基于普通C臂机的脊柱3D建模方法

摘要

一种基于普通C臂机的脊柱3D建模方法，包括以下步骤：一、对普通C臂机的锥束投影图像进行预处理，得到处理后的锥束投影图像，作为C臂机的实际锥束；二、对步骤一获得的实际锥束进行虚拟平移，并根据虚拟平移锥束与实际锥束之间的映射关系，计算对应的虚拟平移锥束投影图像；三、调整3D建模方法中的相关参数后，基于虚拟平移锥束投影图像重建脊柱3D体素模型。采用本发明基于普通C臂机的脊柱3D建模方法，依托目前国内大多数医院都具备的普通C臂机，可重建在临床诊断、手术规划、引导手术操作方面都有重要意义的脊柱3D模型。

主权项

一种基于普通C臂机的脊柱3D建模方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、对普通C臂机的锥束投影图像进行预处理，得到处理后的锥束投影图像，作为C臂机的实际锥束；步骤二、对步骤一获得的实际锥束进行虚拟平移，并根据虚拟平移锥束与实际锥束之间的映射关系，计算对应的虚拟平移锥束投影图像；步骤三、调整3D建模方法中的相关参数后，基于虚拟平移锥束投影图像重建脊柱3D体素模型；步骤一中所述的预处理是指对普通C臂机获取的2D锥束投影图像g_m(λ,u,v)进行中值滤波除噪，得到处理后的锥束投影图像g_c(λ,u,v)，其中λ为C臂旋转角度，u和v分别为图像像素的行、列坐标，设锥束的锥角为γ_m；步骤二中所述的虚拟平移的方向与实际锥束中轴线垂直且指向C臂旋转中心，所述的虚拟平移锥束与实际锥束的映射关系是：虚拟平移锥束光源点到其成像平面之间的距离等于实际锥束光源点到其成像平面之间的距离D，虚拟平移锥束光源点到其成像平面的垂线通过C臂旋转中心，且平行于实际锥束光源点到其成像平面的垂线，虚拟平移锥束投影成像平面与实际锥束投影成像平面位于同一平面内；设R为实际锥束光源点到C臂旋转中心之间的距离，实际锥束光源点和C臂旋转中心之连线与实际锥束中轴线之间的夹角为θ，对虚拟平移锥束投影和实际锥束投影分别建立笛卡尔坐标系，令两个坐标系的原点分别位于光源点在各自成像平面上的垂足，令两个坐标系的行向轴均垂直于C臂旋转平面且正向相同，令两个坐标系的列向轴均位于C臂旋转平面内且正向相同，则两个坐标系下之投影像素坐标及灰度值的对应关系为：u＝u_v‑R.sin(θ)，v＝v_v，$g_v(\lambda ,u_v,v_v)=g_c(\lambda ,u,v)·\left(\frac{\sqrt{D^2+u_v^2}}{\sqrt{D^2+u^2+v^2}}\right)$上式中，u和v分别为实际锥束投影像素的行坐标及列坐标，u_v和v_v分别为虚拟平移锥束投影像素的行坐标及列坐标，g_c(λ,u,v)为实际锥束投影在对应坐标处的像素灰度值，g_v(λ,u_v,v_v)为虚拟平移锥束投影在对应坐标处的像素灰度值，λ为C臂旋转角度；步骤三中所述的调整3D建模方法中的相关参数具体包括：将虚拟平移锥束光源点沿圆弧路径运动的半径调整为R.cos(θ)，将虚拟平移锥束投影数据行滤波处理的区间下限u_l调整为R.sin(θ)‑D.tan(γ_m)，上限u_u调整为R.sin(θ)+D.tan(γ_m)，其中，γ_m为锥束的锥角，R为实际锥束光源点到C臂旋转中心之间的距离，D为虚拟平移锥束光源点到其成像平面之间的距离或实际锥束光源点到其成像平面之间的距离，θ为实际锥束光源点和C臂旋转中心之连线与实际锥束中轴线之间的夹角。