基于图像处理技术的骨组织几何形态学参数自动测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于图像处理技术的骨组织几何形态学参数自动测量装置及方法，通过医用X光机拍摄骨组织X线片，通过计算机对骨骼X线成像进行预处理、骨组织分割、骨组织参数测量，最终形成骨组织参数测量结果报告进行传输和打印。用户只需要在处理前选择骨组织名称和需要测量的参数即可，分割和测量过程完全自动，不需要医生进行初始化轮廓选择或标注。装置包括X线片数据输入接口单元、图像处理单元、测量参数存储与输出单元、网络接口单元和打印机接口。本发明专利技术针对X线片骨组织的快速自动分割、测量问题，利用目前先进的GPU等硬件设备和图像分析方法进行X线片骨组织自动分割、测量，提高医生读片的自动化、智能化水平。

Automatic measurement device and method for geometric morphological parameters of bone tissue based on image processing technology

The invention provides an automatic measuring device and method based on geometric parameters of bone tissue morphology image processing technology, through the medical X ray bone tissue X-ray photography, pre-processing, segmentation of bone tissue and bone tissue parameters measurement of bone X-ray imaging by computer, and ultimately the formation of bone tissue results in parameter measurement of transmission and print report. The user only needs to select the bone tissue name and the parameters needed to be measured before processing, and the segmentation and measurement process is completely automatic, without requiring the doctor to initialize the contour selection or annotation. The device includes an X-ray data input interface unit, an image processing unit, a measurement parameter storage and output unit, a network interface unit and a printer interface. The invention aims at the rapid automatic segmentation and measurement of the X-ray bone tissue, and uses the advanced hardware devices such as GPU and the image analysis method to automatically segment and measure the X-ray bone tissue, so as to improve the automation and intelligence level of the doctor reading slice.

【技术实现步骤摘要】
基于图像处理技术的骨组织几何形态学参数自动测量装置及方法
本专利技术涉及智能医学影像诊断
，尤其涉及X线片自动目标分析与识别、骨组织参数测量装置与方法领域，具体涉及一种基于图像处理技术的骨组织几何形态学参数自动测量装置及方法。
技术介绍
肌肉骨骼疾病(MusculoskeletalDisorders，MSDs)是一个重大的公共卫生问题，在英国该疾病影响到16％的成年人和30％65岁以上的人，英国每年关节炎的治疗总费用估计超过300亿英镑。相关评估表示美国每年因MSDs支出的费用约为130-540亿美元。我国虽然缺乏全国性的MSDs的相关人数和费用数据，MSDs也尚未列入法定职业病名单，但在不同行业中的流行病学研究已表明MSDs在我国职业人群中是一类常见疾患。许多肌肉骨骼疾病是慢性的，会引起严重的疼痛，限制日常活动、降低生活质量、降低生产力，后续治疗和医疗保健费用也很高。大部分MSDs的发生率会随着年龄的增长而升高，人口老龄化也会伴随MSDs患者的大量增加。骨骼疾病临床上最常用的方法是拍摄X线片进行诊断、术前规划和分析治疗，如骨关节炎诊断、关节置换规划、骨质疏松症诊断(裂缝检查、骨密度测量、骨龄测定)等，通常都需要根据X线片中的骨骼轮廓进行诊断。另外，在疾病进展检测、假体设计中也需要对X线片的骨组织进行精确的参数测量。目前不论是学术界还是产业界，都没有一种快速有效的方法能够很好的解决X线片骨组织的自动分割和参数测量问题，只能靠医生手工标注、测量，费时费力且测量数据不稳定。因此，在科研、诊疗、假体定制等工作中需要相关的图像数据分析工具来辅助医生更加高效、准确的完成骨组织的参数测量。进行骨组织几何形态学参数自动测量需要先进行骨组织分割，然后进行测量。分割方面，文章<Fullyautomaticsegmentationoftheproximalfemurusingrandomforestregressionvoting>中对X线片骨组织进行分割，并表示该方法是分割效果最好，但是基于轮廓形状的方法受初始轮廓选定的影响巨大，需要有经验的医生进行初始形状定位，然后通过算法迭代直至收敛来得到较好的分割效果，时间开销过大，无法实现快速自动测量。文章<U-Net:ConvolutionalNetworksforBiomedicalImageSegmentation>、<LearningDenseVolumetricSegmentationfromSparseAnnotation>使用一种U型深度神经网络进行医学图像分割，但并未见X线片骨组织分割的相关研究。由于骨骼非对称、多孔、结构复杂，测量其尺寸有很大难度，目前接触式测量主要依靠医生使用游标卡尺或其他辅助测量装置进行参数测量，非接触的测量主要通过医生在X线、CT、MRI图像上手工标定测量，自动化程度不高。专利申请公布的“医用X线摄影测量尺(CN203677110U)”在X线摄像时能与被摄物贴附紧密，与被摄物同倍率放大，并直接在影像上标示被摄物尺寸的医用X线摄影测量尺，解决目前X线摄影测量不准确影响诊断和治疗的问题，主要用于X线摄影的量化测量，可建立一种图像坐标和世界坐标之间的关系。专利申请公布的“眼眶修复材料的制作方法和装置(CN201610329830.8)”提供一种眼眶修复材料的制作方法，其中包括对眼部骨骼医学图像数据进行图像处理，检测出待修复部位，提取待修复部位的组织结构数据，但方法中并未提及使用的是什么分割方法，骨骼数据如何提取。如前所述，目前的X线片骨组织分割还未见有比较快速准确的方法，参数测量主要靠医生进行标注测量，还未实现自动化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对骨组织的快速自动分割、测量问题，以骨组织前段为对象，利用目前先进的GPU等硬件设备和图像分析方法进行X光骨骼分割、测量，最终实现能够准确、快速完成骨组织参数自动测量的软件系统。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于图像处理技术的骨组织几何形态学参数自动测量装置，其特征在于：由X线片数据输入接口、测量工作站、输出单元、供电系统组成；X线片数据输入接口用于接收医用X光机拍摄的X线片图像；测量工作站包括图像处理单元和测量参数存储单元，图像处理单元用于对X线片进行分割和测量处理，测量参数存储单元用于对测量的参数结果和分割图像进行存储；输出单元包括网络接口和打印机接口，网络接口用于将测量工作站生成的分割图像结果和测量参数上传到PACS系统，打印机接口用于连接打印机进行报告输出打印；供电系统用于为输入、输出接口和测量工作站供电。其中，该装置能够处理X光机产生的Dicom格式图像，并输出骨组织参数测量结果，其中，所述测量工作站利用计算机实现，计算机基本配置至少为：CPU：Intele52683*2@2.0GHz，内存256GDDR4，硬盘：1TBSSD，显卡：GTX1080TI*2+P6000*2，用于进行分割模型训练；所述测量工作站可以是医院原有PACS系统(即影像归档和通信系统)中的计算机，可以进行dicom文件选择、骨组织选择、分割和测量选择等操作；分割结果和测量参数会显示在计算机的显示器上；所述输出单元包括网络接口，网络接口用于和整个PACS系统相连，可以进行图像分割和测量结果进行传输，打印机接口用于和打印机相连并进行测量结果报告打印。本专利技术还提供一种基于图像处理技术的骨组织几何形态学参数自动测量方法，该方法利用上述的基于图像处理技术的骨组织几何形态学参数自动测量装置，该方法包括训练和分割测量两部分，具体有以下步骤：步骤1：训练部分：步骤1-1：骨组织X线片数据清洗；数据清洗主要包括以下三步：第一，用图像处理的方法将原始图像分类，第二，针对不同类别的数据进行校正，第三，人工判断清洗之后的样本是否满足需求，如果不满足则进行清洗算法改进或对个别不满足要求的原始图像进行人工处理；步骤1-2：样本标记：由放射科医生进行样本标记，提取骨组织区域和边缘；步骤1-3：医学图像的小样本数据增强：首先，通过对骨组织X线片的分析确定其不变且鲁棒的特征属性，并利用这些属性指导数据增强；其次，使用基于目标轮廓形状弹性形变数据增强方法通过图像压缩、仿射变换、弹性形变进行数据增强，增加样本；步骤1-4：X线片骨组织自动分割模型训练：利用U型网络进行分割通过下采样——上采样的策略最终得到和原图大小一致的分割结果；步骤2：分割测量：已训练好分割模型，在分割中将dicom图像输入，即可得到骨组织的分割结果；步骤2-1：参数确定：确定要测量的骨组织几何形态学参数，根据医学上的规定确定参数的定义和数学表达；步骤2-2：基于步骤2分割出的骨组织区域用计算机图形学的方法进行各个参数的拟合与计算；步骤2-3：分别用计算机方法和人工方法对一定数量的骨组织参数进行测量，并对结果进行比对分析，验证结果的准确性；步骤2-4：基于步骤2-1至步骤2-3得到以Dicom数据为输入的骨组织X线片自动测量分析系统；步骤2-5：实现数据接口、数据存储和分析报告输出。其中，将目前的完全依靠医生手工在PACS系统上用电子游标进行X线骨组织图像测量的方法改进为依靠计算机图像分析进行骨组织参数自动测量的方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于图像处理技术的骨组织几何形态学参数自动测量装置，其特征在于：由X线片数据输入接口(101)、测量工作站(102)、输出单元(103)、供电系统(104)组成；X线片数据输入接口(101)用于接收医用X光机拍摄的X线片图像；测量工作站(102)包括图像处理单元和测量参数存储单元，图像处理单元用于对X线片进行分割和测量处理，测量参数存储单元用于对测量的参数结果和分割图像进行存储；输出单元(103)包括网络接口和打印机接口，网络接口用于将测量工作站生成的分割图像结果和测量参数上传到PACS系统，打印机接口用于连接打印机进行报告输出打印；供电系统(104)用于为输入、输出接口和测量工作站供电。

【技术特征摘要】
1.基于图像处理技术的骨组织几何形态学参数自动测量装置，其特征在于：由X线片数据输入接口(101)、测量工作站(102)、输出单元(103)、供电系统(104)组成；X线片数据输入接口(101)用于接收医用X光机拍摄的X线片图像；测量工作站(102)包括图像处理单元和测量参数存储单元，图像处理单元用于对X线片进行分割和测量处理，测量参数存储单元用于对测量的参数结果和分割图像进行存储；输出单元(103)包括网络接口和打印机接口，网络接口用于将测量工作站生成的分割图像结果和测量参数上传到PACS系统，打印机接口用于连接打印机进行报告输出打印；供电系统(104)用于为输入、输出接口和测量工作站供电。2.根据权利要求1所述的基于图像处理技术的骨组织几何形态学参数自动测量装置，其特征在于：该装置能够处理X光机产生的Dicom格式图像，并输出骨组织参数测量结果，其中，所述测量工作站(102)利用计算机实现，计算机基本配置至少为：CPU：Intele52683*2@2.0GHz，内存256GDDR4，硬盘：1TBSSD，显卡：GTX1080TI*2+P6000*2，用于进行分割模型训练；所述测量工作站可以是医院原有PACS系统(即影像归档和通信系统)中的计算机，可以进行dicom文件选择、骨组织选择、分割和测量选择等操作；分割结果和测量参数会显示在计算机的显示器上；所述输出单元(103)包括网络接口，网络接口用于和整个PACS系统相连，可以进行图像分割和测量结果进行传输，打印机接口用于和打印机相连并进行测量结果报告打印。3.一种基于图像处理技术的骨组织几何形态学参数自动测量方法，该方法利用上述的基于图像处理技术的骨组织几何形态学参数自动测量装置，其特征在于：该方法包括训练和分割测量两部分，...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾阳，杨斌，韩俊刚，汤永刚，张帅，范望，王萌，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61