专利名称：超长规格x线放射影像的校准与拼接方法
技术领域：
本发明涉及一种医学放射影像技术领域的影像校准与拼接方法，具体是一种 超长规格X线放射影像的校准与拼接方法。
背景技术：
通用的X线影像设备只能提供有限长度的X线放射影像(最长规格约为43 厘米)，无法满足临床对超长规格X线放射影像的诊断要求。为了获得超长规格 X线放射影像，目前主要采用对多幅常规X线影像进行拼接的方法。
经对现有技术的文献检索发现秦民益等在《中华放射学杂志》2004， 38 (6)， 656-658上发表了 "数字化立位全脊柱成像技术的研究"。该文介绍了用 特制的负重位全下肢成像摄片装置(实用新型专利号ZL01263367.4)采集两幅 部分重叠的X线放射影像，具体为胸、腰椎重叠影像，手动选取影像重叠区域的 解剖标记，通过确认的标记点完成两幅影像的拼接。该方法存在的不足是，影像 拼接效果极大地依赖对解剖标记点人工选取的精度，存在较大的人为误差，且影 像拍摄时需依赖特制的成像摄片装置。
检索中还发现，史建静等在《放射学实践》2005， 20 (9)， 833-834上发表 了 "全下肢及全脊柱成像技术的临床应用"，以及凌寿佳等在《实用放射学杂志》 2006， 22 (10)， 1285-1286上发表了 "全脊柱CR单次曝光与多次曝光成像的比 较"。该两篇文献都介绍了利用专用的超长规格X线成像摄片装置(AGFA公司) 连续采集多幅部分重叠的X线放射影像，根据多个摄影板(IP板)之间重叠的 缝线完成多幅影像的拼接。该方法不足是，影像拼接效果取决于IP板之间的重 叠缝线以及多个于IP板之间的上下轴线是否对准这两个要素，由于IP板是放置 于暗盒内的，IP板与暗盒大小并不完全匹配，即IP板可在暗合内有少量移动， 而IP板放置暗盒内的过程是盲操作，即IP板被放置的位置无法通过目测调整， 由此影响X线影像的拼接精度，且该影像拼接方法仍存在需依赖专用成像摄片装置而致摄片成本高，操作不灵活的缺点，因而并未获得广泛应用。
常规X线可拍摄的最长肢体长度为17英寸(约43厘米)。欲拍摄肢体长度 超过这个范围的，称为超长规格X线放射影像。临床获取超长规格X线放射影像 主要是为了进行各种诊断所需的解剖测量，如测量全下肢负重力线和全脊柱侧凸 角等。由于X线是以焦点为顶点的圆锥形放射线束，X线放射影像存在一定的放 大倍率误差，直接影响对超长规格X线放射影像的解剖测量结果。上述X线放射 影像拼接方法中，均未考虑影像的几何校准问题，X线影像经该类方法拼接后存 在与实际尺寸有偏差的缺点，从而影响了解剖测量结果。
发明内容
本发明的目的在于针对现有X线影像拼接方法的不足，提出一种超长规格X 线放射影像的校准与拼接方法，用于解决临床对全下肢和全脊柱等超长规格X 线放射影像精确拼接与测量的技术难题。该方法简便实用，用该方法拼接后的X 线影像高精度地对应被摄肢体的实际大小尺寸，且用于校准与拼接的特制型钢尺
制作简易，成本低。该方法可广泛用于临床对全下肢和全脊柱等超长规格x线放
射影像的解剖测量。
本发明是通过以下技术方案实现的，包括如下步骤
第一步，将两把特制型钢尺平行置于受检者被摄部位两侧，受检者保持体位 不动；
所述特制型钢尺，是在钢尺上钻孔，并依次对钻孔点标记顺序刻度，钻孔点 即为影像校准与拼接的标记点。
所述钢尺上钻孔，其孔径为2咖，孔距为30mm。 所述钢尺长度为1500mm，宽度40腿。
第二步，采用常规X线摄像方法，分段重叠拍摄包含钢尺的受检部位全部X 线影像，并将分段影像采集至计算机。影像中将显示受检部位和钢尺上的圆形标 记点。
第三步，分段影像的校准在分段影像上，任选一把钢尺，测量其上任意两 个标记点之间的像素距，再依据该两个标记点所代表的实际距离(由钢尺标定)， 对该分段影像作校准，即对该分段图像中单位像素距做重新标定。对所有分段影 像实施同样的校准方法，获得已校准的待拼接序列图像。第四步，建立图像拼接坐标系从待拼接序列图像中确定一幅图像作为拼接 起始图像，以该幅图像为基准建立拼接坐标系。根据图像序列次序，分别实施相 邻分段影像的两两拼接。
第五步，影像的两两拼接在已作校准的两幅相邻分段影像的重叠区域中， 选取两把钢尺在每幅图像重叠区域的三个标记点，其中一把钢尺上选取一点，另 一把钢尺上选取二点，由该三个标记点构成两幅图像间的三角形匹配对。以一幅 图像为基准图像，通过坐标变换，完成两幅相邻分段影像的两两拼接。
本发明采用可简便制作的特制型钢尺，通过钢尺上的标记点，既实现了对多 幅X线影像的拼接，又实现了对拼接图像实际尺寸的校准，具有操作简易、成本 低、使用灵活、精度与准确度高的优点，可广泛应用于临床对全下肢和全脊柱等 超长规格X线放射影像的解剖测量。以测量一段分三次才能完全摄入的肢体长度 为例，采用本发明方法对三幅分段X线影像拼接后，测量的肢体长度与实际长度 之间的绝对误差最大值为0. 6mm。
图1特制型钢尺加工示意图
其中钢尺钻孔孔径为2醒，孔距为30mm，钢尺长度为1500ram,宽度40腿。 图2用于图像校准与拼接的计算机图像坐标系和像素坐标系。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。
以下实施例为拼接一幅全下肢的X线影像，用于测量全下肢负重力线。
1. 将两把特制型钢尺(如图1所示)平行置于受检者全下肢部位两侧，被 摄的全下肢部位位于X线的中心线位置，受检者保持体位不动。考虑到人体体厚 因素，两把特制型钢尺垫高至与受检者下肢骨骼基本等高位置，且两把钢尺被垫 高度相等，使得两把钢尺与X线焦点的垂直距离保持一致，以减小放大倍率误差。
2. 采用常规X线摄像方法，分段重叠拍摄受检者股骨头、膝关节和踝关节 的X线影像，影像的重叠长度大于30mm。分段拍摄时，应尽量使受检者股骨头、 膝关节和踝关节的中心位于X线焦点的正中位置，使得这三个部位的中心点保持一致的放大倍率。将上述三个含钢尺的分段影像采集至计算机，影像中将显示被 摄肢体和钢尺上的圆形标记点。
3. 对三个分段影像依此进行图像几何校准。图像几何校准的目的是获得影
像上每个像素所代表的真实距离，具体为，在其中一个分段影像上，建立图像的
像素坐标系(o'..Xf,:v，f)(如图2所示)，原点tf"位于数字图像的左上角，《f轴平行
于图像的行，且向右为正，yf轴平行于图像的列，且向下为正。在该分段影像上，
任选一把钢尺，选择钢尺上的任意两个标记点P(xfi， M)和q(xfi, yf2)，测量这 两个标记点之间的像素距N: N^/(Xft-Xf2)2 + (Vfl-yf2)2。依据这两个标记点所代
表的实际距离L (由钢尺上对该标记点的刻度所得)，得到该分段影像上每个像 素所代表的真实距离，即单位实际像素距k: k=L/N，由此完成了对该分段图像 与实际被代表物之间的几何校准。对所有分段影像实施同样的校准步骤，获得已 校准的待拼接序列图像。
4. 建立图像拼接坐标系从待拼接序列图像中确定一幅图像作为拼接起始
图像(一般是第一幅采集的X线影像)，以该幅图像为基准建立拼接坐标系(ax.Y) (如图2所示)。该坐标系的原点位于图像中心，X轴和Y轴分别与像素坐标系 的&、巧轴平行。根据图像序列次序，依此通过坐标变换，将相邻分段影像两两
拼接于该坐标系下。
5. 影像的两两拼接在已作校准的两幅相邻分段影像的重叠区域中，选取 两把钢尺在每幅图像重叠区域的三个标记点，其中一把钢尺上选取一点，另一把 钢尺上选取二点，由该三个标记点构成两幅图像间的三角形匹配对。具体为，在 基准图像的钢尺重叠区域上选取三点，分别为X(x"h)、 S(Xs，^)和C(Xc，&)，
在待拼接图像的钢尺重叠区域，由钢尺上的刻度次序，选择与该三点刻度次序标 记相同的图像匹配特征点j'(《,乂)、 5(4,K)和C(x"《)。通过坐标变换，将
这三个匹配特征点J'(《,乂 ) 、 5 ，)和c(4,K )与基准图像上的三个匹配特 征点j(x,，h)、 S(X8,h)和C(^，A)重叠，求得待拼接图像的坐标变换矩阵。根据坐标变换矩阵，对待拼接图像上的每个像素点进行坐标变换，完成待拼接图 像与基准图像的两两拼接。 坐标变换公式如下
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，Ax和Ay为待拼接图像坐标原点沿
X轴和Y轴平移至基准图像坐标原点的平移量，^是待拼接图像坐标原点旋转至 基准图像坐标原点的旋转角。将三对匹配特征点的坐标代入变换矩阵，求出坐标
变换矩阵的三个未知参数^、 Ax和Ay，采用最小二乘法求出使坐标变换误差达 到最小的唯一解。
6.以最新完成拼接的图像为新一轮拼接的基准图像，重复步骤5，直至完 成所有图像的拼接。
本实施例通过对待拼接图像先行校准后，再以特制型钢尺上的预制标记点作 为图像拼接的匹配特征对，完成超长规格X线放射影像的拼接。该方法即克服了 以往对X线放射影像拼接后，存在与实际尺寸有偏差的缺点，又因图像拼接过程 不依赖于图像灰度而具有很强的鲁棒性，加之特制型钢尺制作的简易，使该方法 更具成本低、使用灵活的优点，将能广泛应用于临床对全下肢和全脊柱等超长规 格X线放射影像的解剖测量。
权利要求
1、一种实现超长规格X线影像的校准与拼接方法，其特征在于，包括如下步骤第一步，将两把特制型钢尺平行置于受检者被摄部位两侧，所述特制型钢尺，是在钢尺上钻孔，并依次对钻孔点标记顺序刻度，钻孔点即为影像校准与拼接的标记点；第二步，采用X线摄像方法分段重叠拍摄包含钢尺的受检部位全部X线影像，并将分段影像采集至计算机，影像中显示受检部位和钢尺上的圆形标记点；第三步，分段影像的校准在分段影像上，任选一把钢尺，测量其上任意两个标记点之间的像素距，再依据该两个标记点所代表的实际距离，对该分段影像作校准，即对该分段图像中单位像素距做重新标定，对所有分段影像实施同样的校准方法，获得已校准的待拼接序列图像；第四步，建立图像拼接坐标系从待拼接序列图像中确定一幅图像作为拼接起始图像，以该幅图像为基准建立拼接坐标系，根据图像序列次序，分别实施相邻分段影像的两两拼接；第五步，影像的两两拼接在已作校准的两幅相邻分段影像的重叠区域中，选取两把钢尺在每幅图像重叠区域的三个标记点，其中一把钢尺上选取一点，另一把钢尺上选取二点，由该三个标记点构成两幅图像间的三角形匹配对，以一幅图像为基准图像，通过坐标变换，完成两幅相邻分段影像的两两拼接。
2、 根据权利要求1所述的实现超长规格X线影像的校准与拼接方法，其特 征是，所述钢尺上钻孔，其孔径为2mm，孔距为30mm。
3、 根据权利要求1或2所述的实现超长规格X线影像的校准与拼接方法， 其特征是，所述钢尺长度为1500隱，宽度40mm。
4、 根据权利要求1所述的实现超长规格X线影像的校准方法，其特征是，所述分段影像的校准中，选择钢尺上的任意两个标记点pOfe， yn)和q(^， yf2)， 测量这两个标记点之间的像素距N: N=#fi-xf2)2 + (yflif2)2，依据这两个标记 点所代表的实际距离L， L由钢尺上对该标记点的刻度所得，得到该分段影像上每个像素所代表的真实距离，即单位实际像素距k: k=L/N，由此完成了对该分 段图像与实际被代表物之间的几何校准。
5、根据权利要求1所述的实现超长规格X线影像的拼接方法，其特征是， 所述影像的两两拼接，具体为分别在基准图像和待拼接图像的钢尺重叠区域， 选取钢尺刻度次序相同的三个标记点作为图像拼接的匹配三角形对，通过坐标变 换，求得待拼接图像转至基准图像坐标系的坐标变换矩阵，坐标变换公式如下<formula>formula see original document page 3</formula>分别表示基准图像和待拼接图像上匹配特征点的二维坐标，Ax和Ay为待拼接图像坐标原点沿X轴和Y轴平移至基准图像坐标原点的平移量，^是待拼接图像坐标原点旋转至基准图像 坐标原点的旋转角，将三对匹配特征点坐标代入变换矩阵，求出坐标变换矩阵的三个未知参数^、 Ax和Ay，采用最小二乘法求出使坐标变换误差达到最小的唯一解。
全文摘要
一种医学放射影像领域的实现超长规格X线影像的校准与拼接方法，步骤为第一步，将两把特制型钢尺平行置于受检者被摄部位两侧，特制型钢尺上钻孔，并依次对钻孔点标记刻度，钻孔点即为影像校准与拼接的标记点；第二步，将分段影像采集至计算机，影像中显示受检部位和钢尺上的标记点。第三步，校准分段影像，获得已校准的待拼接序列图像。第四步，建立图像拼接坐标系，根据图像序列次序，分别实施相邻分段影像的两两拼接。第五步，选取两把钢尺在每幅图像重叠区域的三个标记点，由该三个标记点构成两幅图像间的三角形匹配对。以一幅图像为基准图像，通过坐标变换，完成两幅相邻分段影像的两两拼接。本发明简便实用，精度高，成本低。
文档编号A61B6/03GK101305922SQ20081003820
公开日2008年11月19日 申请日期2008年5月29日 优先权日2008年5月29日
发明者顾冬云 申请人:上海交通大学医学院附属第九人民医院