CN116196038B - 一种超声多模态图像融合骨密度测量系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声多模态图像融合骨密度测量系统和方法，涉及数据处理系统领域，包括探头采集端口、数据处理端口和数据显示端口，所述探头采集端口的输出端与数据处理端口连接，所述数据处理端口的输出端与数据显示端口连接，所述探头采集端口用于发射和接收超声波，对超声数据进行采集，数据计算模块中的计算策略对骨骼各位置的骨骼吸收衰减系数进行计算，将计算得到的骨骼吸收衰减系数与骨骼吸收衰减系数安全范围值进行对比，对超过安全范围的骨骼位置在骨骼三维模型图上进行标记报警，在骨骼图像上虚拟骨密度的三维图像，提高了显示效果。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理领域，是一种超声多模态图像融合骨密度测量系统和方法。
背景技术
骨密度的全称是骨骼矿物质密度，骨密度是评价人体骨骼强度的重要指标，能够从一定程度上反映人体的健康状况。人类的骨密度约在30岁左右达到高峰，之后会逐年流失，流失严重的便导致骨质疏松症，现有的骨密度测量系统只能提供骨密度数据，且数据采集不全面，导致测量准确度较低，同时无法提供在骨骼图像上虚拟骨密度的三维图像，导致显示效果较差；
例如在申请公开号为CN112529863A的中国专利中公开了一种测量骨密度的方法及装置，所述方法由骨密度测量模型执行，所述骨密度测量模型是基于深度学习方法预先训练后得到的，所述骨密度测量模型包括特征提取模块、图像分割模块及骨密度估算模块，包括：使用所述特征提取模块获取输入图像的特征图，所述输入图像包括待测量脊柱椎体；使用所述图像分割模块基于所述特征图对所述输入图像进行椎体分割，得到所述输入图像中待测量脊柱椎体的图像分割结果，所述图像分割结果用于确定所述待测量脊柱椎体中的目标区域；使用所述骨密度估算模块，根据所述图像分割结果进行骨密度值估算，得到所述目标区域的骨密度值。该发明实施例中的方法能够提高骨密度测量的效率；
又如在申请公开号为CN111724357A的中国专利中公开了一种基于数字放射图像及支持向量回归的手臂骨密度测量方法，包括以下步骤：S1、输入DR图像并分割出感兴趣区域；S2、对感兴趣区域分别提取DR图像的灰度特征和纹理特征；S3、使用支持向量建立回归模型：使用SVR算法建立回归模型，利用S2中提取的图像特征值及其对应的骨密度标签数据进行回归；S4、计算骨密度预测值并输出预测结果：利用S3中训练产生的回归模型，预测新受试者DR图像的骨密度。该发明在现有DR图像上进行感兴趣区域的分割及图像特征的提取，通过SVR算法建立回归模型来测量DR图像的骨密度，该方法操作简单，使用方便，同现有骨密度检测仪采集结果相似，测量误差小且测量精度高，有利于提升骨密度评估的准确性；
上述专利中均存在：现有的骨密度测量系统只能提供骨密度数据，且数据采集不全面，导致测量准确度较低，同时无法提供在骨骼图像上虚拟骨密度的三维图像，导致显示效果较差，本发明是为了解决这一问题，提出一种超声多模态图像融合骨密度测量系统和方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种超声多模态图像融合骨密度测量系统和方法，能够有效解决背景技术中的问题：现有的骨密度测量系统只能提供骨密度数据，且数据采集不全面，导致测量准确度较低，同时无法提供在骨骼图像上虚拟骨密度的三维图像，导致显示效果较差。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种超声多模态图像融合骨密度测量方法，其包括以下具体步骤：
S1：使用骨骼测量组件测量骨骼各个位置的宽度值，代入图像制作软件中，制作骨骼的三维模型图，对三维模型图进行坐标划分，将真实骨骼位置与三维模型图的坐标位置对应；
S2：使固定组件打开与骨骼宽度匹配的开度，使需要检查的位置处于固定组件中间位置，操作固定组件将检查的部位固定，超声发射模块和超声接收模块移动至骨骼位置两侧，超声发射模块对检查位置发射指定能量的超声波；
S3：超声波接收模块对经过骨骼的超声波进行接收，对超声波的穿透能量进行接收判断，数据计算模块中的计算策略对骨骼各位置的骨骼吸收衰减系数进行计算；
S4：将计算得到的骨骼吸收衰减系数与骨骼吸收衰减系数安全范围值进行对比，对超过安全范围的骨骼位置在骨骼三维模型图上进行标记报警。
本发明进一步的改进在于，所述S2中的超声发射模块对检查位置发射指定能量的超声波包括以下具体步骤：
S201、将超声发射模块和超声接收模块移动至骨骼位置两侧，超声发射模块和超声接收模块始终相对于检测位置骨骼中心呈中心对称；
S202、转动超声发射模块和超声接收模块，每隔30度，超声发射模块使用脉冲发射器对检查位置发射指定能量的超声波，超声发射模块中的检测单元对单次发射能量进行采集；
S203、旋转180度后停止转动，获得六组单次发射能量数据，标记为，其中i的取值范围为1-6，将六组单次发射能量数据储存。
本发明进一步的改进在于，所述S3的具体步骤为：
S301、超声接收模块对经过骨骼的超声波能量进行接收，获得六组单次接收能量，标记为，其中下标的最后一位i的取值范围为1-6，提取获取的六组单次发射能量数据和六组单次接收能量数据，并将单次发射能量数据和单次接收能量数据对应；
S302、经过所述S301后，将获得六组单次发射能量数据和单次接收能量数据对应代入相差值计算公式中计算单次发射能量数据和单次接收能量数据的相差值，第i组数据的相差值计算公式为：，其中h为测量的骨骼宽度值，/>为第i组数据的相差值；
S303、经过所述S302后，将获得的六组数据相差值按照降序排列，对相差值最大值和最小值进行去除，将剩余数据传输至计算策略中。
本发明进一步的改进在于，所述计算策略包括以下具体步骤：
S304、经过所述S303步骤后，对剩余的四组单次发射能量数据和单次接收能量数据进行对应采集提取，提取的四组单次发射能量数据和单次接收能量数据分别设置为：，其中下标的最后一位j为第j组的含义，j的取值范围为1-4；
S305、经过所述S304步骤后，将数据代入骨骼吸收衰减系数计算公式中，计算骨骼吸收衰减系数，骨骼吸收衰减系数计算公式为：，其中，/>为设定的骨骼体积标准值，d为超声波发射模块和超声波接收模块的直径,其中所述超声波发射模块的直径和超声波发射模块的直径相同，均为d；
S306、将各个位置的得到的骨骼吸收衰减系数储存并传输。
本发明进一步的改进在于，所述S4包括以下具体步骤：
S401、提取各个位置的骨骼吸收衰减系数，导入构建的骨骼三维模型图中；
S402、将各个位置的骨骼吸收衰减系数与事先设定骨骼吸收衰减系数安全范围值进行对比，骨骼吸收衰减系数不在骨骼吸收衰减系数安全范围内的位置，设为异常位置，并进行报警；
S403、将异常位置在骨骼三维模型图进行标记并报警。
本发明还提供一种超声多模态图像融合骨密度测量系统，其基于上述所述的一种超声多模态图像融合骨密度测量方法实现，其包括探头采集端口、数据处理端口和数据显示端口，所述探头采集端口的输出端与数据处理端口连接，所述数据处理端口的输出端与数据显示端口连接，所述探头采集端口用于释放和接收超声波，对超声数据进行采集，所述数据处理端口用于对接收的超声数据进行处理，得到异常位置数据和骨骼吸收衰减系数数据，所述数据显示端口用于显示构建的骨骼三维模型图和进行危险报警。
本发明进一步的改进在于，所述探头采集端口包括超声发射模块、超声接收模块、脉冲发射器和骨骼宽度测量模块，所述超声发射模块用于对检查位置发射指定能量的超声波，所述超声接收模块用于对对经过骨骼的超声波进行接收，所述脉冲发射器用于产生指定能量的超声波，所述骨骼宽度测量模块用于测量骨骼的宽度。
本发明进一步的改进在于，所述数据处理端口包括数据核对模块、数据统计模块、数据传输模块和数据对比模块，所述数据核对模块用于对采集的发射超声波和接收超声波数据进行核对，所述数据统计模块用于对采集的数据进行统计分类储存，所述数据传输模块用于构建探头采集端口和数据处理端口、数据处理端口和数据显示端口之间的数据传输通道，所述数据对比模块用于将采集的数据与安全范围对比，找出其中的不在安全范围内的数据。
本发明进一步的改进在于，所述数据显示端口包括数据提取模块、图像生成模块、数据计算模块和危险报警模块，所述数据提取模块用于提取探头采集端口和数据处理端口的采集数据，所述图像生成模块用于对各个位置的骨骼宽度和骨骼密度进行提取，构建骨骼的三维图像，所述数据计算模块用于计算骨骼吸收衰减系数，所述危险报警模块用于对异常位置进行确定然后进行危险位置的报警。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明使用骨骼测量组件测量骨骼各个位置的宽度值，代入图像制作软件中，制作骨骼的三维模型图，对三维模型图进行坐标划分，将真实骨骼位置与三维模型图的坐标位置对应，使固定组件打开与骨骼宽度匹配的开度，使需要检查的位置处于固定组件中间位置，操作固定组件将检查的部位固定，超声发射模块和超声接收模块移动至骨骼位置两侧，超声发射模块对检查位置发射指定能量的超声波，超声波接收模块对经过骨骼的超声波进行接收，对超声波的穿透能量进行接收判断，数据计算模块中的计算策略对骨骼各位置的骨骼吸收衰减系数进行计算，将计算得到的骨骼吸收衰减系数与骨骼吸收衰减系数安全范围值进行对比，对超过安全范围的骨骼位置在骨骼三维模型图上进行标记报警，在骨骼图像上虚拟骨密度的三维图像，提高了显示效果。
附图说明
图1为本发明一种超声多模态图像融合骨密度测量系统的整体框架示意图；
图2为本发明一种超声多模态图像融合骨密度测量系统的数据传输示意图；
图3为本发明一种超声多模态图像融合骨密度测量方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，在本发明的描述中。下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例
本实施例提出了使用骨骼测量组件测量骨骼各个位置的宽度值，代入图像制作软件中，制作骨骼的三维模型图，对三维模型图进行坐标划分，将真实骨骼位置与三维模型图的坐标位置对应，使固定组件打开与骨骼宽度匹配的开度，使需要检查的位置处于固定组件中间位置，操作固定组件将检查的部位固定，超声发射模块和超声接收模块移动至骨骼位置两侧，超声发射模块对检查位置发射指定能量的超声波，超声波接收模块对经过骨骼的超声波进行接收，对超声波的穿透能量进行接收判断，数据计算模块中的计算策略对骨骼各位置的骨骼吸收衰减系数进行计算，将计算得到的骨骼吸收衰减系数与骨骼吸收衰减系数安全范围值进行对比，对超过安全范围的骨骼位置在骨骼三维模型图上进行标记报警，在骨骼图像上虚拟骨密度的三维图像，提高了显示效果，如图1-3所示，一种超声多模态图像融合骨密度测量方法，其包括以下具体步骤：
S1：使用骨骼测量组件测量骨骼各个位置的宽度值，代入图像制作软件中，制作骨骼的三维模型图，对三维模型图进行坐标划分，将真实骨骼位置与三维模型图的坐标位置对应；
S2：使固定组件打开与骨骼宽度匹配的开度，使需要检查的位置处于固定组件中间位置，操作固定组件将检查的部位固定，超声发射模块和超声接收模块移动至骨骼位置两侧，超声发射模块对检查位置发射指定能量的超声波；
S3：超声波接收模块对经过骨骼的超声波进行接收，对超声波的穿透能量进行接收判断，数据计算模块中的计算策略对骨骼各位置的骨骼吸收衰减系数进行计算；
S4：将计算得到的骨骼吸收衰减系数与骨骼吸收衰减系数安全范围值进行对比，对超过安全范围的骨骼位置在骨骼三维模型图上进行标记报警。
本实施例进一步的改进在于，S2中的超声发射模块对检查位置发射指定能量的超声波包括以下具体步骤：
S201、将超声发射模块和超声接收模块移动至骨骼位置两侧，超声发射模块和超声接收模块始终相对于检测位置骨骼中心呈中心对称；
S202、转动超声发射模块和超声接收模块，每隔30度，超声发射模块使用脉冲发射器对检查位置发射指定能量的超声波，超声发射模块中的检测单元对单次发射能量进行采集；
S203、旋转180度后停止转动，获得六组单次发射能量数据，标记为，其中i的取值范围为1-6，将六组单次发射能量数据储存。
本发明进一步的改进在于，S3的具体步骤为：
S301、超声接收模块对经过骨骼的超声波能量进行接收，获得六组单次接收能量，标记为，其中下标的最后一位i的取值范围为1-6，提取获取的六组单次发射能量数据和六组单次接收能量数据，并将单次发射能量数据和单次接收能量数据对应；
S302、经过S301后，将获得六组单次发射能量数据和单次接收能量数据对应代入相差值计算公式中计算单次发射能量数据和单次接收能量数据的相差值，第i组数据的相差值计算公式为：，其中h为测量的骨骼宽度值，/>为第i组数据的相差值；
S303、经过S302后，将获得的六组数据相差值按照降序排列，对相差值最大值和最小值进行去除，将剩余数据传输至计算策略中。
本发明进一步的改进在于，计算策略包括以下具体步骤：
S304、经过S303步骤后，对剩余的四组单次发射能量数据和单次接收能量数据进行对应采集提取，提取的四组单次发射能量数据和单次接收能量数据分别设置为：，其中下标的最后一位j为第j组的含义，j的取值范围为1-4；
S305、经过S304步骤后，将数据代入骨骼吸收衰减系数计算公式中，计算骨骼吸收衰减系数，骨骼吸收衰减系数计算公式为：，其中，/>为设定的骨骼体积标准值，d为超声波发射模块和超声波接收模块的直径,其中所述超声波发射模块的直径和超声波发射模块的直径相同，均为d；
S306、将各个位置的得到的骨骼吸收衰减系数储存并传输。
本发明进一步的改进在于，S4包括以下具体步骤：
S401、提取各个位置的骨骼吸收衰减系数，导入构建的骨骼三维模型图中；
S402、将各个位置的骨骼吸收衰减系数与事先设定骨骼吸收衰减系数安全范围值进行对比，骨骼吸收衰减系数不在骨骼吸收衰减系数安全范围内的位置，设为异常位置，并进行报警；
S403、将异常位置在骨骼三维模型图进行标记并报警。
一种超声多模态图像融合骨密度测量系统，其基于上述的一种超声多模态图像融合骨密度测量方法实现，其包括探头采集端口、数据处理端口和数据显示端口，探头采集端口的输出端与数据处理端口连接，数据处理端口的输出端与数据显示端口连接，探头采集端口用于释放和接收超声波，对超声数据进行采集，数据处理端口用于对接收的超声数据进行处理，得到异常位置数据和骨骼吸收衰减系数数据，数据显示端口用于显示构建的骨骼三维模型图和进行危险报警。
本发明进一步的改进在于，探头采集端口包括超声发射模块、超声接收模块、脉冲发射器和骨骼宽度测量模块，超声发射模块用于对检查位置发射指定能量的超声波，超声接收模块用于对对经过骨骼的超声波进行接收，脉冲发射器用于产生指定能量的超声波，骨骼宽度测量模块用于测量骨骼的宽度。
本发明进一步的改进在于，数据处理端口包括数据核对模块、数据统计模块、数据传输模块和数据对比模块，数据核对模块用于对采集的发射超声波和接收超声波数据进行核对，数据统计模块用于对采集的数据进行统计分类储存，数据传输模块用于构建探头采集端口和数据处理端口、数据处理端口和数据显示端口之间的数据传输通道，数据对比模块用于将采集的数据与安全范围对比，找出其中的不在安全范围内的数据。
本发明进一步的改进在于，数据显示端口包括数据提取模块、图像生成模块、数据计算模块和危险报警模块，数据提取模块用于提取探头采集端口和数据处理端口的采集数据，图像生成模块用于对各个位置的骨骼宽度和骨骼密度进行提取，构建骨骼的三维图像，数据计算模块用于计算骨骼吸收衰减系数，危险报警模块用于对异常位置进行确定然后进行危险位置的报警。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种超声多模态图像融合骨密度测量方法，其特征在于：其包括以下具体步骤：
S1：使用骨骼测量组件测量骨骼各个位置的宽度值，代入图像制作软件中，制作骨骼的三维模型图，对三维模型图进行坐标划分，将真实骨骼位置与三维模型图的坐标位置对应；
S2：使固定组件打开与骨骼宽度匹配的开度，使需要检查的位置处于固定组件中间位置，操作固定组件将检查的部位固定，超声发射模块和超声接收模块移动至骨骼位置两侧，超声发射模块对检查位置发射指定能量的超声波；
S3：超声接收模块对经过骨骼的超声波进行接收，对超声波的穿透能量进行判断，使用数据计算模块中的计算策略对骨骼各位置的骨骼吸收衰减系数进行计算；
S4：将计算得到的骨骼吸收衰减系数与骨骼吸收衰减系数安全范围值进行对比，在骨骼三维模型图上对骨骼吸收衰减系数超过安全范围的骨骼位置进行标记报警；
所述S2步骤中的超声发射模块对检查位置发射指定能量的超声波包括以下具体步骤：
S201、将超声发射模块和超声接收模块移动至骨骼位置两侧，超声发射模块和超声接收模块始终相对于检测位置的骨骼中心呈中心对称；
S202、转动超声发射模块和超声接收模块，每隔30度，超声发射模块使用脉冲发射器对检查位置发射指定能量的超声波，超声发射模块中的检测单元对单次发射能量进行采集；
S203、旋转180度后停止转动，获得六组单次发射能量数据，标记为，其中i的取值范围为1-6，将六组单次发射能量数据储存；
所述S3的具体步骤为：
S301、超声接收模块对经过骨骼的超声波能量进行接收，获得六组单次接收能量，标记为，其中下标的最后一位i的取值范围为1-6，提取获取的六组单次发射能量数据和六组单次接收能量数据，并将单次发射能量数据和单次接收能量数据对应；
S302、经过所述S301步骤后，将获得的六组单次发射能量数据和单次接收能量数据对应代入相差值计算公式中计算单次发射能量数据和单次接收能量数据的相差值，第i组数据的相差值计算公式为：，其中h为测量的骨骼宽度值，/>为第i组数据的相差值；
S303、经过所述S302步骤后，将获得的六组数据相差值按照降序排列，对相差值最大值和最小值进行去除，将剩余数据传输至计算策略中；
所述计算策略包括以下具体步骤：
S304、经过所述S303步骤后，对剩余的四组单次发射能量数据和单次接收能量数据进行对应采集提取，提取的四组单次发射能量数据和单次接收能量数据分别设置为：，其中下标的最后一位j的含义为第j组，j的取值范围为1-4；
S305、经过所述S304步骤后，将数据代入骨骼吸收衰减系数计算公式中，计算骨骼吸收衰减系数，骨骼吸收衰减系数计算公式为：，其中，/>为设定的骨骼体积标准值，d为超声波发射模块和超声波接收模块的直径,其中所述超声波发射模块的直径和超声波发射模块的直径相同，均为d；
S306、将各个位置的得到的骨骼吸收衰减系数储存并传输。
2.根据权利要求1所述的一种超声多模态图像融合骨密度测量方法，其特征在于：所述S4包括以下具体步骤：
S401、提取各个位置的骨骼吸收衰减系数，导入构建的骨骼三维模型图中；
S402、将各个位置的骨骼吸收衰减系数与事先设定的骨骼吸收衰减系数安全范围值进行对比，将骨骼吸收衰减系数不在骨骼吸收衰减系数安全范围内的位置设为异常位置，并进行报警；
S403、将异常位置在骨骼三维模型图进行标记并报警。
3.一种超声多模态图像融合骨密度测量系统，基于如权利要求1-2任一项所述的一种超声多模态图像融合骨密度测量方法实现，其特征在于：包括探头采集端口、数据处理端口和数据显示端口，所述探头采集端口的输出端与数据处理端口连接，所述数据处理端口的输出端与数据显示端口连接，所述探头采集端口用于发射和接收超声波，对超声数据进行采集，所述数据处理端口用于对接收的超声数据进行处理，得到异常位置数据和骨骼吸收衰减系数数据，所述数据显示端口用于显示构建的骨骼三维模型图和进行危险报警。
4.根据权利要求3所述的一种超声多模态图像融合骨密度测量系统，其特征在于：所述探头采集端口包括超声发射模块、超声接收模块、脉冲发射器和骨骼宽度测量模块，所述超声发射模块用于对检查位置发射指定能量的超声波，所述超声接收模块用于对经过骨骼的超声波进行接收，所述脉冲发射器用于产生指定能量的超声波，所述骨骼宽度测量模块用于测量骨骼的宽度。
5.根据权利要求4所述的一种超声多模态图像融合骨密度测量系统，其特征在于：所述数据处理端口包括数据核对模块、数据统计模块、数据传输模块和数据对比模块，所述数据核对模块用于对采集的发射超声波和接收超声波数据进行核对，所述数据统计模块用于对采集的数据进行统计分类储存，所述数据传输模块用于构建探头采集端口和数据处理端口、数据处理端口和数据显示端口之间的数据传输通道，所述数据对比模块用于将采集的数据与安全范围对比，找出其中的不在安全范围内的数据。
6.根据权利要求5所述的一种超声多模态图像融合骨密度测量系统，其特征在于：所述数据显示端口包括数据提取模块、图像生成模块、数据计算模块和危险报警模块，所述数据提取模块用于提取探头采集端口和数据处理端口的采集数据，所述图像生成模块用于对各个位置的骨骼宽度和骨骼密度进行提取，构建骨骼的三维图像，所述数据计算模块用于计算骨骼吸收衰减系数，所述危险报警模块用于对异常位置进行确定然后进行危险位置的报警。
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