專利名稱：基于ct側(cè)位定位片的腰椎識別方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像的對象識別技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地，涉及一種基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別方法和裝置。
背景技術(shù)：
在CT (Computed Tomography,計算機(jī)斷層掃描)的掃描流程中，在定位片上標(biāo)出要掃描的位置、角度、層厚，計算機(jī)即可按定位片的標(biāo)記進(jìn)行掃描。獲取定位片之后，就要進(jìn)行掃描部位/范圍的設(shè)定，而這一過程通常都是由醫(yī)師來手動完成的。如果能夠依據(jù)選擇的掃描協(xié)議信息以及定位片圖像來自動識別出欲掃描的部位/范圍并自動設(shè)定好相關(guān)掃描序列和掃描建像參數(shù)，則會化簡醫(yī)師操作流程并優(yōu)化參數(shù)設(shè)定。
對腰椎掃描，醫(yī)師通常要手動建立多個掃描序列，設(shè)定掃描序列的范圍，并依據(jù)各間盤的角度分別設(shè)定各掃描序列的傾角，如果能夠自動完成這些步驟，則最多可節(jié)省醫(yī)師十分鐘以上的掃描計劃時間。專利號為US7804986,名稱為System and method for detecting intervertebraldisc alignment using vertebrae segmentation的美國發(fā)明申請,提供一種通過分割腰椎進(jìn)行間盤檢測的方法和系統(tǒng)，將該方法作用于MRI (Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像)圖像。MRI圖像與CT定位片相比，圖像的分辨率和對比度都更優(yōu)，所以對CT定位片進(jìn)行處理對檢測方法的要求更高。并且使用CT掃描腰椎間盤在臨床應(yīng)用中非常普通。因此，在基于CT定位片的腰椎識別方面，需要一種無需醫(yī)師手動設(shè)定掃描范圍而能夠自動實(shí)現(xiàn)掃描的部位/范圍的識別的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種自動的基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別方法和腰椎間盤定位技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種方法，包括SllO :根據(jù)CT側(cè)位定位片確定一節(jié)腰椎的ROI ；S120 :對所確定的ROI進(jìn)行圖像的預(yù)處理以確定該節(jié)腰椎的中心點(diǎn)Q ；S130 :根據(jù)所確定的腰椎的中心點(diǎn)設(shè)計出符合該節(jié)腰椎ROI的特征函數(shù)和與所述腰椎ROI相似的模板，所述特征函數(shù)為=P=PdPt^Pv,其中，P1描述腰椎的灰度均勻性特征，Pg描述腰椎的梯度特征，Pv描述腰椎的灰度方差特征；所述模板的屬性包括模板的中心點(diǎn)位置、模板的寬度和高度、模板邊緣的寬和高、模板與水平軸所成傾角；S140 :利用優(yōu)化方法計算該節(jié)腰椎與真實(shí)腰椎相匹配的腰椎參數(shù)信息；
S150 :根據(jù)所述腰椎參數(shù)信息估計腰椎相鄰間盤的間盤高度；S160:利用步驟SllO S150的方法持續(xù)識別腰椎至最后一節(jié)，并根據(jù)識別結(jié)果確定間盤的位置、高度和朝向。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種裝置，包括ROI確定單元，用于根據(jù)CT側(cè)位定位片確定一節(jié)腰椎的ROI ；中心點(diǎn)確定單元，用于對所確定的ROI進(jìn)行圖像的預(yù)處理以確定該節(jié)腰椎的中心點(diǎn)Q;特征函數(shù)及模板設(shè)計單元，用于根據(jù)所確定的腰椎的中心點(diǎn)設(shè)計出符合該節(jié)腰椎ROI的特征函數(shù)和與所述腰椎ROI相似的模板，所述特征函數(shù)為T=PfPdPv,其中，
P1描述腰椎的灰度均勻性特征，Pg描述腰椎的梯度特征，Pv描述腰椎的灰度方差特征；所述模板的屬性包括模板的中心點(diǎn)位置、模板的寬度和高度、模板邊緣的寬和高、模板與水平軸所成傾角；腰椎參數(shù)計算單元，用于利用優(yōu)化方法計算該節(jié)腰椎與真實(shí)腰椎相匹配的腰椎參數(shù)信息；間盤高度估算單元，用于根據(jù)所述腰椎參數(shù)信息估計腰椎相鄰間盤的間盤高度；間盤參數(shù)確定單元，用于持續(xù)識別腰椎至最后一節(jié)，并根據(jù)識別結(jié)果確定間盤的位置、高度和朝向。利用上述根據(jù)本發(fā)明的基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別方法及裝置，可以自動確定椎間盤的掃描范圍和傾角，并自動添加掃描序列。能減少用戶操作時間，簡化操作流程，改善用戶體驗(yàn)。為了實(shí)現(xiàn)上述以及相關(guān)目的，本發(fā)明的一個或多個方面包括后面將詳細(xì)說明并在權(quán)利要求中特別指出的特征。下面的說明以及附圖詳細(xì)說明了本發(fā)明的某些示例性方面。然而，這些方面指示的僅僅是可使用本發(fā)明的原理的各種方式中的一些方式。此外，本發(fā)明旨在包括所有這些方面以及它們的等同物。


通過參考以下結(jié)合附圖的說明及權(quán)利要求書的內(nèi)容，并且隨著對本發(fā)明的更全面理解，本發(fā)明的其它目的及結(jié)果將更加明白及易于理解。在附圖中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別方法的流程圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的腰椎識別模板示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別裝置結(jié)構(gòu)框圖。在所有附圖中相同的標(biāo)號指示相似或相應(yīng)的特征或功能。
具體實(shí)施例方式在下面的描述中，出于說明的目的，為了提供對一個或多個實(shí)施例的全面理解，闡述了許多具體細(xì)節(jié)。然而，很明顯，也可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)這些實(shí)施例。在其它例子中，為了便于描述一個或多個實(shí)施例，公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備以方框圖的形式示出。以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
由于本發(fā)明的目的是通過CT定位片對腰椎進(jìn)行識別，因此所采用的定位片為腰椎的側(cè)位定位片。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別方法的流程圖。如圖I所示，基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別方法包括如下步驟SllO :根據(jù)CT側(cè)位定位片確定一節(jié)腰椎的ROI(感興趣區(qū)域)。ROI是從CT側(cè)位定位片表示的圖像中選擇的一個圖像區(qū)域，該區(qū)域?yàn)镃T側(cè)位定位片圖像分析所關(guān)注的重點(diǎn)，確定該區(qū)域以便進(jìn)行進(jìn)一步處理。S120 :對所確定的ROI進(jìn)行圖像的預(yù)處理以確定該節(jié)腰椎的中心點(diǎn)Q。S130 :根據(jù)所確定的腰椎的中心點(diǎn)設(shè)計出符合該節(jié)腰椎ROI的特征函數(shù)和與所述 腰椎ROI相似的模板，所述特征函數(shù)為=P=PdPt^Pv,其中，P1描述腰椎的灰度均勻性特征，Pg描述腰椎的梯度特征，Pv描述腰椎的灰度方差特征；模板具有如下屬性(X，y, W，h, wb, hb, Θ ),其中包括模板的中心點(diǎn)位置(x, y)、模板的寬度(w)和高度(h)、模板邊緣的寬(wb)和高(hb)、模板與水平軸所成傾角(Θ )；S140:利用優(yōu)化方法計算該節(jié)腰椎與真實(shí)腰椎相匹配的腰椎參數(shù)信息；S150 :根據(jù)所述腰椎參數(shù)信息估計腰椎相鄰間盤的間盤高度；S160 :利用步驟SllO S150的方法持續(xù)識別腰椎至最后一節(jié)，并根據(jù)識別結(jié)果確定間盤的位置、高度和朝向。例如，利用一節(jié)腰椎的下邊緣向下檢測，可以找到下一節(jié)腰椎的上邊緣，由此就可以估計出間盤的高度，由已知的上下兩節(jié)腰椎的位置及傾角可以估計出這兩節(jié)腰椎之間的間盤的位置和朝向。利用圖I所示的流程對對CT側(cè)位定位片進(jìn)行腰椎和間盤的識別，能夠自動確定掃描范圍和傾角，自動建立掃描序列，極大地簡化用戶操作流程。其中，在步驟SllO中，確定一節(jié)腰椎的ROI的方法可以根據(jù)對CT側(cè)位定位片的圖像特征的分析實(shí)現(xiàn)，如根據(jù)CT側(cè)位定位片的圖像灰度特征、梯度和人體結(jié)構(gòu)的先驗(yàn)知識等作為確定一節(jié)腰椎的ROI的依據(jù)。另外，在步驟S160中利用步驟SllO S150的方法持續(xù)識別腰椎至最后一節(jié)的過程中，可以手動輸入最后一節(jié)腰椎內(nèi)的大致中心點(diǎn)，作為判斷識別結(jié)束(檢測腰椎至最后一節(jié))的依據(jù)。在步驟S120中，預(yù)處理的過程包括S121 :采用自適應(yīng)的閾值對所確定的ROI圖像進(jìn)行截斷處理；S122 :進(jìn)行非線性的灰度變換，以擴(kuò)大灰度范圍，提高圖像的對比度；S123 :在灰度變換后計算該ROI圖像的梯度圖像；S124 :對梯度圖像進(jìn)行非極大值抑制處理，以細(xì)化圖像的邊緣；S125 :對進(jìn)行了非極大值抑制處理的梯度圖像進(jìn)行自適應(yīng)的閾值分割，以去除大部分的噪聲邊緣；S125 :根據(jù)閾值分割后的圖像，通過灰度分布統(tǒng)計分析確定該節(jié)腰椎的中心點(diǎn)Q。其中，步驟S121的截斷處理過程包括計算該ROI的灰度直方圖，然后根據(jù)直方圖計算高低截斷閾值。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方式中，在計算ROI圖像的梯度圖像之前，還對ROI區(qū)域進(jìn)行高斯平滑，以去除干擾噪聲。在CT側(cè)位定位片中，腰椎通常表現(xiàn)為矩形。不同腰椎的大小不同，長寬比例不同，與水平方向所成的傾角也不同。考慮腰椎的外部有明顯的邊緣，尤其是在上下方向，因此，步驟S130中設(shè)計的模板也具有邊緣。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的腰椎識別的模板示意圖。如圖2所示，模板的信息包括(X，y, W，h, wb, hb, Θ ),其中，(X，y)是模板中心點(diǎn)的坐標(biāo)，w和h是模板內(nèi)部的寬和高。Wb和hb是模板邊緣的寬和高，對所有節(jié)腰椎可取一個常數(shù)。Θ是模板與水平方向所成的角度。模板是二值矩陣，由0，I組成。模板有兩種，一種是中間為0，四周為1，另一種是中間為1，四周為O。計算特征函數(shù)P=PdPdPv中的特征值的方法如下
計算P”以Q點(diǎn)為中心，計算一個小區(qū)域的CT值均值μ和方差σ。在腰椎內(nèi)部
(I(S)-U)2
的CT值應(yīng)符合高斯分布，J7(J) =是對模板內(nèi)所有像素進(jìn)行歸一化處理的值，I (S)
是像素的CT值，則P1=C0rr (T, U (I))，即P1是U⑴與模板T的相關(guān)系數(shù)。計算Pc。Pc=COrr (T, U(G)) ；U(G)是模板內(nèi)像素點(diǎn)的梯度。計算Pv。Pv=Corr(IW1) J1是圖像的模板匹配區(qū)域內(nèi)以每一個像素點(diǎn)為中心區(qū)域的CT值方差。在設(shè)計與所述腰椎ROI相似的模板的過程中，應(yīng)用粒子濾波方法求最優(yōu)的腰椎參數(shù)，通過約束粒子濾波產(chǎn)生粒子的參數(shù)范圍。水平方向坐標(biāo)xe (Q0. X-IOmm, Q0. x+10mm) ;10mm是一個經(jīng)驗(yàn)值,根據(jù)臨床圖像中矢狀面的腰椎的寬度確定。垂直方向坐標(biāo)ye (Q0. y-5mm, Q0. y+5mm) ;5mm是一個經(jīng)驗(yàn)值,根據(jù)臨床圖像中矢狀面的腰椎的高度確定。
W {、模板的長寬比I e 1，5)是一個經(jīng)驗(yàn)值，根據(jù)臨床圖像中矢狀面的腰椎的寬高比確定。在識別了上述腰椎的相關(guān)信息之后，根據(jù)該腰椎的所有模板的下邊緣的點(diǎn)，向下搜索下一節(jié)腰椎的上邊緣，計算所有點(diǎn)的距離的平均值。作為估計的間盤高度hd。然后通過估計下一節(jié)腰椎的初始參數(shù)(X’，y’，W’，h’，Wb, hb，θ ')繼續(xù)計算下一節(jié)腰椎的參數(shù)。其中，X，=x+ (h+hd) · sin θ ；y，=y+(h+hd) · cos θ ；w，=w ；h，=h ；Θ ’ = Θ ;這樣循環(huán)對選定的腰椎進(jìn)行識別，當(dāng)計算的腰椎參數(shù)的位置信息接近用戶手動取的點(diǎn)的位置信息時，結(jié)束識別。然后根據(jù)識別出的所有腰椎參數(shù)信息計算間盤的參數(shù)信息。其中，當(dāng)識別至最后一節(jié)腰椎時，先識別出邊緣點(diǎn)，用最小二乘法擬合成一條直線作為間盤的下邊緣，然后再確定出最后間盤的范圍和角度參數(shù)信息。與上述基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別方法相對應(yīng)，本發(fā)明還提供一種基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別裝置。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別裝置300的方框示意圖。如圖3所示，基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別裝置300包括ROI確定單元310、中心點(diǎn)確定單元320、特征函數(shù)及模板設(shè)計單元330、腰椎參數(shù)計算單元340、間盤高度估算單元350和間盤參數(shù)確定單元360。其中，ROI確定單元310用于根據(jù)CT側(cè)位定位片確定一節(jié)腰椎的ROI ;中心點(diǎn)確定單元320用于對所確定的ROI進(jìn)行圖像的預(yù)處理以確定該節(jié)腰椎的中心點(diǎn)Q ;特征函數(shù)及模板設(shè)計單元330用于根據(jù)所確定的腰椎的中心點(diǎn)設(shè)計出符合該節(jié)腰椎ROI的特征函數(shù)和 與所述腰椎ROI相似的模板，所述特征函數(shù)為=P=PdPt^Pv, P1描述腰椎的灰度均勻性特征，Pe描述腰椎的梯度特征，Pv描述腰椎的灰度方差特征；所述模板的屬性包括模板的中心點(diǎn)位置(X，y )、模板的寬度(W)和高度(h )、模板邊緣的寬(Wb)和高(hb)、模板與水平軸所成傾角(Θ );腰椎參數(shù)計算單元340用于利用優(yōu)化方法計算該節(jié)腰椎與真實(shí)腰椎相匹配的腰椎參數(shù)信息；間盤高度估算單元350用于根據(jù)所述腰椎參數(shù)信息估計腰椎相鄰間盤的間盤高度；間盤參數(shù)確定單元360用于持續(xù)識別腰椎至最后一節(jié)，并根據(jù)識別結(jié)果確定間盤的位置、高度和朝向。如上參照附圖以示例的方式描述了根據(jù)本發(fā)明的基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別方法和裝置。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對于上述本發(fā)明所提出的基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別方法及裝置，還可以在不脫離本發(fā)明內(nèi)容的基礎(chǔ)上做出各種改進(jìn)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書的內(nèi)容確定。
權(quán)利要求
1.一種基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別方法，包括 SllO :根據(jù)CT側(cè)位定位片確定一節(jié)腰椎的ROI ； S120 :對所確定的ROI進(jìn)行圖像的預(yù)處理以確定該節(jié)腰椎的中心點(diǎn)Q ； S130 :根據(jù)所確定的腰椎的中心點(diǎn)設(shè)計出符合該節(jié)腰椎ROI的特征函數(shù)和與所述腰椎ROI相似的模板，所述特征函數(shù)為=P=PfPdPv,其中， P1描述腰椎的灰度均勻性特征，Pg描述腰椎的梯度特征，Pv描述腰椎的灰度方差特征；所述模板的屬性包括模板的中心點(diǎn)位置、模板的寬度和高度、模板邊緣的寬和高、模板與水平軸所成傾角； S140 :利用優(yōu)化方法計算該節(jié)腰椎與真實(shí)腰椎相匹配的腰椎參數(shù)信息； S150 :根據(jù)所述腰椎參數(shù)信息估計腰椎相鄰間盤的間盤高度； S160 :利用步驟SllO S150的方法持續(xù)識別腰椎至最后一節(jié)，并根據(jù)識別結(jié)果確定間盤的位置、高度和朝向。
2.如權(quán)利要求I所述的基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別方法，其中，在步驟S120中，對所述圖像的預(yù)處理包括 采用自適應(yīng)的閾值對所確定的ROI圖像進(jìn)行截斷處理； 進(jìn)行非線性的灰度變換； 在灰度變換后計算該ROI圖像的梯度圖像； 對梯度圖像進(jìn)行非極大值抑制處理； 對進(jìn)行了非極大值抑制處理的梯度圖像進(jìn)行自適應(yīng)的閾值分割； 對閾值分割后的圖像進(jìn)行灰度分布統(tǒng)計。
3.如權(quán)利要求2所述的基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別方法，其中，在采用自適應(yīng)的閾值對所確定的ROI圖像進(jìn)行截斷處理的過程中， 計算該ROI的灰度直方圖，然后根據(jù)直方圖計算高低截斷閾值。
4.如權(quán)利要求2所述的基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別方法，其中，在計算ROI圖像的梯度圖像之前，對ROI區(qū)域進(jìn)行高斯平滑。
5.如權(quán)利要求I所述的基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別方法，其中，計算所述特征函數(shù)P=PI*PG*PV中的特征值的方法如下 值應(yīng)符合高斯分布
6.如權(quán)利要求I所述的基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別方法，其中，在設(shè)計與所述腰椎ROI相似的模板的過程中，應(yīng)用粒子濾波方法求最優(yōu)的腰椎參數(shù)，通過約束粒子濾波產(chǎn)生粒子的參數(shù)范圍水平方向坐標(biāo) X G (Q0. x-lOmm, Q0. x+10mm)；垂直方向坐標(biāo) y G (Q0. y-5mm, Q0. y+5mm)；模板的長寬比
7.一種基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別裝置，包括 ROI確定單元，用于根據(jù)CT側(cè)位定位片確定一節(jié)腰椎的ROI ； 中心點(diǎn)確定單元，用于對所確定的ROI進(jìn)行圖像的預(yù)處理以確定該節(jié)腰椎的中心點(diǎn)Q ；特征函數(shù)及模板設(shè)計單元，用于根據(jù)所確定的腰椎的中心點(diǎn)設(shè)計出符合該節(jié)腰椎ROI的特征函數(shù)和與所述腰椎ROI相似的模板，所述特征函數(shù)為T=PdPdPv,其中， P1描述腰椎的灰度均勻性特征，Pg描述腰椎的梯度特征，Pv描述腰椎的灰度方差特征；所述模板的屬性包括模板的中心點(diǎn)位置、模板的寬度和高度、模板邊緣的寬和高、模板與水平軸所成傾角； 腰椎參數(shù)計算單元，用于利用優(yōu)化方法計算該節(jié)腰椎與真實(shí)腰椎相匹配的腰椎參數(shù)信息； 間盤高度估算單元，用于根據(jù)所述腰椎參數(shù)信息估計腰椎相鄰間盤的間盤高度； 間盤參數(shù)確定單元，用于持續(xù)識別腰椎至最后一節(jié)，并根據(jù)識別結(jié)果確定間盤的位置、高度和朝向。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于CT側(cè)位定位片的腰椎識別方法和裝置，其中的方法包括根據(jù)CT側(cè)位定位片確定一節(jié)腰椎的ROI；對所確定的ROI進(jìn)行圖像的預(yù)處理以確定該節(jié)腰椎的中心點(diǎn)；根據(jù)所確定的腰椎的中心點(diǎn)設(shè)計出符合該節(jié)腰椎ROI的特征函數(shù)和與所述腰椎ROI相似的模板；利用優(yōu)化方法計算該節(jié)腰椎與真實(shí)腰椎相匹配的腰椎參數(shù)信息；根據(jù)所述腰椎參數(shù)信息估計腰椎相鄰間盤的間盤高度；持續(xù)識別腰椎至最后一節(jié)，并根據(jù)識別結(jié)果確定間盤的位置、高度和朝向。利用本發(fā)明，能夠自動確定椎間盤的掃描范圍和傾角，并自動添加掃描序列，從而減少用戶操作時間，簡化操作流程，改善用戶體驗(yàn)。
文檔編號G06K9/46GK102968633SQ20121042152
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者馬悅 申請人:東軟飛利浦醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)有限責(zé)任公司