一种基于矢状位医学影像的椎间盘突出退变评估系统技术方案

本发明专利技术属于深度学习与医学影像处理领域，提供了一种基于矢状位医学影像的椎间盘突出退变评估系统，包括图像获取模块，用于获取腰椎矢状位医学图像；初步定位模块，用于基于腰椎矢状位医学图像和训练好的ResNet残差神经网络对椎体与椎间盘进行初步定位得到所有帧图像的初步定位中心点坐标；中心点修正模块，用于遍历所有帧图像的初步定位中心点坐标，判断是否符合腰椎与椎间盘中心点约束条件，若均符合则定位正确，输出椎体与椎间盘中心点坐标；否则基于腰间盘锥体定位中心点迭代修正算法进行修正得到正确的椎体与椎间盘中心点坐标；评估模块，用于根据定位正确的中心点坐标提取椎间盘图像，基于椎间盘图像和分级模型进行分级得到腰椎间盘退变的评估结果。行分级得到腰椎间盘退变的评估结果。行分级得到腰椎间盘退变的评估结果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于矢状位医学影像的椎间盘突出退变评估系统


[0001]本专利技术属于深度学习与医学影像处理领域，尤其涉及一种基于矢状位医学影像的椎间盘突出退变评估系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]目前，腰椎间盘突出症(Lumbar Disc Herniation,LDH)是脊柱外科最多见的疾病，严重影响患者的生活质量和生活能力。近年来，我国患LDH的病人呈持续上升趋势，多发生于生理功能退化的老年人、重体力劳动与农作的人群等。LDH的诊断中常用的医学影像技术有电子计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)和核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)，对于影像的准确识读和判断，有助于及早发现退变性病变，并对病人制定合理的医疗方案。但是实际诊断中，医生的阅片劳动量很大，极易因劳累造成阅片失误；同时需要医生具备丰富的诊疗经验，有时存在不同医生的阅片结论不同的现象。
[0004]现如今的基于医学影像的椎间盘突出突变评估采用的方法是基于腰椎中有序椎间盘，结合了图像局部特征和半局部几何信息来识别腰椎间盘和椎体的半自动方法，其实质目的是为协助医生进行椎间盘定位与检测，故仍需要医生专家的干预，根据其经验进行人为标注，增加了医生的工作量。

技术实现思路

[0005]为了解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题，本专利技术提供一种基于矢状位医学影像的椎间盘突出退变评估系统，其可以自动的基于医学图像进行椎间盘定位，并给出椎间盘退行性改变程度分级，可以帮助医生提高诊断结果的准确性以及对图像、疾病解释的一致性，使得诊断结果更客观更准确，减少了医生的工作量，有助于提升医生看病就诊的质量与效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于矢状位医学影像的椎间盘突出退变评估系统，包括：
[0008]图像获取模块，用于获取腰椎矢状位医学图像；
[0009]初步定位模块，用于基于腰椎矢状位医学图像和训练好的ResNet残差神经网络对椎体与椎间盘进行初步定位得到所有帧图像的初步定位中心点坐标；
[0010]中心点修正模块，用于遍历所有帧图像的初步定位中心点坐标，判断是否符合腰椎与椎间盘中心点约束条件，若均符合则定位正确，输出椎体与椎间盘中心点坐标；否则基于腰间盘锥体定位中心点迭代修正算法进行修正得到正确的椎体与椎间盘中心点坐标；
[0011]评估模块，用于根据定位正确的中心点坐标提取椎间盘图像，基于椎间盘图像和分级模型进行分级得到腰椎间盘退变的评估结果。
[0012]作为一种实施方式，所述遍历所有帧图像的初步定位中心点坐标，判断是否符合
腰椎与椎间盘中心点约束条件，包括：
[0013]将所有帧图像的初步定位中心点坐标按照从下到上的顺序放入遍历集合中，计算遍历集合中相邻三个坐标中两两间的距离比及角度比，当距离比满足距离约束的同时角度比满足角度约束，则定位正确。
[0014]作为一种实施方式，所述距离约束为：
[0015][0016]所述角度约束为：
[0017][0018]式中，v
i
表示第i个中心点与下一个中心点间的距离，λ1与λ2为距离约束的临界值，θ1与θ2分别为角度约束的临界值，P
i
表示第i个中心点坐标。
[0019]作为一种实施方式，所述基于腰间盘锥体定位中心点迭代修正算法进行修正得到正确的椎体与椎间盘中心点坐标包括：
[0020]判断所有帧图像的初步定位中心点坐标是否均定位错误，若是，则根据定位正确的坐标集合和椎体与椎间盘图像的特征对定位错误的坐标修正，否则根据定位正确的相邻帧坐标修正定位错误的图像坐标。
[0021]作为一种实施方式，所述根据定位正确的坐标集合和椎体与椎间盘图像的特征对定位错误的坐标修正包括：
[0022]根据定位正确的坐标集合拟合得到中心点曲线；
[0023]基于椎体与椎间盘图像强度特征，得到椎间盘与相邻椎体间的边缘分界，根据中心点曲线和边缘分界得到交点坐标集合；
[0024]基于交点坐标集合中相邻两个交点坐标和定位正确的坐标集合判断是否定位正确，若是作为中心点坐标，否则根据形状几何学特征判断该点为椎间盘还是椎体区域的中心点，进一步修正缺失点中心点。
[0025]作为一种实施方式，在进行缺失中心点的修正时，选椎间盘边缘与中心点曲线相邻两交点中点坐标作为缺失中心点的坐标。作为一种实施方式，所述根据形状几何学特征判断该点为椎间盘还是椎体区域的中心点包括：椎间盘与椎体具有不同的形状特征，将椎间盘近似为长轴在与中心线切线垂直方向的椭圆形，椎体可近似看为长方形，计算当前缺失点区域的宽长比r，若r大于设定阈值，则此缺失点为椎体区域中心点，否则为椎间盘区域中心点。
[0026]作为一种实施方式，所述遍历所有帧图像的初步定位中心点坐标，判断是否符合腰椎与椎间盘中心点约束条件时，根据不同的判断结果设置不同的标志位，具体为：
[0027]若不符合腰椎与椎间盘中心点约束条件则将当前帧图像标志位设置为0，并保存定位正确的坐标放入候选集合，遍历完成所有帧图像的初步定位中心点坐标符合中心点定位约束条件则将标志位设置为1。
[0028]作为一种实施方式，在基于腰间盘锥体定位中心点迭代修正算法进行修正时，遍历所有帧图像的标志位，根据标志位判断是否需要修正，若标志位均为1，表示中心点坐标
均定位正确；若标志位中既包含1的同时也包含0，则根据定位正确的坐标修正定位错误图像坐标；若标志位均为0，则根据定位正确的坐标集合进行修正。
[0029]作为一种实施方式，所述分级模型采用基于Pfirrmann分级模型，所述Pfirrmann分级模型以ResNeXt101网络为基础来搭建分类器。
[0030]本专利技术的有益效果是：
[0031]本专利技术基于腰椎矢状位医学图像和训练好的ResNet残差神经网络对椎体与椎间盘进行初步定位得到所有帧图像的初步定位中心点坐标，采用锥体定位算法，获得精确的椎间盘中心点坐标，采用中心点修正模块迭代修正算法进行修正得到正确的椎体与椎间盘中心点坐标，其可以自动的基于医学图像进行椎间盘定位，并给出椎间盘退行性改变程度分级，可以帮助医生提高诊断结果的准确性以及对图像、疾病解释的一致性，使得诊断结果更客观更准确，减少了医生的工作量，有助于提升医生看病就诊的质量与效率。
[0032]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0033]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0034]图1是本专利技术实施例基于医学影像的椎间盘突出退变评估系统框图；
[0035]图2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于矢状位医学影像的椎间盘突出退变评估系统，其特征在于，包括：图像获取模块，用于获取腰椎矢状位医学图像；初步定位模块，用于基于腰椎矢状位医学图像和训练好的ResNet残差神经网络对椎体与椎间盘进行初步定位得到所有帧图像的初步定位中心点坐标；中心点修正模块，用于遍历所有帧图像的初步定位中心点坐标，判断是否符合腰椎与椎间盘中心点约束条件，若均符合则定位正确，输出椎体与椎间盘中心点坐标；否则基于腰间盘锥体定位中心点迭代修正算法进行修正得到正确的椎体与椎间盘中心点坐标；评估模块，用于根据定位正确的中心点坐标提取椎间盘图像，基于椎间盘图像和分级模型进行分级得到腰椎间盘退变的评估结果。2.根据权利要求1所述的一种基于矢状位医学影像的椎间盘突出退变评估系统，其特征在于，所述遍历所有帧图像的初步定位中心点坐标，判断是否符合腰椎与椎间盘中心点约束条件，包括：将所有帧图像的初步定位中心点坐标按照从下到上的顺序放入遍历集合中，计算遍历集合中相邻三个坐标中两两间的距离比及角度比，当距离比满足距离约束的同时角度比满足角度约束，则定位正确。3.根据权利要求2所述的一种基于矢状位医学影像的椎间盘突出退变评估系统，其特征在于，所述距离约束为：所述角度约束为：式中，v
i
表示第i个中心点与下一个中心点间的距离，λ1与λ2为距离约束的临界值，θ1与θ2分别为角度约束的临界值，P
i
表示第i个中心点坐标。4.根据权利要求1所述的一种基于矢状位医学影像的椎间盘突出退变评估系统，其特征在于，所述基于腰间盘锥体定位中心点迭代修正算法进行修正得到正确的椎体与椎间盘中心点坐标包括：判断所有帧图像的初步定位中心点坐标是否均定位错误，若是，则根据定位正确的坐标集合和椎体与椎间盘图像的特征对定位错误的坐标修正，否则根据定位正确的相邻帧坐标修正定位错误的图像坐标。5.根据权利要求4所述的一种基于矢状位医学影像的椎间盘突出退变评估系统，其特征在于，所述根据定位正确的坐标集合和椎体与椎间盘图像的特征对定位错误的坐标修正包括：根据定位正确的坐标集合拟合得到中心点曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，刘学锋，李晓磊，宋然，程吉禹，田天，冯世庆，周恒星，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：