[发明专利]基于数字透视影像的人工髋关节检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于数字透视影像的人工髋关节检测系统，其特征在于，包括：图像导入模块、模型生成模块、匹配模块以及动态立体透视测量模块，其中：图像导入模块采集待处理原始图像，经过数字化处理后输出至模型生成模块，模型生成模块根据接收到的DICOM数据对其中的CT数据按照生理骨骼和人工关节假体进行三维建模得到STL格式的表面模型，匹配模块将每一个表面模型与每一帧透视序列图进行匹配，动态立体透视测量模块根据匹配结果计算得到人工髋关节与生理骨骼之间的距离；

所述的待处理原始图像包括：用于重建患部关节模型的CT数据以及用于记录运动过程信息的髋关节位置的透视序列图。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的图像导入模块包括：图像采集机构以及数据刻录与存储单元，其中：图像采集机构包括CT数据采集装置和动态透视数据的采集装置，数据刻录与存储单元将图像采集机构所得的待处理原始图像存储于光盘、并归档的过程。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的模型生成模块包括：图像分割单元、三维模型生成单元和后处理单元，其中：图像分割单元与图像导入模块相连接并输出图像分割后蒙版信息，三维模型生成单元与图像分割单元相连接并输出初始三维模型信息，后处理单元与三维模型生成单元相连接并输出最终三维表面模型信息。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的匹配模块包括：匹配场景设置单元、模型导入单元和模型匹配单元，其中：匹配场景设置单元与图像导入模块相连接并输出基础场景信息，模型导入单元与模型生成模块相连接并输出带有表面模型和透视序列图的场景信息，模型匹配单元和模型导入单元相连接并输出模型匹配信息。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的动态立体透视测量模块包括：相对移动单元和绝对移动分析单元，其中：相对移动分析单元与模型匹配单元相连接并输出多帧人体骨骼模型与人工关节假体模型间距离信息，绝对移动分析单元与模型匹配单元相连接并输出人工关节假体模型在同一角度的不同帧下与人体骨骼模型的相对间距信息。

6.一种根据上述任一权利要求所述系统的检测方法，包括以下步骤：

第一步、图像采集及建模，具体步骤包括：

1.1）采集二维影像数据：图像导入模块采集并记录目标部位的动态透视数据，生成DICOM格式的数据并刻盘归档；

1.2）采集CT影像数据：图像导入模块中的CT扫描仪按照已设置的参数扫描目标部位，并输出DICOM格式的数据，刻盘归档；

1.3）建立三维表面模型：图像分割单元根据DICOM数据生成将图像分割后生成蒙版信息导入到三维模型生成单元以生成包含建模原点、模型方向向量和拓扑关系的初始三维模型信息，再经后处理单元进行表面网格化处理，得到包含建模原点、模型方向向量和拓扑关系的目标部位的骨骼和人工关节假体的三维表面模型，输出STL格式的模型文件；

第二步、以投影线为边界条件的迭代算法实现三维模型与二维图像序列的匹配，具体步骤包括：

2.1）匹配场景设置单元根据二维影像数据的DICOM信息设置匹配环境参数，建立包括投影源和投影平面的基础场景信息；

2.2）模型导入单元将目标部位的透视序列图导入基础场景信息，并与步骤2.1）得到的投影平面进行契合处理；再将骨骼和人工关节假体的STL格式的表面模型导入基础场景信息；

2.3）模型匹配单元在二维投影平面上通过灰度阈值和人工的方法勾勒出目标骨骼和假体的轮廓线；然后通过迭代算法调整模型的空间姿态与位置，使其投影线与之前勾勒出的轮廓线达到最大匹配，并生成带有对应模型的空间姿态与位置信息的模型匹配信息；

第三步、动态立体透视测量模块对匹配后的模型进行相对移位测定和绝对移位测定，包括：相对移动单元进行相对位移测定，得到多帧人体骨骼模型与人工关节假体模型间距离信息；绝对移动分析单元进行绝对位移测定，得到人工关节假体模型在同一角度的不同帧下与人体骨骼模型的相对间距信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述的导入是指：序列图的导入指将序列图的数据载入基础场景，表面模型的导入指通过匹配目标建模原点与基础场景的原点、匹配目标模型方向向量和基础场景的空间向量来实现模型的载入。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述的契合处理是指：序列图的空间坐标与设置的基础场景信息匹配，投影平面显示状态与实际拍摄相符。