影像及被儲存的該色彩轉換影像產生的。
  8. 如請求項7所述之方法，其中，在自動色彩轉換中，基於從所接收的該口腔電腦斷層掃描輸入影像萃取的一特徵，一區域被辨別，且基於該預設參數值，被辨別的複數區域的複數色彩被轉換為彼此不同的色彩。
  9. 如請求項7所述之方法，其中，在自動色彩轉換中，在分別針對轉換後的該口腔電腦斷層掃描輸入影像及被儲存的該色彩轉換影像透過一形態學運算執行影像預處理之後，一誤差值被計算。
  10. 如請求項7所述之方法，其中，在自動色彩轉換中，基於該使用者從用於調整該預設參數值的複數動作中選擇的一動作，該口腔電腦斷層掃描輸入影像被該控制單元轉換。
  11. 如請求項7所述之方法，其中，在自動色彩轉換中，藉由將該口腔電腦斷層掃描輸入影像的一畫素值量化為彼此不同的複數色彩，該口腔電腦斷層掃描輸入影像的該畫素值被作為該預設參數值。
  12. 如請求項7所述之方法，其中，在自動色彩轉換中，當該使用者將一虛擬植體置入所接收的接受治療者的該口腔電腦斷層掃描輸入影像上的該齒槽骨中，基於將該虛擬植體置入該齒槽骨中的一動作及該齒槽骨的一骨密度，一色彩被自動轉換，並在一螢幕上被視覺化及被顯示。
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