基于锥束虚拟旋转的脊柱3D建模方法

摘要

一种基于锥束虚拟旋转的脊柱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臂锥束；二、对步骤一获得的C臂锥束进行虚拟旋转再处理，并计算得到虚拟锥束投影图像；三、对3D建模方法中的相关参数进行调整，采用调整后的方法基于虚拟锥束投影图像重建脊柱3D体素模型。采用本发明基于锥束虚拟旋转的脊柱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

一种基于锥束虚拟旋转的脊柱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臂锥束；步骤二、对步骤一获得的C臂锥束进行虚拟旋转再处理，并计算得到虚拟锥束投影图像；步骤三、对3D建模方法中的相关参数进行调整，采用调整后的方法基于虚拟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旋转再处理是指对普通C臂机获取的锥束绕其光源点进行虚拟旋转得到虚拟锥束，并根据锥束与虚拟锥束之间的对应关系，通过计算得到虚拟锥束投影图像；虚拟锥束与锥束之间的对应关系是，虚拟锥束光源点到其成像平面之间的距离等于锥束光源点到其成像平面之间的距离D，虚拟锥束光源点到其成像平面的垂线通过C臂旋转中心；对虚拟锥束投影和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，令虚拟锥束投影列向轴与锥束投影列向轴均位于C臂旋转平面内，且两轴正向所夹角度为锐角θ，则同一X射线在两个坐标系下之投影像素坐标及灰度值对应关系为：$u=D.tan\left(arctan\right(\frac{u_v}{D})-\theta ),v=v_v.\frac{\sqrt{D^2+u^2}}{\sqrt{D^2+u_v^2}},$$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分别为锥束投影像素的行坐标及列坐标，u_v和v_v分别为虚拟锥束投影像素的行坐标及列坐标，g_c(λ,u,v)和g_v(λ,u_v,v_v)分别为锥束投影及虚拟锥束投影在对应坐标处的像素灰度值，λ为C臂旋转角度；步骤三中所述的对3D建模方法中的相关参数进行调整，具体包括：将光源点沿圆弧路径运动的半径R调整为光源点到C臂旋转中心的距离，将锥束投影数据行滤波处理的区间下限u_l调整为‑D.tan(γ_m‑θ)，上限u_u调整为D.tan(γ_m+θ)其中，γ_m为锥束的锥角，D为虚拟锥束光源点到其成像平面之间的距离或锥束光源点到其成像平面之间的距离，θ为虚拟锥束投影列向轴与锥束投影列向轴正向所夹角度。