[發明專利]基于錐束虛擬旋轉的脊柱3D建模方法

有效

• 申請號: 201210051800.7
• 申請日: 2012-03-01
• 公開（公告）號: CN103295263A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 閆士舉
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

技術領域

本發明涉及計算機成像技術，特別涉及一種基于錐束虛擬旋轉的脊柱3D建模方法。

背景技術

在醫院外科臨床應用中，尤其是脊柱外科領域，C臂機是一種常用的設備。借助C臂機獲取的圖像，醫生可對患者脊柱的病損狀況進行判斷，還可對患者進行手術規劃和植入錐弓根螺釘等手術操作。但是，通過普通C臂機僅可獲取患者的投影圖像，而臨床上對病情的判斷及引導手術操作意義重大的脊柱3D模型卻不能通過C臂機直接獲取。

經對現有技術的文獻檢索發現，Feldkamp等人提出的FDK算法(Practical?cone-beam?reconstruction，J.Opt.Soc.Am.A?1，612-619，1984)適用基于錐束投影的人體3D體素模型構建，但其要求具備360o范圍內全掃描路徑投影數據，而普通C臂旋轉掃描角度范圍一般不超過180o，不能直接采用FDK算法。Noo和Kudo等人提出的超短掃描路徑3D體素模型構建算法(Feldkamp-type?VOI?reconstruction?from?super-short-scan?cone-beam?data，J.Medical?Physics.31(6)，1357-1362，2004；New?Super-Short-Scan?Algorithms?for?Fan-Beam?and?Cone-Beam?Reconstruction，IEEE?Nuclear?Science?and?Medical?Imaging?Symposium，Record，Norfolk，USA，2003，2：902-906)允許掃描范圍低于180o，但其要求整個旋轉角度范圍內成像平面中垂線必須總是通過旋轉中心，而普通C臂成像平面中垂線一般并不通過C臂旋轉中心，也不能直接采用這些算法。

發明內容

本發明的目的，就在于克服上述現有技術的不足，提供一種基于錐束虛擬旋轉的脊柱3D建模方法。以便依托目前國內大多數醫院都具備的普通C臂機重建在臨床上意義重大的脊柱3D模型。

為實現上述目的，本發明采用以下設計方案：一種基于錐束虛擬旋轉的脊柱3D建模方法，包括以下步驟：

步驟一、對普通C臂機的錐束投影圖像進行預處理，得到處理后的錐束投影圖像，作為C臂錐束；

步驟二、對步驟一獲得的C臂錐束進行虛擬旋轉再處理，并計算得到虛擬錐束投影圖像；

步驟三、對3D建模方法中的相關參數進行調整，采用調整后的方法基于虛擬錐束投影圖像重建脊柱3D體素模型。

步驟一中所述的預處理是指對普通C臂機獲取的2D錐束投影圖像g_m(λ，u，v)進行中值濾波除噪，得到處理后的錐束投影圖像g_c(λ，u，v)，其中λ為C臂旋轉角度，u和v分別為圖像像素的行、列坐標，設錐束的錐角為γ_m。

步驟二中所述的虛擬旋轉再處理是指對普通C臂機獲取的錐束繞其光源點進行虛擬旋轉得到虛擬錐束，并根據錐束與虛擬錐束之間的對應關系，通過計算得到虛擬錐束投影圖像；虛擬錐束與錐束之間的對應關系是，虛擬錐束光源點到其成像平面之間的距離等于錐束光源點到其成像平面之間的距離D，虛擬錐束光源點到其成像平面的垂線通過C臂旋轉中心；對虛擬錐束投影和錐束投影分別建立笛卡爾坐標系，令兩個坐標系的原點分別位于光源點在各自成像平面上的垂足，令兩個坐標系的行向軸均垂直于C臂旋轉平面且正向相同，令虛擬錐束投影列向軸與錐束投影列向軸均位于C臂旋轉平面內，且兩軸正向所夾角度為銳角θ，則同一X射線在兩個坐標系下之投影像素坐標及灰度值對應關系為：