CN105719273A - 一种在医学影像上测量脊椎的旋转参数的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在医学影像上测量脊椎的旋转参数的方法及装置。该方法包括：从医学影像中选取参考影像和运动影像；在参考影像中确定下脊椎影像和上脊椎影像，并在运动影像中确定下脊椎影像和上脊椎影像；将运动影像中的下脊椎影像与参考影像中的下脊椎影像配准；根据对下脊椎影像的配准的输出参数对运动影像中的上脊椎影像进行修正；将参考影像中的上脊椎影像与修正后的运动影像中的上脊椎影像相叠加得到叠加影像；以及根据叠加影像上参考影像中的上脊椎影像与运动影像中的上脊椎影像的位置差异计算得到旋转参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种参数测量的方法及装置，尤其涉及一种在医学影像上测量脊椎的旋转参数的方法及装置。
背景技术
在诊断脊椎病时，可以在病人的脊椎运动过程中，对脊椎进行多次成像(如：X射线成像)，得到多幅影像，然后通过测量这些影像上的脊椎的旋转参数来为医生提供辅助信息。
所谓旋转参数，可以指与两段脊椎骨之间的相对旋转有关的参数，比如：两段脊椎骨之间的旋转中心和相对旋转角度。
将多幅影像上的相同的两段脊椎骨之间的旋转中心连接起来，还可以得到这两段脊骨的旋转中心轨迹。
然而，现有技术并不能快速准确地在医学影像上测量脊椎的旋转参数。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种在医学影像上测量脊椎的旋转参数的方法，包括：从医学影像中选取参考影像和运动影像；在参考影像中确定下脊椎影像和上脊椎影像，并在运动影像中确定下脊椎影像和上脊椎影像；将运动影像中的下脊椎影像与参考影像中的下脊椎影像配准；根据对下脊椎影像的配准的输出参数对运动影像中的上脊椎影像进行修正；将参考影像中的上脊椎影像与修正后的运动影像中的上脊椎影像相叠加得到叠加影像；以及根据叠加影像上参考影像中的上脊椎影像与运动影像中的上脊椎影像的位置差异计算得到旋转参数。
本发明另一个实施例提供了一种在医学影像上测量脊椎的旋转参数的装置，包括：影像选取模块，用于从医学影像中选取参考影像和运动影像；上下脊椎影像选取模块，用于在参考影像中确定下脊椎影像和上脊椎影像，并在运动影像中确定下脊椎影像和上脊椎影像；下脊椎影像配准模块，用于将运动影像中的下脊椎影像与参考影像中的下脊椎影像配准；上脊椎影像修正模块，用于根据对下脊椎影像的配准的输出参数对运动影像中的上脊椎影像进行修正；叠加影像生成模块，用于将参考影像中的上脊椎影像与修正后的运动影像中的上脊椎影像相叠加得到叠加影像；以及旋转参数计算模块，用于根据叠加影像上参考影像中的上脊椎影像与运动影像中的上脊椎影像的位置差异计算得到旋转参数。
附图说明
通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1所示为本发明的在医学影像上测量脊椎的旋转参数的方法的一个实施例的流程示意图；
图2所示为参考影像上的下脊椎影像和上脊椎影像的示意图；
图3所示为运动影像上的下脊椎影像和上脊椎影像的示意图；
图4所示为本发明方法中的对下脊椎影像配准步骤的一个实施例的流程示意图；
图5所示为本发明方法中的计算旋转参数步骤的一个实施例的流程示意图；
图6所示为本发明方法中的计算旋转参数中的旋转中心的一个实施例的流程示意图；
图7所示为本发明的在医学影像上测量脊椎的旋转参数的装置的一个实施例的示意性框图。
具体实施方式
以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所做出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。
除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
通过在脊椎骨的医学影像上测量脊椎的旋转参数，可以辅助医生判断脊椎病变。本发明实施例旨在提供一种能够自动准确地测量脊椎的旋转参数的方法和装置。
参考图1，图1所示为本发明的在医学影像上测量脊椎的旋转参数的方法100的一个实施例的流程示意图。方法100可以包括如下步骤101至106。
如图1所示，在步骤101中，从医学影像中选取参考影像和运动影像。
在病人的脊椎运动过程中，可以对脊椎进行多次成像(如：X射线成像)，得到多幅影像。在这多影像中，可以选择一幅影像(比如：第一次成像得到的影像)作为参考影像。然后在剩余的影像中选出希望用于与参考影像进行对比的影像作为运动影像。
在步骤102中，分别在参考影像和运动影像中确定下脊椎影像和上脊椎影像。
例如，当需要测量第四段脊椎骨(C4)和第五段脊椎骨(C5)之间的旋转参数时，可以先在参考影像上确定第四段脊椎骨和第五段脊椎骨所在的区域，第四段脊椎骨所在区域内的影像就是参考影像上的上脊椎影像，第五段脊椎骨所在区域内的影像就是参考影像上的下脊椎影像。同样，可以在运动影像上确定第四段脊椎骨和第五段脊椎骨所在的区域，第四段脊椎骨所在区域内的影像就是运动影像上的上脊椎影像，第五段脊椎骨所在区域内的影像就是运动影像上的下脊椎影像。图2所示为参考影像上的下脊椎影像和上脊椎影像的示意图，其中201为选取出的下脊椎影像，202为选取出的上脊椎影像。图3所示为运动影像上的下脊椎影像和上脊椎影像的示意图，其中301为选取出的下脊椎影像，302为选取出的上脊椎影像。
在本发明的一个实施例中，每段脊椎骨在影像上的区域可以是方形，该区域在影像上的位置可以通过选区方形的四个点的位置来确定。
在本发明的一个实施例中，可以手动地确定下脊椎影像和上脊椎影像，也可以通过图像识别方法自动识别下脊椎影像和上脊椎影像。
在步骤103中，将运动影像中的下脊椎影像与参考影像中的下脊椎影像配准(registration)。
所谓配准，指的是通过对运动影像中的下脊椎影像和/或参考影像中的下脊椎影像进行适当的变换(transform)后，影像的内容能够相互重叠。
在本发明的一个实施例中，可以对运动影像中的下脊椎影像进行刚性变换来进行配准操作。
参考图4，图4所示为本发明方法中的对下脊椎影像配准步骤的一个实施例的流程示意图。在本发明的一个实施例中，如图4所示，步骤103可以包括如下子步骤401至403。
在子步骤401中，选取用于配准的搜索方向。
在本发明的一个实施例中，可以采用Powell算法选取一个优化的方向作为对下脊椎影像进行配准的搜索方向。
在子步骤402中，根据刚性变化的方向对运动影像中的下脊椎影像进行刚性变换。
可以根据步骤401得到的优化的搜索方向，对运动影像中的下脊椎影像进行旋转和/或平移变换，并对影像中的像素点进行插值操作。
在本发明的一个实施例中，可以采用双线性算法进行插值。
在子步骤403中，当参考影像中的下脊椎影像与刚性变换后的运动影像中的下脊椎影像的匹配程度达到预先设定的门限时，将下脊椎影像配准过程中的总平移量和/或总旋转量作为对下脊椎影像配准的输出参数。
在完成一轮刚性变换和插值以后，可以对刚性变换后的运动影像中的下脊椎影像与参考影像中的下脊椎影像进行重叠程度判定，当重叠程度达到预先设定的门限值时，可以停止刚性变换并将对下脊椎的刚性变换产生的总旋转量和/或总平移量作为步骤103的输出参数。
在步骤104中，根据对下脊椎影像的配准的输出参数对运动影像中的上脊椎影像进行修正。
在本发明的一个实施例中，可以用步骤103输出的总旋转量和/或总平移量对运动影像中的上脊椎影像进行进行刚性变换，从而修正运动影像中的上脊椎影像。
在本发明的另一个实施例中，可以用步骤103输出的总旋转量和/或总平移量对整个运动影像进行进行刚性变换。
在步骤105中，将参考影像中的上脊椎影像与修正后的运动影像中的上脊椎影像相叠加得到叠加影像。
在本发明的一个实施例中，可以将参考影像中的上脊椎影像与修正后的运动影像中的上脊椎影像相叠加得到叠加影像。
在本发明的另一个实施例中，可以将整个参考影像与修正后的整个运动影像进行叠加得到叠加影像。
在步骤106中，根据叠加影像上参考影像中的上脊椎影像与运动影像中的上脊椎影像的位置差异计算得到旋转参数。
参考图5，图5所示为本发明方法中的计算旋转参数步骤的一个实施例的流程示意图。在本发明的一个实施例中，如图5所示，步骤106可以进一步包含如下子步骤501至502。
在子步骤501中，将参考影像中的上脊椎影像与修正后的运动影像中的上脊椎影像配准。
在本发明的一个实施例中，可以采用与步骤103相同的方法，将经过步骤104修正后的运动影像中的上脊椎影像与参考影像中的上脊椎影像配准。具体来说，可以包含如下子步骤：
1)选取用于配准的搜索方向。在本发明的一个实施例中，可以采用Powell算法选取一个优化的方向作为进行配准的搜索方向。
2)根据刚性变化的方向对运动影像中的上脊椎影像进行刚性变换。
可以根据步骤401得到的优化的搜索方向，对经过步骤104修正后的运动影像中的上脊椎影像进行旋转和/或平移变换，并对影像中的像素点进行插值操作。
在本发明的一个实施例中，可以采用双线性算法进行插值。
在完成一轮刚性变换和插值以后，还可以对刚性变换后的运动影像中的上脊椎影像与参考影像中的上脊椎影像进行重叠程度判定，当重叠程度达到预先设定的门限值时，可以停止刚性变换并将对上脊椎影像进行刚性变换产生的总旋转量和/或总平移量作为步骤106的输出参数。
在子步骤502中，根据对上脊椎影像的配准的输出参数得到旋转参数。
在本发明的一个实施例中，步骤106输出的总旋转量可以作为本发明方法最终要得到的旋转参数中的旋转角度。
在本发明的一个实施例中，子步骤502可以进一步通过如下子步骤601至604来计算旋转参数中的旋转中心。参考图6，图6所示为本发明方法中的计算旋转参数中的旋转中心的一个实施例的流程示意图。
在子步骤601中，在运动影像中选取至少两个参考点。
在本发明的一个实施例中，可以在运动影像中选取任意两个点作为参考点。
在子步骤602中，根据对上脊椎影像的配准的输出参数计算参考点在参考影像中的对应点。
在本发明的一个实施例中，可以用对上脊椎影像的配准所输出的总旋转量和/或总平移量来计算每一个参考点在参考影像上的对应点的坐标。
在子步骤603中，在叠加影像上计算参考点与对应点的连线的中垂线。
在叠加影像上，可以将子步骤601中的每一个参考点与同该参考点所对应的对应点用直线段连接起来，进而得到每条直线段的中垂线。
在子步骤404中，将中垂线的交点作为旋转参数中的旋转中心。
步骤603得到的多条中垂线的焦点，就可以作为旋转中心。
需要说明的是，执行一次上述的步骤101至106可以完成一幅运动影像与参考影像之间的旋转参数的测量。对于病人在一次脊椎运动过程中采集的其它运动影像，也可以采用类似上述的步骤101至106的方法，测量得到这些运动影像相对于参考影像的旋转参数，进而可以将每一幅运动影像相对于参考影像的旋转中心点连接起来，得到旋转中心点的轨迹。
至此描述了根据本发明实施例的在医学影像上测量脊椎的旋转参数的方法。根据本发明的方法，能够快速准确地在医学影像上测量脊椎的旋转参数。当通过软件方式实施本发明方法时，既可以将该软件集成于影像诊断设备内，也可以作为独立的软件来运行。
与该方法类似，本发明还提供了相应的装置。
图7所示为本发明的在医学影像上测量脊椎的旋转参数的装置的一个实施例的示意性框图。
如图7所示，装置700可以包括：影像选取模块701，用于从医学影像中选取参考影像和运动影像；上下脊椎影像选取模块702，用于在参考影像中确定下脊椎影像和上脊椎影像，并在运动影像中确定下脊椎影像和上脊椎影像；下脊椎影像配准模块703，用于将运动影像中的下脊椎影像与参考影像中的下脊椎影像配准；上脊椎影像修正模块704，用于根据对下脊椎影像的配准的输出参数对运动影像中的上脊椎影像进行修正；叠加影像生成模块705，用于将参考影像中的上脊椎影像与修正后的运动影像中的上脊椎影像相叠加得到叠加影像；以及旋转参数计算模块706，用于根据叠加影像上参考影像中的上脊椎影像与运动影像中的上脊椎影像的位置差异计算得到旋转参数。
在本发明的一个实施例中，下脊椎影像配准模块703可以进一步包括：第一方向选取模块，用于选取用于配准的搜索方向；第一刚性变换模块，用于根据搜索方向对运动影像中的下脊椎影像进行刚性变换；以及第一参数输出模块，用于当参考影像中的下脊椎影像与刚性变换后的运动影像中的下脊椎影像的匹配程度达到预先设定的门限时，将下脊椎影像配准过程中的总平移量和/或总旋转量作为对下脊椎影像配准的输出参数。
在本发明的一个实施例中，上脊椎影像修正模块704可以进一步包括：用于根据总平移量和/或总旋转量对运动影像中的上脊椎影像进行刚性变换的模块。
在本发明的一个实施例中，旋转参数计算模块706可以进一步包括：上脊椎影像配准模块，用于将参考影像中的上脊椎影像与修正后的运动影像中的上脊椎影像配准；以及用于根据对上脊椎影像的配准的输出参数得到旋转参数的模块。
在本发明的一个实施例中，上脊椎影像配准模块可以进一步包括：第二方向选取模块，用于选取用于配准的搜索方向；第二刚性变换模块，用于根据方向对修正后的运动影像中的上脊椎影像进行刚性变换；以及第二参数输出模块，用于当参考影像中的上脊椎影像与刚性变换后的运动影像中的上脊椎影像的匹配程度达到预先设定的门限时，将上脊椎影像配准过程中的总平移量和/或总旋转量作为对上脊椎影像的配准的输出参数。
在本发明的一个实施例中，旋转参数计算模块706可以进一步包括：旋转角度计算模块，用于将总旋转量作为旋转参数中的旋转角度。
在本发明的一个实施例中，旋转参数计算模块706可以进一步包括：参考点选取模块，用于在运动影像中选取至少两个参考点；对应点计算模块，用于根据对上脊椎影像的配准的输出参数计算参考点在参考影像中的对应点；中垂线计算模块，用于在叠加影像上计算参考点与对应点的连线的中垂线；以及旋转中心计算模块，用于将中垂线的交点作为旋转参数中的旋转中心。
至此描述了根据本发明实施例的在医学影像上测量脊椎的旋转参数的装置。与上述方法类似，根据本发明的装置，能够能够快速准确地在医学影像上测量脊椎的旋转参数。当通过软件方式实施本发明装置时，既可以将该软件集成于影像诊断设备内，也可以作为独立的软件来运行。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (14)
1.一种在医学影像上测量脊椎的旋转参数的方法，其特征是，包括：
从所述医学影像中选取参考影像和运动影像；
在所述参考影像中确定下脊椎影像和上脊椎影像，并在所述运动影像中确定下脊椎影像和上脊椎影像；
将运动影像中的下脊椎影像与参考影像中的下脊椎影像配准；
根据对下脊椎影像的配准的输出参数对运动影像中的上脊椎影像进行修正；
将参考影像中的上脊椎影像与修正后的运动影像中的上脊椎影像相叠加得到叠加影像；以及
根据所述叠加影像上参考影像中的上脊椎影像与运动影像中的上脊椎影像的位置差异计算得到所述旋转参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述将运动影像中的下脊椎影像与参考影像中的下脊椎影像配准的步骤进一步包括：
选取用于所述配准的搜索方向；
根据所述搜索方向对运动影像中的下脊椎影像进行刚性变换；以及当参考影像中的下脊椎影像与刚性变换后的运动影像中的下脊椎影像的匹配程度达到预先设定的门限时，将下脊椎影像配准过程中的总平移量和/或总旋转量作为对下脊椎影像配准的输出参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述根据对下脊椎影像的配准的输出参数对运动影像中的上脊椎影像进行修正的步骤进一步包括：
根据所述总平移量和/或总旋转量对运动影像中的上脊椎影像进行刚性变换。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述根据所述叠加影像上参考影像中的上脊椎影像与运动影像中的上脊椎影像的位置差异计算得到所述旋转参数的步骤进一步包括：
将参考影像中的上脊椎影像与修正后的运动影像中的上脊椎影像配准；以及
根据对上脊椎影像的配准的输出参数得到所述旋转参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述将参考影像中的上脊椎影像与修正后的运动影像中的上脊椎影像配准的步骤进一步包括：
选取用于所述配准的搜索方向；
根据所述搜索方向对修正后的运动影像中的上脊椎影像进行刚性变换；以及
当参考影像中的上脊椎影像与刚性变换后的运动影像中的上脊椎影像的匹配程度达到预先设定的门限时，将上脊椎影像配准过程中的总平移量和/或总旋转量作为对上脊椎影像的配准的输出参数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述根据对上脊椎影像的配准的输出参数得到所述旋转参数的步骤进一步包括：
将所述总旋转量作为所述旋转参数中的旋转角度。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述根据对上脊椎影像的配准的输出参数得到所述旋转参数的步骤进一步包括：
在所述运动影像中选取至少两个参考点；
根据对上脊椎影像的配准的输出参数计算所述参考点在所述参考影像中的对应点；
在所述叠加影像上计算所述参考点与所述对应点的连线的中垂线；
以及
将所述中垂线的交点作为所述旋转参数中的旋转中心。
8.一种在医学影像上测量脊椎的旋转参数的装置，其特征是，包括：影像选取模块，用于从医学影像中选取参考影像和运动影像；
上下脊椎影像选取模块，用于在所述参考影像中确定下脊椎影像和上脊椎影像，并在所述运动影像中确定下脊椎影像和上脊椎影像；
下脊椎影像配准模块，用于将运动影像中的下脊椎影像与参考影像中的下脊椎影像配准；
上脊椎影像修正模块，用于根据对下脊椎影像的配准的输出参数对运动影像中的上脊椎影像进行修正；
叠加影像生成模块，用于将参考影像中的上脊椎影像与修正后的运动影像中的上脊椎影像相叠加得到叠加影像；以及
旋转参数计算模块，用于根据所述叠加影像上参考影像中的上脊椎影像与运动影像中的上脊椎影像的位置差异计算得到所述旋转参数。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征是，所述下脊椎影像配准模块进一步包括：
第一方向选取模块，用于选取用于所述配准的搜索方向；
第一刚性变换模块，用于根据所述搜索方向对运动影像中的下脊椎影像进行刚性变换以及
第一参数输出模块，用于当参考影像中的下脊椎影像与刚性变换后的运动影像中的下脊椎影像的匹配程度达到预先设定的门限时，将下脊椎影像配准过程中的总平移量和/或总旋转量作为对下脊椎影像配准的输出参数。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征是，所述上脊椎影像修正模块进一步包括：
用于根据所述总平移量和/或总旋转量对运动影像中的上脊椎影像进行刚性变换的模块。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征是，所述旋转参数计算模块进一步包括：
上脊椎影像配准模块，用于将参考影像中的上脊椎影像与修正后的运动影像中的上脊椎影像配准；以及
用于根据对上脊椎影像的配准的输出参数得到所述旋转参数的模块。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征是，所述上脊椎影像配准模块进一步包括：
第二方向选取模块，用于选取用于所述配准的搜索方向；
第二刚性变换模块，用于根据所述搜索方向对修正后的运动影像中的上脊椎影像进行刚性变换以及
第二参数输出模块，用于当参考影像中的上脊椎影像与刚性变换后的运动影像中的上脊椎影像的匹配程度达到预先设定的门限时，将上脊椎影像配准过程中的总平移量和/或总旋转量作为对上脊椎影像的配准的输出参数。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征是，所述旋转参数计算模块进一步包括：
旋转角度计算模块，用于将所述总旋转量作为所述旋转参数中的旋转角度。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征是，所述旋转参数计算模块进一步包括：
参考点选取模块，用于在所述运动影像中选取至少两个参考点；
对应点计算模块，用于根据对上脊椎影像的配准的输出参数计算所述参考点在所述参考影像中的对应点；
中垂线计算模块，用于在所述叠加影像上计算所述参考点与所述对应点的连线的中垂线；以及
旋转中心计算模块，用于将所述中垂线的交点作为所述旋转参数中的旋转中心。
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