CN102018525A - 椎骨和椎间盘的定位方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种椎骨和椎间盘的定位方法，该方法包括：在定位像中确定椎骨和椎间盘的粗定位区域；根据粗定位区域生成椎骨边缘图像；在椎骨边缘图像上确定每个椎间盘的水平位置；根据椎骨边缘图像桑每个椎间盘的水平位置，确定每一椎骨的上下边缘定位线和每一椎间盘的定位线。同时，本发明还公开了一种椎骨和椎间盘的定位装置。采用本发明所述的方法和装置，能够提高椎骨和椎间盘的定位速度和精度。

Description

椎骨和椎间盘的定位方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机X射线断层成像(CT，Computed Tomograpgy)技术，特别涉及一种椎骨和椎间盘的定位方法和一种椎骨和椎间盘的定位装置。

背景技术

在临床应用中，有时需要使用CT扫描仪对椎骨和椎间盘进行扫描，在扫描之前还需对待扫描的椎骨和椎间盘进行定位，以确定椎骨和椎间盘的扫描区域。在现有技术中，椎骨和椎间盘的定位方法为：首先将CT扫描仪的X线管置于要求的角度(正位或侧位)固定不动，然后将病人送入CT扫描仪的机架内并进行一系列X线曝光，从而获得病人整个身体的图像，我们将这个图像称为定位像；医生从定位像中观测出需要进行局部横断扫描的椎骨或椎间盘(即发生病变的椎骨或椎间盘)，并依据经验调整扫描序列中的相关参数，例如扫描范围、图像宽度和扫描倾角，以定位出需要进行局部横断扫描的椎骨或椎间盘。图1为现有技术中的椎骨定位示意图，如图1所示，编号1至6的平行四边形分别为第一椎骨至第六椎骨的定位区域，扫描范围由定位区域的宽度决定，定位区域的宽度为平行四边形的宽，图像宽度由定位区域的长度决定，定位区域的长度为平行四边形的长，扫描倾角为平行四边形的上边或下边与X轴的夹角。

由此可见，在现有技术中，椎骨和椎间盘的定位是依靠医生的经验来完成的，通常需要医生花费较长的时间，用较大的工作量才能手动完成，这就会降低椎骨和椎间盘的定位速度和精度。

发明内容

本发明旨在提出一种椎骨和椎间盘的定位方法，以提高椎骨和椎间盘的定位速度和精度。

本发明还旨在提出一种椎骨和椎间盘的定位装置，以提高椎骨和椎间盘的定位速度和精度。

因此，本发明提供了一种椎骨和椎间盘的定位方法，该方法包括：

在定位像中确定椎骨和椎间盘的粗定位区域；

根据粗定位区域生成椎骨边缘图像；

在椎骨边缘图像上确定所述椎间盘的水平位置；

根据所述椎骨边缘图像上所述椎间盘的水平位置，确定所述椎骨的上下边缘定位线和所述椎间盘的定位线。

优选地，所述在定位像中确定椎骨和椎间盘的粗定位区域包括：将定位像中相同X坐标处的像素的灰度值累加，并将累加的和作为X坐标上的投影值；将定位像中一确定X轴范围内投影值之和最大的区域作为粗定位区域。

优选地，所述生成椎骨边缘图像包括：根据所述粗定位区域中像素的灰度值，来确定所述椎骨边缘图像中的每一个像素的灰度值；根据所确定的像素的灰度值生成椎骨边缘图像。

优选地，对于椎骨边缘图像中的每个像素，采用下式计算其灰度值：

g(x，y)＝f(x+1，y+1)+2f(x，y+1)+f(x-1，y+1)-(f(x+1，y-1)+2f(x，y-1)+f(x-1，y-1))，

其中，f(x，y)表示粗定位区域中像素(x，y)的灰度值，g(x，y)表示椎骨边缘图像中像素(x，y)的灰度值。

优选地，所述确定所述椎间盘的水平位置包括：将椎骨边缘图像上相同Y坐标处的像素的灰度值累加，并将累加的和作为Y坐标上的投影值；对于每一行Y坐标相同的像素，如果在Y轴上该Y坐标周围的一确定区域内有投影值大于一阈值，则将该行Y坐标相同的像素作为骨区域点；将Y坐标连续的骨区域点构成的区域作为骨区域；将所述骨区域在Y轴上的中线位置作为相应椎间盘的水平位置。

优选地，所述确定所述椎骨的上下边缘定位线包括：对于一椎骨，选取一组倾角；对应每一个倾角，获取一组平行直线，该组平行直线的截距小于上一相邻椎间盘的水平位置，并大于下一相邻椎间盘的水平位置；在对应一倾角的一组平行直线中，将像素的灰度值之和小于一阈值的直线作为候选定位线，将候选定位线中截距最大的直线作为初始候选定位线，将候选定位线中截距最小的直线作为末端候选定位线；计算对应每一个倾角的初始候选定位线和末端候选定位线之间的距离，将距离为极大值时的初始候选定位线作为当前椎骨的上边缘定位线，将距离为极大值时的末端候选定位线作为当前椎骨的下边缘定位线。

优选地，所述确定所述椎间盘的定位线包括：计算当前椎间盘上一相邻椎骨下边缘定位线的截距与当前椎间盘下一相邻椎骨上边缘定位线的截距之和，将截距之和的1/2作为当前椎间盘的定位线的截距；计算当前椎间盘上一相邻椎骨下边缘定位线的倾角与当前椎间盘下一相邻椎骨上边缘定位线的倾角之和，将倾角之和的1/2作为当前椎间盘的定位线的倾角。

优选地，该方法进一步包括：去除椎骨边缘图像中的噪点。

优选地，所述去除椎骨边缘图像中的噪点包括：搜索椎骨边缘图像中的直线；对于搜索出的每一条直线，执行如下操作：提取该直线上的候选骨点；在候选骨点中确定骨点与非骨点；将非骨点在椎骨边缘图像中的像素的灰度值置为0。

优选地，所述提取直线上的候选骨点包括：沿直线方向依次选取每一个像素，若每两个相邻像素中任一像素的灰度值大于椎骨边缘图像的平均灰度值的一比例，则将这两个相邻像素中第一个像素所在的点视为候选骨点。

优选地，所述在候选骨点中确定骨点与非骨点包括：

A、若直线上的所有候选骨点是连续的，则计算所述候选骨点的像素数之和N，并执行步骤B；若在直线上存在两或三个不相连接的候选骨点线段，且每个候选骨点线段的长度均大于10个像素，且每两个相邻的候选骨点线段之间的距离小于6个像素，则计算直线上所有候选骨点的像素数之和N，并执行步骤B；否则，将直线上的所有点视为非骨点，其中，N为正整数；

B、若一条直线上所有候选骨点的像素数之和N＞Q，则执行步骤C，其中，Q为正整数；否则，将直线上的所有点视为非骨点；

C、若当前直线和与其相邻的上下各一条平行直线中均不存在候选骨点，则将当前直线上的所有点视为非骨点；否则，执行步骤D；

D、若当前候选骨点在原始图像的CT值大于椎骨边缘图像的平均灰度值的一倍数，则将当前候选骨点视为骨点；否则，将当前候选骨点视为非骨点。

本发明还提供了一种椎骨和椎间盘的定位装置，该装置包括：

一个粗定位区域获取单元，用于在定位像中确定椎骨和椎间盘的粗定位区域；

一个椎骨边缘图像获取单元，用于根据粗定位区域生成椎骨边缘图像；

一个椎间盘水平位置确定单元，用于在椎骨边缘图像上确定所述椎间盘的水平位置；

一个椎骨定位单元，用于根据所述椎骨边缘图像上每个椎间盘的水平位置，确定所述椎骨的上下边缘定位线；以及

一个椎间盘定位单元，用于根据所述椎骨的上下边缘定位线，确定所述椎间盘的定位线。

优选地，所述粗定位区域获取单元包括：一个X投影子单元，用于将定位像中相同X坐标处的像素的灰度值累加，并将累加的和作为X坐标上的投影值；以及一个极大值计算子单元，用于将定位像中一确定X轴范围内投影值之和最大的区域作为粗定位区域。

优选地，所述椎骨边缘图像获取单元包括：一个计算子单元，用于利用下列公式根据所述粗定位区域中像素的灰度值确定椎骨边缘图像中每一个像素的灰度值：g(x，y)＝f(x+1，y+1)+2f(x，y+1)+f(x-1，y+1)-(f(x+1，y-1)+2f(x，y-1)+f(x-1，y-1))，其中，f(x，y)表示粗定位区域中像素(x，y)的灰度值，g(x，y)表示椎骨边缘图像中像素(x，y)的灰度值；以及一个图像生成子单元，用于根据所确定的像素的灰度值生成椎骨边缘图像。

优选地，所述椎间盘水平位置确定单元包括：一个Y投影子单元，用于将椎骨边缘图像上相同Y坐标处的像素的灰度值累加，并将累加的和作为Y坐标上的投影值；一个骨区域确定子单元，用于对于每一行Y坐标相同的像素，判断在Y轴上该Y坐标周围的一确定区域内是否有投影值大于一阈值，如果有，则将该行Y坐标相同的像素作为骨区域点，并将Y坐标连续的骨区域点构成的区域作为骨区域；以及一个中线确定子单元，用于将所述骨区域在Y轴上的中线位置作为相应椎间盘的水平位置。

优选地，所述椎骨定位单元包括：一个倾角选取子单元，用于对于一椎骨，选取一组倾角；一个平行直线获取子单元，用于对应每一个倾角，获取一组平行直线，该组平行直线的截距小于当前椎骨的上一相邻椎间盘的水平位置，并大于当前椎骨的下一相邻椎间盘的水平位置；一个候选定位线确定子单元，用于在对应一倾角的一组平行直线中，将像素的灰度值之和小于一阈值的直线作为候选定位线，将候选定位线中截距最大的直线作为初始候选定位线，将候选定位线中截距最小的直线作为末端候选定位线；以及一个定位线确定子单元，用于计算对应每一个倾角的初始候选定位线和末端候选定位线之间的距离，将距离为极大值时的初始候选定位线作为当前椎骨的上边缘定位线，将距离为极大值时的末端候选定位线作为当前椎骨的下边缘定位线。

优选地，所述椎间盘定位单元包括：一个截距确定子单元，用于计算当前椎间盘上一相邻椎骨下边缘定位线的截距与当前椎间盘下一相邻椎骨上边缘定位线的截距之和，将截距之和的1/2作为当前椎间盘的定位线的截距；以及一个倾角确定子单元，用于计算当前椎间盘上一相邻椎骨下边缘定位线的倾角与当前椎间盘下一相邻椎骨上边缘定位线的倾角之和，将倾角之和的1/2作为当前椎间盘的定位线的倾角。

优选地，该装置进一步包括一个噪点去除单元，用于去除椎骨边缘图像中的噪点。

优选地，所述噪点去除单元包括：一个直线搜索子单元，用于搜索椎骨边缘图像中的直线；一个候选骨点提取子单元，用于提取直线上的候选骨点；一个骨点确定子单元，用于在候选骨点中确定骨点与非骨点；一个置零子单元，用于将非骨点在椎骨边缘图像中的像素的灰度值置为0。

优选地，所述候选骨点提取子单元包括：一个像素选取子模块，用于沿直线方向依次选取每一个像素；一个候选骨点判断子模块，用于判断每两个相邻像素中任一像素的灰度值是否大于椎骨边缘图像的平均灰度值的一比例，若是，则将这两个相邻像素中的第一个像素所在的点视为骨点。

优选地，所述骨点确定子单元包括：一个第一判断子模块、一个第二判断子模块、一个第三判断子模块和一个第四判断子模块；其中，

所述第一判断子模块用于判断直线上所有候选骨点是否连续，若是，则计算连续的候选骨点的像素数之和N，并执行第二判断子模块；若在直线上存在两或三个不相连接的候选骨点线段，且每个候选骨点线段的长度均大于10个像素，且每两个相邻的候选骨点线段之间的距离小于6个像素，则计算直线上所有候选骨点的像素数之和N，并执行第二判断子模块；否则，将直线上的所有点视为非骨点，其中，N为正整数；

所述第二判断子模块，用于判断一条直线上所有候选骨点的像素数之和N是否＞Q，如果是，则执行第三判断子模块，其中Q为正整数；否则，将直线上的所有点视为非骨点；

所述第三判断子模块，用于判断当前直线和与其相邻的上下各一条平行直线中是否存在候选骨点，如果均不存在候选骨点，则将当前直线上的所有点视为非骨点；否则，执行第四判断子模块；

所述第四判断子模块，用于判断当前候选骨点在原始图像的CT值是否大于椎骨边缘图像的平均灰度值的一倍数，若是，则将当前候选骨点视为骨点；否则，将当前候选骨点视为非骨点。

由上述技术方案可见，本发明所提供的椎骨和椎间盘的定位方法和装置在椎骨边缘图像中确定每个椎间盘的水平位置，并在上下相邻椎间盘的水平位置范围内确定每一椎骨的上下边缘定位线，根据上一相邻椎骨的下边缘定位线和下一椎骨的上边缘定位线确定每一椎间盘的定位线，这样就无需医生根据经验调整扫描参数以进行椎骨和椎间盘的定位，提高了椎骨和椎间盘的定位速度和精度。

附图说明

图1为现有技术中的椎骨定位示意图。

图2为本发明实施例的一种椎骨和椎间盘的定位方法的流程图。

图3为粗定位区域示意图。

图4为椎骨边缘图像的示意图。

图5为去除噪点后的椎骨边缘图像。

图6为椎间盘的水平位置示意图。

图7为确定第二椎骨的上下边缘定位线的示意图。

图8为确定第七椎间盘的定位线的示意图。

图9为本发明实施例的一种椎骨和椎间盘的定位装置的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明提供了一种对椎骨和锥间盘进行自动定位的方法，首先获取椎骨和椎间盘的粗定位区域，并根据粗定位区域获取椎骨边缘图像，然后在椎骨边缘图像中确定出椎间盘的水平位置，并根据两个相邻椎间盘的水平位置确定这两个相邻椎间盘之间的椎骨的上下边缘定位线，最后根据两个相邻椎骨的上下边缘定位线确定这两个相邻椎骨之间的椎间盘的定位线，采用上述定位方法可自动确定椎骨和椎间盘的定位线，能够提高椎骨和椎间盘的定位速度和精度。

图2为本发明实施例的一种椎骨和椎间盘的定位方法的流程图。如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤201，在定位像中获取椎骨和椎间盘的粗定位区域。

图3为粗定位区域示意图，如图3所示，水平方向用X轴表示，垂直方向用Y轴表示。获取粗定位区域包括：将定位像中相同X坐标处的像素的灰度值累加，并将累加的和作为X坐标上的投影值，按照这个方法，可获得每个X坐标上的投影值；从X坐标零点开始，选取一确定宽度的区域(窗口)，优选的窗口宽度为图像在X方向上总宽度的1/7至1/8；计算当前窗口内的X坐标上的投影值之和；然后将窗口延X轴移动，计算下一窗口内的投影值之和，重复此计算步骤直至窗口移出图像区域为止；这样得到每个窗口内的投影值的和值，将投影值之和的极大值所对应的窗口区域作为粗定位区域。

如图3所示，将图像中每个像素的灰度值投影至X坐标上，并将同一X坐标处的灰度值之和作为X坐标上的投影值，图中直线L1和L2之间的区域为X坐标上的投影值之和为极大值的区域，即粗定位区域。

在下述步骤中，将粗定位区域作为研究对象，图3中直线L1和L2之间的图像即为粗定位区域。

步骤202，根据粗定位区域生成椎骨边缘图像。

在本步骤中，椎骨边缘图像中像素的灰度值与粗定位子图中该像素周围像素的灰度值相关。

优选地，设像素(x，y)在粗定位区域中的灰度值为f(x，y)，设像素(x，y)在椎骨边缘图像中的灰度值为g(x，y)，则一种计算g(x，y)的方法如下式所示(也可以采用例如拉格朗日算子等其它方法计算g(x，y)，这里不一一介绍)：

g(x，y)＝f(x+1，y+1)+2f(x，y+1)+f(x-1，y+1)-(f(x+1，y-1)+2f(x，y-1)+f(x-1，y-1))

采用上述方法从粗定位区域中提取出椎骨边缘，并生成椎骨边缘图像。图4为椎骨边缘图像的示意图，如果4所示，图中灰度值较大的区域为所提取的椎骨边缘，同时，也有部分灰度值较大的区域为噪点。

步骤203，进一步，可以去除椎骨边缘图像中的噪点。

图5为去除噪点后的椎骨边缘图像。在本步骤中，将椎骨边缘近似看作一直线，而在现有技术中，霍夫(Hough)变换是一种经典的搜索直线的方法，假设沿y＝nΔkx+y₀方向进行搜索，其中，y₀为椎骨边缘图像中像素的纵坐标，n为正整数，Δk为预设的斜率搜索间隔，Δk可根据具体情况设定，但一般小于0.1，对于每一个y₀和满足

的所有n，沿直线y＝nΔkx+y₀方向，通过x的变化来进行直线搜索。以上内容为霍夫变换的基本原理，可参见现有技术的内容。在所搜索出的直线中，如果直线上的像素同时满足以下5个条件，则将像素所在的点作为椎骨边缘上的骨点：

1)沿直线方向依次选取每一个像素，例如，若直线是水平方向的，可沿从左至右的方向，也可沿从右至左的方向依次选取像素。若每两个相邻像素中任一像素的灰度值大于椎骨边缘图像的平均灰度值的1/4(也可以采用其它比例)，则将这两个相邻像素中的第一个像素所在的点视为候选骨点，然后执行条件2)的判断；若两个相邻像素均小于等于椎骨边缘图像的平均灰度值的1/4，则不做任何处理，并选取下一个像素，再重复执行上述判断步骤。

2)若直线上的所有候选骨点是连续的，则计算这些连续的候选骨点的像素数之和N，并执行条件3)的判断；若在直线上存在多个不相连接的候选骨点线段，且每个候选骨点线段的长度均大于10个像素，且不连续的候选骨点线段小于等于3个(即直线上存在两个或三个候选骨点线段)，且每两个相邻的候选骨点线段之间的距离小于6个像素，则计算直线上所有候选骨点的像素数之和N，并执行条件3)的判断。否则，将直线上的所有点视为非骨点，其中，N为正整数。

需要说明的是，候选骨点线段是指大于等于两个的连续骨点构成的线段。

3)若一条直线上所有候选骨点的像素数之和N＞Q，则执行条件4)的判断；否则，将直线上的所有点视为非骨点。其中，Q为正整数，具体数值根据实际情况而定，例如Q的初始值可设为22。

4)如果当前直线和与其相邻的上下各一条平行直线中均不存在候选骨点，则将当前直线上的所有点视为非骨点；否则，进入条件5)的判断。

5)若当前候选骨点在原始图像的CT值大于椎骨边缘图像的平均灰度值的1.2倍(可以根据具体应用选用其他倍数)，则将当前候选骨点视为骨点；否则，将当前候选骨点视为非骨点。

确定出所有直线上候选骨点为骨点和或非骨点后，骨点在椎骨边缘图像中的像素的灰度值保持不变，将非骨点在椎骨边缘图像中的像素的灰度值置为0。

步骤204，在椎骨边缘图像上确定椎间盘的水平位置。

图6为椎间盘的水平位置示意图。具体地说，确定椎间盘的水平位置的方法为：将椎骨边缘图像上相同Y坐标处的像素的灰度值累加，并将累加的和作为Y坐标上的投影值，按照这个方法，可获得每个Y坐标上的投影值；对于每一行Y坐标为y的像素，若在直线Y＝y和Y＝y+m之间的区域内存在一个大于一阈值的投影值，则认为该行像素为骨区域点(其中m为正整数，优选地，m的值为6，阈值为Y坐标上的平均投影值的1/10)，将Y坐标连续的骨区域点构成的区域作为骨区域；将骨区域在Y轴上的中线位置作为相应椎间盘的水平位置，从而可以确定各个椎间盘的水平位置。

步骤205，根据椎骨边缘图像上椎间盘的水平位置，确定椎骨的上下边缘定位线。

在图像中，直线的描述参数为倾角和截距。本发明的实施例中，倾角为直线与X轴的正方向之间的夹角，截距为直线与Y轴的交点的纵坐标。由于定位线的表现形式为直线，因此在本步骤中，通过确定定位线的倾角和截距来确定定位线的位置。

具体来说，首先需要选取一组倾角，优选地，在60度与120度之间选取一组倾角。对应每一个倾角，得到一组倾角相同但具有不同截距的平行直线，该组平行直线的截距小于当前椎骨的上一相邻椎间盘的水平位置，且大于当前椎骨的下一相邻椎间盘的水平位置；在对应一个倾角的一组平行直线中，将一条直线上每个像素的灰度值之和小于阈值(其中，阈值优选为椎骨边缘图像的平均灰度值的1/4，也可以采用其它比例)的直线作为候选定位线，这样，对应一个倾角就有一组平行的候选定位线，为了方便起见，可将一组候选定位线中截距最大的直线称为初始候选定位线，将一组候选定位线中截距最小的直线称为末端候选定位线；计算对应每一个倾角的初始候选定位线和末端候选定位线之间的距离，将距离为极大值时的初始候选定位线作为当前椎骨的上边缘定位线，将距离为极大值时的末端候选定位线作为当前椎骨的下边缘定位线。

图7为确定第二椎骨的上下边缘定位线的示意图。如图7所示，对应每一个倾角α，可得到截距小于第二椎间盘的水平位置，且截距大于第三椎间盘的水平位置的一组平行直线；在对应每一个倾角α的一组平行直线中，将一条直线上每个像素的灰度值之和小于阈值的直线作为候选定位线，这样，对应每个倾角α就有一组平行的候选定位线，将一组候选定位线中截距最大的直线记作L(α，b1)，将一组候选定位线中截距最小的直线记为L(α，b2)其中，b1和b2为直线的截距；计算对应每一个倾角α的L(α，b1)和L(α，b2)之间的距离，将距离为极大值时的L(α，b2)作为第二椎骨的上边缘定位线L3(α_find，b1_find)，将距离为极大值时的L(α，b2)作为第二椎骨的下边缘定位线L4(α_find，b2_find)，其中，α_find为第二椎骨上下边缘定位线的倾角，b1_find为第二椎骨的上边缘定位线的截距，b2_find为第二椎骨的下边缘定位线的截距。

步骤206，确定椎间盘的定位线。

计算当前椎间盘上一相邻椎骨下边缘定位线的截距与当前椎间盘下一相邻椎骨上边缘定位线的截距之和，将截距之和的1/2作为当前椎间盘的定位线的截距；计算当前椎间盘上一相邻椎骨下边缘定位线的倾角与当前椎间盘下一相邻椎骨上边缘定位线的倾角之和，将倾角之和的1/2作为当前椎间盘的定位线的倾角。这样就可以确定各个椎间盘的定位线。

图8为确定第七椎间盘定位线的示意图。如图8所示，若第六椎骨的下边缘定位线为L5(α5，b5)，第七椎骨的上边缘定位线为L6(α6，b6)，则第七椎间盘的定位线为 $L7(\frac{\mathrm{\α}5+\mathrm{\α}6}{2},\frac{b+b6}{2}).$

需要说明的是，在实际应用中，当对椎骨进行扫描时，椎骨的扫描区域为上一个相邻椎间盘的定位线与下一相邻椎间盘定位线之间的区域，当对椎间盘进行扫描时，椎间盘仅扫描一层，因此仅根据椎间盘的定位线的位置就可确定椎间盘的扫描位置。

基于上述椎骨和椎间盘的定位方法，图9为本发明实施例的一种椎骨和椎间盘的定位装置的结构图。如图9所示，该装置包括：一个粗定位区域获取单元101、一个椎骨边缘图像获取单元102、一个椎间盘水平位置确定单元104、一个椎骨定位单元105和一个椎间盘定位单元106。

其中，粗定位区域获取单元101在定位像中确定椎骨和椎间盘的粗定位区域；椎骨边缘图像获取单元102根据粗定位区域生成椎骨边缘图像；椎间盘水平位置确定单元104在椎骨边缘图像上确定椎间盘的水平位置；椎骨定位单元105根据所述椎骨边缘图像上椎间盘的水平位置，确定椎骨的上下边缘定位线；椎间盘定位单元106根据所述椎骨的上下边缘定位线，确定椎间盘的定位线。

粗定位区域获取单元101包括：一个X投影子单元1011和一个极大值计算子单元1012。其中，X投影子单元1011将定位像中相同X坐标处的像素的灰度值累加，并将累加的和作为X坐标上的投影值；极大值计算子单元1012将定位像中一确定X轴范围内投影值之和最大的区域作为粗定位区域。

椎骨边缘图像获取单元102包括：一个计算子单元1021和一个图像生成子单元1022。计算子单元1021根据粗定位区域中像素的灰度值确定椎骨边缘图像中每一个像素的灰度值，g(x，y)＝f(x+1，y+1)+2f(x，y+1)+f(x-1，y+1)-(f(x+1，y-1)+2f(x，y-1)+f(x-1，y-1))，像素(x，y)在粗定位区域中的灰度值为f(x，y)，像素(x，y)在椎骨边缘图像中的灰度值为g(x，y)。图像生成子单元1022根据所确定的像素的灰度值生成椎骨边缘图像。

椎间盘水平位置确定单元104包括：一个Y投影子单元1041、一个骨区域确定子单元1042和一个中线确定子单元1043。其中，Y投影子单元1041将椎骨边缘图像上相同Y坐标处的像素的灰度值累加，并将累加的和作为Y坐标上的投影值；骨区域确定子单元1042对于每一行Y坐标相同的像素，判断在Y轴上该Y坐标周围的一确定区域内是否有投影值大于一阈值，如果在Y轴上该Y坐标周围的一确定区域内有投影值大于所述阈值，则将该行Y坐标相同的像素作为骨区域点，并将Y坐标连续的骨区域点构成的区域作为骨区域；中线确定子单元1043将骨区域在Y轴上的中线位置作为相应椎间盘的水平位置。

椎骨定位单元105包括：一个倾角选取子单元1051、一个平行直线获取子单元1052、一个候选定位线确定子单元1053和一个定位线确定子单元1054。其中，倾角选取子单元1051对于一椎骨，选取一组倾角；平行直线获取子单元1052对应每一个倾角，获取一组平行直线，所述平行直线的截距小于当前椎骨的上一相邻椎间盘的水平位置，并大于当前椎骨的下一相邻椎间盘的水平位置；候选定位线确定子单元1053在对应一个倾角的一组平行直线中，将像素的灰度值之和小于阈值的直线作为候选定位线，将候选定位线中截距最大的直线作为初始候选定位线，将候选定位线中截距最小的直线作为末端候选定位线；定位线确定子单元1054计算对应每一个倾角的初始候选定位线和末端候选定位线之间的距离，将距离为极大值时的初始候选定位线作为当前椎骨的上边缘定位线，将距离为极大值时的末端候选定位线作为当前椎骨的下边缘定位线。

椎间盘定位单元106包括：一个截距确定子单元1061和一个倾角确定子单元1062。其中，截距确定子单元1061计算当前椎间盘上一相邻椎骨下边缘定位线的截距与当前椎间盘下一相邻椎骨上边缘定位线的截距之和，将截距之和的1/2作为当前椎间盘的定位线的截距。倾角确定子单元1062计算当前椎间盘上一相邻椎骨下边缘定位线的倾角与当前椎间盘下一相邻椎骨上边缘定位线的倾角之和，将倾角之和的1/2作为当前椎间盘的定位线的倾角。

该装置进一步包括一个噪点去除单元103，噪点去除单元103用于去除椎骨边缘图像中的噪点。

噪点去除单元103包括：一个直线搜索子单元1031、一个候选骨点提取子单元1032、一个骨点确定子单元1033和一个置零子单元1034。其中，直线搜索子单元1031采用例如霍夫变换等方法搜索椎骨边缘图像中的直线；候选骨点提取子单元1032提取直线上的候选骨点；骨点确定子单元1033在候选骨点中确定骨点与非骨点；置零子单元1034将非骨点在椎骨边缘图像中的像素的灰度值置为0，还可以保持骨点在椎骨边缘图像中的像素的灰度值不变。

候选骨点提取子单元1032包括：一个像素选取子模块10321和一个候选骨点判断子模块10322。其中，像素选取子模块10321沿直线方向依次选取每一个像素；候选骨点判断子模块10322判断每两个相邻像素中其中任一像素的灰度值是否大于椎骨边缘图像的平均灰度值的一比例(例如1/4)，若是，则将这两个相邻像素中的第一个像素所在的点视为骨点。

骨点确定子单元1033包括：一个第一判断子模块10331、一个第二判断子模块10332、一个第三判断子模块10333和一个第四判断子模块10334。

其中，第一判断子模块10331判断直线上所有候选骨点是否连续，若是，则计算这些连续的候选骨点的像素数之和N，并执行第二判断子模块10332；若在直线上存在多个不相连接的候选骨点线段，且每个候选骨点线段的长度均大于10个像素，且不连续的候选骨点线段小于等于3个(即直线上存在两个或三个不连续的候选骨点线段)，且每两个相邻的候选骨点线段之间的距离小于6个像素，则计算直线上所有候选骨点的像素数之和N，并执行第二判断子模块10332；否则，将直线上的所有点视为非骨点。其中，N为正整数。

第二判断子模块10332判断一条直线上所有候选骨点的像素数之和N是否＞Q，若一条直线上所有候选骨点的像素数之和N＞Q，则执行第三判断子模块10333，其中，Q为正整数，Q根据实际情况而定，并可根据实际情况而调整，例如Q的初始值为22；否则，将直线上的所有点视为非骨点。

第三判断子模块10333判断当前直线和与其相邻的上下各一条平行直线中是否存在候选骨点，如果当前直线和与其相邻的上下各一条平行直线中均不存在候选骨点，则将当前直线上的所有点视为非骨点；否则，执行第四判断子模块10334。

第四判断子模块10334判断当前候选骨点在原始图像的CT值是否大于椎骨边缘图像的平均灰度值的一倍数(例如1.2倍)，若是，则将当前候选骨点视为骨点；否则，将当前候选骨点视为非骨点。

本发明所提供的一种椎骨和椎间盘的定位装置的实施例的具体说明请参照图2所示方法实施例中的相应说明，此处不再赘述。

可见，基于上述椎骨和椎间盘的定位方法，首先在定位像中获取椎骨和椎间盘的粗定位区域，然后根据粗定位区域生成椎骨边缘图像，其次在椎骨边缘图像上确定椎间盘的水平位置，根据椎骨边缘图像上椎间盘的水平位置确定椎骨的上下边缘定位线和椎间盘的定位线。当对椎骨进行扫描时，椎骨的扫描区域为上一个相邻椎间盘的定位线与下一相邻椎间盘定位线之间的区域，当对椎间盘进行扫描时，椎间盘的定位线即为椎间盘的扫描位置，这样就不需要医生花费较长时间调整扫描序列的相关参数以对待扫描的椎骨和椎间盘进行定位，提高了椎骨和椎间盘的定位速度，同时，也提高了椎骨和椎间盘的定位精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种椎骨和椎间盘的定位方法，该方法包括：

在定位像中确定椎骨和椎间盘的粗定位区域；

根据粗定位区域生成椎骨边缘图像；

在椎骨边缘图像上确定所述椎间盘的水平位置；

根据所述椎骨边缘图像上所述椎间盘的水平位置，确定所述椎骨的上下边缘定位线和所述椎间盘的定位线。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在定位像中确定椎骨和椎间盘的粗定位区域包括：

将定位像中相同X坐标处的像素的灰度值累加，并将累加的和作为X坐标上的投影值；

将定位像中一确定X轴范围内投影值之和最大的区域作为粗定位区域。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成椎骨边缘图像包括：

根据所述粗定位区域中像素的灰度值，来确定所述椎骨边缘图像中的每一个像素的灰度值；

根据所确定的像素的灰度值生成椎骨边缘图像。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对于椎骨边缘图像中的每个像素，采用下式计算其灰度值：

g(x，y)＝f(x+1，y+1)+2f(x，y+1)+f(x-1，y+1)-(f(x+1，y-1)+2f(x，y-1)+f(x-1，y-1))，

其中，f(x，y)表示粗定位区域中像素(x，y)的灰度值，g(x，y)表示椎骨边缘图像中像素(x，y)的灰度值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述椎间盘的水平位置包括：

将椎骨边缘图像上相同Y坐标处的像素的灰度值累加，并将累加的和作为Y坐标上的投影值；

对于每一行Y坐标相同的像素，如果在Y轴上该Y坐标周围一确定区域内有投影值大于一阈值，则将该行Y坐标相同的像素作为骨区域点；

将Y坐标连续的骨区域点构成的区域作为骨区域；

将所述骨区域在Y轴上的中线位置作为相应椎间盘的水平位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述椎骨的上下边缘定位线包括：

对于一椎骨，选取一组倾角；

对应每一个倾角，获取一组平行直线，该组平行直线的截距小于上一相邻椎间盘的水平位置，并大于下一相邻椎间盘的水平位置；

在一组平行直线中，将像素的灰度值之和小于一阈值的直线作为候选定位线，将候选定位线中截距最大的直线作为初始候选定位线，将候选定位线中截距最小的直线作为末端候选定位线；

计算各组中初始候选定位线和末端候选定位线之间的距离，将距离为极大值时的初始候选定位线作为当前椎骨的上边缘定位线，将距离为极大值时的末端候选定位线作为当前椎骨的下边缘定位线。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述椎间盘的定位线包括：

计算当前椎间盘上一相邻椎骨下边缘定位线的截距与当前椎间盘下一相邻椎骨上边缘定位线的截距之和，将截距之和的1/2作为当前椎间盘的定位线的截距；

计算当前椎间盘上一相邻椎骨下边缘定位线的倾角与当前椎间盘下一相邻椎骨上边缘定位线的倾角之和，将倾角之和的1/2作为当前椎间盘的定位线的倾角。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：去除椎骨边缘图像中的噪点。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述去除椎骨边缘图像中的噪点包括：

搜索椎骨边缘图像中的直线；

对于搜索出的每一条直线，执行如下操作：提取该直线上的候选骨点；在候选骨点中确定骨点与非骨点；将非骨点在椎骨边缘图像中的像素的灰度值置为0。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述提取直线上的候选骨点包括：沿直线方向依次选取每一个像素，若每两个相邻像素中任一像素的灰度值大于椎骨边缘图像的平均灰度值的一比例，则将这两个相邻像素中第一个像素所在的点视为候选骨点。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述在候选骨点中确定骨点与非骨点包括：

A、若直线上的所有候选骨点是连续的，则计算所述候选骨点的像素数之和N，并执行步骤B；若在直线上存在两或三个不相连接的候选骨点线段，且每个候选骨点线段的长度均大于10个像素，且每两个相邻的候选骨点线段之间的距离小于6个像素，则计算直线上所有候选骨点的像素数之和N，并执行步骤B；否则，将直线上的所有点视为非骨点，其中，N为正整数；

B、若一条直线上所有候选骨点的像素数之和N＞Q，则执行步骤C，其中，Q为正整数；否则，将直线上的所有点视为非骨点；

C、若当前直线和与其相邻的上下各一条平行直线中均不存在候选骨点，则将当前直线上的所有点视为非骨点；否则，执行步骤D；

D、若当前候选骨点在原始图像的CT值大于椎骨边缘图像的平均灰度值的一倍数，则将当前候选骨点视为骨点；否则，将当前候选骨点视为非骨点。

12.一种椎骨和椎间盘的定位装置，该装置包括：

一个粗定位区域获取单元(101)，用于在定位像中确定椎骨和椎间盘的粗定位区域；

一个椎骨边缘图像获取单元(102)，用于根据粗定位区域生成椎骨边缘图像；

一个椎间盘水平位置确定单元(104)，用于在椎骨边缘图像上确定所述椎间盘的水平位置；

一个椎骨定位单元(105)，用于根据所述椎骨边缘图像上所述椎间盘的水平位置，确定所述椎骨的上下边缘定位线；以及

一个椎间盘定位单元(106)，用于根据所述椎骨的上下边缘定位线，确定所述椎间盘的定位线。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述粗定位区域获取单元(101)包括：一个X投影子单元(1011)，用于将定位像中相同X坐标处的像素的灰度值累加，并将累加的和作为X坐标上的投影值；以及一个极大值计算子单元(1012)，用于将定位像中一确定X轴范围内投影值之和最大的区域作为粗定位区域；和/或，

所述椎骨边缘图像获取单元(102)包括：一个计算子单元(1021)，用于根据所述粗定位区域中像素的灰度值，确定椎骨边缘图像中每一个像素的灰度值，其中，g(x，y)＝f(x+1，y+1)+2f(x，y+1)+f(x-1，y+1)-(f(x+1，y-1)+2f(x，y-1)+f(x-1，y-1))，

f(x，y)表示粗定位区域中像素(x，y)的灰度值，g(x，y)表示椎骨边缘图像中像素(x，y)的灰度值；以及一个图像生成子单元(1022)，用于根据所确定的像素的灰度值生成椎骨边缘图像；和/或，

所述椎间盘水平位置确定单元(104)包括：一个Y投影子单元(1041)，用于将椎骨边缘图像上相同Y坐标处的像素的灰度值累加，并将累加的和作为Y坐标上的投影值；一个骨区域确定子单元(1042)，用于对于每一行Y坐标相同的像素，判断在Y轴上该Y坐标周围的一确定区域内是否有投影值大于一阈值，如果有，则将该行Y坐标相同的像素作为骨区域点，并将Y坐标连续的骨区域点构成的区域作为骨区域；以及一个中线确定子单元(1043)，用于将所述骨区域在Y轴上的中线位置作为相应椎间盘的水平位置；和/或，

所述椎骨定位单元(105)包括：一个倾角选取子单元(1051)，用于对于一椎骨，选取一组倾角；一个平行直线获取子单元(1052)，用于对应每一个倾角，获取一组平行直线，该组平行直线的截距小于当前椎骨的上一相邻椎间盘的水平位置，并大于当前椎骨的下一相邻椎间盘的水平位置；一个候选定位线确定子单元(1053)，用于在对应一倾角的一组平行直线中，将像素的灰度值之和小于一阈值的直线作为候选定位线，将候选定位线中截距最大的直线作为初始候选定位线，将候选定位线中截距最小的直线作为末端候选定位线；以及一个定位线确定子单元(1054)，用于计算对应每一个倾角的初始候选定位线和末端候选定位线之间的距离，将距离为极大值时的初始候选定位线作为当前椎骨的上边缘定位线，将距离为极大值时的末端候选定位线作为当前椎骨的下边缘定位线；和/或，

所述椎间盘定位单元(106)包括：一个截距确定子单元(1061)，用于计算当前椎间盘上一相邻椎骨下边缘定位线的截距与当前椎间盘下一相邻椎骨上边缘定位线的截距之和，将截距之和的1/2作为当前椎间盘的定位线的截距；以及一个倾角确定子单元(1062)，用于计算当前椎间盘上一相邻椎骨下边缘定位线的倾角与当前椎间盘下一相邻椎骨上边缘定位线的倾角之和，将倾角之和的1/2作为当前椎间盘的定位线的倾角。

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括一个噪点去除单元(103)，用于去除椎骨边缘图像中的噪点。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述噪点去除单元(103)包括：

一个直线搜索子单元(1031)，用于搜索椎骨边缘图像中的直线；

一个候选骨点提取子单元(1032)，用于提取直线上的候选骨点；

一个骨点确定子单元(1033)，用于在候选骨点中确定骨点与非骨点；

一个置零子单元(1034)，用于将非骨点在椎骨边缘图像中的像素的灰度值置为0。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述候选骨点提取子单元(1032)包括：

一个像素选取子模块(10321)，用于沿直线方向依次选取每一个像素；

一个候选骨点判断子模块(10322)，用于判断每两个相邻像素中任一像素的灰度值是否大于椎骨边缘图像的平均灰度值的一比例，若是，则将这两个相邻像素中的第一个像素所在的点视为骨点。

17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述骨点确定子单元(1033)包括：一个第一判断子模块(10331)、一个第二判断子模块(10332)、一个第三判断子模块(10333)和一个第四判断子模块(10334)；其中，

所述第一判断子模块(10331)，用于判断直线上所有候选骨点是否连续，若是，则计算所述候选骨点的像素数之和N，并执行第二判断子模块(10332)；若在直线上存在两或三个不相连接的候选骨点线段，且每个候选骨点线段的长度均大于10个像素，且每两个相邻的候选骨点线段之间的距离小于6个像素，则计算直线上所有候选骨点的像素数之和N，并执行第二判断子模块(10332)；否则，将直线上的所有点视为非骨点，其中，N为正整数；

所述第二判断子模块(10332)，用于判断一条直线上所有候选骨点的像素数之和N是否＞Q，如果是，则执行第三判断子模块(10333)，其中，Q为正整数；否则，将直线上的所有点视为非骨点；

所述第三判断子模块(10333)，用于判断当前直线和与其相邻的上下各一条平行直线中是否存在候选骨点，如果均不存在候选骨点，则将当前直线上的所有点视为非骨点；否则，执行第四判断子模块(10334)；

所述第四判断子模块(10334)，用于判断当前候选骨点在原始图像的CT值是否大于椎骨边缘图像的平均灰度值的一倍数，若是，则将当前候选骨点视为骨点；否则，将当前候选骨点视为非骨点。

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