[发明专利]一种基于深度学习和数字重建放射影像的股骨X线片生成系统及方法

摘要

本发明提供了一种基于深度学习和数字重建放射影像的股骨X线片生成系统及方法，通过三维卷积神经网络模型进行深度多任务回归，自动提取包含小转子和股骨内外侧髁的CT片层，使用条件生成式对抗神经网络进行股骨小转子内外侧髁图像分割，对这两个区域进行三维表面重建，通过计算高斯曲率求解小转子和股骨内外侧髁的顶点，计算过三点的平面与水平面的夹角得到最终需要旋转校正的角度，通过数字重建放射影像，得到最佳位置的X线片模拟图像，取代传统CT模拟定位机使用的胶片图像。本发明针对目前数字重建放射影像中股骨位置只能靠医生手工标定，智能化水平不高、标定稳定性差，无法满足实际需要的问题，使用计算机辅助方法进行股骨CT片校正和X线片模拟，能够促进医疗设备的智能化。

主权项

1.基于深度学习和数字重建放射影像的股骨X线片生成系统，其特征在：包括模型训练样本模块，建立三维卷积神经网络模型模块、CT片层插值模块、基于条件生成式对抗神经网络的股骨小转子段和股骨内外侧髁段图像分割模块、小转子和股骨髁区域三维重建模块、小转子顶点和股骨内外侧髁顶点检测模块、图像进行旋转校正模型、股骨X线片生成模块；其中：模型训练样本模块，实现对训练数据的整理和标记，一方面为提取包含小转子和股骨内外侧髁的CT片层的三维卷积神经网络模型训练提供输入图像和目标片层标记信息，另一方面为分割股骨小转子段和股骨内外侧髁段图像的基于条件生成式对抗神经网络模型训练提供输入所需的手工分割样本及其对应的原始图像；建立三维卷积神经网络模型模块，提取包含小转子和股骨内外侧髁的CT片层，根据模型训练样本模块提供的标记CT片层信息训练小转子和股骨内外侧髁的CT片层检测模型，最终得到包含小转子和股骨内外侧髁的CT片层起止编号；CT片层插值模块，根据建立三维卷积神经网络模型模块得到的包含小转子和股骨内外侧髁的CT片层起止编号提取包含小转子和股骨内外侧髁的CT片层的两段CT图像，通过三次样条插值使小转子和股骨内外侧髁区域在CT矢状面和垂直方向上尺度一致。插值之后的图像作为分割模块的输入；基于条件生成式对抗神经网络的股骨小转子段和股骨内外侧髁段图像分割模块，用于分割小转子和股骨内外侧髁区域，在模型训练阶段，模型训练样本模块为分割模型训练提供手工分割样本及其对应的原始图像，建立条件生成式对抗神经网络，经过训练之后用以实现股骨小转子段和股骨内外侧髁段图像分割；在分割阶段，CT片层插值模块为该分割模块提供分割数据输入，训练好的分割模型对CT片层插值后的数据进行分割，输出为分割好的股骨小转子段和股骨内外侧髁段图像；小转子和股骨髁区域三维重建模块，用于实现三维小转子和股骨髁区域的重建，对图像分割模块得到的分割结果使用Marching cubes方法实现三维小转子和股骨髁区域的三维表面重建。重建出的三维小转子和股骨髁区域作为小转子顶点和股骨内外侧髁顶点检测模块的输入；小转子顶点和股骨内外侧髁顶点检测模块，用于检测股骨的小转子顶点、股骨内侧髁顶点和股骨外侧髁顶点，计算小转子顶点、股骨内侧髁顶点和股骨外侧髁顶点附近曲面上所有点的高斯曲率，高斯曲率大于零的局部极值点即为小转子顶点、股骨内侧髁顶点和股骨外侧髁顶点，该模块的输出是小转子顶点、股骨内侧髁顶点和股骨外侧髁顶点的三维坐标位置；图像进行旋转校正模块，用于对股骨进行三维空间的一致性旋转校正。根据小转子顶点和股骨内外侧髁顶点检测模块输出的小转子顶点、股骨内侧髁顶点和股骨外侧髁顶点的三维坐标位置确定一个空间平面，计算此平面与水平面之间的夹角，据此夹角对股骨进行相应角度的旋转，最终是小转子顶点、股骨内侧髁顶点和股骨外侧髁顶点的三维坐标位置确定一个空间平面与水平面平行，输出校正后的三维股骨图像；股骨X线片生成模块，用于生成标准统一的股骨X线片。使用数字重建放射影像(DRR)方法对图像进行旋转校正模块输出的校正后的股骨CT图像进行X线片生成。