一种骨关节的自动配准定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种骨关节的自动配准定位方法，S1获取受试者的双平面同步动态X光影像以及CT体数据，并对CT体数据进行处理得到CT骨骼数据；S2对双平面同步动态X光影像进行空间校正，得到双平面同步动态X光影像的不同拍摄视角之间的相对位置；S3对校正后的X光影像进行去噪处理；S4基于CT骨骼数据生成虚拟X光影像，即DRR影像；S5计算DRR影像与对应视角的双平面同步动态X光影像相似度，采用第一优化算法更新不同时刻不同目标骨的位置变化矩阵，得到相对应的最终位置变化矩阵，从而确定骨关节的相对运动。本发明专利技术加快了DRR影像的生成速度，采用全变分去噪模型对X光影像降噪，大大提高了定位效率，通过自动配准的算法实现了对骨关节运动的快速评估。

【技术实现步骤摘要】
一种骨关节的自动配准定位方法及装置
本专利技术属于影像技术处理领域，尤其涉及一种骨关节的自动配准定位方法及装置。
技术介绍
关节损伤或术后疗效不佳会导致的骨关节异常接触模式，将可能造成继发性的骨性关节炎，因此确定骨关节的精准位置将有助于为诊断提供有效信息。目前，现有技术中，利用两台交叉摆置的X光系成像系统搭配计算机断层扫描(CT)系统以对目标骨关节以进行二维影像到三维体数据配准进而重现骨关节的相对位置，是一种骨关节运动影像评估装置。结合X光与CT体数据重现骨关节运动的配准过程依赖数字投影重建技术(DigitallyReconstructedRadiograph，DRR)。通过将不同组织的CT值转化为X射线线性衰减系数，可以由Beer定律模拟X射线穿透CT体数据到达探测器平板后的信号强度得到仿真X射线影像。光线投射法(RayCasting)由于其精度相对较高，在X射线仿真中被广泛应用。利用优化算法迭代体数据空间位置，得到不同虚拟X光影像，计算X光影像与真实X射线的相似度，得到最佳相似度下的骨关节空间位置。然而，现有技术中利用X光影像来还原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种骨关节的自动配准定位方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：获取受试者的双平面同步动态X光影像以及CT体数据，并对所述CT体数据进行分割得到目标骨的CT骨骼数据；/nS2：对所述双平面同步动态X光影像进行空间校正，得到所述双平面同步动态X光影像的不同拍摄视角之间的相对位置；/nS3：对校正后的所述双平面同步动态X光影像进行去噪处理；/nS4：对所述CT骨骼数据依据用于拍摄所述双平面同步动态X光影像的设备的成像参数以生成虚拟X光影像，即DRR影像；/nS5：计算所述DRR影像与对应视角的所述双平面同步动态X光影像相似度，采用第一优化算法更新不同时刻不同目标骨的位置变化矩阵，得到相对应的...

【技术特征摘要】
1.一种骨关节的自动配准定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取受试者的双平面同步动态X光影像以及CT体数据，并对所述CT体数据进行分割得到目标骨的CT骨骼数据；
S2：对所述双平面同步动态X光影像进行空间校正，得到所述双平面同步动态X光影像的不同拍摄视角之间的相对位置；
S3：对校正后的所述双平面同步动态X光影像进行去噪处理；
S4：对所述CT骨骼数据依据用于拍摄所述双平面同步动态X光影像的设备的成像参数以生成虚拟X光影像，即DRR影像；
S5：计算所述DRR影像与对应视角的所述双平面同步动态X光影像相似度，采用第一优化算法更新不同时刻不同目标骨的位置变化矩阵，得到相对应的最终位置变化矩阵；
S6：根据不同时刻不同目标骨的所述最终位置变化矩阵，确定骨关节的相对运动。


2.根据权利要求1所述的骨关节的自动配准定位方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述对所述CT体数据进行分割得到目标骨的CT骨骼数据进一步包括以下步骤：
A1：在所述CT体数据内选取目标骨的种子点；
A2：根据所述种子点通过区域增长的方式进行分割，得到所述CT骨骼数据。


3.根据权利要求1所述的骨关节的自动配准定位方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括以下步骤：
通过铅点网格对所述双平面同步动态X光影像进行空间校正，确定所述双平面同步动态X光影像的不同拍摄视角之间的相对位置，其中，所述不同拍摄视角之间的相对位置为不同组的X光发射器的放射源与X光接收器的相对位置，通过不同组的所述X光发射器与所述X光接收器拍摄得到所述双平面同步动态X光影像。


4.根据权利要求1所述的骨关节的自动配准定位方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括：
建立全变分去噪模型，用于对空间校正后不同时刻的所述双平面同步动态X光影像进行去噪，利用第二优化算法求解所述全变分去噪模型得到能量最小化的泛函，以获取去噪X光影像。


5.根据权利要求4所述的骨关节的自动配准定位方法，其特征在于，所述全变分去噪模型的公式如下：



其中，v为所述去噪X光影像，u为校正后不同时刻的所述双平面同步动态X光影像，E(u,v)为保真项，用以避免去噪后的X光影像与去噪前的X光影像差异过多，γU(v)为全变分正则项，能容忍区域不连续性；
其中，E(u,v)为即去噪后与去噪前对应位置像素差的平方和，U(v)为∑i,j|vi+1,j-vi,j|+|vi,j+1-vi,j|，即全变分模型。


6.根据权利要求1所述的骨关节的自动配准定位方法，其特征在于，所述步骤S3之后还包括以下步骤：
以所述CT骨骼数据建立解剖坐标系，所述解剖坐标系的设置以目标骨的解剖形态决定；
基于所述解剖坐标系设置CT骨骼数据的初始位置，所述初始位置设置于直角坐标系的原点的最近点处，所述直角坐标系为以不同组的所述X光发射器的中心与所述X光接收器的中心连线的两线交点为原点的坐标系。


7.根据权利要求6所述的骨关节的自动配准定位方法，其特征在于，基于所述初始位置得到初始变化矩阵为：
T0＝(x,y,z,Rx,Ry,Rz)
其中，x、y、z分别为沿所述解剖坐标系的X轴、Y轴、Z轴的平移量，Rx,Ry,Rz分别为绕所述解剖坐标系X轴、Y轴、Z轴的旋转角度。


8.根据权利要求7所述的骨关节的自动配准定位方法，其特征在于，在所述步骤S5中的第一优化算法为粒子群优化算法，其包括以下步骤：
S51：设定所述粒子群优化算法的初始参数，包括初始种群数量设定为N，最大迭代次数设定为G，惯性权重设定为λ，学习因子设定为μ1、μ2，搜索空...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡宗远，王聪，郑楠，朱哲敏，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31