CN109615656A - 一种基于模型搜索的脊柱定位方法 - Google Patents

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刘侠
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Abstract

一种基于模型搜索的脊柱定位方法。CT图像在诊断脊椎脊柱疾病中起着重要作用，有助于评估脊柱手术后症状的治疗进展。脊柱CT图像的计算机处理将使诊断更加准确，但脊柱曲线形状复杂，椎间盘和椎骨大小变化不一，所以对椎骨的检测以及后续步骤中定位整个脊柱仍然是一个较大的挑战。基于此提出一种基于模型搜索的椎骨定位的方法，提高了椎骨定位的准确度。所述脊椎定位方法包括以下步骤：A、在数据集中寻找内容丰富清晰的最佳切片；B、建立椎间盘的多项式轮廓；C、利用脊柱多项式轮廓来检测可能的椎间盘和椎体位置；D、采用canny算子对椎骨最佳切片进行边界提取；E、利用VTK软件对图像数据信息进行三维立体重建。

Description

一种基于模型搜索的脊柱定位方法
技术领域
本发明主要涉及医学图像处理领域，尤其是基于模型搜索的脊柱定位方法。
背景技术
近些年医学影像技术和计算机技术在不断飞速发展，交叉学科图像处理领域走进了我们的视野，引起了我们的重视，通过计算机技术对医学影像数据进行处理和分析在疾病预防与治疗两个方向提供了强有力的辅助作用。发展迅速的医学图像处理技术为现代医学诊断提供良好的保证，计算机断层扫描、磁共振成像广泛地应用在临床诊断中，大幅度提高了医疗水平，为医学的研究与发展提供了良好的保障，具有重大的影响和价值。
现代人由于工作以及生活压力的增加，脊柱疾病的病发率也逐年增长。百分之四十左右的中年人脊柱患有疾病，百分之二十的儿童由于各种原因脊柱会发生侧弯。由此可见，脊柱疾病越来越危害人类健康。在脊柱疾病的诊断过程中往往会通过计算机断层扫描（CT）进行辅助治疗。因为CT可以生成椎骨的高分辨率的扫描图像，因此CT的扫描图像对于椎骨的定位与三维重建工作有着特殊意义，医学图像分析中将脊柱的结构从CT图像中定位出来并还原脊柱的三维立体结构是一个很重要的过程。由于噪声等干扰使得CT图像成像不清晰，脊柱结构情况复杂，这些问题使得精准定位椎骨难度大大增加。如何从CT图像中高精准度的定位脊柱位置并搭建脊柱模型成为了有待解决的难题。
发明内容
一种基于模型搜索的脊柱定位的方法，其特征在于椎骨检测定位方法包括以下骤：
（1）为了节省处理时间，获得最佳的检测结果，在所有矢状切片中确定最佳的CT图像切片；
（2）用低阶多项式函数表示脊柱的光滑曲率结构，建立椎间盘的多项式轮廓；
（3）利用脊柱多项式轮廓来检测可能的椎间盘和椎体位置；
（4）采用canny算子对椎骨最佳切片进行边界提取；
（5）利用VTK软件对图像数据信息进行三维立体重建。
一种基于模型搜索的脊柱定位的方法，其特征在于，所述的步骤（2）中椎间盘多项式轮廓建立的方法包括以下步骤：
（1）利用预先选取好的20×40大小的椎间盘模型与所有的切片依次进行卷积，得到一组数目为 N的线索点(xi,yi),i=1…N ；
（2）然后采用四阶多项式对所有线索点进行最小二乘拟合，以确定当前切片的最佳椎间盘中心曲线。
一种基于模型搜索的脊柱定位的方法，其特征在于，所述的步骤（3）中利用脊柱多项式轮廓来检测可能的椎间盘和椎体位置的方法包括以下步骤：
（1）由脊柱结构多项式构建强度分布，其中，通过搜索局部最大值(强度最亮)找到可能的椎间盘中心，最小值(强度最暗)表示可能的椎骨；
（2）计算椎骨高度：两个相邻的磁盘中心之间的距离接近于椎体高度；
计算椎体高度的方差测量检测结果的优良性。
一种基于模型搜索的脊柱定位的方法，其特征在于，所述的步骤（4）中采用canny算子对椎骨边界提取包括以下步骤：
（1）用高斯滤波器平滑滤波；
（2）用一阶偏导的有限差分来计算图片的梯度、幅值与方向；
（3）对梯度幅值进行非极大值检测（目的是细化边缘）；
（4）通过双阈值算法对进行边缘连接。
本发明能够迅速的对MRI图像进行脊柱的定位，并且定位精度较高。本发明中采用模型搜索进行在脊柱区域的定位，并利用脊柱的曲线多项式进行模拟脊柱形态，利用软件进行三维重建，可以立体的呈现出整段脊柱，提高了准确性。
附图说明
图1为本发明脊柱定位的流程图。
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，参照附图，对本发明进一步详细说明。
步骤S1：为了节省处理时间，获得最佳的检测结果，在所有矢状切片中确定最佳的CT图像切片；
步骤S2：用低阶多项式函数表示脊柱的光滑曲率结构，建立椎间盘的多项式轮廓；
步骤S3：利用脊柱多项式轮廓来检测可能的椎间盘和椎体位置；
步骤S4：采用canny算子对椎骨最佳切片进行边界提取；
步骤S5：利用VTK软件对图像数据信息进行三维立体重建。
上述描述清楚的说明了本发明的技术方案、流程及优势，本领域的技术人员显然理解，本发明不因上述实施例而受到限制，上述描述的实施例与说明书只是本发明的技术方案及原理并不代表全部，在不背弃本发明精神和内容的前提下，本发明进行相应算法的改进，都在本发明要求保护的范围之内，以特有的形式实现本发明的实验结果，本发明所保护的范围由所附的权利要求书及等同要件限定。

Claims (4)

1.基于模型搜索的脊柱定位方法，其特征在于所述椎骨检测定位方法包括以下步骤：
（1）为了节省处理时间，获得最佳的检测结果，在所有矢状切片中确定最佳的CT图像切片；
（2）用低阶多项式函数表示脊柱的光滑曲率结构，建立椎间盘的多项式轮廓；
（3）利用脊柱多项式轮廓来检测可能的椎间盘和椎体位置；
（4）采用canny算子对椎骨最佳切片进行边界提取；
（5）利用VTK软件对图像数据信息进行三维立体重建。
2.根据权利要求1所述的基于模型搜索的脊柱定位方法，其特征在于，所述的步骤（2）中椎间盘多项式轮廓建立的方法包括以下步骤：
（1）利用预先选取好的20×40大小的椎间盘模型与所有的切片依次进行卷积，得到一组数目为 N的线索点(xi,yi),i=1…N ；
（2）然后采用四阶多项式对所有线索点进行最小二乘拟合，以确定当前切片的最佳椎间盘中心曲线。
3.根据权利要求1所述的基于模型搜索的脊柱定位方法，其特征在于，所述的步骤（3）中利用脊柱多项式轮廓来检测可能的椎间盘和椎体位置的方法包括以下步骤：
（1）由脊柱结构多项式构建强度分布，其中，通过搜索局部最大值(强度最亮)找到可能的椎间盘中心，最小值(强度最暗)表示可能的椎骨；
（2）计算椎骨高度：两个相邻的磁盘中心之间的距离接近于椎体高度；
计算椎体高度的方差测量检测结果的优良性。
4.根据权利要求1所述的基于模型搜索的脊柱定位方法，其特征在于，所述的步骤（4）中采用canny算子对椎骨边界提取包括以下步骤：
（1）用高斯滤波器平滑滤波；
（2）用一阶偏导的有限差分来计算图片的梯度、幅值与方向；
（3）对梯度幅值进行非极大值检测（目的是细化边缘）；
（4）通过双阈值算法对进行边缘连接。
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