CN109540000A - 基于医疗植入式骨钉的固有特性自动查找并测量其外形尺寸的方法 - Google Patents

基于医疗植入式骨钉的固有特性自动查找并测量其外形尺寸的方法 Download PDF

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Abstract

基于医疗植入式骨钉的固有特性自动查找并测量其外形尺寸的方法，其包括以下步骤：步骤1：采集图像；将骨钉批量、任意放置于一大视野影像测量仪之上；步骤2：利用骨钉的固有特性自动查找骨钉；将采集所得图像利用图像二值化画处理；步骤3：对于单个固定进行自动测量外形尺寸；针对所述单个骨钉的螺纹外径、小径、头部直径、长度数据进行测量；步骤4：批量测量；用多线程异步同时执行步骤2，即可批量快速测量图像上所有骨钉的外形尺寸。本发明快速批量检测植入式医疗骨钉的外形尺寸，且可以适用绝大多数医疗骨钉，以解决现有技术中存在的技术问题。

Description

基于医疗植入式骨钉的固有特性自动查找并测量其外形尺寸 的方法
技术领域
本发明涉及医疗植入式骨钉技术领域和精密影像测量领域，尤其涉及基于医疗植入式骨钉的固有特性自动查找并测量其外形尺寸的方法。
背景技术
医疗植入式骨钉又称骨折固定螺钉，临床中常用于固定的骨科内植入物。医疗植入式骨钉通常用于内部骨折或脱位的固定，通过直接拧入两个不同骨块或固定骨板等内植入物实现骨折的固定，定位骨骼并促进其痊愈。
医疗植入式骨钉外形与普通钉子相似，一般体积较小，骨钉的长度、螺纹径及头径等大小各异。因为使用环境的特殊，所以必须精确测量骨钉尺寸。但传统的骨钉测量通常选用卡尺测量或在光学影像检测设备上检测。带来的问题：
1、卡尺精度不高，并且测量结果受人为影响较大；
2、影像测量仪，精度高，但需要专用的治具，且上下料繁琐；
3、影像测量仪，需要对每个种类的骨订预先制作程式；
4、单颗测量，效率低下，无法满足现代工业批量化生产的需求。
发明内容
本发明解决的问题是如何能批量且高精度的检测骨钉，且所检测方法基于所述骨钉的固有特性之上。
为解决上述问题，本发明提供一种的技术方案基于医疗植入式骨钉的固有特性自动查找并测量其外形尺寸的方法，其包括以下步骤：
步骤1：采集图像；将骨钉批量、任意放置于一大视野影像测量仪之上；
步骤2：利用骨钉的固有特性自动查找骨钉；将采集所得图像利用图像二值化画处理；
步骤3：对于单个固定进行自动测量外形尺寸；针对所述单个骨钉的螺纹外径、小径、头部直径、长度数据进行测量；
步骤4：批量测量；用多线程异步同时执行步骤2，即可批量快速测量图像上所有骨钉的外形尺寸。
进一步优选的：所述步骤2中，还包括以下分步骤：
步骤2.1：进行阈值分割，所有灰度值大于阈值的像素点可能为待测骨钉用0表示，所有灰度值小于或等于阈值的像素点为空白区域用1表示；
步骤2.2：在所有用0表示的区域找到像素点连续的块，对每个块进行编号，并计算出重心和面积，为了排除干扰，以最大块的面积作为基准，排除面积过小的块，剩下的块就待测的骨钉。
进一步优选的：所述步骤3中，包括以下分步骤：
步骤3.1：亚像素边缘提取：对步骤2中得到一个像素块求最小外接矩形，并对矩形稍微放大，以放大后的矩形作为选择区域；通过Canny算法，对选区内的图像进行精确的亚像素边缘提取；
步骤3.2：测量螺纹的外形尺寸：以步骤3.1中得到的矩形中分线为大概的基准，利用骨钉的固有特性找到两边螺纹的大概位置；其中螺纹又具有特殊性找出波峰点，用最小二乘法拟合直线，即可得到螺纹外径的尺寸；找到波谷点，用最小二乘法拟合直线，即可以得到螺纹小径尺寸；再，通过螺纹外径的平分线与螺纹内径的平分线，可以精确的计算出骨钉整体的中分线。以螺纹的中分线与螺纹头部边缘的交点为坐标原点，以中分线为方向，建立坐标系。测量螺纹的长度，头部宽度。
进一步优选的：步骤一种所使用大视野影像测量仪，其包括大视野双远心镜头、高分辨率相机、平行光源、工作台以及固定机构，其中：
平行光源，其光束发射面朝上设置；
工作台，其装于一安装板开设的通孔内，该安装板装于所述平行光源之上且所述工作台位于所述光束发射面之上；
固定机构，其包括多根支撑杆，任一所述支撑杆一端立于所述安装板之上；
大视野双远心镜头，其装于所述高分辨率相机上并朝向所述工作台方向设置，安装有所述大视野双远心镜头的高分辨率相机装于所述固定机构的另一端。
进一步优选的：所述工作台为承载待检测的骨钉的支撑构架。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明快速批量检测植入式医疗骨钉的外形尺寸，且可以适用绝大多数医疗骨钉，具体优点如下：
1、批量测量效率高，单颗测量时间小于0.5秒；
2、测量精确；
3、受人工影响小；
4、自动查找骨钉，可随意摆放，不需要治具固定；
5、所有的测量均有软件自动完成；
6、不需要预先编程，对使用人员无特别要求。
附图说明
图1是本发明实施例中待检测固定的结构示意图；
图2是本发明实施例中所述大视野影像测量仪结构示意图；
图3是本发明实施例中所述步骤1中所采集到的图像；
图4是本发明实施例中所述步骤2.1中进行阈值分割的示意图；
图5是本发明实施例中所述步骤2.2中排除干扰的示意图；
图6是本发明实施例中所述步骤3.1中亚像素边缘提取的示意图；
图7是本发明实施例中检测后批量骨钉的示意图。
具体实施方式
医疗植入式骨钉外形与普通钉子相似，一般体积较小，骨钉的长度、螺纹径及头径等大小各异。因为使用环境的特殊，所以必须精确测量骨钉尺寸。但传统的骨钉测量通常选用卡尺测量或在光学影像检测设备上检测。带来的问题：卡尺精度不高，并且测量结果受人为影响较大；影像测量仪，精度高，但需要专用的治具，且上下料繁琐；影像测量仪，需要对每个种类的骨订预先制作程式；单颗测量，效率低下，无法满足现代工业批量化生产的需求。
发明人针对上述技术问题，经过对原因的分析，不断研究发现一种的技术方案基于医疗植入式骨钉的固有特性自动查找并测量其外形尺寸的方法，其包括以下步骤：
步骤1：采集图像；将骨钉批量、任意放置于一大视野影像测量仪之上；
步骤2：利用骨钉的固有特性自动查找骨钉；将采集所得图像利用图像二值化画处理；
步骤3：对于单个固定进行自动测量外形尺寸；针对所述单个骨钉的螺纹外径、小径、头部直径、长度数据进行测量；
步骤4：批量测量；用多线程异步同时执行步骤2，即可批量快速测量图像上所有骨钉的外形尺寸。
在上述技术方案中，其将医疗植入式骨钉批量、任意放置于大视野影像测量仪的工作台上，计算机采集到图像，对图像二值化处理，利用骨钉的固有特性自动查找骨钉，边缘提取，最小二乘法拟合边缘得到骨订的外形尺寸；
本技术方案=快速批量检测植入式医疗骨钉的外形尺寸；同时，本方法可以适用绝大多数医疗骨钉，解决现有技术中存在的技术问题。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，医疗植入式骨钉（以下简称骨订）。
实施例：
一种的技术方案基于医疗植入式骨钉的固有特性自动查找并测量其外形尺寸的方法，其包括以下步骤：
步骤1：采集图像。将骨钉批量、任意放置于大视野影像测量仪（附图2:指由大视野双远心镜头1-2、高分辨率相机1-1、平行光源1-5、工作台1-4以及固定机构1-3构成）的工作台上，计算机采集到图像（附图3）。
步骤2：利用骨钉的固有特性自动查找骨钉，将图像二值化画处理。
步骤2.1：进行阈值分割，所有灰度值大于阈值的像素点可能为待测骨钉用0表示，所有灰度值小于或等于阈值的像素点为空白区域用1表示（附图4：带有干扰点1和骨钉2）；
步骤2.2：于所述步骤2.1在所有用0表示的区域找到像素点连续的块，对每个块进行编号，并计算出重心和面积，为了排除干扰，以最大块的面积作为基准，排除面积过小的块，剩下的块就待测的骨钉（附图5，排除干扰）。
步骤3:自动测量外形尺寸（螺纹外径、小径、头部直径、长度）。步骤如下：
步骤3.1：亚像素边缘提取。对步骤2中得到一个像素块求最小外接矩形，并对矩形稍微放大，以放大后的矩形作为选择区域。
步骤3.11：通过Canny算法，对选区内的图像进行精确的亚像素边缘提取（附图6，通常亚像素和像素的精度比例为1:10）。
步骤3.2：测量螺纹的外形尺寸。以步骤:3.1中得到的矩形中分线为大概的基准，利用骨钉的固有特性（附图1：头部1A大，尾部3A小，中间是螺纹2A，整体为长条状态）可以找到两边螺纹的大概位置。螺纹又具有特殊性（即为波浪线）找出波峰点，用最小二乘法拟合直线，即可得到螺纹外径的尺寸。找到波谷点，用最小二乘法拟合直线，即可以得到螺纹小径尺寸；通过螺纹外径的平分线与螺纹内径的平分线，可以精确的计算出骨钉整体的中分线。以螺纹的中分线与螺纹头部边缘的交点为坐标原点，以中分线为方向，建立坐标系；测量螺纹的长度，头部宽度。
步骤4：批量测量。用多线程异步同时执行步骤3，可批量快速测量图像上所有骨钉的外形尺寸（附图7）
所述步骤一种所使用大视野影像测量仪，其包括大视野双远心镜头1-2、高分辨率相机1-1、平行光源1-5、工作台1-4以及固定机构1-3，其中：
平行光源1-5，其光束发射面朝上设置；
工作台1-4，其装于一安装板开设的通孔内，该安装板装于所述平行光源1-5之上且所述工作台1-4位于所述光束发射面之上；
固定机构1-3，其包括多根支撑杆，任一所述支撑杆一端立于所述安装板之上；
大视野双远心镜头1-2，其装于所述高分辨率相机1-1上并朝向所述工作台1-4方向设置，安装有所述大视野双远心镜头1-2的高分辨率相机1-3装于所述固定机构1-3的另一端。
进一步优选的：所述工作台1-4为承载待检测的骨钉的支撑构架。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (5)

1.基于医疗植入式骨钉的固有特性自动查找并测量其外形尺寸的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤1：采集图像；将骨钉批量、任意放置于一大视野影像测量仪之上；
步骤2：利用骨钉的固有特性自动查找骨钉；将采集所得图像利用图像二值化画处理；
步骤3：对于单个固定进行自动测量外形尺寸；针对所述单个骨钉的螺纹外径、小径、头部直径、长度数据进行测量；
步骤4：批量测量；用多线程异步同时执行步骤2，即可批量快速测量图像上所有骨钉的外形尺寸。
2.根据权利要求1所述的基于医疗植入式骨钉的固有特性自动查找并测量其外形尺寸的方法，其特征在于：所述步骤2中，还包括以下分步骤：
步骤2.1：进行阈值分割，所有灰度值大于阈值的像素点可能为待测骨钉用0表示，所有灰度值小于或等于阈值的像素点为空白区域用1表示；
步骤2.2：在所有用0表示的区域找到像素点连续的块，对每个块进行编号，并计算出重心和面积，为了排除干扰，以最大块的面积作为基准，排除面积过小的块，剩下的块就待测的骨钉。
3.根据权利要求1所述的基于医疗植入式骨钉的固有特性自动查找并测量其外形尺寸的方法，其特征在于：所述步骤3中，包括以下分步骤：
步骤3.1：亚像素边缘提取：对步骤2中得到一个像素块求最小外接矩形，并对矩形稍微放大，以放大后的矩形作为选择区域；通过Canny算法，对选区内的图像进行精确的亚像素边缘提取；
步骤3.2：测量螺纹的外形尺寸：以步骤3.1中得到的矩形中分线为大概的基准，利用骨钉的固有特性找到两边螺纹的大概位置；其中螺纹又具有特殊性找出波峰点，用最小二乘法拟合直线，即可得到螺纹外径的尺寸；找到波谷点，用最小二乘法拟合直线，即可以得到螺纹小径尺寸；再，通过螺纹外径的平分线与螺纹内径的平分线，可以精确的计算出骨钉整体的中分线；
以螺纹的中分线与螺纹头部边缘的交点为坐标原点，以中分线为方向，建立坐标系；
测量螺纹的长度，头部宽度。
4.根据权利要求1所述的基于医疗植入式骨钉的固有特性自动查找并测量其外形尺寸的方法，其特征在于：步骤一种所使用大视野影像测量仪，其包括大视野双远心镜头、高分辨率相机、平行光源、工作台以及固定机构，其中：
平行光源，其光束发射面朝上设置；
工作台，其装于一安装板开设的通孔内，该安装板装于所述平行光源之上且所述工作台位于所述光束发射面之上；
固定机构，其包括多根支撑杆，任一所述支撑杆一端立于所述安装板之上；
大视野双远心镜头，其装于所述高分辨率相机上并朝向所述工作台方向设置，安装有所述大视野双远心镜头的高分辨率相机装于所述固定机构的另一端。
5.根据权利要求4所述的基于医疗植入式骨钉的固有特性自动查找并测量其外形尺寸的方法，其特征在于：所述工作台为承载待检测的骨钉的支撑构架。
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