[发明专利]一种基于3D模型的C臂X线片光机实时成像对比方法

摘要

本发明公开了一种基于3D模型的C臂X线片光机实时成像对比方法，属于图片处理技术领域，首先构建出髋关节置换手术部位的假体3D模型，手术时利用体位感应装置确定偏转角度，根据所得偏转角度利用投影获得与当前手术角度匹配的相应对照假体植入图片，以这张图片作为术中安置假体后拍片时形成的影像图片对比，从而确认假体安放的准确性及偏差角度，解决了C臂X线片光机成像精度低的技术问题，本发明构建3D模型可以适应手术中的各种情况，根据不同偏转角度得到对应的投影图作为手术对比，可以保证精确度，减小风险，本发明采用投影函数对体素矩阵衰减，可以同时获得3D模型表面和内部的信息，便于判断假体植入的方向。

主权项

1.一种基于3D模型的C臂X线片光机实时成像对比方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：建立C臂X线光机、体位感应装置、显示屏和中心服务器，C臂X线光机和中心服务器通过互联网通信；体位感应装置通过数据线与C臂X线光机通信，显示屏与中心服务器通信；在中心服务器中建立3D模型模块、矩阵模块、偏移调整模块和图片对比模块；步骤2：在3D模型模块中构建手术用的假体3D模型，将该假体3D模型作为模板模型；步骤3：矩阵模块将假体3D模型进行素化处理，生成三维N×N×N的体素矩阵；步骤4：矩阵模块选取手术部位的最小有效区域为roi球，计算出roi球的直径d，以roi球的球心为原点建立空间坐标系，把体素矩阵中的位置信息替换为空间坐标系的坐标；步骤5：对体素矩阵进切割处理，将roi球以外的矩阵元素删除，仅保留roi球部分的元素；步骤6：手术前，在患者身体上安装体位感应装置，通过体位感应装置获取偏移角度α，并将偏移角度α发送给C臂X线光机；设定体位感应装置第一次采集到的偏移角度为初始偏移角度α₀；C臂X线光机与患者之间的位置固定后，C臂X线光机将拍摄到的实际图片和初始偏移角度α₀；偏移调整模块根据初始偏移角度α₀调整空间坐标系，初始偏移角度α₀包含了x‑y平面的偏移角度α_xy和x‑z平面偏的移角度α_xz，根据偏移角度α_xy和移角度α_xz计算roi球中的每个元素的位置偏移，更新所有元素位置信息；步骤7：筛选出x轴测坐标与z轴的坐标均相同的每一列元素，计算这些元素的投影值：设定任意M列元素的空间坐标系的坐标信息为x＝i、z＝j、高为h，通过以下公式对该列中所有元素的权重进行归一化计算：其中，weight为权重归一化的值，x＝i,y＝k,z＝j指的是当前位置，y_k为y＝k处的值，y_c为y＝c处的值；根据以下公式计算M列元素的投影值：其中，pix_proj为投影值，pix为投影函数；步骤8：根据步骤7的方法计算出当前正方向上的所有元素的投影值，生成对比图片；步骤9：图片对比模块将对比图片展示在显示屏上；步骤10：体位感应装置实时采集偏移角度α，C臂X线光机实时将偏移角度α反馈给中心服务器，中心服务器判断偏移角度α与初始偏移角度α₀之间的误差是否在±5°：是，则忽略偏移角度α，不更新对比图片；否，则将初始偏移角度α₀更新为偏移角度α，并通过步骤7到步骤8的方法重新生成对比图片，并显示在显示屏上。