阅读说明：本技术 一种基于三维ct的脊柱点云提取算法 (Spine point cloud extraction algorithm based on three-dimensional CT ) 是由 伯斯坦·巴勃罗大卫 于 2021-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于三维CT的脊柱点云提取算法,包括如下步骤：S1、移除扫描床；S2、定位病人的中间矢状面MSP,使其与图像的前后轴平行；S3、定位左右PSIS坐标并将左右PSIS坐标假设位于同一张纵向切片上；S4、窗口显示CT上的皮肤；S5、连接PSIS坐标的点云提取；S51、在包含PSIS坐标的纵向切片k中,从左PSIS坐标对应的列出发,到右PSIS坐标对应列j结束；S52、找出每个切片中列的最后的一个像素,并且保存他们的3D坐标；S6、脊柱线的点云提取；S61、在每一帧轴向切片k中搜索；S62、根据MSP在列上寻找最后端的像素,并且保存他们的3D坐标。本发明为后续的电磁坐标系和CT坐标系的校准提供依据。(The invention discloses a spine point cloud extraction algorithm based on three-dimensional CT, which comprises the following steps: s1, removing the scanning bed; s2, positioning the MSP of the midsagittal plane of the patient to be parallel to the front and back axes of the image; s3, positioning the left and right PSIS coordinates and assuming that the left and right PSIS coordinates are positioned on the same longitudinal slice; s4, displaying the skin on the CT through a window; s5, extracting point cloud connected with PSIS coordinates; s51, in the longitudinal slice k containing the PSIS coordinates, starting from the column corresponding to the left PSIS coordinates and ending at the column j corresponding to the right PSIS coordinates; s52, finding the last pixel of the column in each slice and saving their 3D coordinates; s6, extracting point cloud of spinal lines; s61, searching in each frame of axial slice k; s62, find the rearmost pixels on the column according to the MSP, and save their 3D coordinates. The invention provides a basis for the subsequent calibration of the electromagnetic coordinate system and the CT coordinate system.)

一种基于三维CT的脊柱点云提取算法

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，尤其涉及一种基于三维CT的脊柱三维CT的脊柱点云提取算法。

背景技术

近些年医学影像技术发展迅速，计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MR)等广泛地应用于临床诊断中。CT因为扫描快速、价格合适而普及面非常广，其在脊柱的诊疗上也有非常重要的地位。

CT系统利用精确准直的X射线与灵敏度极高的探测器接收透过人体的信号，扫描采集的数据经过图像重建算法形成断层图像。近年来随着多层螺旋CT技术的发展，探测器的排数已经从开始的4排，64排，一直到现在的256排CT。这随之而来带来了海量的数据需要医生来解读，所以计算机辅助分析的工作就变得非常重要。比如在CT对脊柱的扫描中，通常会扫描一个脊柱的定位像，然后一般医生会手动框选每个脊柱的位置和方向，以便于CT系统对各个脊柱沿着脊柱的方向进行扫描。再比如，在脊柱整形外科中，通常需要医生辨别每个脊柱的位置，并按照每个脊柱的空间方向重新生成断层图像，进而诊断病人的脊柱的健康状况，在这个过程中通常需要人工来判读比如弯曲程度和弯曲方向等等信息。上述进行计算机辅助分析时，都需要建立一个精准的电磁坐标系和CT坐标系，以方便辅助分析的进行。

发明内容

本发明目的是针对上述问题，提供一种基于三维CT的脊柱点云提取算法。利用CT骨性信息提取配准点云，该点云能够匹配病人脊柱的矢状线和横断线，这两条线连接了左右的PSIS点，从而为后续的电磁坐标系和CT坐标系的校准提供依据。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于三维CT的脊柱点云提取算法，包括如下步骤：

S1、移除扫描床；

S2、定位病人的中间矢状面(mid sagittal plane,MSP)，使其与图像的前后轴平行；

S3、定位左右PSIS坐标并将左右PSIS坐标假设位于同一张纵向切片上；

S4、窗口显示CT上的皮肤；

S5、连接PSIS坐标的点云提取；

S51、在包含PSIS坐标的纵向切片k中，从左PSIS坐标对应的列出发，到右PSIS坐标对应列j结束；

S52、找出每个切片中列的最后的一个像素，并且保存他们的3D坐标；

S6、脊柱线的点云提取；

S61、在每一帧轴向切片k中搜索；

S62、根据MSP在列上寻找最后端的像素，并且保存他们的3D坐标。

作为对上述技术方案的改进，在步骤S2中，如果MSP不能平行与图像的前后轴(anterior-posterior axis)，则旋转对齐。

作为对上述技术方案的改进，所述旋转对齐是指逆旋转对齐。

作为对上述技术方案的改进，在步骤S52和步骤S62中，3D坐标的坐标值用i,j,k表示。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的基于三维CT的脊柱点云提取算法，利用CT骨性信息提取配准点云，该点云能够匹配病人脊柱的矢状线和横断线，这两条线连接了左右的PSIS点，从而为后续的电磁坐标系和CT坐标系的校准提供依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为原始的CT切片示意图，此时床在病人身体下方；

图2为包含左右PSIS的切片示意图，图中，左边的十字架表示为左PSIS从标，右边的十字架表示为右PSIS从标，垂直线表示MSP面，水平线为床的顶端；

图3为本发明提取脊柱点云的结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

如图1至图3所示，本实施例公开了一种基于三维CT的脊柱点云提取算法，包括如下步骤：

S1、移除扫描床。

S2、定位病人的中间矢状面(mid sagittal plane,MSP),如果MSP不能平行与图像的前后轴(anterior-posterior axis)，则旋转对齐。

S3、定位左右PSIS坐标(假设位于同一张纵向切片)。

S4、在习惯上，窗口显示CT上的皮肤。

S5、连接PSIS的点云提取：

在包含PSIS的纵向切片k中，从左PSIS对应的列出发，到右PSIS对应列j结束。

找出每个切片中列的最后的一个像素，并且保存他们的3D坐标(i,j,k)。

S6、脊柱线的点云提取：

在每一帧轴向切片k中搜索。

根据MSP(j)在列上寻找最后端的像素，并且保存他们的3D坐标(i,j,k)。

S7、如果必要的话，进行逆旋转(从步骤2a到两个点云)。