CN101305920B - 一种对椎骨进行计算机断层扫描的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对椎骨进行计算机断层(CT)扫描的方法，其包括：扫描生成椎骨拓扑图；确定需扫描椎骨在所述椎骨拓扑图中的位置；通过对所述椎骨拓扑图进行图像分析定位所述需扫描椎骨的中间椎骨切片；扫描生成所述中间椎骨切片的图像。本发明还公开了一种对椎骨进行CT扫描的装置，该装置包括：拓扑图像扫描模块，用于扫描生成椎骨拓扑图；位置确定模块，用于确定需扫描椎骨在所述椎骨拓扑图中的位置；定位模块，用于通过对所述椎骨拓扑图进行图像分析定位所述需扫描椎骨的中间椎骨切片；切片图像扫描模块，用于扫描生成所述中间椎骨切片的图像。使用本发明的方法和装置，可以在对椎骨进行CT扫描过程中，简单方便地定位需扫描椎骨的中间椎骨切片。

Description

一种对椎骨进行计算机断层扫描的方法和装置

技术领域

本发明涉及医学图像分析技术，特别是涉及一种对椎骨进行计算机断层扫描(CT，Computed Tomography)的方法和装置。

背景技术

当前，针对骨密度的测量通常采用非侵入式骨密度测量方式，这种方式通常由两部分组成，第一部分是扫描过程，包括CT拓扑图扫描(又称CT定位像扫描，Topogram)、中间椎骨切片定位或切片检测以及中间椎骨切片的CT扫描等；第二部分为评估过程，包括结果显示以及评估参数比较等等。

这里所提到的CT扫描，是指用X线束对人体的某一部分一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，所测得的信号经过模数转换(ADC)转变为数字信息后由计算机进行处理，从而得到该层面的各个单位容积的X线吸收值，即CT值，并排列成数字矩阵。这些数据信息可存储于磁光盘或磁带机中，经过数模转换(DAC)后再形成模拟信号，经过计算机的一定变换处理后输出至显示设备上显示出图像，因此又称为横断面图像。CT的特点是操作简便，对病人来说无痛苦，密度分辨率高，可直接显示X线平片无法显示的器官和病变，它在发现病变，确定病变的位置、大小以及数目方面非常敏感和可靠。

上述方式中，医生根据CT拓扑图扫描得到的拓扑图确定需扫描的椎骨位置。在进行骨密度等测量时，通常是对椎骨的中间部位(即中间椎骨切片)进行测量来得到测量结果。现有技术中通常通过手动方式标示出需扫描的椎骨的范围以及确定出中间椎骨切片位置，以便供CT设备进行之后的扫描。

但是，由于椎骨本身具有数量较多、面积小且有倾角等特点，特别是当需要调整或改变需扫描椎骨范围时，给医生增加了许多重复而费时的工作，这些都给椎骨扫描的临床应用带来了不便，尤其是，手动方式确定中间椎骨切片位置会造成定位出的中间椎骨切片位置的不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对椎骨进行CT扫描的方法，可以实现在对椎骨进行CT扫描过程中，方便准确地定位需扫描椎骨的中间椎骨切片。

本发明的另一目的在于提供一种对椎骨进行CT扫描的装置，可以实现在对椎骨进行CT扫描过程中，方便准确地定位需扫描椎骨的中间椎骨切片。

为了实现上述目的，本发明提供的对椎骨进行CT扫描的方法包括：扫描生成椎骨拓扑图；确定需扫描椎骨在所述椎骨拓扑图中的位置；通过对所述椎骨拓扑图进行图像分析来定位所述需扫描椎骨的中间椎骨切片，该过程可重复可撤销；扫描生成所述中间椎骨切片的断层图像。

其中，所述通过对椎骨拓扑图进行图像分析定位需扫描椎骨的中间椎骨切片包括：根据所确定的需扫描椎骨在所述椎骨拓扑图中的位置，识别所述需扫描椎骨的上边界和下边界；根据识别出的所述需扫描椎骨的上边界和下边界定位所述需扫描椎骨的中间椎骨切片。

其中，所述根据所确定的需扫描椎骨在所述椎骨拓扑图中的位置，识别所述需扫描椎骨的上边界和下边界包括：以所述需扫描椎骨在所述椎骨拓扑图中的位置作为中心，在所述中心附近区域寻找上边界和下边界的根点；根据寻找到的上边界和下边界的根点，通过区域生长确定所述需扫描椎骨的上边界和下边界。

其中，所述根据所确定的需扫描椎骨在所述椎骨拓扑图中的位置，识别所述需扫描椎骨的上边界和下边界包括：以所述需扫描椎骨在所述椎骨拓扑图中的位置作为中心，选择一初始区域；在所选择的初始区域内进行边界识别，识别出所述需扫描椎骨的上边界和下边界。在所选择的初始区域内进行边界识别时，通常根据所述椎骨拓扑图中各像素点的能量值在所选择的初始区域内进行边界识别。

其中，所述在所选择的初始区域内进行边界识别，识别出所述需扫描椎骨的上边界和下边界进一步包括：如果在所选择的初始区域内识别出两个上边界，则选择靠近所述中心的上边界为需扫描椎骨的上边界；如果在所选择的初始区域内识别出两个下边界，则选择靠近所述中心的下边界为需扫描椎骨的下边界。

其中，所述根据识别出的需扫描椎骨的上边界和下边界定位所述需扫描椎骨的中间椎骨切片包括：确定所述需扫描椎骨的上边界的左边界点和右边界点，并确定所述需扫描椎骨的下边界的左边界点和右边界点；确定所述上边界的左边界点和所述下边界的左边界点的中点，并确定所述上边界的右边界点和所述下边界的右边界点的中点；根据所确定的两个中点连接而成的直线确定中间椎骨切片。

其中，所述根据识别出的需扫描椎骨的上边界和下边界定位所述需扫描椎骨的中间椎骨切片包括：确定分别位于识别出的需扫描椎骨的上边界拓扑像素集和下边界拓扑像素集中至少三组处于相同位置上的拓扑像素点；确定所述至少三组处于相同位置上的拓扑像素点的中点；根据所确定的至少三个中点进行直线拟合；根据所述拟合出的直线确定所述需扫描椎骨的中间椎骨切片。

进一步地，该方法还包括：根据所述中间椎骨切片扫描图像计算骨密度测量参数，并显示计算结果。

为了实现上述目的，本发明提供的对椎骨进行CT扫描的装置包括：拓扑图像扫描模块，用于扫描生成椎骨拓扑图；位置确定模块，用于确定需扫描椎骨在所述椎骨拓扑图中的位置；定位模块，用于通过对所述椎骨拓扑图进行图像分析定位所述需扫描椎骨的中间椎骨切片；切片图像扫描模块，用于扫描生成所述中间椎骨切片的断层图像。

所述定位模块包括：

边界识别模块，用于根据所确定的需扫描椎骨在所述椎骨拓扑图中的位置，识别所述需扫描椎骨的上边界和下边界；位置计算模块，用于根据识别出的所述需扫描椎骨的上边界和下边界定位所述需扫描椎骨的中间椎骨切片。

进一步地，所述装置还包括：

评估模块，用于根据所述中间椎骨切片扫描图像计算骨密度测量参数，并显示计算结果。

从上述技术方案可见，在本发明中，系统根据扫描生成的椎骨拓扑图，确定需扫描椎骨在椎骨拓扑图中的位置，并根据确定出的需扫描椎骨位置，通过边界识别等图像分析方式定位出需扫描椎骨的中间椎骨切片，相比于现有技术中手动调整相关测量参数的测量方式，本发明所述方案能够通过图像分析，自动识别出需扫描椎骨的中间椎骨切片，从而使得本发明所述方案更加简单、方便、准确和灵活。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1是本发明一实施例的对椎骨进行CT扫描的方法流程图；

图2是本发明所选择的需扫描椎骨位置示意图；

图3是本发明一种根据上下边界计算中间椎骨切片的方法示意图；

图4是本发明另一种根据上下边界计算中间椎骨切片的方法示意图；

图5是针对图2所示的需扫描椎骨定位出的中间椎骨切片示意图；

图6是本发明一实施例的对椎骨进行CT扫描的装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是根据本发明一实施例的对椎骨进行CT扫描的方法流程图。本实施例中，将对椎骨进行CT扫描的方法应用于骨密度的测量中。从图1可以看出，本实施例具体包括如下步骤：

步骤S101：对患者椎骨进行CT拓扑扫描，得到患者椎骨拓扑图。

步骤S102：确定需扫描椎骨在椎骨拓扑图中的位置。

本步骤中，医生通过对患者椎骨拓扑图的观察和分析，根据临床需求选择出需扫描的椎骨，并将与该椎骨对应的图标用鼠标拖动到图片中该椎骨位置上，系统将自动根据拖动的图标大致确定所选定的需扫描椎骨的位置。

图2为所选择的需扫描的椎骨位置示意图。图2中左侧所示的L1、L3等为与图中各椎骨相对应的图标，图标L2所在椎骨即为医生选定的需扫描的椎骨，当选定需扫描的椎骨后，医生将其对应的图标L2拖到该椎骨所示位置上。

步骤S103：对需扫描椎骨位置进行边界识别，得到需扫描椎骨的上下边界。

本步骤中，系统以确定出的需扫描椎骨在椎骨拓扑图中的位置，即图标位置作为中心，通过区域生长技术确定需扫描椎骨的上下边界。所谓区域生长技术，是指首先在图像区域中寻找根点，再通过某一合适的准则将其周围的邻近像素归并，使得区域逐渐生长扩大，从而得到所求边界。对应于本实施例来说，系统以图标位置作为中心，在该中心附近区域寻找上边界和下边界的根点；根据寻找到的上边界和下边界的根点，通过区域生长确定需扫描椎骨的上边界和下边界。区域生长技术为现有技术，此处不再赘述。

或者，系统根据图标位置确定需扫描椎骨的初始区域，然后在确定出的初始区域内进行边界识别，得到椎骨的上下边界。例如，系统可根据预先设定的经验值，以所述图标L2的圆心位置为中心，在图标周围确定出一个初始区域作为初步确定的需扫描椎骨位置。这里所提到的经验值可以为一个预先确定的能量值(阈值)。首先，从图标L2的圆心出发，分别采用能量最大原则判断在所述初始区域内检测出一个上边界点和一个下边界点。其次，从检测出的上边界点出发，采用能量最大原则在一个扇形范围内分别向左、向右进行检测，从而确定出椎骨的上边界轮廓；同理，从检测出的下边界点出发，采用能量最大原则在一个扇形范围内分别向左、向右进行检测，从而确定出椎骨的下边界轮廓。

但是，如果采用这种方式，因为系统是在初步确定的需扫描椎骨位置内进行边界识别，既然是初步确定，就很难保证确定出的区域只包括需扫描的椎骨，很可能还同时包括该需扫描椎骨的上下相邻椎骨的部分图像，所以，识别出的边界也可能不只包括该需扫描椎骨的上下边界，可能同时包括相邻椎骨的边界，这种情况下，可以对识别出的边界进行进一步地处理，比如：如果在图标位置之上识别到两条边界，则将靠近图标位置的边界作为该需扫描椎骨的上边界；同样，如果在图标位置之下识别到两条边界，则将靠近图标位置的边界作为该需扫描椎骨的下边界。

步骤S104：根据识别出的上下边界定位需扫描椎骨的中间椎骨切片。

本实施例中，需扫描椎骨的中间椎骨切片是指与识别出的需扫描椎骨的上下边界近似符合相同走向的一条处于上下边界中间的直线。定位需扫描椎骨的中间椎骨切片的方法可以是：确定需扫描椎骨的上边界的左边界点和右边界点，并确定该需扫描椎骨的下边界的左边界点和右边界点；确定上边界的左边界点和下边界的左边界点的中点，并确定上边界的右边界点和下边界的右边界点的中点；根据所确定的两个中点连接而成的直线确定需扫描椎骨的中间椎骨切片。

图3为本发明一种根据上下边界计算中间椎骨切片的方法示意图。如图3所示，a1和b1分别为需扫描椎骨的上边界的左边界点和右边界点，a2和b2分别为需扫描椎骨的下边界的左边界点和右边界点，c1和c2分别为a1、a2以及b1、b2的中点，图中所示虚线即为根据c1和c2确定的需扫描椎骨的中间椎骨切片。

或者，确定分别位于需扫描椎骨的上边界和下边界上的至少三组对应点；确定至少三组分别位于上边界和下边界的对应点的中点；根据所确定的至少三个中点进行直线拟合；根据拟合出的直线定位需扫描椎骨的中间椎骨切片。

其中，需扫描椎骨的上边界和下边界上的至少三组对应点，是指识别出的需扫描椎骨的上边界拓扑像素集和下边界拓扑像素集中至少三组处于相同位置上的拓扑像素点。比如，上边界拓扑像素集中从左边界点起的第十个像素点与下边界拓扑像素集中从左边界点起的第十个像素点即构成一组对应点。当采用该方法定位需扫描椎骨的中间椎骨切片时，应该尽量选择均匀分布在上下边界拓扑像素集中的尽量多组对应点，以便拟合出的直线能够较好地反映中间椎骨切片位置。直线拟合的方法可以采用多种现有方式，此处不作介绍。

图4为本发明另一种根据上下边界计算中间椎骨切片的方法示意图。如图4所示，点a11、b11以及c11位于需扫描椎骨的上边界上，点a22、b22以及c22位于需扫描椎骨的下边界上，点d、e以及f分别为点a11和a22、点b11和b22以及点c11和c22的中点，所示虚线即为根据点d、e和f拟合出的需扫描椎骨的中间椎骨切片。

图5为针对图2所示的需扫描椎骨定位出的中间椎骨切片示意图。如图5所示，其中的两条曲线表示识别出的需扫描椎骨的上下边界，直线表示定位出的中间椎骨切片。

步骤S105：根据定位出的中间椎骨切片生成中间椎骨切片扫描图像。

本步骤具体包括：在系统自动定位出的中间椎骨切片上创建扫描范围，该步骤可重复也可撤销；根据扫描范围，扫描生成中间椎骨切片扫描图像。

步骤S106：根据中间椎骨切片扫描图像计算骨密度测量参数，并显示计算结果。

本步骤中，系统根据中间椎骨切片扫描图像，计算骨密度测量参数，同时，系统将计算结果进行显示。

图6是根据本发明一实施例的对椎骨进行CT扫描的装置的结构示意图。从图6可以看出，在本实施例中，该装置包括顺次连接的拓扑图像扫描模块61、位置确定模块62、定位模块63以及切片图像扫描模块64。其中拓扑图像扫描模块61扫描生成椎骨拓扑图，位置确定模块62确定需扫描椎骨在椎骨拓扑图中的位置，定位模块63通过对椎骨拓扑图进行图像分析定位需扫描椎骨的中间椎骨切片，切片图像扫描模块64扫描生成中间椎骨切片的断层图像。

进一步地，定位模块63具体包括边界识别模块631和位置计算模块632。边界识别模块631根据所确定的需扫描椎骨在椎骨拓扑图中的位置，识别需扫描椎骨的上边界和下边界；位置计算模块632根据识别出的需扫描椎骨的上边界和下边界定位中间椎骨切片。

进一步地，该装置还可以包括评估模块65，用于根据中间椎骨切片扫描图像计算骨密度测量参数，并显示计算结果。

可见，采用本发明实施例的技术方案，系统根据扫描生成的椎骨拓扑图，确定需扫描椎骨在椎骨拓扑图中的位置，并根据确定出的需扫描椎骨位置，通过边界识别等图像分析方式定位出需扫描椎骨的中间椎骨切片，相比于现有技术中手动调整相关测量参数的测量方式，本发明所述方案能够通过图像分析，自动识别出需扫描椎骨的中间椎骨切片，从而使得本发明所述方案更加简单、方便、准确和灵活。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种对椎骨进行计算机断层CT扫描的方法，包括：

1)扫描生成椎骨拓扑图；

2)确定需扫描椎骨在所述椎骨拓扑图中的位置；

3)通过对所述椎骨拓扑图进行图像分析来定位所述需扫描椎骨的中间椎骨切片；以及

4)扫描生成所述中间椎骨切片的断层图像；

其中，在步骤3)中，进一步包括：

31)根据所确定的需扫描椎骨在所述椎骨拓扑图中的位置，识别所述需扫描椎骨的上边界和下边界；

32)根据识别出的所述需扫描椎骨的上边界和下边界定位所述需扫描椎骨的中间椎骨切片。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤31)中，进一步包括：

a1)以所述需扫描椎骨在所述椎骨拓扑图中的位置作为中心，在所述中心附近区域寻找上边界和下边界的根点；

b1)根据寻找到的上边界和下边界的根点，通过区域生长确定所述需扫描椎骨的上边界和下边界。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤31)中，进一步包括：

a2)以所述需扫描椎骨在所述椎骨拓扑图中的位置作为中心，选择一初始区域；

b2)在所选择的初始区域内进行边界识别，识别出所述需扫描椎骨的上边界和下边界。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤b2)中，根据所述椎骨拓扑图中各像素点的能量值在所选择的初始区域内进行边界识别。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤b2)中，进一步包括：

如果在所选择的初始区域内识别出至少两个上边界，则选择靠近所述中心的上边界为需扫描椎骨的上边界；

如果在所选择的初始区域内识别出至少两个下边界，则选择靠近所述中心的下边界为需扫描椎骨的下边界。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤32)中，进一步包括：

确定所述需扫描椎骨的上边界的左边界点和右边界点，并确定所述需扫描椎骨的下边界的左边界点和右边界点；

确定所述上边界的左边界点和所述下边界的左边界点的中点，并确定所述上边界的右边界点和所述下边界的右边界点的中点；

根据所确定的两个中点连接而成的直线确定中间椎骨切片。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤32)中，进一步包括：

确定分别位于识别出的需扫描椎骨的上边界拓扑像素集和下边界拓扑像素集中至少三组处于相同位置上的拓扑像素点；

确定所述至少三组处于相同位置上的拓扑像素点的中点；

根据所确定的至少三个中点进行直线拟合；

根据所述拟合出的直线确定所述需扫描椎骨的中间椎骨切片。

8.一种对椎骨进行CT扫描的装置，包括：

拓扑图像扫描模块(61)，扫描生成椎骨拓扑图；

位置确定模块(62)，确定需扫描椎骨在所述椎骨拓扑图中的位置；

切片图像扫描模块(64)，扫描生成中间椎骨切片的断层图像；

其特征在于，该装置进一步包括：

定位模块(63)，通过对所述椎骨拓扑图进行图像分析定位所述需扫描椎骨的中间椎骨切片；

其中，所述定位模块(63)包括：边界识别模块(631)，根据所确定的需扫描椎骨在所述椎骨拓扑图中的位置，识别所述需扫描椎骨的上边界和下边界；位置计算模块(632)，根据识别出的所述需扫描椎骨的上边界和下边界定位所述需扫描椎骨的中间椎骨切片。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括：评估模块(65)，根据所述中间椎骨切片扫描图像计算骨密度测量参数，并显示计算结果。

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