[发明专利]一种基于模板的手骨自动分割方法

说明书

本发明公开了一种基于模板的手骨自动分割方法。本发明首先建立骨龄样本库。然后训练样本并建立模板，同一时期内需要对各节骨块分别建立模板。最后基于模板的手骨分割。本发明提取包括骨骺在内的完整骨骼形状特征，包含更丰富的骨骼发育信息；同时避免了陷入无休止的调参；并且通过训练集更新的方法有效的降低了人工标注的工作量。本发明解决了手骨分割难题，为接下来进行骨龄评定提供有力的工具。

技术领域

本发明涉及医学图像处理领域，具体是涉及一种基于模板的手骨自动分割方法。

背景技术

骨龄是反映人体发育的生物年龄，能比较正确的评价人体成熟程度。

手骨X光片评估骨龄是当前业界普遍采用的一种骨龄检测办法。根据不同人种骨骼发育程度的差异，国内现行的“CHN法”“中华-05法”等评价标准与国外的TW-2、TW-3、G-P法等评价标准在细节上略有不同，但是在原理上是一致的。

目前国内对于手骨X光片的判读还是以医学从业者为主，由于摄制片源偏少，主观性较强，计分法过于繁复，图谱法误差较大等诸多原因，“人工判读”骨龄具有模糊性和干扰性。

国外早期借助于图像处理领域的方法，结合SVM技术进行骨龄检测；接着引入机器学习的分类器方法寻找特征区域；现在主要借助深度学习框架进行骨龄识别。但是，由于检测精度不高或者分类器调参过于繁复，仍然没有被广泛使用。

本发明针对骨龄X光平片图像，提出一种基于模板的手骨分割方法。该方法作为“骨龄评估系统”的重要组成部分，其准确度高、便于实现的特点是其他方法所不具备的，为后续骨骼成熟度评定奠定良好的基础。

发明内容

本发明的目的是解决一般情况下手骨X光片图像预处理过于复杂，关键点定位不准，手掌轮廓误差较大，手指骨边界模糊等问题。

本发明提供一种基于模板的方法，在国内外数据集均能够实现对手骨的有效分割和提取，并且对接下来骨骼成熟度评定方法提供有力支持。

为了实现上述的目的，本发明采用基于模板的手骨自动分割方法，包含下述步骤：

步骤1、建立骨龄样本库

收集公开的手骨X光平片数据集，该数据集应当包括有效的标注如性别、年龄、骨龄。

根据手骨发育的阶段性阶段，可以将样本按照年龄分成若干时期，用G0,G1,G2,G3，……表示。

不同时期的样本均包含在同一个样本库中，用来建立不同的模板。其中，要求各个时期的年龄样本分布大致均匀，但是允许部分时期样本集中。

步骤2、训练样本并建立模板

本发明是通过建立手骨的轮廓模板来自动分割待测骨块，因此，同一时期内需要对各节骨块分别建立模板。

针对单个骨块的样本训练及模板建立遵循以下几个步骤:

a.选择训练集的n个样本，手动记录下第i个骨块上第j个关键特征点的位置坐标然后将其构成一维形状向量，记作α_i(i＝1,2,…,n)。

b.将获得的形状向量归一化。采用的归一化方法是Procrustes变换，需要计算的参数有旋转角度θ_i，水平方向平移量ΔX_i，垂直方向平移量ΔY_i。对α_i做一次Procrustes变换记作

c.将对齐之后的形状向量进行主成分分析(PCA)。

首先计算平均形状向量

然后计算协方差矩阵