[发明专利]基于正侧位相的脊柱侧凸三维重构方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于正侧位相的脊柱侧凸三维重构方法，开发了一种脊柱侧凸辅助诊断系统。人体脊柱的三维成像技术在现代临床医学中起着越来越重要的作用，通过基于正侧位相的三维重构方法在计算机中重构出脊柱侧凸的三维模型并显示在屏幕上，通过人机交互，医生可以方便地对重构的脊柱进行诸如平移，旋转，缩放等操作，使医生能够更精确地了解脊柱病变的详细情况，从而帮助医生做出准确的诊断和制定正确的手术方案。

背景技术

目前，公知的国内外有关人体组织与器官的三维重构都是直接从患者身上获得脊柱的断层二维图像序列，胸椎和腰椎完整的断层二维图像序列大约有600张，因为不同年龄的脊柱大小和获取断层二维图像序列所设置的尺寸都会影响最终的断层二维图像序列的数量，要获得这么多的断层二维图像序列，需要长时间对人体进行X线断层扫描，这种方法不仅效率低，更重要的是长时间对人体进行X线扫描不仅损伤人体组织与器官，更有可能引起细胞癌变。

发明内容

为了克服现有的三维重构方法效率低和可能引起人体伤害的缺点，本发明提出了一种新的方法，本方法不需要获取病人的断层二维图像序列，只需两张患者的正位相和侧位相X线片与一个标准脊柱模型，就可以重构出患者的三维脊柱模型，和以前需要几百张断层二维图像序列进行的三维重构算法相比，该算法进行了很好的改进。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：首先，分别在正位相和侧位相X线片中第一块胸椎和最后一块腰椎重心处设定首尾种子点，然后通过横向和纵向推理获取其它脊椎骨的重心点(人体胸椎有12块脊椎骨组成、腰椎有5块脊椎骨组成)。其次，利用曲线拟合算法把所有重心点拟合成曲线，然后计算每个重心点在曲线上的法线与水平线之间的夹角以及每个重心点相对第一个重心点的偏移量，同一脊椎骨的正位相和侧位相的两个重心点的夹角和偏移量组成一个空间三维参数。最后，根据每个脊椎骨的空间三维参数，分别使标准脊柱模型中对应脊椎骨按照三维参数进行平移和旋转，形成脊柱侧凸患者病变的脊柱空间三维模型。本发明缩短了对人体进行X射线扫描的时间。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明具体步骤流程图。

图2是脊柱侧凸正位相参数图。

图3是脊柱侧凸侧位相参数图。

图4是脊柱侧凸空间模型正位相。

图5是脊柱侧凸空间模型侧位相。

图2中共显示了17块正位相脊椎骨，其中包括12块胸椎和5块腰椎。L₁代表第1块脊椎骨重心点的下垂线；S₁代表正位相曲线，也就是正位相所有脊椎骨重心点的拟合曲线；d₁₁代表第11块脊椎骨重心点到L₁的水平距离，d₁₂代表第12块脊椎骨重心点到L₁的水平距离，d₁₇代表第17块脊椎骨(最后一块)重心点到L₁的水平距离；α₁₃代表第13块脊椎骨重心点在S₁上的法线与水平线之间的夹角。图2中只列举了部分脊椎骨的参数，其它脊椎骨没有在图中显示出来。

图3中共显示了17块侧位相脊椎骨，其中包括12块胸椎和5块腰椎。L₂代表第1块脊椎骨重心点的下垂线；S₂代表侧位相曲线，也就是侧位相所有脊椎骨重心点的拟合曲线；d₁₁代表第11块脊椎骨重心点到L₂的水平距离，d₁₂代表第12块脊椎骨重心点到L₂的水平距离，d₁₇代表第17块脊椎骨(最后一块)重心点到L₂的水平距离；β₁₃代表第13块脊椎骨重心点在S₂上的法线与水平线之间的夹角。图3中只列举了部分脊椎骨的参数，其它脊椎骨没有在图中显示出来。

具体实施方式

首先计算出正位相和侧位相中17块脊椎骨的重心点，然后把正位相所有重心点拟合成曲线S₁，把侧位相所有重心点拟合成曲线S₂，分别从正位相与侧位相的第1块脊椎骨的重心点处做一条下垂线，分别记作L₁、L₂。其次计算每个脊椎骨的空间三维参数，而每个脊椎骨的空间三维参数都有4个参数组成(正位相偏移量d_x和夹角α_x、侧位相偏移量d_x和夹角β_x，x∈1、2…17)，正位相偏移量d_x通过每个脊椎骨的重心点与第1块脊椎骨的重心点之间的水平距离求出(等同于d_x到L₁的水平距离)，正位相夹角α_x通过每个脊椎骨的重心点在曲线S₁上的法线与水平线之间的夹角求出；侧位相偏移量d_x通过每个脊椎骨的重心点与第1块脊椎骨的重心点之间的水平距离求出(等同于d_x到L₂的水平距离)，侧位相夹角β_x通过每个脊椎骨的重心点在曲线S₂上的法线与水平线之间的夹角求出。最后把正位相中每个脊椎骨的偏移量和夹角与侧位相中对应脊椎骨的偏移量和夹角分别相结合，组成17个空间三维参数，利用这17个空间三维参数分别使标准脊柱模型中对应脊椎骨按照空间三维参数进行平移和旋转，形成脊柱侧凸患者病变的脊柱空间三维模型。