一种基于平面增长的关节影像分割方法与流程

本发明涉及图像处理，尤其涉及一种基于平面增长的关节影像分割方法。

背景技术：

1、人体的关节表面由软骨覆盖，随着年龄的增加，软骨逐渐磨损，同时关节周围的骨骼、韧带也发生退变，最后造成关节疼痛、畸形、活动障碍，尤其是膝关节。因此关节置换手术成为解决这一医疗问题的重要途经，但很多人都存在一种误区，觉得关节置换术是将整个关节都换掉，但并非如此，关节置换术主要是把关节表面的已经磨损成坑坑洼洼的软骨替换成金属的假体和高分子聚乙烯的耐磨垫片。

2、在关节置换手术前需要对患者的患处关节进行ct 3d成像，以尽可能准确地划分关节两侧骨头和中间的软骨部分。因此高质量的图像分割在医学图像分析中起着至关重要的作用。但关节的医学影像分割存在以下两个难点：(1)关节两侧骨头和中间软骨的边界模糊，尤其是关节损伤严重的患者，软骨磨损严重，在影像下无明显分割界限，也就是常说的粘连。(2)人体的关节部分周围往往存在低密度组织，常见的图像分割方法分割出的图像经常会出现空洞等缺陷。

3、因此，有必要提供一种可以准确分割关节两侧骨头和中间软骨且无空洞等缺陷的关节影像分割方法。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述不足，本发明提供一种基于平面增长的关节影像分割方法，能够准确分割关节两侧骨头和中间的软骨部分，并且分割的图像无空洞等缺陷。

2、技术方案：

3、一种基于平面增长的关节影像分割方法，包括：

4、s1、获取关节区域影像并进行二值化处理得到前景区域和背景区域；

5、s2、计算关节区域影像中各轴位面切片影像的前景区域的面积，据此得到在多个所述面积的两极大值之间的极小值对应的切片影像对应的位置作为分割边界；

6、s3、在所述背景区域中选取在人体头脚方向上的多个中心点，以所述多个中心点中距离所述分割边界最近的点作为种子点；

7、s4、以所述种子点进行平面增长得到分割面，据此对所述关节区域影像进行分割。

8、具体地，所述s2中，两极大值均超过第一阈值，所述两极大值之间的序列间隔至少为第二阈值。

9、更具体地，所述第一阈值为各轴位面切片影像的前景区域面积的均值，所述第二阈值为3。

10、具体地，所述s3中，在所述关节区域影像中选取若干沿人体头脚方向的直线，得到所述直线上位于所述背景区域部分的中心点，以多个所述中心点中距离所述分割边界最近的点作为种子点。

11、更具体地，所述直线包括：

12、以所述关节区域影像中沿人体头脚方向的中心线；

13、以及以所述中心线为基准，分别沿人体左右方向和沿人体前后方向移动设定距离搜索得到四条直线。

14、具体地，所述s4中，以所述种子点进行平面增长得到分割面具体为：

15、以种子点开始进行平面增长得到初始分割点集；

16、遍历初始分割点集中的所有点，判断当前遍历点是否为前景点，若不是，则遍历下一个点；若是，则在关节区域影像中寻找是否存在沿人体头脚方向上与当前遍历点距离最近的背景点；

17、若存在背景点，则剔除当前遍历点，将该背景点加入分割点集；否则，直接剔除当前遍历点；

18、遍历完所有点，得到最终的分割点集，即为分割面。

19、更具体地，通过当前遍历点及其八邻域点的二值图像分析判断当前遍历点是否为前景点。

20、具体地，所述s1中，关节区域影像获取如下：

21、在冠状面，根据患者关节所在区域裁剪影像；

22、在轴位面，通过人体头脚方向的最大密度投影得到投影图像并识别投影图像中关节的外接轮廓，以该外接轮廓生成框选box，以该框选box对所述裁剪影像进行裁剪；

23、根据在所述冠状面和所述轴位面裁剪的影像得到关节区域影像。

24、具体地，所述s1中，在所述二值化后，还包括优化步骤：对所述二值图像存在的空洞缺陷进行填充和形态学闭运算处理。

25、更具体地，所述对所述二值图像存在的空洞缺陷进行填充具体为：

26、将所述二值图像反相，对反相后的二值图像中的前景区域进行连通域分析，将其中连通域面积小于设定阈值的判定为空洞，对其进行前景填充。

27、有益效果：本发明通过在影像中精确选取种子点，以该种子点进行平面增长得到分割面，再通过对分割面中存在的前景点进行替换和剔除，最终得到了准确的分割面，以对关节完成分割，进而可以准确地分割两骨骼区域及间隙区域，具有很好的应用前景，尤其是在膝关节置换术中的应用。此外，本发明在对图像进行二值化处理后还会进行空洞填充和形态学闭运算处理，保证了最终分割的影像无空洞等缺陷。

技术特征：

1.一种基于平面增长的关节影像分割方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的关节影像分割方法，其特征在于，所述s2中，两极大值均超过第一阈值，所述两极大值之间的序列间隔至少为第二阈值。

3.根据权利要求2所述的关节影像分割方法，其特征在于，所述第一阈值为各轴位面切片影像的前景区域面积的均值，所述第二阈值为3。

4.根据权利要求1所述的关节影像分割方法，其特征在于，所述s3中，在所述关节区域影像中选取若干沿人体头脚方向的直线，得到所述直线上位于所述背景区域部分的中心点，以多个所述中心点中距离所述分割边界最近的点作为种子点。

5.根据权利要求4所述的关节影像分割方法，其特征在于，所述直线包括：

6.根据权利要求1所述的关节影像分割方法，其特征在于，所述s4中，以所述种子点进行平面增长得到分割面具体为：

7.根据权利要求6所述的关节影像分割方法，其特征在于，通过当前遍历点及其八邻域点的二值图像分析判断当前遍历点是否为前景点。

8.根据权利要求1所述的关节影像分割方法，其特征在于，所述s1中，关节区域影像获取如下：

9.根据权利要求1所述的关节影像分割方法，其特征在于，所述s1中，在所述二值化后，还包括优化步骤：对所述二值图像存在的空洞缺陷进行填充和形态学闭运算处理。

10.根据权利要求9所述的关节影像分割方法，其特征在于，所述对所述二值图像存在的空洞缺陷进行填充具体为：

技术总结
本发明公开了一种基于平面增长的关节影像分割方法，包括：S1、获取关节区域影像并进行二值化处理得到前景区域和背景区域；S2、计算关节区域影像中各轴位面切片影像的前景区域的面积，据此得到在多个所述面积的两极大值之间的极小值对应的切片影像对应的位置作为分割边界；S3、在所述背景区域中选取在人体头脚方向上的多个中心点，以所述多个中心点中距离所述分割边界最近的点作为种子点；S4、以所述种子点进行平面增长得到分割面，据此对所述关节区域影像进行分割。本发明能够准确分割关节两侧骨头和中间的软骨部分，并且分割的图像无空洞等缺陷。

技术研发人员：刘孝波,杨雅慧
受保护的技术使用者：佗道医疗科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16