專利名稱：一種基于顱骨ct圖像的計(jì)算機(jī)輔助測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像處理及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于顱骨CT圖像的計(jì)算機(jī)輔助測量方法。
背景技術(shù)：
顱骨厚度測量在人體解剖學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、頭部損傷的生物力學(xué)仿真等研究領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。常用的顱骨測量工具有直腳規(guī)、彎腳規(guī)、游標(biāo)卡尺等，但這些適合于對標(biāo)本的測量，而不適用于活體數(shù)據(jù)的測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于顱骨CT圖像的計(jì)算機(jī)輔助測量方法。該測量方法通過自編計(jì)算程序，對活體人頭顱CT圖像進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對顱骨厚度的快速、準(zhǔn)確、大批量、非接觸、自動(dòng)測量。從而為建立人體頭顱數(shù)據(jù)庫、頭部生物力學(xué)造型等研究提供可靠數(shù)據(jù)。


圖1經(jīng)過預(yù)處理的CT圖像圖2二值圖像圖3有輪廓缺損的圖像圖4有干擾點(diǎn)的圖像圖5修補(bǔ)缺損后的二值圖像圖6去除干擾點(diǎn)后的二值圖像圖7(a)偏斜的原始圖像圖7(b)經(jīng)過糾偏的圖像圖8顱骨厚度測量圖示具體實(shí)施方式
1.數(shù)據(jù)的獲取及格式轉(zhuǎn)換在醫(yī)院拍攝的活體顱腦CT掃描圖像中選取無顱面骨斷裂史、無腫瘤史、具有“正?！憋B腦幾何尺寸的樣本。借助CDViewer軟件選取初見腦室的一層CT圖像，調(diào)整窗寬、窗位等于2000、600，以使骨骼顯示最為清晰，將該圖像導(dǎo)出并存儲為JEPG格式，如圖1所示，為后期處理提供數(shù)據(jù)。
2.圖像的分割及二值化在Matlab軟件中讀入經(jīng)過預(yù)處理的圖像，X為讀入后的圖像數(shù)據(jù)；給定閾值為0.3，由BW＝im2bw(X，0.3)將X轉(zhuǎn)化為二值圖像數(shù)據(jù)BW，如圖2所示。BW是一個(gè)512×512的矩陣，元素為0或1；3.修補(bǔ)缺損輪廓及去除干擾點(diǎn)由于每個(gè)人頭骨結(jié)構(gòu)的不同和做CT時(shí)操作的原因，在得到的CT圖像中有的輪廓不清楚或內(nèi)部有干擾點(diǎn)，如圖3、4所示。調(diào)用下面程序段，對二值圖像進(jìn)行一次閉運(yùn)算，然后再對反色圖像進(jìn)行一次閉運(yùn)算，可以去除圖像外圍的干擾點(diǎn)及修補(bǔ)輪廓缺損，如圖5、6、所示。
se＝strel(’disk’，5)；BW＝imclose(BW，se)；se＝strel(’disk’，1)；BW＝imclose(～BW，se)；BW＝～BW；4.圖像糾偏在進(jìn)行大量統(tǒng)計(jì)測量時(shí)，為了保證每幅CT圖像的測量點(diǎn)在同一位置，對拍攝出的偏斜圖像需要進(jìn)行糾偏校正；由于顱骨CT切片圖中前額骨部分可以近似為拋物線，所以這里采用了拋物線糾偏原理對CT切片圖像進(jìn)行糾偏，如圖7所示。
5.邊緣提取經(jīng)過上述處理后的CT圖像為骨骼最清晰、正切面圖像，利用“sobel”算子對骨骼作邊緣提取。
6.確定測量參考點(diǎn)如圖8所示，經(jīng)過邊緣提取后的二值圖像邊界是由內(nèi)外兩個(gè)圈構(gòu)成，圈上點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)分別是該數(shù)據(jù)點(diǎn)在BW矩陣中的第一個(gè)下標(biāo)和第二個(gè)下標(biāo)；記外圈上橫坐標(biāo)最小--即最左邊--的點(diǎn)為A(xmin，yxmin)，橫坐標(biāo)最大--即最右邊--的點(diǎn)為B(xmax，yxmax)，取參照點(diǎn)C(x0，yxmin)，過參照點(diǎn)C作水平線L1，將內(nèi)外兩圈各分為上下兩個(gè)半圈；記圖中外圈上最上方點(diǎn)的坐標(biāo)為(xymin，ymin)，最下方點(diǎn)的坐標(biāo)為(xymax，ymax)，選取參照點(diǎn)E(x0，(ymin+yxmin)/2)用來測量前額骨上同一位置的厚度，選取F(x0，(ymax+ymin)/2)為測量枕骨上同一點(diǎn)的厚度，C點(diǎn)作為測量頂骨厚度的參考點(diǎn)；7.厚度測量過參考點(diǎn)E作斜率為tan(4*pi/9)的直線，與外圈的上半圈交于點(diǎn)G(x1，y1)，對外圈上G點(diǎn)附近的點(diǎn)作二次曲線擬合，從而得出G點(diǎn)附近的二次曲線；以-1/(2axl+b)為斜率，過G點(diǎn)作出二次曲線在G點(diǎn)處的法線L2，L2與內(nèi)圈的上半圈交點(diǎn)記為H(x2，y2)。G、H兩點(diǎn)的距離d＝((x1-x2)2+(y1-y2)2)0.5--像素距離--即為G點(diǎn)處的頭骨厚度，即像素厚度，在CDviewer軟件中像素與實(shí)際尺寸之間的系數(shù)為0.477，因此將測得的像素值乘上一個(gè)該標(biāo)定系數(shù)0.477，就得到了G點(diǎn)處的頭骨的真正厚度，即前額骨上測量點(diǎn)的厚度。同樣地，過參考點(diǎn)F作斜率為tan(pi/3)的直線，與外圈的下半圈交于點(diǎn)I(x3，y3)，對外圈上I點(diǎn)附近的點(diǎn)作二次曲線擬合，然后過I點(diǎn)作法線與內(nèi)圈下半圈交于點(diǎn)J(x4，y4)，就可以計(jì)算出I點(diǎn)處頭骨的厚度，即枕骨上測量點(diǎn)的厚度；由于A點(diǎn)是圖像上最左邊的點(diǎn)，且A，C兩點(diǎn)在同一條水平線上，所以過參考點(diǎn)C作水平直線，求出該直線與內(nèi)圈的交點(diǎn)D，就可以計(jì)算出A點(diǎn)處頭骨的厚度，即頂骨上測量點(diǎn)的厚度。
從上面的分析可知，由于參考點(diǎn)E，F(xiàn)不變，以不同的斜率過參考點(diǎn)作直線，就可以求出不同點(diǎn)處的頭骨厚度。
權(quán)利要求
1.基于顱骨CT圖像的計(jì)算機(jī)輔助測量方法。
2.顱骨CT圖像的分割閾值。
3.對CT圖像中有輪廓不清楚或內(nèi)部有干擾點(diǎn)的圖像，調(diào)用下面程序段，去除圖像的干擾點(diǎn)及修補(bǔ)輪廓缺損。se＝strel(’disk’，5)；BW＝imclose(BW，se)；se＝strel(’disk’，1)；BW＝imclose(～BW，se)；BW＝～BW.
4.采用拋物線糾偏原理對偏斜的CT切片圖像進(jìn)行糾偏。
5.確定測量參考點(diǎn)經(jīng)過邊緣提取后的二值圖像邊界是由內(nèi)外兩個(gè)圈構(gòu)成，圈上點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)分別是該數(shù)據(jù)點(diǎn)在二值圖像矩陣中的第一個(gè)下標(biāo)和第二個(gè)下標(biāo)；記外圈上橫坐標(biāo)最小即最左邊的點(diǎn)為A(xmin，yxmin)，橫坐標(biāo)最大即最右邊的點(diǎn)為B(xmax，yxmax)，取參照點(diǎn)C(x0，yxmin)，過參照點(diǎn)C作水平線L1，將內(nèi)外兩圈各分為上下兩個(gè)半圈；記圖中外圈上最上方點(diǎn)的坐標(biāo)為(xymin，ymin)，最下方點(diǎn)的坐標(biāo)為(xymax，ymax)，選取參照點(diǎn)E(x0，(ymin+yxmin)/2)用來測量前額骨上同一位置的厚度，選取F(x0，(ymax+yxmin)/2)為測量枕骨上同一點(diǎn)的厚度，C點(diǎn)作為測量頂骨厚度的參考點(diǎn)。
6.厚度測量過參考點(diǎn)E作斜率為tan(4*pi/9)的直線，與外圈的上半圈交于點(diǎn)G(x1，y1)，對外圈上G點(diǎn)附近的點(diǎn)作二次曲線擬合，從而得出G點(diǎn)附近的二次曲線；過G點(diǎn)作出二次曲線在G點(diǎn)處的法線L2，L2與內(nèi)圈的上半圈交點(diǎn)記為H(x2，y2)。G、H兩點(diǎn)的距離d＝((x1-x2)2+(y1-y2)2)0.5(像素距離)，即為G點(diǎn)處的頭骨厚度，即像素厚度，將測得的像素值乘上一個(gè)標(biāo)定系數(shù)，就得到了G點(diǎn)處的頭骨的真正厚度，即前額骨上測量點(diǎn)的厚度。同樣地，過參考點(diǎn)F作斜率為tan(pi/3)的直線，與外圈的下半圈交于點(diǎn)I(x3，y3)，對外圈上I點(diǎn)附近的點(diǎn)作二次曲線擬合，然后過I點(diǎn)作法線與內(nèi)圈下半圈交于點(diǎn)J(x4，y4)，就可以計(jì)算出I點(diǎn)處頭骨的厚度，即枕骨上測量點(diǎn)的厚度。過參考點(diǎn)C作水平直線，求出該直線與內(nèi)圈的交點(diǎn)D，就可以計(jì)算出A點(diǎn)處頭骨的厚度，即頂骨上測量點(diǎn)的厚度。從上面的分析可知，由于參考點(diǎn)E，F(xiàn)不變，以不同的斜率過參考點(diǎn)作直線，就可以求出不同點(diǎn)處的頭骨厚度。
全文摘要
一種基于顱骨CT圖像的計(jì)算機(jī)輔助測量方法，屬于圖像處理及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過自編計(jì)算程序?qū)铙w人頭顱CT圖像進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、圖像分割及二值化、修補(bǔ)缺損輪廓及去除干擾點(diǎn)、圖像糾偏、邊緣提取等處理后，確定測量參考點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對顱骨CT圖像的自動(dòng)測量。本方法借助CDviewer、Matlab等軟件，對人體頭顱CT圖像中前額骨、頂骨及枕骨厚度進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的測量。這種方法解決了單純使用CDviewer軟件測量時(shí)手工操作引起的隨機(jī)誤差。該測量方法既可實(shí)現(xiàn)對單一CT圖像中不同位置的測量，也可實(shí)現(xiàn)對大批量CT圖像中同一位置的統(tǒng)計(jì)測量。本測量方法將為建立人體頭顱數(shù)據(jù)庫、頭部的生物力學(xué)仿真等領(lǐng)域的研究提供可靠的數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。
文檔編號A61B6/03GK1981704SQ20051012235
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者李海巖, 阮世捷, 謝中華, 劉文嶺, 王浩 申請人:天津科技大學(xué)