CN106473744A - 一种基于平面切割的产轴线计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于平面切割的产轴线计算方法，包括以下步骤：1)数据预处理。以骨盆的医学影像数据作为输入，进行预处理提取网格化的骨盆数据，获得骨盆的三角网格模型，并对此模型进行位置初始化调整；2)使用一系列平面截取处于标准位置的骨盆的三角网格模型，这些平面与骨盆轴垂直；3)在得到的一系列截平面上求最大空圆，得到一系列圆心坐标，其连线及延长线组成的产轴线；其中，产轴线在骨盆以外的部分被称作延长线，该延长线由尾椎的弯曲趋势决定。本发明为胎头位置数字化和精确化测量提供了一种简便、准确的表示手段，能够更好地与现代产程监护电子设备结合，避免了目前医院中普遍采用的手动测量的低效和低精度的缺点。

Description

一种基于平面切割的产轴线计算方法

技术领域

本发明涉及骨盆测量和产程监护技术领域，尤其是指一种基于平面切割的产轴线计算方法。

背景技术

随着电子技术和信息技术的发展,各种胎儿监护设备越来越普及，如多普勒胎心仪、胎儿监护仪、脐带血流检测仪等，而监护参数包括胎心率、宫缩压力、胎动、母亲血压、血氧饱和度、脉博、心电等。但是,目前所有的电子胎儿监护技术主要针对产前监护,很少有针对分娩过程(产程)的监护，而后者则是影响出生人口质量的关键因素，对新生儿的智力和健康有关键作用。另外，通过实时的产程监护，能够及时发现胎头位置异常情况，为医生对患者实行剖宫产还是自然分娩的决策提供依据，避免因决策不及时造成的各类母儿近远期并发症甚至死亡。产程图是分娩学中描述产程的直观依据,是决定分娩方式和控制分娩进程的主要依据。胎头位置是产程图的重要参数。胎头位置的测量是以骨盆轴为参考的。骨盆轴是指连接骨盆各假想平面中点的曲线。此轴上段向下向后，中段向下，下段向下向前。分娩时，胎儿沿此轴娩出。在解剖学中，骨盆轴通常根据骨盆的特征点得到，包括骨盆入口横径、坐骨棘平面位置、耻骨联合上缘、骶尾关节等，如图1所示。但由于胎头的特殊解剖位置以及测量时的特殊要求，长期以来的临床实践中，一般将骨盆轴简化为一条至上而下的直线，如图2所示。由于没有切实可行的宫颈扩张和胎头位置自动测量方法，产程进展判断仍主要依赖传统阴道指检，这种方式存在以下问题：

1、高主观性，客观性差，高度依赖医生经验。

2、胎头位置估测不准确：间接估测胎头位置，胎头变形和形成可能造成误导。

3、胎位估测不准：30％-60％阴道检查不能准确测定胎位。

4、反复阴道检查，给产妇带来不适、增加感染的几率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种简便、准确的基于平面切割的产轴线计算方法，避免了目前医院中普遍采用的手动测量的低效和低精度的缺点，有利于骨盆测量和产程监护的数字化、精确化。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于平面切割的产轴线计算方法，该产轴线定义为自然分娩过程中胎儿头部中心的运动轨迹，该方法包括以下步骤：

1)数据预处理

以骨盆的医学影像数据作为输入，进行预处理提取网格化的骨盆数据，获得骨盆的三角网格模型，并对此模型进行位置初始化调整；

2)使用一系列平面截取处于标准位置的骨盆的三角网格模型，这些平面与骨盆轴垂直；

3)在得到的一系列截平面上求最大空圆，得到一系列圆心坐标，其连线及延长线组成的产轴线；其中，产轴线在骨盆以外的部分被称作延长线，该延长线由尾椎的弯曲趋势决定。

在步骤1)中，骨盆的基准位置定义如下：

对于骨盆点云数据，调整骨盆方向，使得骨盆从初始的标准解剖学位置绕x轴沿顺时针方向旋转90°，使得髂前上棘与耻骨结节处于同一水平面；其中，所述标准解剖学位置是指盆骨左右对称部位处于同一水平面且双边髂前上棘与耻骨结节组成的平面平行于z轴，其冠状面和矢状面视图旋转后得到的初始骨盆位置。

在步骤2)中，采用保持平面不变，而不断旋转骨盆的方法实现从垂直于骨盆轴的方向对三维骨盆数据进行切割，其具体实现方式如下：

2.1)对于网格化骨盆数据，设切割平面α：z_α＝k，其与骨盆相交得到的截平面内的最大空圆圆心为C₁；

2.2)另设切割平面β：z_β＝z_α+j，其与骨盆相交得到的截平面内的最大空圆圆心为C₂；

2.3)求向量C₁C₂与z轴的所夹的锐角θ，若直线C₁C₂的斜率为正，则使骨盆绕过点C₂的x轴平行线逆时针旋转θ；若直线C₁C₂的斜率为负，则使骨盆绕过点C₂的x轴平行线顺时针旋转θ，旋转骨盆后，向量C₁C₂平行于z轴；

2.4)转到步骤2.1)，在新的位置上对骨盆进行切割，直到切割平面遍历整个骨盆；

在上述步骤中，k、j为常数，k取值根据不同骨盆模型对象，通常选取相对靠底部的位置。

在步骤3)中，求截面的最大空圆是使用基于Voronoi图的算法求解。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本发明方法采用一系列垂直于骨盆轴平面对骨盆各段进行切割并在相应的截面上求最大空圆圆心，这些圆心的连线及其延长线即是所求的产轴线。这种产轴线自动计算方法，为胎头位置数字化和精确化测量提供了一种简便、准确的表示手段，能够更好地与现代产程监护电子设备结合，避免了目前医院中普遍采用的手动测量的低效和低精度的缺点。

附图说明

图1为基于特征点的骨盆轴解剖示意图。

图2为传统的胎头位置测量方法示意图。

图3为本发明方法的流程示意图。

图4a为标准解剖学位置冠状面视图。

图4b为标准解剖学位置矢状面视图。

图4c为初始骨盆位置调整示意图。

图5a为直线C₁C₂斜率为正的结构示意图。

图5b为C₂的x轴平行线逆时针旋转θ示意图。

图5c为直线C₁C₂斜率为负的结构示意图。

图5d为C₂的x轴平行线顺时针旋转θ示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

本实施例所述的基于平面切割的产轴线计算方法，产轴线定义为自然分娩过程中胎儿头部中心的运动轨迹。该方法为胎头测量提供了一种新的概念，为胎头位置数字化和精确化测量提供了一种简便、准确的表示手段，弥补了传统胎头位置测量方法无法与现代产程监护电子设备结合的不足。该自动计算方法使用一系列垂直于骨盆轴平面对骨盆各段进行切割并在相应的截面上求最大空圆圆心，这些圆心的连线及其延长线即是所求的产轴线。如图3所示，包括以下步骤：

1)数据预处理

对某患者的CT扫描进行图像平滑、图像增强处理后用阈值分割的方法提取轮廓线并进行三维重构和三角剖分，得到骨盆的三角网格模型。调整模型方向，使得骨盆从初始的标准解剖学位置绕x轴沿顺时针方向旋转90°，得到的初始骨盆位置。其中，骨盆的基准位置定义为：对于骨盆点云数据，调整骨盆方向，使得骨盆从初始的标准解剖学位置绕x轴沿顺时针方向旋转90°，使得髂前上棘与耻骨结节处于同一水平面；其中，所述标准解剖学位置是指盆骨左右对称部位处于同一水平面且双边髂前上棘与耻骨结节组成的平面平行于z轴，其冠状面和矢状面视图旋转后得到的初始骨盆位置，如图4a至4c所示。

2)采用保持平面不变，通过旋转骨盆的方法实现从垂直于骨盆轴的方向对三维骨盆数据进行切割。每次骨盆旋转角度两次平面切割所得两个截面内的最大空圆圆心决定，其具体方法如下：

2.1)取平面α：z_α＝k。则平面与骨盆数据相交后截平面的所有点坐标集合为P₁＝{p₁₁,p₁₂.....p_1n}。此截平面最大内接圆圆心为C₁。

2.2)保持骨盆不动，取平面β：z_β＝z_α+0.5。则平面与骨盆数据相交后截平面的所有点坐标集合为P₂＝{p_2l,p₂₂.....p_2n}。此截平面最大内接圆圆心为C₂。

2.3)求向量C₁C₂与z轴的所夹的锐角θ。若直线C₁C₂的斜率为正(如图5a所示)，则使骨盆绕过点C₂的x轴平行线逆时针旋转θ(如图5b所示)；若直线C₁C₂的斜率为负(如图5c所示)，则使骨盆绕过点C₂的x轴平行线顺时针旋转θ(如图5d所示)。旋转骨盆后，向量C₁C₂平行于z轴。

2.4)k＝k+0.5。转到步骤2.1)，在新的位置上对骨盆进行切割，直到切割平面遍历整个骨盆。

考虑到骨盆模型在z轴上坐标范围是[‐2.8,3]，k的初始值取‐2.5。

3)对于截面点集P_n＝{P₁，P₂}，通过基于Voronoi图求截平面内的最大空圆圆心。算法具体描述如下：

3.1)计算点集P_n的Voronoi图，记为V(P_n)。

3.2)计算点集P_n的凸壳，记为CH(P_n)；令r_max＝0。

3.3)对于V(P_n)的每个Voronoi顶点v，如果v在CH(P_n)内部，则计算以v为圆心的空圆的半径并修改r_max。

3.4)对于每条Voronoi边，计算CH(P_n)的边与Voronoi边的交点s，计算圆心在s的空圆的半径并修改r_max。

3.5)输出r_max和对应的圆心。

以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于平面切割的产轴线计算方法，该产轴线定义为自然分娩过程中胎儿头部中心的运动轨迹，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)数据预处理

以骨盆的医学影像数据作为输入，进行预处理提取网格化的骨盆数据，获得骨盆的三角网格模型，并对此模型进行位置初始化调整；

2)使用一系列平面截取处于标准位置的骨盆的三角网格模型，这些平面与骨盆轴垂直；

3)在得到的一系列截平面上求最大空圆，得到一系列圆心坐标，其连线及延长线组成的产轴线；其中，产轴线在骨盆以外的部分被称作延长线，该延长线由尾椎的弯曲趋势决定。

2.根据权利要求1所述的一种基于平面切割的产轴线计算方法，其特征在于，在步骤1)中，骨盆的基准位置定义如下：

对于骨盆点云数据，调整骨盆方向，使得骨盆从初始的标准解剖学位置绕x轴沿顺时针方向旋转90°，使得髂前上棘与耻骨结节处于同一水平面；其中，所述标准解剖学位置是指盆骨左右对称部位处于同一水平面且双边髂前上棘与耻骨结节组成的平面平行于z轴，其冠状面和矢状面视图旋转后得到的初始骨盆位置。

3.根据权利要求1所述的一种基于平面切割的产轴线计算方法，其特征在于，在步骤2)中，采用保持平面不变，而不断旋转骨盆的方法实现从垂直于骨盆轴的方向对三维骨盆数据进行切割，其具体实现方式如下：

2.1)对于网格化骨盆数据，设切割平面α：z_α＝k，其与骨盆相交得到的截平面内的最大空圆圆心为C₁；

2.2)另设切割平面β：z_β＝z_α+j，其与骨盆相交得到的截平面内的最大空圆圆心为C₂；

2.3)求向量C₁C₂与z轴的所夹的锐角θ，若直线C₁C₂的斜率为正，则使骨盆绕过点C₂的x轴平行线逆时针旋转θ；若直线C₁C₂的斜率为负，则使骨盆绕过点C₂的x轴平行线顺时针旋转θ，旋转骨盆后，向量C₁C₂平行于z轴；

2.4)转到步骤2.1)，在新的位置上对骨盆进行切割，直到切割平面遍历整个骨盆；

在上述步骤中，k、j为常数，k取值根据不同骨盆模型对象，通常选取相对靠底部的位置。

4.根据权利要求1所述的一种基于平面切割的产轴线计算方法，其特征在于：在步骤3)中，求截面的最大空圆是使用基于Voronoi图的算法求解。