具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，为本发明方法的设计流程图，本发明所述的一种基于DR系统的骨密度校正和测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立模体，包括软组织模体和骨骼模体；所述软组织模体和骨骼模体均为阶梯状模体，所述阶梯状模体含有多个高度的阶梯；

2)通过DR设备(数字化X线摄影系统)设置不同的曝光条件以保证不同的曝光条件均可穿透模体并成像；

3)采集软组织模体和骨骼模体在不同的曝光条件下的图像，并计算模体不同梯度对应的灰度均值；

4)通过采集得到的图像，获取软组织模体和骨骼模体在不同曝光条件下的衰减系数，并得出不同曝光条件下，软组织模体衰减系数与软组织模体厚度的关系、以及骨骼模体衰减系数与骨骼模体厚度的关系；

5)对多个已知骨密度模体进行校正，获取已知骨密度模体真实骨密度和计算得到的骨密度的校正关系及校正参数；

6)根据校正参数和校正关系，得到待测对象真实骨密度值。

本发明具体的流程图如图1所示，包括利用常规DR进行骨密度校正和进行骨密度测量两个步骤。

如图2～3所示，为本发明的步骤1为设计校正模体，根据需要测量的部位厚度范围，分别设计模拟软组织的模体和模拟骨骼的模体。这里采用的两个模体均为阶梯状，不同阶梯厚度不同。聚甲基丙烯酸甲酯材质模拟软组织，如附图2所示；采用金属铝材质模拟骨骼，如附图3所示。

如图4所示，为本发明的计算模体衰减系数的流程图，步骤2为设计低能和高能曝光条件，根据DR设备的曝光性能，以及阶梯模体的厚度和穿透力，动态设定低能曝光条件和高能曝光条件，保证两个曝光条件均可穿透模体并在平板探测器上成像。这里要求低能射线不大于50kVp，高能射线不小于70kVp。

步骤3)～步骤4)为计算模体衰减系数，根据上述低能和高能的曝光条件，采集并保存对两种阶梯模体曝光的图像数据，从而计算两种能量下的模体衰减系数。

步骤401为设定低能曝光条件，该曝光条件需要考虑平板探测器的接收能力和阶梯模体的穿透能力，不同DR设备所对应的值是不同的。

步骤402为曝光采集阶梯软组织模体图像数据，将阶梯软组织模体放置在射线野中，可以放置在平板探测器中心区域，利用DR设备进行曝光，平板探测器获取到此次曝光的图像数据Im age_SL。

步骤403为计算不同阶梯对应的灰度均值。根据获取到的图像数据，手动圈定或自动识别不同的阶梯对应的图像区域，分别计算这些区域的灰度均值，作为不同厚度对应的灰度均值。这里也包括获取厚度为0cm的对应区域灰度均值。

计算模体不同梯度对应的灰度均值，具体包括以下步骤：

对于不同曝光条件下采集的不同模体的图像，计算模体区域灰度均值I如下：

其中，M、N分别为该区域中像素点的行数和列数；MN表示模体区域中像素点的个数，I_gray(x,y)表示该区域内坐标为(x,y)的灰度值。

步骤404为利用射线强度衰减公式计算衰减系数。X射线中的射线强度衰减公式如下：这里

I＝I₀e^-μ(E,T)T

其中，I和I₀分别表示透射强度和曝光强度，T表示厚度，μ(E,T)表示衰减系数，与能量E和厚度T有关，I₀表示图像中空气区域的灰度均值，这里的空气区域指图像中未放置任何物体所成像的区域；

A.计算低能曝光条件下软组织某梯度对应厚度下的衰减系数μ_SL：

其中，函数ln(*)表示自然对数；I_SL表示图像Im age_SL中某梯度对应厚度的灰度均值；I_0SL表示图像Im age_SL中空气区域的灰度均值；

根据低能曝光条件下软组织某梯度厚度T_SL下对应的衰减系数μ_SL，拟合μ_SL与厚度T_SL的关系函数如下：即该阶梯软组织模体在低曝光条件下的衰减系数与厚度的关系函数f_SL如下：

μ_SL＝f_SL(T_SL)

B.计算低能曝光条件下骨骼模体某梯度对应厚度T_BL下的衰减系数μ_BL：

其中，I_BL表示Im age_BL中骨骼模体某梯度厚度的灰度均值，I_0BL表示Im age_BL中空气区域的灰度均值；

根据低能曝光条件下骨骼某梯度厚度T_BL下对应的衰减系数μ_BL，拟合μ_BL与厚度T_BL的关系函数f_BL如下：

μ_BL＝f_BL(T_BL)

C.计算高能曝光条件下软组织模体某梯度对应厚度下的衰减系数μ_SH：

其中，I_SH表示Im age_SH中软组织模体某梯度厚度的灰度均值，I_0SH表示Im age_SH中空气区域的灰度均值。

根据高能曝光条件下骨骼某梯度对应厚度T_SH下对应的衰减系数μ_SH，拟合μ_SH与厚度T_SH的关系函数f_SH如下：

μ_SH＝f_SH(T_SH)

D.计算高能曝光条件下骨骼模体某梯度对应厚度下的衰减系数μ_BH：

其中，I_BH表示Im age_BH中骨骼模体某梯度厚度的灰度均值，I_0BH表示Im age_BH中空气区域的灰度均值；

根据高能曝光条件下骨骼某梯度厚度T_BH对应的衰减系数μ_BH，拟合μ_BH与厚度T_BH的关系函数f_BH如下：

μ_BH＝f_BH(T_BH)。

步骤5)为校正真实性骨密度值。这里采用的是已知真实骨密度值的模体，针对不同测试部位，市面上会有不同的真实性校正模体。这里用测量前臂骨密度值作为例子进行算法步骤描述，针对前臂骨密度值，采用的模体是满足日本JIS Z 4930标准的JIS型前臂模体(以下简称JIS模体)，其中包括三组不同的骨密度测试插件。

如图5所示，为本发明校正真实性骨密度值流程图，步骤5)为采集三组不同骨密度JIS模体的低能图像和高能图像。此过程中采用的低能曝光条件和高能曝光条件为步骤2)中校正所用的条件。分别将三组不同的骨密度插件安放在模体卡槽内，采集低能图像和高能图像。每组采集一对低能和高能图像，三组插件共采集六幅图像。

在图像中选定软组织区域和空气区域，计算软组织区域的软组织厚度如下：

对于骨密度模体，设定软组织有效厚度范围[T′_{S min},T′_{S max}]，取T′_{S min}≤T′_Si≤T′_{S max},计算下述表达式成立时的厚度T′_Si，即是低能图像软组织的厚度值T′_SL；

min{abs[f_SL(T′_Si)·T′_Si+ln(I′_SL)-ln(I'_0L)]}

其中，I'_SL表示低能图像中选定软组织区域的灰度均值，I'_0L表示低能图像中选定空气区域的灰度均值，min{*}表示最小值计算，abs[*]表示绝对值计算；

设定软组织有效厚度范围[T′_{S min},T′_{S max}]，取T′_{S min}≤T′_Si≤T′_{S max},计算下述表达式成立时的厚度T′_Si，即是高能图像软组织的厚度值T′_SH；

计算高能图像对应区域的软组织厚度值T′_SH，表达式如下：

min{abs[f_SH(T′_Si)·T′_Si+ln(I′_SH)-ln(I'_0H)]}

其中，I'_SH表示高能图像中选定软组织区域的灰度均值，I'_0H表示高能图像中选定空气区域的灰度均值；

则计算得到均匀对象的软组织厚度T′_S如下：

选定骨骼区域，计算骨骼厚度如下：

设定骨骼有效厚度范围[T′_{B min},T′_{B max}]，取T′_{B min}≤T′_Bj≤T′_{B max},计算下述表达式成立时的得到的骨骼厚度值T′_Bj即为该真实骨密度厚度值T′_B：

min{abs[f_SL(T′_Si)·T′_Si+f_BL(T′_Bj)·T′_Bj+ln(I′_BL)-ln(I'_0L)]+abs[f_SH(T′_Si)·T′_Si+f_BH(T′_Bj)·T′_Bj+ln(I′_BH)-ln(I'_0H)]+abs[T′_Si+T′_Bj-T′_S]}

其中，I'_BL表示低能图像下选定骨骼区域的灰度均值，I'_BH表示高能图像下选定的骨骼区域的灰度均值。

此时得到的骨骼厚度值T′_Bj即为该真实骨密度厚度值T′_B。其中，I′_BL表示低能图像下选定骨骼区域的灰度均值，I′_BH表示高能图像下选定的骨骼区域的灰度均值。

此时计算该区域的骨骼厚度为T′_B，对应的软组织厚度为T′_S-T′_B。

重复如图中步骤502～步骤504，得到多个对象的真实骨密度厚度值T′_B，根据已知的多个骨骼对象的密度值，得到多组计算的BMD值；

BMD＝T′_B*β_B；

其中，BMD为骨密度值，β_B为骨骼模体的密度值；

所述步骤505，用阶梯校正模体采用的材料密度来计算骨骼的骨密度值(BoneMineral Density，简称BMD)，具体为：

根据多组计算的BMD值和预先获取的真实BMD值，利用线性拟合，得到利用阶梯模体校正计算的BMD值和真实BMD值的线性关系式：

y＝kx+b

其中，x表示计算得到的BMD值，y表示预先获取的真实BMD值，k和b分别表示线性关系式的斜率和截距，即骨密度的校正参数。

如图6所示，步骤601为采集待测量部位的低能图像和高能图像。将待检测部位放置于平板探测器的中心位置，保持静止不动，采用校正所用到的低能曝光条件和高能曝光条件对待检测部位进行图像采集，获取到两幅图像。

步骤602为选定待测量部位、以及周边软组织部位、周边空气区域。可以采用手动选取三个区域，或自动检测出三个区域的办法。

步骤603为计算纯软组织厚度。根据选定的周边软组织部位，计算所在区域的灰度均值；根据选定的周边空气区域，计算区域的灰度均值。设定软组织有效厚度范围[T′_{S min},T′_{S max}]，计算以下表达式成立时的厚度值：

min{abs[f_SL(T′_Si)·T′_Si+ln(I′_SL)-ln(I′_0L)]}

其中，I'_SL表示低能图像中选定软组织区域的灰度均值，I'_0L表示低能图像中选定空气区域的灰度均值，min{*}表示最小值计算，abs[*]表示绝对值计算。设定循环，取T′_{S min}≤T′_Si≤T′_{S max},计算上述表达式成立时的T′_Si，即是软组织的厚度值T′_SL；

同样的方法，计算高能图像对应区域的软组织厚度值T′_SH，表达式如下：

min{abs[f_SH(T′_Si)·T′_Si+ln(I′_SH)-ln(I′_0H)]}

其中，I'_SH表示高能图像中选定软组织区域的灰度均值，I'_0H表示高能图像中选定空气区域的灰度均值。

则计算得到均匀模体厚度T′_S如下：

步骤604为计算待测量部位骨骼厚度。设定骨骼有效厚度范围[T′_{B min},T′_{B max}]，计算以下表达式成立时的骨密厚度值：

min{abs[f_SL(T′_Si)·T′_Si+f_BL(T′_Bj)·T′_Bj+ln(I′_BL)-ln(I'_0L)]+abs[f_SH(T′_Si)·T′_Si+f_BH(T′_Bj)·T′_Bj+ln(I′_BH)-ln(I′_0H)]+abs[T′_Si+T′_Bj-T′_S]}

此时得到的骨骼厚度值T′_Bj即为该真实骨密度厚度值T′_B。其中，I'_BL表示低能图像下选定骨骼区域的灰度均值，I'_BH表示高能图像下选定的骨骼区域的灰度均值。

此时计算该区域的骨骼厚度为T′_B。

步骤605为计算待测量部位骨密度值。利用骨密度计算公式BMD＝T′_B*β_B，再利用阶梯模体校正计算的BMD值和真实BMD值的线性关系式，计算得到真实的骨密度值，即带测量部位的骨密度值。

本发明实施例中所述的方法可以是或者也可以不是物理分开的，可以根据实际的需要选择其中的部分或全部方法来达到本实施例方案的目的。按照本发明的上述步骤，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。