[發明專利]人體脊柱中線三維重構方法

在審

• 申請號: 201710629252.4
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107464275A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 許真達;呂洋;任旭升;陳俊儒;曲義杰;陳少為;張會雄
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T17/00
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙)51227
• 代理人: 周永宏

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，尤其涉及一種人體脊柱中線三維重構方法。

背景技術

脊柱是人體的中軸，一旦發生側彎，不僅使人出現畸形外觀，而且還會使兒童精神受到嚴重創傷。早年發生的脊柱畸形，還將影響兒童心肺的發育和成熟，有的還可能影響脊髓和神經。脊柱側彎在人口中發生率約為1％，很多時候在早期對生活影響較小，很多家長忽視，體檢也不是常規項目。導致很多青少年錯過了容易矯正的時機，造成影響一生生活質量的健康問題。

脊柱側彎又稱脊柱側凸，是由于人體冠狀面上脊柱節段對背部中心線形成偏離，并向側方彎曲造成的。一般還伴有脊柱旋轉以及矢狀面上的后凸或前凸等癥狀。造成脊柱側彎的因素很多，其中原因不明確的稱為特發性脊柱側彎，劉尚禮等在脊柱側彎的普查中發現特發性患者占96.9％。對于脊柱側彎的衡量標準不完全相同，部分學者將在冠狀面所測得的Cobb角大于5°的患者判斷為脊柱側彎，而一般是將Cobb角大于10°的患者判斷為脊柱側彎。

劉尚禮等2002年對廣東87546名青少年進行了脊柱側彎普查，患病率為0.7500。周惠清等2009年對福建省惠安縣32280名中小學生脊柱側彎進行了普查，患病率為0.73％。脊柱側彎除了引起背部的不對稱，造成體形瑕疵，嚴重時會導致繼發性胸廓畸形，進而引起內臟功能障礙，尤其對生長發育階段青少年的身心造成嚴重傷害。從上述普查的結果可知，脊柱側彎在青少年中有一定的患病比例，如果不能盡早發現并治療，會給很多青少年的身心發育造成危害。

傳統脊柱側彎檢測用的X光線具有強放射性，對青少年生長發育不利。國外新開發的無害檢測系統價格高昂，很難讓普通醫院一般患者用的起，因為目前只是北京市有幾臺，西南地區華西醫院尚且沒有，更不用說其他醫院了。因而研究簡單易行的脊柱側彎檢查方法具有十分重要的社會價值和意義。

對脊柱側彎進行檢查的方法有很多，大致可分為物理測量方法及圖像測量方法兩類。物理測量方法是指在對脊柱側彎進行測量時與人體背部有直接接觸的方法，主要有Adams向前彎腰試驗、應用脊柱側凸尺測量軀干旋轉角度、測量肋骨隆凸等方法；圖像測量方法是指在檢查時不與人體背部進行直接接觸的方法，主要有莫爾(Moire)圖像測量法、X光片測量法、結構光測量法、激光掃描儀測量法等。在普查中除了觀察如雙肩是否等高特征外，都使用了Adams向前彎腰試驗，并對可疑患者進一步利用X光片測量法進行檢查。Patias等對Adams向前彎腰試驗、光學測量技術等多種測試方法的測量參數做出了說明及比較。熊龍等自制脊柱側彎測量儀用于脊柱側彎篩查。

目前圖像處理技術己經作為一種有效的視覺檢測工具引入醫學界，其中X光片、莫爾圖像用于脊柱側彎的檢測中相對較多。由于X光的輻射性對人體健康會造成潛在危害，X光片測量法一般不用于普查，而是用于對普查篩選出來的病例進行進一步精確的檢查。另外，邱勇指出X光測量法只側重冠狀面上的Cobb角，而對于脊柱旋轉引起的脊柱側彎的檢測不明顯。莫爾圖像為基于周期性光柵所獲得的圖像，對于物體細小的轉動和變形比較敏感。在醫學上莫爾圖像又稱云紋圖。利用莫爾圖像對脊柱側彎進行檢查開始較早，1979年Willner建立起莫爾圖像的非對稱性與Cobb角之間的關系，以此來判斷脊柱側彎，作者也指出在凹的部位莫爾條紋變形嚴重，而在凸的部位顯得清晰。1983年Kamal給出了用莫爾圖像中莫爾條紋上的一對非對稱點信息計算Cobb角的公式。2008年郭偉等介紹了云紋圖在脊柱健康普查以及矯形手術等方面的作用。在2001年一2008年期間，Kim等在利用人體背部的莫爾圖像對稱性特征進行脊柱側彎判斷方面做了一系列的工作。2010年Gaal等利用Kamal所提公式，對同一患者選擇莫爾圖像中7對非對稱點，計算出7個Cobb角，將其統計平均后作為最終的Cobb角，以此對脊柱側彎進行判斷。

前兩種圖像測量方法都是從二維圖像中提取特征信息來判斷脊柱側彎，為提高判斷的準確度，人們提出了從背部的三維信息中提取特征來判斷脊柱側彎。Berryman等利用矩形結構光重建出人體背部，并提取其三維對稱性特征來判斷脊柱側彎。Ramirez等利用Minolta VIVID 700激光掃描儀獲取背部的三維精確數據，根據其對稱性特征和支持向量機方法判斷脊柱側彎，辨別率為85％。Chong等提出一種用于戶外脊柱側彎的影像測量技術。

由于物理測量方法是基于人工的檢測，在對大量的人群進行普查時，人工檢測變得相當繁瑣，效率較低，而且醫師會由于疲勞造成錯判和誤判。為減少人工的參與，提高效率，避免醫師主觀因素帶來的誤差，在對脊柱側彎進行檢測問題上，圖像測量方法是比較好的方法。