[发明专利]基于普通C臂机的脊柱3D建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机成像技术，特别涉及一种基于普通C臂机的脊柱3D建模方法。

背景技术

在医院外科临床应用中，尤其是脊柱外科领域，C臂机是一种常用的设备。借助C臂机获取的图像，医生可对患者脊柱的病损状况进行判断，还可对患者进行手术规划和植入锥弓根螺钉等手术操作。但是，通过普通C臂机仅可获取患者的投影图像，而临床上对病情的判断及引导手术操作意义重大的脊柱3D模型却不能通过C臂机直接获取。

经对现有技术的文献检索发现，Feldkamp等人提出的FDK算法(Practical cone-beam reconstruction，J.Opt.Soc.Am.A 1，612-619，1984)适用基于锥束投影的人体3D体素模型构建，但其要求具备360o范围内全扫描路径投影数据，而普通C臂旋转扫描角度范围一般不超过180o，不能直接采用FDK算法。Noo和Kudo等人提出的超短扫描路径3D体素模型构建算法(Feldkamp-type VOI reconstruction from super-short-scan cone-beam data，J.Medical Physics.31(6)，1357-1362，2004；New Super-Short-Scan Algorithms for Fan-Beam and Cone-Beam Reconstruction，IEEE Nuclear Science and Medical Imaging Symposium，Record，Norfolk，USA，2003，2：902-906)允许扫描范围低于180o，但其要求整个旋转角度范围内成像平面中垂线必须总是通过旋转中心，而普通C臂成像平面中垂线一般并不通过C臂旋转中心，也不能直接采用这些算法。

发明内容

本发明的目的，就在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于普通C臂机的脊柱3D建模方法，以便依托目前国内大多数医院都具备的普通C臂机重建在临床上意义重大的脊柱3D模型。

为实现上述目的，本发明采用以下设计方案：一种基于普通C臂机的脊柱3D建模方法，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臂机的实际锥束；

步骤二、对步骤一获得的实际锥束进行虚拟平移，并根据虚拟平移锥束与实际锥束之间的映射关系，计算对应的虚拟平移锥束投影图像；

步骤三、调整3D建模方法中的相关参数后，基于虚拟平移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平移方向与实际锥束中轴线垂直且指向C臂旋转中心，所述的虚拟平移锥束与实际锥束的映射关系是：虚拟平移锥束光源点到其成像平面之间的距离等于实际锥束光源点到其成像平面之间的距离D，虚拟平移锥束光源点到其成像平面的垂线通过C臂旋转中心，且平行于实际锥束光源点到其成像平面的垂线，虚拟平移锥束投影成像平面与实际锥束投影成像平面位于同一平面内；设R为实际锥束光源点到C臂旋转中心之间的距离，实际锥束光源点和C臂旋转中心之连线与实际锥束中轴线之间的夹角为θ，对虚拟平移锥束投影和实际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，令两个坐标系的列向轴均位于C臂旋转平面内且正向相同，则两个坐标系下之投影像素坐标及灰度值的对应关系为：

u＝u_v-R.sin(θ)，v＝v_v，