骶骨上终板测量方法/系统、计算机可读存储介质及设备与流程

本发明属于医学图像技术处理领域，涉及一种测量方法和系统，特别是涉及一种骶骨上终板测量方法/系统、计算机可读存储介质及设备。

背景技术：

骨盆指数(pelvicincidence，pi)目前被认为是描述脊柱骨盆矢状面平衡状态的最重要解剖参数。在骶骨上终板变形的病理状态下，pi值难以准确测量，需要借助其它骨盆解剖参数来理解脊柱骨盆矢状面平衡。pelvicincidence，pi。即经骶骨上终板中点的垂线与由股骨头旋转轴与骶骨上终板中点连线所形成的夹角来描述骨盆解剖形态的个体差异，用骶骨倾斜角(sacralslope，ss。经骶骨上终板后上角的水平线与骶骨上终板构成的夹角)和骨盆旋转角(pelvictilt，pt。经股骨头旋转轴的垂线与股骨头旋转轴和骶骨上终板中点的连线的夹角)来描述人体直立时脊柱骨盆复合体的位置变化，用颈7铅垂线相对于股骨头旋转轴和骶骨上终板后上角的距离来描述人体的整体平衡状态。有研究显示骨盆旋转或倾斜造成的双侧股骨头不重叠会影响pi、pt、ss的测量精度；另外，在某些病理情况下，比如重度腰5滑脱，骶骨上终板会发生“圆拱化”或“穹隆化”改变，此时也难以在二维x线侧位片上定位骶骨上终板的中点，从而难以准确测量pi。如果不能准确测量pi，也就很难通过pi在术前拟合脊柱手术患者的理想腰椎前凸，可能会导致相关并发症的发生。pi、pt、ss等参数的测量都需要先确定骶骨上终板，现有基于x线侧位片的测量骶骨上终板方法准确性不高。

因此，如何提供一种骶骨上终板测量方法/系统、计算机可读存储介质及设备，以解决现有技术中由于三维骨盆模型的个体化差异大、形态学复杂程度高而难以准确测量等缺陷，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种骶骨上终板测量方法/系统、计算机可读存储介质及设备，用于解决现有技术中由于三维骨盆模型的个体化差异大、形态学复杂程度高而难以准确测量的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种骶骨上终板测量方法，包括：获取骨盆区域的三维面网格模型；输入在骶骨上终板表面中心范围内所选取的标志点；所述标志点选取于所述三维面网格模型；基于所选取的标志点，在所述标志点p0的模型表面按照距离所述标志点p0由近到远的顺序随机提取若干点，以构成骶骨上终板表面点云；根据所述骶骨上终板表面点云，建立矢状位骶骨上终板的局部坐标系，并基于该局部坐标系，计算矢状位骶骨上终板的测量参数。

于本发明的一实施例中，所述获取骨盆区域的三维面网格模型的步骤包括：获取医学图像，并对该医学图像进行分割，以获取骨盆区域图像；对所述骨盆区域图像进行三维重建，以获取骨盆区域的三维面网格模型。

于本发明的一实施例中，所述根据所述骶骨上终板表面点云，建立矢状位骶骨上终板的局部坐标系的步骤包括：从骶骨上终板表面点云中选取用于拟合待校准平面的第一点集；对所述第一点集进行平面拟合，以获取所述第一点集中的密度中心及待校准平面；获取矢状位方向的法向量，并利用矢状位方向的法向量校准所述待校准平面，以建立以所述密度中心为中心的矢状位骶骨上终板的局部坐标系。

于本发明的一实施例中，所述第一点集中的点对应于模型表面的法向量与标志点对应于模型表面的法向量的夹角小于预定夹角。

于本发明的一实施例中，所述局部坐标系由矢状位方向的法向量所在的第一轴、位于所述待标准平面且垂直于所述第一轴的第二轴及待校准平面的法向量所在的第三轴。

于本发明的一实施例中，所述利用矢状位方向的法向量校准所述待校准平面的步骤包括；校准第二轴；通过所述待标准平面的法向量乘以矢状位方向的法向量来校准所述第二轴；校准第三轴；通过矢状位方向的法向量乘以校准后的第二轴来校准第三轴；其中，所述第二轴和第三轴构成一矢状位平面，所述第一轴和第二轴构成另一矢状位平面。

于本发明的一实施例中，所述基于该局部坐标系，计算矢状位骶骨上终板的测量参数的步骤包括：将所述第一点集投影到所述矢状位平面，得到位于所述矢状位平面上的第二点集；将所述第二点集投影到所述第二轴上，获取一用于查找骶骨上终板的前缘点和后缘点的直线，且计算出骶骨上终板的前方点集和后方点集；在所述骶骨上终板的前方点集上查找离所述密度中心距离最远的点，该点为骶骨上终板的前缘点；在所述骶骨上终板的后方点集查找离所述密度中心距离最远的点，该点为骶骨上终板的后缘点；根据前缘点和后缘点，计算骶骨上终板的中心点。

本发明另一方面提供一种骶骨上终板测量系统，包括：获取模块，用于获取骨盆区域的三维面网格模型；输入模块，用于输入在骶骨上终板表面中心范围内所选取的标志点；所述标志点选取于所述三维面网格模型；提取模块，用于基于所选取的标志点，在所述标志点p0的模型表面按照距离所述标志点p0由近到远的顺序随机提取若干点，以构成骶骨上终板表面点云；处理模块，用于根据所述骶骨上终板表面点云，建立矢状位骶骨上终板的局部坐标系，并基于该局部坐标系，计算矢状位骶骨上终板的测量参数。

本发明又一方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述骶骨上终板测量方法。

本发明最后一方面提供一种设备，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行所述骶骨上终板测量方法

如上所述，本发明的骶骨上终板测量方法/系统、计算机可读存储介质及，具有以下有益效果：

本发明所述骶骨上终板测量方法/系统、计算机可读存储介质及设备基于ct的三维测量方法能够获得更准确的骨盆与骶骨形态学信息，大大提高了测量精度。

附图说明

图1a显示为本发明的骶骨上终板测量方法于一实施例中的流程示意图。

图1b显示为本发明的骶骨上终板测量方法中s14的流程示意图。

图1c显示为本发明的骶骨上终板测量方法中s15流程示意图。

图2显示为本发明的局部坐标系及骶骨上终板的测量参数于骶骨上的示意图。

图3显示为本发明的骶骨上终板测量系统于一实施例中的原理结构示意图。

元件标号说明

3骶骨上终板测量系统

31获取模块

32输入模块

33提取模块

34处理模块

s11～s15步骤

s141～s143步骤

s151～s155步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

本实施例提供一种骶骨上终板测量方法，包括：

获取骨盆区域的三维面网格模型；

输入在骶骨上终板表面中心范围内所选取的标志点；所述标志点选取于所述三维面网格模型；

基于所选取的标志点，在所述标志点p0的模型表面按照距离所述标志点p0由近到远的顺序随机提取若干点，以构成骶骨上终板表面点云；

根据所述骶骨上终板表面点云，建立矢状位骶骨上终板的局部坐标系，并基于该局部坐标系，计算矢状位骶骨上终板的测量参数。

以下将结合图示对本实施例所提供的骶骨上终板测量方法进行详细描述。请参阅图1a，显示为骶骨上终板测量方法于一实施例中的流程示意图。如图1a所示，所述骶骨上终板测量方法具体包括以下步骤：

s11，获取骨盆区域的三维面网格模型。

具体地，所述s11包括：

获取医学图像，并对该医学图像进行分割，以获取骨盆区域图像。在本实施例中，所述医学图像为ct医学图像。采用阈值和区域增长图像分割算法对所述ct医学图像进行分割，以获取所述ct医学图像中的骨盆区域图像。

对所述骨盆区域图像进行三维重建，以获取骨盆区域的三维面网格模型。

s12，输入在骶骨上终板表面中心范围内所选取的标志点p0。所述标志点p0选取于所述三维面网格模型。

s13，基于所选取的标志点p0，在所述标志点p0的模型表面按照距离所述标志点p0由近到远的顺序随机提取若干点pi，以构成骶骨上终板表面点云s0。其中，骶骨上终板表面点云s0＝{pi|i＝0，1，2，…，n}。

s14，根据所述骶骨上终板表面点云，建立矢状位骶骨上终板的局部坐标系。请参阅图1b，显示为s14的流程示意图。如图1b所示，所述s14包括：

s141，从骶骨上终板表面点云中选取用于拟合待校准平面的第一点集s1。在本实施例中，所述第一点集s1中的点pi对应于模型表面的法向量与标志点p0对应于模型表面的法向量的夹角小于预定夹角a。在本实施例中，所述预定夹角a在30度与60度之间。

具体地，

s142，对所述第一点集s1进行平面拟合，以获取所述第一点集s1中的密度中心o1及待校准平面。在本实施例中，通过平面拟合算法(例如，最小二乘法)对所述第一点集s1进行拟合，获取到法向量为z0的待校准平面，对所述第一点集s1所有的点加和，并平均值得到密度中心o1。

s143，获取矢状位方向的法向量，并利用矢状位方向的法向量校准所述待校准平面，以建立以所述密度中心为中心的矢状位骶骨上终板的局部坐标系。

在本实施例中，获取矢状位方向的法向量的步骤包括：先对骨盆区域的三维面网格模型中左髂前上棘、右髂前上棘，左耻骨结节及右耻骨结节四个点通过平面拟合算法拟合出一平面a，然后左右点取中点，两点得到平面a内的一条直线，然后通过这条直线且与平面a垂直得到一平面b，平面b的法向量为矢状位方向的法向量

在本实施例中，所述局部坐标系由矢状位方向的法向量所在的第一轴x、位于所述待标准平面且垂直于所述第一轴的第二轴y1及待校准平面的法向量z0所在的第三轴z1，即局部坐标系为o1xy1z1。

所述利用矢状位方向的法向量校准所述待校准平面的步骤包括；

校准第二轴y1；通过所述待标准平面的法向量乘以矢状位方向的法向量来校准所述第二轴。

具体为

校准第三轴z1；通过矢状位方向的法向量乘以校准后的第二轴来校准第三轴。

具体为

其中，所述第二轴和第三轴构成一矢状位平面o1y1z1，所述第一轴和第二轴构成另一矢状位平面o1xy1。

s15，基于该局部坐标系，计算矢状位骶骨上终板的测量参数。请参阅图1c，显示为s15的流程示意图。如图1c所示，所述s15具体包括以下步骤：

s151，将所述第一点集s1投影到所述矢状位平面o1y1z1，得到位于所述矢状位平面上的第二点集s2。

s152，将所述第二点集投影到所述第二轴上，获取一用于查找骶骨上终板的前缘点和后缘点的直线l，且计算出骶骨上终板的前方点集和后方点集。

具体的骶骨上终板的前方点集骶骨上终板的后方点集

s153，在所述骶骨上终板的前方点集sa上查找离所述密度中心距离最远的点该点为骶骨上终板的前缘点；

s154，在所述骶骨上终板的后方点集sp查找离所述密度中心距离最远的点该点为骶骨上终板的后缘点。

s155，根据前缘点和后缘点，计算骶骨上终板的中心点p0。请参阅图2，显示为局部坐标系及骶骨上终板的测量参数于骶骨上的示意图。

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述骶骨上终板测量方法。本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本实施例所述的骶骨上终板测量方法基于ct的三维测量方法能够获得更准确的骨盆与骶骨形态学信息，大大提高了测量精度。

实施例二

本实施例提供一种骶骨上终板测量系统，包括：

获取模块，用于获取骨盆区域的三维面网格模型；

输入模块，用于输入在骶骨上终板表面中心范围内所选取的标志点；所述标志点选取于所述三维面网格模型；

提取模块，用于基于所选取的标志点，在所述标志点p0的模型表面按照距离所述标志点p0由近到远的顺序随机提取若干点，以构成骶骨上终板表面点云；

处理模块，用于根据所述骶骨上终板表面点云，建立矢状位骶骨上终板的局部坐标系，并基于该局部坐标系，计算矢状位骶骨上终板的测量参数。

以下将结合图示对本实施例所提供的骶骨上终板测量系统进行详细描述。需要说明的是，应理解以上系统的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)，或，一个或多个微处理器(digitalsingnalprocessor，简称dsp)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，简称fpga)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称soc)的形式实现。

请参阅图3，显示为骶骨上终板测量系统于一实施例中的原理结构示意图。如图3所示，所述骶骨上终板测量系统3包括获取模块31、输入模块32、提取模块33及处理模块34。

所述获取模块31用于获取骨盆区域的三维面网格模型。

具体地，所述获取模块31用于获取医学图像，并对该医学图像进行分割，以获取骨盆区域图像，并对所述骨盆区域图像进行三维重建，以获取骨盆区域的三维面网格模型。在本实施例中，所述医学图像为ct医学图像。采用阈值和区域增长图像分割算法对所述ct医学图像进行分割，以获取所述ct医学图像中的骨盆区域图像。

与所述获取模块31耦合的输入模块32用于输入在骶骨上终板表面中心范围内所选取的标志点p0。所述标志点p0选取于所述三维面网格模型。

与所述输入模块32耦合的提取模块33用于基于所选取的标志点p0，在所述标志点p0的模型表面按照距离所述标志点p0由近到远的顺序随机提取若干点pi，以构成骶骨上终板表面点云s0。其中，骶骨上终板表面点云s0＝{pi|i＝0，1，2，…，n}。

与所述输入模块32和提取模块33耦合的处理模块34用于根据所述骶骨上终板表面点云，建立矢状位骶骨上终板的局部坐标系。

所述处理模块34具体用于从骶骨上终板表面点云中选取用于拟合待校准平面的第一点集；对所述第一点集进行平面拟合，以获取所述第一点集中的密度中心及待校准平面；获取矢状位方向的法向量，并利用矢状位方向的法向量校准所述待校准平面，以建立以所述密度中心为中心的矢状位骶骨上终板的局部坐标系。

在本实施例中，所述第一点集s1中的点pi对应于模型表面的法向量与标志点p0对应于模型表面的法向量的夹角小于预定夹角a。在本实施例中，所述预定夹角a在30度与60度之间。

具体地，

在本实施例中，通过平面拟合算法(例如，最小二乘法)对所述第一点集s1进行拟合，获取到法向量为z0的待校准平面，对所述第一点集s1所有的点加和，并平均值得到密度中心o1。

在本实施例中，获取矢状位方向的法向量的步骤包括：先对骨盆区域的三维面网格模型中左髂前上棘、右髂前上棘，左耻骨结节及右耻骨结节四个点通过平面拟合算法拟合出一平面a，然后左右点取中点，两点得到平面a内的一条直线，然后通过这条直线且与平面a垂直得到一平面b，平面b的法向量为矢状位方向的法向量

在本实施例中，所述局部坐标系由矢状位方向的法向量所在的第一轴x、位于所述待标准平面且垂直于所述第一轴的第二轴y1及待校准平面的法向量z0所在的第三轴z1，即局部坐标系为o1xy1z1。

所述利用矢状位方向的法向量校准所述待校准平面的步骤包括；

校准第二轴y1；通过所述待标准平面的法向量乘以矢状位方向的法向量来校准所述第二轴。

具体为

校准第三轴z1；通过矢状位方向的法向量乘以校准后的第二轴来校准第三轴。

具体为

其中，所述第二轴和第三轴构成一矢状位平面o1y1z1，所述第一轴和第二轴构成另一矢状位平面o1xy1。

所述处理模块34还用于基于该局部坐标系，计算矢状位骶骨上终板的测量参数。具体地，所述处理模块34用于将所述第一点集投影到所述矢状位平面，得到位于所述矢状位平面上的第二点集；将所述第二点集投影到所述第二轴上，获取一用于查找骶骨上终板的前缘点和后缘点的直线，且计算出骶骨上终板的前方点集和后方点集；在所述骶骨上终板的前方点集上查找离所述密度中心距离最远的点，该点为骶骨上终板的前缘点；在所述骶骨上终板的后方点集查找离所述密度中心距离最远的点，该点为骶骨上终板的后缘点；根据前缘点和后缘点，计算骶骨上终板的中心点。具体骶骨上终板的前方点集为为骶骨上终板的后方点集

实施例三

本实施例提供一种设备，包括：处理器、存储器、收发器、通信接口和系统总线；存储器和通信接口通过系统总线与处理器和收发器连接并完成相互间的通信，存储器用于存储计算机程序，通信接口用于和其他设备进行通信，处理器和收发器用于运行计算机程序，使x装置执行如上骶骨上终板测量方法的各个步骤。

上述提到的系统总线可以是外设部件互连标准(peripheralpomponentinterconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extendedindustrystandardarchitecture，简称eisa)总线等。该系统总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信接口用于实现数据库访问装置与其他设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信。存储器可能包含随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

综上所述，本发明所述骶骨上终板测量方法/系统、计算机可读存储介质及设备基于ct的三维测量方法能够获得更准确的骨盆与骶骨形态学信息，大大提高了测量精度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。