專(zhuān)利名稱(chēng)：超長(zhǎng)規(guī)格x線放射影像的校準(zhǔn)與拼接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)放射影像技術(shù)領(lǐng)域的影像校準(zhǔn)與拼接方法，具體是一種 超長(zhǎng)規(guī)格X線放射影像的校準(zhǔn)與拼接方法。
背景技術(shù)：
通用的X線影像設(shè)備只能提供有限長(zhǎng)度的X線放射影像(最長(zhǎng)規(guī)格約為43 厘米)，無(wú)法滿足臨床對(duì)超長(zhǎng)規(guī)格X線放射影像的診斷要求。為了獲得超長(zhǎng)規(guī)格 X線放射影像，目前主要采用對(duì)多幅常規(guī)X線影像進(jìn)行拼接的方法。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)秦民益等在《中華放射學(xué)雜志》2004， 38 (6)， 656-658上發(fā)表了 "數(shù)字化立位全脊柱成像技術(shù)的研究"。該文介紹了用 特制的負(fù)重位全下肢成像攝片裝置(實(shí)用新型專(zhuān)利號(hào)ZL01263367.4)采集兩幅 部分重疊的X線放射影像，具體為胸、腰椎重疊影像，手動(dòng)選取影像重疊區(qū)域的 解剖標(biāo)記，通過(guò)確認(rèn)的標(biāo)記點(diǎn)完成兩幅影像的拼接。該方法存在的不足是，影像 拼接效果極大地依賴(lài)對(duì)解剖標(biāo)記點(diǎn)人工選取的精度，存在較大的人為誤差，且影 像拍攝時(shí)需依賴(lài)特制的成像攝片裝置。
檢索中還發(fā)現(xiàn)，史建靜等在《放射學(xué)實(shí)踐》2005， 20 (9)， 833-834上發(fā)表 了 "全下肢及全脊柱成像技術(shù)的臨床應(yīng)用"，以及凌壽佳等在《實(shí)用放射學(xué)雜志》 2006， 22 (10)， 1285-1286上發(fā)表了 "全脊柱CR單次曝光與多次曝光成像的比 較"。該兩篇文獻(xiàn)都介紹了利用專(zhuān)用的超長(zhǎng)規(guī)格X線成像攝片裝置(AGFA公司) 連續(xù)采集多幅部分重疊的X線放射影像，根據(jù)多個(gè)攝影板(IP板)之間重疊的 縫線完成多幅影像的拼接。該方法不足是，影像拼接效果取決于IP板之間的重 疊縫線以及多個(gè)于IP板之間的上下軸線是否對(duì)準(zhǔn)這兩個(gè)要素，由于IP板是放置 于暗盒內(nèi)的，IP板與暗盒大小并不完全匹配，即IP板可在暗合內(nèi)有少量移動(dòng)， 而IP板放置暗盒內(nèi)的過(guò)程是盲操作，即IP板被放置的位置無(wú)法通過(guò)目測(cè)調(diào)整， 由此影響X線影像的拼接精度，且該影像拼接方法仍存在需依賴(lài)專(zhuān)用成像攝片裝置而致攝片成本高，操作不靈活的缺點(diǎn)，因而并未獲得廣泛應(yīng)用。
常規(guī)X線可拍攝的最長(zhǎng)肢體長(zhǎng)度為17英寸(約43厘米)。欲拍攝肢體長(zhǎng)度 超過(guò)這個(gè)范圍的，稱(chēng)為超長(zhǎng)規(guī)格X線放射影像。臨床獲取超長(zhǎng)規(guī)格X線放射影像 主要是為了進(jìn)行各種診斷所需的解剖測(cè)量，如測(cè)量全下肢負(fù)重力線和全脊柱側(cè)凸 角等。由于X線是以焦點(diǎn)為頂點(diǎn)的圓錐形放射線束，X線放射影像存在一定的放 大倍率誤差，直接影響對(duì)超長(zhǎng)規(guī)格X線放射影像的解剖測(cè)量結(jié)果。上述X線放射 影像拼接方法中，均未考慮影像的幾何校準(zhǔn)問(wèn)題，X線影像經(jīng)該類(lèi)方法拼接后存 在與實(shí)際尺寸有偏差的缺點(diǎn)，從而影響了解剖測(cè)量結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有X線影像拼接方法的不足，提出一種超長(zhǎng)規(guī)格X 線放射影像的校準(zhǔn)與拼接方法，用于解決臨床對(duì)全下肢和全脊柱等超長(zhǎng)規(guī)格X 線放射影像精確拼接與測(cè)量的技術(shù)難題。該方法簡(jiǎn)便實(shí)用，用該方法拼接后的X 線影像高精度地對(duì)應(yīng)被攝肢體的實(shí)際大小尺寸，且用于校準(zhǔn)與拼接的特制型鋼尺
制作簡(jiǎn)易，成本低。該方法可廣泛用于臨床對(duì)全下肢和全脊柱等超長(zhǎng)規(guī)格x線放
射影像的解剖測(cè)量。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括如下步驟
第一步，將兩把特制型鋼尺平行置于受檢者被攝部位兩側(cè)，受檢者保持體位 不動(dòng)；
所述特制型鋼尺，是在鋼尺上鉆孔，并依次對(duì)鉆孔點(diǎn)標(biāo)記順序刻度，鉆孔點(diǎn) 即為影像校準(zhǔn)與拼接的標(biāo)記點(diǎn)。
所述鋼尺上鉆孔，其孔徑為2咖，孔距為30mm。 所述鋼尺長(zhǎng)度為1500mm，寬度40腿。
第二步，采用常規(guī)X線攝像方法，分段重疊拍攝包含鋼尺的受檢部位全部X 線影像，并將分段影像采集至計(jì)算機(jī)。影像中將顯示受檢部位和鋼尺上的圓形標(biāo) 記點(diǎn)。
第三步，分段影像的校準(zhǔn)在分段影像上，任選一把鋼尺，測(cè)量其上任意兩 個(gè)標(biāo)記點(diǎn)之間的像素距，再依據(jù)該兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)所代表的實(shí)際距離(由鋼尺標(biāo)定)， 對(duì)該分段影像作校準(zhǔn)，即對(duì)該分段圖像中單位像素距做重新標(biāo)定。對(duì)所有分段影 像實(shí)施同樣的校準(zhǔn)方法，獲得已校準(zhǔn)的待拼接序列圖像。第四步，建立圖像拼接坐標(biāo)系從待拼接序列圖像中確定一幅圖像作為拼接 起始圖像，以該幅圖像為基準(zhǔn)建立拼接坐標(biāo)系。根據(jù)圖像序列次序，分別實(shí)施相 鄰分段影像的兩兩拼接。
第五步，影像的兩兩拼接在已作校準(zhǔn)的兩幅相鄰分段影像的重疊區(qū)域中， 選取兩把鋼尺在每幅圖像重疊區(qū)域的三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，其中一把鋼尺上選取一點(diǎn)，另 一把鋼尺上選取二點(diǎn)，由該三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)構(gòu)成兩幅圖像間的三角形匹配對(duì)。以一幅 圖像為基準(zhǔn)圖像，通過(guò)坐標(biāo)變換，完成兩幅相鄰分段影像的兩兩拼接。
本發(fā)明采用可簡(jiǎn)便制作的特制型鋼尺，通過(guò)鋼尺上的標(biāo)記點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)多 幅X線影像的拼接，又實(shí)現(xiàn)了對(duì)拼接圖像實(shí)際尺寸的校準(zhǔn)，具有操作簡(jiǎn)易、成本 低、使用靈活、精度與準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于臨床對(duì)全下肢和全脊柱等 超長(zhǎng)規(guī)格X線放射影像的解剖測(cè)量。以測(cè)量一段分三次才能完全攝入的肢體長(zhǎng)度 為例，采用本發(fā)明方法對(duì)三幅分段X線影像拼接后，測(cè)量的肢體長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度 之間的絕對(duì)誤差最大值為0. 6mm。


圖1特制型鋼尺加工示意圖
其中鋼尺鉆孔孔徑為2醒，孔距為30mm，鋼尺長(zhǎng)度為1500ram,寬度40腿。 圖2用于圖像校準(zhǔn)與拼接的計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)系和像素坐標(biāo)系。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。
以下實(shí)施例為拼接一幅全下肢的X線影像，用于測(cè)量全下肢負(fù)重力線。
1. 將兩把特制型鋼尺(如圖1所示)平行置于受檢者全下肢部位兩側(cè)，被 攝的全下肢部位位于X線的中心線位置，受檢者保持體位不動(dòng)?？紤]到人體體厚 因素，兩把特制型鋼尺墊高至與受檢者下肢骨骼基本等高位置，且兩把鋼尺被墊 高度相等，使得兩把鋼尺與X線焦點(diǎn)的垂直距離保持一致，以減小放大倍率誤差。
2. 采用常規(guī)X線攝像方法，分段重疊拍攝受檢者股骨頭、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié) 的X線影像，影像的重疊長(zhǎng)度大于30mm。分段拍攝時(shí)，應(yīng)盡量使受檢者股骨頭、 膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的中心位于X線焦點(diǎn)的正中位置，使得這三個(gè)部位的中心點(diǎn)保持一致的放大倍率。將上述三個(gè)含鋼尺的分段影像采集至計(jì)算機(jī)，影像中將顯示被 攝肢體和鋼尺上的圓形標(biāo)記點(diǎn)。
3. 對(duì)三個(gè)分段影像依此進(jìn)行圖像幾何校準(zhǔn)。圖像幾何校準(zhǔn)的目的是獲得影
像上每個(gè)像素所代表的真實(shí)距離，具體為，在其中一個(gè)分段影像上，建立圖像的
像素坐標(biāo)系(o'..Xf,:v，f)(如圖2所示)，原點(diǎn)tf"位于數(shù)字圖像的左上角，《f軸平行
于圖像的行，且向右為正，yf軸平行于圖像的列，且向下為正。在該分段影像上，
任選一把鋼尺，選擇鋼尺上的任意兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)P(xfi， M)和q(xfi, yf2)，測(cè)量這 兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)之間的像素距N: N^/(Xft-Xf2)2 + (Vfl-yf2)2。依據(jù)這兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)所代
表的實(shí)際距離L (由鋼尺上對(duì)該標(biāo)記點(diǎn)的刻度所得)，得到該分段影像上每個(gè)像 素所代表的真實(shí)距離，即單位實(shí)際像素距k: k=L/N，由此完成了對(duì)該分段圖像 與實(shí)際被代表物之間的幾何校準(zhǔn)。對(duì)所有分段影像實(shí)施同樣的校準(zhǔn)步驟，獲得已 校準(zhǔn)的待拼接序列圖像。
4. 建立圖像拼接坐標(biāo)系從待拼接序列圖像中確定一幅圖像作為拼接起始
圖像(一般是第一幅采集的X線影像)，以該幅圖像為基準(zhǔn)建立拼接坐標(biāo)系(ax.Y) (如圖2所示)。該坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于圖像中心，X軸和Y軸分別與像素坐標(biāo)系 的&、巧軸平行。根據(jù)圖像序列次序，依此通過(guò)坐標(biāo)變換，將相鄰分段影像兩兩
拼接于該坐標(biāo)系下。
5. 影像的兩兩拼接在已作校準(zhǔn)的兩幅相鄰分段影像的重疊區(qū)域中，選取 兩把鋼尺在每幅圖像重疊區(qū)域的三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，其中一把鋼尺上選取一點(diǎn)，另一把 鋼尺上選取二點(diǎn)，由該三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)構(gòu)成兩幅圖像間的三角形匹配對(duì)。具體為，在 基準(zhǔn)圖像的鋼尺重疊區(qū)域上選取三點(diǎn)，分別為X(x"h)、 S(Xs，^)和C(Xc，&)，
在待拼接圖像的鋼尺重疊區(qū)域，由鋼尺上的刻度次序，選擇與該三點(diǎn)刻度次序標(biāo) 記相同的圖像匹配特征點(diǎn)j'(《,乂)、 5(4,K)和C(x"《)。通過(guò)坐標(biāo)變換，將
這三個(gè)匹配特征點(diǎn)J'(《,乂 ) 、 5 ，)和c(4,K )與基準(zhǔn)圖像上的三個(gè)匹配特 征點(diǎn)j(x,，h)、 S(X8,h)和C(^，A)重疊，求得待拼接圖像的坐標(biāo)變換矩陣。根據(jù)坐標(biāo)變換矩陣，對(duì)待拼接圖像上的每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)變換，完成待拼接圖 像與基準(zhǔn)圖像的兩兩拼接。 坐標(biāo)變換公式如下
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，Ax和Ay為待拼接圖像坐標(biāo)原點(diǎn)沿
X軸和Y軸平移至基準(zhǔn)圖像坐標(biāo)原點(diǎn)的平移量，^是待拼接圖像坐標(biāo)原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)至 基準(zhǔn)圖像坐標(biāo)原點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)角。將三對(duì)匹配特征點(diǎn)的坐標(biāo)代入變換矩陣，求出坐標(biāo)
變換矩陣的三個(gè)未知參數(shù)^、 Ax和Ay，采用最小二乘法求出使坐標(biāo)變換誤差達(dá) 到最小的唯一解。
6.以最新完成拼接的圖像為新一輪拼接的基準(zhǔn)圖像，重復(fù)步驟5，直至完 成所有圖像的拼接。
本實(shí)施例通過(guò)對(duì)待拼接圖像先行校準(zhǔn)后，再以特制型鋼尺上的預(yù)制標(biāo)記點(diǎn)作 為圖像拼接的匹配特征對(duì)，完成超長(zhǎng)規(guī)格X線放射影像的拼接。該方法即克服了 以往對(duì)X線放射影像拼接后，存在與實(shí)際尺寸有偏差的缺點(diǎn)，又因圖像拼接過(guò)程 不依賴(lài)于圖像灰度而具有很強(qiáng)的魯棒性，加之特制型鋼尺制作的簡(jiǎn)易，使該方法 更具成本低、使用靈活的優(yōu)點(diǎn)，將能廣泛應(yīng)用于臨床對(duì)全下肢和全脊柱等超長(zhǎng)規(guī) 格X線放射影像的解剖測(cè)量。
權(quán)利要求
1、一種實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)規(guī)格X線影像的校準(zhǔn)與拼接方法，其特征在于，包括如下步驟第一步，將兩把特制型鋼尺平行置于受檢者被攝部位兩側(cè)，所述特制型鋼尺，是在鋼尺上鉆孔，并依次對(duì)鉆孔點(diǎn)標(biāo)記順序刻度，鉆孔點(diǎn)即為影像校準(zhǔn)與拼接的標(biāo)記點(diǎn)；第二步，采用X線攝像方法分段重疊拍攝包含鋼尺的受檢部位全部X線影像，并將分段影像采集至計(jì)算機(jī)，影像中顯示受檢部位和鋼尺上的圓形標(biāo)記點(diǎn)；第三步，分段影像的校準(zhǔn)在分段影像上，任選一把鋼尺，測(cè)量其上任意兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)之間的像素距，再依據(jù)該兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)所代表的實(shí)際距離，對(duì)該分段影像作校準(zhǔn)，即對(duì)該分段圖像中單位像素距做重新標(biāo)定，對(duì)所有分段影像實(shí)施同樣的校準(zhǔn)方法，獲得已校準(zhǔn)的待拼接序列圖像；第四步，建立圖像拼接坐標(biāo)系從待拼接序列圖像中確定一幅圖像作為拼接起始圖像，以該幅圖像為基準(zhǔn)建立拼接坐標(biāo)系，根據(jù)圖像序列次序，分別實(shí)施相鄰分段影像的兩兩拼接；第五步，影像的兩兩拼接在已作校準(zhǔn)的兩幅相鄰分段影像的重疊區(qū)域中，選取兩把鋼尺在每幅圖像重疊區(qū)域的三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，其中一把鋼尺上選取一點(diǎn)，另一把鋼尺上選取二點(diǎn)，由該三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)構(gòu)成兩幅圖像間的三角形匹配對(duì)，以一幅圖像為基準(zhǔn)圖像，通過(guò)坐標(biāo)變換，完成兩幅相鄰分段影像的兩兩拼接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)規(guī)格X線影像的校準(zhǔn)與拼接方法，其特 征是，所述鋼尺上鉆孔，其孔徑為2mm，孔距為30mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)規(guī)格X線影像的校準(zhǔn)與拼接方法， 其特征是，所述鋼尺長(zhǎng)度為1500隱，寬度40mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)規(guī)格X線影像的校準(zhǔn)方法，其特征是，所述分段影像的校準(zhǔn)中，選擇鋼尺上的任意兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)pOfe， yn)和q(^， yf2)， 測(cè)量這兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)之間的像素距N: N=#fi-xf2)2 + (yflif2)2，依據(jù)這兩個(gè)標(biāo)記 點(diǎn)所代表的實(shí)際距離L， L由鋼尺上對(duì)該標(biāo)記點(diǎn)的刻度所得，得到該分段影像上每個(gè)像素所代表的真實(shí)距離，即單位實(shí)際像素距k: k=L/N，由此完成了對(duì)該分 段圖像與實(shí)際被代表物之間的幾何校準(zhǔn)。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)規(guī)格X線影像的拼接方法，其特征是， 所述影像的兩兩拼接，具體為分別在基準(zhǔn)圖像和待拼接圖像的鋼尺重疊區(qū)域， 選取鋼尺刻度次序相同的三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)作為圖像拼接的匹配三角形對(duì)，通過(guò)坐標(biāo)變 換，求得待拼接圖像轉(zhuǎn)至基準(zhǔn)圖像坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣，坐標(biāo)變換公式如下<formula>formula see original document page 3</formula>分別表示基準(zhǔn)圖像和待拼接圖像上匹配特征點(diǎn)的二維坐標(biāo)，Ax和Ay為待拼接圖像坐標(biāo)原點(diǎn)沿X軸和Y軸平移至基準(zhǔn)圖像坐標(biāo)原點(diǎn)的平移量，^是待拼接圖像坐標(biāo)原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)至基準(zhǔn)圖像 坐標(biāo)原點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)角，將三對(duì)匹配特征點(diǎn)坐標(biāo)代入變換矩陣，求出坐標(biāo)變換矩陣的三個(gè)未知參數(shù)^、 Ax和Ay，采用最小二乘法求出使坐標(biāo)變換誤差達(dá)到最小的唯一解。
全文摘要
一種醫(yī)學(xué)放射影像領(lǐng)域的實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)規(guī)格X線影像的校準(zhǔn)與拼接方法，步驟為第一步，將兩把特制型鋼尺平行置于受檢者被攝部位兩側(cè)，特制型鋼尺上鉆孔，并依次對(duì)鉆孔點(diǎn)標(biāo)記刻度，鉆孔點(diǎn)即為影像校準(zhǔn)與拼接的標(biāo)記點(diǎn)；第二步，將分段影像采集至計(jì)算機(jī)，影像中顯示受檢部位和鋼尺上的標(biāo)記點(diǎn)。第三步，校準(zhǔn)分段影像，獲得已校準(zhǔn)的待拼接序列圖像。第四步，建立圖像拼接坐標(biāo)系，根據(jù)圖像序列次序，分別實(shí)施相鄰分段影像的兩兩拼接。第五步，選取兩把鋼尺在每幅圖像重疊區(qū)域的三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，由該三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)構(gòu)成兩幅圖像間的三角形匹配對(duì)。以一幅圖像為基準(zhǔn)圖像，通過(guò)坐標(biāo)變換，完成兩幅相鄰分段影像的兩兩拼接。本發(fā)明簡(jiǎn)便實(shí)用，精度高，成本低。
文檔編號(hào)A61B6/03GK101305922SQ20081003820
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者顧冬云 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院