申请/专利权人：华南理工大学

申请日：2021-11-04

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN114219889B

主分类号：G06T17/00

分类号：G06T17/00;G06T19/20;G06T7/11;G06T7/33;G06T5/50

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2022.04.08#实质审查的生效;2022.03.22#公开

摘要：本发明公开了一种基于CT与超声融合的脊柱在体准静态三维测量方法，过程如下：对待测量人体进行一次CT扫查得到脊柱CT影像序列；记人体某一准静态为P1；通过对其脊柱进行超声扫查，得到超声影像序列；对每一个椎骨采用基于连续多帧骨面分割图像的椎骨配准方法得到超声椎骨和CT椎骨的最优刚体变换；根据最优刚体变换，对CT椎骨进行旋转和平移，将每一个CT椎骨变换于对应超声椎骨的位置和姿态，展示脊椎的三维形态；改变状态至另一准静态P2，重复上述步骤，得到准静态的人体脊柱三维成像。本发明能观测到脊柱的完整三维形态，克服超声对脊柱成像不完整不清晰以及对脊柱的腹面观重建的不足；同时克服CT无法进行准静态测量的不足。

主权项：1.一种基于CT与超声融合的脊柱在体准静态三维测量方法，其特征在于，所述三维测量方法包括以下步骤：S1、对待测量人体进行一次CT扫查得到脊柱CT影像序列；S2、在人运动过程中，记待测量人体的某一准静态为P1状态；S3、通过对P1状态下待测量人体的脊柱进行超声扫查，得到脊柱超声影像序列；S4、对每一个椎骨采用基于连续多帧骨面分割图像的椎骨配准方法得到超声椎骨和所对应的CT椎骨的最优刚体变换；其中，所述基于连续多帧骨面分割图像的椎骨配准方法过程如下：通过基于阈值分割方法对所述CT影像序列进行骨面分割，得到CT骨面图像；通过神经网络图像分割算法对所述超声影像序列进行分割，得到超声骨面图像；其中，所述CT骨面图像和超声骨面图像均只有白色和黑色两个灰度等级；对CT骨面图像和超声骨面图像分别进行三维重建，得到CT椎骨和超声椎骨，然后通过基于连续多帧骨面信息熵配准法对CT椎骨和超声椎骨进行配准；S5、根据所述最优刚体变换，对CT椎骨进行旋转和平移，将每一个CT椎骨变换于对应超声椎骨的位置和姿态，展示脊柱的三维形态；S6、待测量人体改变状态至另一准静态，记作P2状态，重复步骤S3-S5，得到准静态的人体脊柱三维成像；其中，所述步骤S4中通过基于连续多帧骨面信息熵配准法对CT椎骨和超声椎骨进行配准的过程如下：S41、对CT椎骨以采样间隔F进行连续多帧采样，得到CT连续多帧分割图Q1；将超声椎骨中首个超声帧作为起始帧，以采样间隔F对超声椎骨进行连续多帧采样，得到第j组超声连续多帧分割图Q2j，初始值j＝1；S42、定义x,y,z,a,b,c表征刚体变换，其中是x、y、z分别是沿X、Y、Z轴的平移量，a、b、c分别是围绕X、Y、Z轴旋转的角度，令超声连续多帧分割图Q2j的第一帧为初始帧，设其初始位姿为0，0，0，0，0，0；S43、假定当前第i次搜索刚体变换为xi,yi,zi,ai,bi,ci，初始值i＝1，对超声连续多帧分割图Q2j进行当前搜索刚体变换，得到刚体变换后超声连续多帧分割图Q3；S44、对超声连续多帧分割图Q3中每个像素点，根据其坐标值，在CT连续多帧分割图Q1中找到距离其最近的两帧CT骨面图像，再根据距离加权的方法计算当前像素点坐标所对应的灰度值，遍历超声连续多帧分割图Q3中所有的像素点，得到插值后CT连续多帧分割图像Q4；S45、将刚体变换后连续多帧超声分割图Q3中的每一超声帧并行排列，合并为一张图像IA，将插值后CT连续多帧分割图Q4中的每一CT帧并行排列，合并为一张图像IB，采用归一化互信息衡量图像IA和图像IB的相关性，将图像间的归一化互信息作为配准的标准，计算图像IA和图像IB的信息熵以及其联合信息熵： 其中，pAa是图像IA中第a个像素灰度出现的概率，pBb是图像IB中第b个像素灰度出现的概率，pABa,b是图像IA中第a个像素灰度出现和IB中第b个像素灰度出现的联合概率，Hj,iA是第j组超声连续多帧分割图Q2j在第i个搜索刚体变换下的信息熵，Hj,iB是插值后CT连续多帧分割图Q4在第i个搜索刚体变换下的信息熵，Hj,iAB是Q2j和Q4在第i个搜索刚体变换下的联合信息熵，NMIj,iA,B是Q2j和Q4在第i个搜索刚体变换下归一化互信息；S46、更新第i次搜索刚体变换xi,yi,zi,ai,bi,ci，i＝i+1，并重复步骤S43-S46，直到遍历整个变换空间，设整个变换空间离散化为总共I种刚体变换；S47、以超声椎骨中第j，j＝j+1帧超声帧作为起始帧，得到第j组超声连续多帧分割图Q2j；重复步骤S42-S47，直到遍历所有组超声连续多帧分割图，设一共有J组超声连续多帧分割图；S48.在遍历J组超声连续多帧分割图和I种刚体变换后，得到NMIj,iA,B，即得到整个搜索空间的归一化互信息，根据归一化互信息最优的原则确定超声的连续多帧分割图Q2j中与CT连续多帧分割图Q1最优匹配的超声连续多帧分割图以及其对应的最优刚体变换公式如下：

全文数据：

权利要求：

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