专利名称：一种脊柱侧凸x线图像辅助诊断系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种脊柱侧凸X线图像辅助诊断系统及其方法，属于计算机生物医学工程 应用领域。
背景技术：
脊柱侧凸是一种脊柱畸形，患者脊柱的一个或数个节段在冠状面上偏离身体中线向侧 方弯曲，通常还伴有椎体的旋转和矢状面上后突或前突的增加或减少。脊柱侧凸将导致胸 腔、腹腔和骨盆腔的容积减小，对患者生活产生影响，畸形外观甚至引起患者心理疾患。 如果不及时进行治疗，脊柱侧凸可能进一歩发展，影响心肺功能，甚至压迫脊髓神经，导 致截瘫。脊柱侧凸的患病率约为1%。其中80%的脊柱侧凸其发病原因至今未明，称为特发 性脊柱侧凸，多发于青少年。约2-4%的青少年有一定程度的脊柱侧凸。绝大多数的脊柱 侧凸有一个较长的发展过程，早期发现、早期正确的医疗干预对脊柱侧凸的治疗尤为重要。
目前，x线是诊断脊柱侧凸的首选成像模式。在脊柱x线图像上测量Cobb角方法是 评估畸形严重程度的金标准。通常当连续两次测量所得Cobb角的差值大于5度，就认为 侧凸在持续发展，需要及时进行医疗干预阻止其发展。但手工测量Cobb角有一定的观察 者误差(3-10度)。加拿大的Allen等基于形变模型建立了一种半自动Cobb角测量方法， 该方法需要训练集，测量准确度和训练集有关。英国的Chockalingam等提出计算机辅助 测量方法仍需要大量的人工判断来标记椎体边缘点，测量过程繁琐。
本发明根据脊椎体形状先验选择模糊Hough空间的峰值点来自动检测选定端椎(脊柱 侧弯中倾斜角度最大的椎体)的倾斜角度，并由两端椎倾斜角度之和计算Cobb角。其中由 Canny边缘检测算子获得模糊Hough空间所需的椎体边缘图，附图1给出了 4个椎体的边 缘图。经文献检索，未发现与本发明技术方案相同的计算机辅助测量Cobb角的有关公开 报道。
发明内容
本发明的目的在于克服在脊柱x线图像上手工测量Cobb角存在观察者误差的不足，而提出一种计算机辅助测量方法。该方法基于椎体几何形状先验选择Hough空间的峰值点，以检测到和椎体终板最佳拟合的直线，从而获得椎体的倾斜角度。
本发明在x线图像上根据脊椎体几何形状先验选择Hough空间的峰值点来自动检测椎
体倾斜角度，由此实现计算机辅助测量脊柱的Cobb角。
椎体形状应满足以下几何关系(l)椎体的两水平边缘(即终板)和两垂直边缘分别近似平行；(2)椎体的水平边缘和垂直边缘近似相互垂直；(3)水平(垂直)边缘的倾斜角度小
于(大于)45度；(4)当脊柱图像进行高度归一化为1000像素后，椎体的两水平边缘的距离将分别在30-60像素之间，两垂直边缘的距离在40-80像素之间。设"二 ( A，《》，A=(P2， ^)，…，和"=(",^)分别表示模糊Hongh变换所得累加矩阵"/^，的J个峰值，本发明根据椎体的几何形状先验选择Hough空间中峰值点的步骤如下
第一步，将满足l S, - ^|<71 (7! = 10为阈值)的峰值进行配对。设^表示一对峰值的平均^值，艮卩5 = | 「+ "/2。
第二歩，选取满足-45 〈&< 45和30 < I - P7 I < 60的峰值对作为候选的水平峰值对。选取满足^〉 45或^〈 -45并且40 〈 I P, _ P」.I < 80的峰值对作为候选的垂直峰值对。设^H。和^v。分别表示第"对候选水平峰值对和垂直峰值对的平均《值。
第三步，将满足l U_9o|<r2 (T2 = 10为阈值)的候选水平和垂直峰值对进行配对。比较平均C值，选取具有最大平均C值的配对的峰值对，其水平峰值对将对应于椎体水平边缘(即椎体终板)。该峰值对的^值即为椎体的倾斜角度。附图2给出了附图1的4个端椎由上述步骤检测到的直线段，其中居中的直线方向表示该椎体的倾斜方向。
第四步，将两个端椎的倾斜角度相加得到Cobb角，如附图3及附图4所示。
第五步，采用系统内的统计分析软件完成计算机辅助测量参数的可靠性测试。通过相关分析比较各参数预测脊柱侧凸发展趋势的灵敏度。将各参数作为变量，通过回归分析获得总体评价参数的表达式以预测畸形发展趋势，给出待测脊柱侧凸进行保守治疗的可能性。
本发明与现有技术相比，具有测量过程简单，测量准确度高，节省人力的优点。
附图l为椎体边缘图。附图2为本发明检测到的椎体倾斜角度。附图3为上下两个端椎的倾斜角度^和^示意图。附图4为Cobb角测量示意图。
具体实施例方式
本发明根据椎体的几何形状先验选择H0Ugh空间中峰值点的歩骤如下
第一步，将满足l s, - e」l〈K (t; = io为阈值)的峰值进行配对。设^表示一对峰值
的平均《值，即^ = | p」/2。
第二步，选取满足-45 〈5< 45和30 < I p, - I < 60的峰值对作为候选的水平峰值对。选取满足&〉 45或5〈 -45并且40 < I p, - py I 〈 80的峰值对作为候选的垂直峰值对。设4 和^ 分别表示第刀对候选水平峰值对和垂直峰值对的平均s值。
第三歩，将满足l l^nn-^"vJ-90|<r2 (72 = 10为阈值)的候选水平和垂直峰值对进行配对。比较平均C值，选取具有最大平均C值的配对的峰值对，其水平峰值对将对应于椎体水平边缘(即椎体终板)。该峰值对的4值即为椎体的倾斜角度。附图2给出了附图1的4个端椎由上述步骤检测到的直线段，其中居中的直线方向表示该椎体的倾斜方向。
第四步，将两个端椎的倾斜角度相加得到Cobb角，附图4所示。
第五步，采用SPSS统计分析软件基于类间相关系数t-test完成计算机辅助测量参数的可靠性测试。将各参数作为变量，通过回归分析获得一个总体评价参数的表达式，用于预测畸形发展趋势，给出待测脊柱侧凸进行保守治疗的可能性的百分比。
使用本发明对脊柱x线图像的Cobb角进行计算机辅助测量的操作方式为(l)通过鼠标点击选中两个端椎。(2)对两端椎的边缘图进行模糊Hough变换，然后根据椎体形状先验选择Hough空间的峰值点以检测到端椎的倾斜角度。(3)显示由两端椎倾斜角度之和计算得到的Cobb角度
权利要求
1、一种基于椎体形状先验的峰值点选择方法测量Cobb角，其特征在于根据椎体的几何形状先验选取Hough空间的峰值点以检测椎体的倾斜角度，具体步骤如下第一步，将满足|θi-θj|＜T1的峰值进行配对，设<overscore>θ</overscore>表示一对峰值的平均θ值，即<overscore>θ</overscore>＝|θi+θj|/2；第二步，选取满足-45＜<overscore>θ</overscore>＜45和30＜|ρi-ρj|＜60的峰值对作为候选的水平峰值对，选取满足<overscore>θ</overscore>＞45或<overscore>θ</overscore>＜-45并且40＜|ρi-ρj|＜80的峰值对作为候选的垂直峰值对，设<overscore>θ</overscore>Hn和<overscore>θ</overscore>Vn分别表示第n对候选水平峰值对和垂直峰值对的平均θ值；第三步，将满足||<overscore>θ</overscore>Hn-<overscore>θ</overscore>Vm|-90|＜T2的候选水平和垂直峰值对进行配对，比较平均C值，选取具有最大平均C值的配对的峰值对，其水平峰值对将对应于椎体水平边缘，该峰值对的<overscore>θ</overscore>H值即为椎体的倾斜角度；第四步，将两个端椎的倾斜角度相加得到Cobb角。
全文摘要
本发明涉及一种脊柱侧凸X线图像辅助诊断系统和方法，通过智能化图像处理技术对脊柱X线图像自动进行Cobb角的测量以减少手工测量误差，辅助医生对脊柱侧凸做出准确评估并及时预测畸形发展趋势，从而制定合理治疗方案或矫形手术计划。具体步骤为将满足|θi-θj|＜T1的峰值进行配对。设θ表示一对峰值的平均θ值，即θ|θi+θj|/2；根据算法要求，分别选取候选水平和垂直峰值对，将满足||θ<sub>Hn</sub>-θ<sub>Vm</sub>|-90|＜T2的候选水平和垂直峰值对进行配对，比较平均C值，选取具有最大平均C值的配对的峰值对，其水平峰值对将对应于椎体水平边缘，该峰值对的θ<sub>H</sub>值即为椎体的倾斜角度；将两个端椎的倾斜角度相加得到Cobb角。本发明具有测量过程简单，测量准确度高，节省人力的优点。
文档编号A61B6/00GK101558999SQ20091009451
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月25日 优先权日2009年5月25日
发明者俊 吴, 张俊华, 敏 黄 申请人:张俊华;吴 俊;黄 敏