基于椎体形状先验的峰值点选择测量COBB角的方法.pdf

本发明涉及一种基于椎体形状先验的峰值点选择测量Cobb角的方法，属计算机辅助测量领域。本发明的具体步骤为：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；选取满足-45＜θ＜45和30＜|ρi-ρj|＜60的峰值对作为候选的水平峰值对，选取满足θ＞45或θ＜-45并且40＜|ρi-ρj|＜80的峰值对作为候选的垂直峰值对，设θHn和θVn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；将满足||θHn-θVm|-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θH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。

权利要求书
1、  一种基于椎体形状先验的峰值点选择测量Cobb角的方法，其特征在于该方法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θ表示一对峰值的平均θ值，即θ＝|θi+θj|/2；
第二步，选取满足-45<θ<45和30<|ρi-ρj|<60的峰值对作为候选的水平峰值对，选取满足θ>45或θ<-45并且40<|ρi-ρj|<80的峰值对作为候选的垂直峰值对，设和分别表示第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‖θHn-θVm|-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θH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。

说明书基于椎体形状先验的峰值点选择测量Cobb角的方法
技术领域：
本发明涉及一种基于椎体形状先验的峰值点选择测量Cobb角的方法，属计算机辅助测量领域。
背景技术：
脊柱侧凸是一种脊柱畸形。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，而提出一种基于椎体形状先验的峰值点选择测量Cobb角的方法。
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：(1)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H1＝(ρ1，θ1)，H2＝(ρ2，θ2)，...，和Hl＝(ρl，θl)分别表示模糊Hough变换所得累加矩阵C(ρk，θk)的l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|θi-θj|<T1(T1＝10为阈值)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。
第二步，选取满足-45<θ<45和30<|ρi-ρj|<60的峰值对作为候选的水平峰值对。选取满足θ>45或θ<-45并且40<|ρi-ρj|<80的峰值对作为候选的垂直峰值对。设θHn和θVn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‖θHn-θVm|-90|<T2(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θH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。
最后，将两个端椎的倾斜角度相加得到Cobb角，附图3所示。
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。
附图说明：
附图1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Cobb角测量示意图。
具体实施方式：
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，具体步骤如下：
第一步，将满足|θi-θj|<T1(T1＝10为阈值)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。
第二步，选取满足-45<θ<45和30<|ρi-ρj|<60的峰值对作为候选的水平峰值对。选取满足θ>45或θ<-45并且40<|ρi-ρj|<80的峰值对作为候选的垂直峰值对。设θHn和θVn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‖θHn-θVm|-90|<T2(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θH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。
最后，将两个端椎的倾斜角度相加得到Cobb角，附图3所示。
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：(1)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。