面向骨折地图构建的骨折线提取方法

技术领域

本发明涉及一种面向骨折地图构建的骨折线提取方法，属于计算机辅助设计技术领域。

背景技术

骨折地图，即“骨折线分布地图”，最早由美国明尼苏达大学骨科研究团队于2009年最先提出。在骨折地图构建中，通过计算机影像模拟，将多个病例的骨折线叠加于一个标准的骨骼模型上，从而将骨折特征直观、量化地展示出来。骨折地图为骨折诊断、治疗方案选择、植入物设计、骨折标准化模型制定提供了科学依据。骨折地图目前的研究主要集中在Pilon骨折、后髁骨折、Hoffa骨折、胫骨平台骨折、肱骨近端骨折等。股骨颈骨折是髋部最常见的损伤，是指由股骨头下至股骨颈基底部之间的骨折。特别是近年来，随着人们生活习惯的改变、骨质疏松发生率的增加，股骨颈骨折患者逐年增加。股骨颈骨折形态为手术方案的制定提供了主要参考。受到现有医学影像成像技术的限制以及外界环境的干扰，加上股骨颈位置特殊，股骨颈骨折线呈现出不同程度的边缘毛糙、缺失等现象，增加了辨识难度，严重影响了股骨颈骨折地图的构建。关于股骨颈骨折地图构建的研究却少见报道。

本发明给出面向骨折地图构建的骨折线提取方法，根据股骨颈骨折线的连续性和方向性，设计股骨颈骨折线的走向，并分别定义出与各个走向相匹配的走向模板，通过走向模板与骨折线匹配，修复骨折图像中模糊、缺失等区域。同时给出一种基于可调节圆的骨折线检测方法，实现了骨折线的快速检测。该方法具简单、灵活、高效等特点，为股骨颈骨折线提取提供了新方法，对构建骨折地图有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，如何构建骨折线走向模板，提高股骨颈股骨折线的提取效率，进而便于股骨颈骨折地图的构建。本发明提出面向股骨颈骨折地图构建的骨折线提取方法，通过构建骨折线走向模板，快速修复模糊、缺失的骨折线。同时基于可调节圆的骨折线检测方法，实现了骨折线的快速检测。该方法具有简单、灵活、高效等特点，为骨折线修复提供了新方法，进而为准确的构建股骨颈骨折地图提供数据基础。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

面向骨折地图构建的骨折线提取方法，包括如下步骤：

步骤一：股骨颈骨折图像预处理；

步骤二：构建股骨颈骨折线走向模板；

步骤三：提取股骨颈骨折线；

步骤四：根据股骨颈骨折线绘制股骨颈骨折地图。

步骤一包括：

步骤1a：对采集的股骨颈骨折图像作去噪处理；

步骤1b：对步骤1a中得到的股骨颈骨折图像进行二值化处理，得到股骨颈骨折二值化图像。

二值化处理的方法为：

在步骤1a去除噪声的基础上，保留大于阈值T

T

步骤二包括：

步骤2a：计算股骨颈骨折线的走向：

股骨颈骨折线的走向指的是股骨颈骨折线与水平方向的夹角α；α为[0，2π]之间的任意值，将α划分为m类，设定m＝8，即：α

步骤2b：根据股骨颈骨折线的走向确定股骨颈骨折线走向模板，包括模板的尺寸及权重：

股骨颈骨折线走向模板指的是一个方阵，定义了一条股骨颈骨折线上，从当前骨折特征点A

下一处骨折特征点B

股骨颈骨折线走向模板的尺寸指的是i×i方阵的尺寸；

股骨颈骨折线走向模板的权重指的是i×i方阵中的元素值，表示为2

结合步骤2a中α的范围值，设计下一处骨折特征点B

步骤三包括：

步骤3a：股骨颈骨折线中缺损、模糊段的修复：

将股骨颈骨折线表示为由n个骨折特征点构成的点集；在股骨颈骨折线上，在Y正方向上每前进Ym标记一处骨折特征点，记作E

在股骨颈骨折线中的缺损模糊处，计算当前清晰的骨折特征点E

步骤3b：基于可调节圆检测新的股骨颈骨折线：

在股骨颈骨折中，时有存在两条及以上股骨颈骨折线的情况，为此，提出一种基于可调节圆的骨折特征点检测方法，包括步骤如下：

步骤3ba：选取步骤3a中股骨颈骨折线上的骨折特征点作为可调节圆的圆心，记作O

步骤3bb：对半径R

步骤3bc：在Y方向上前进Yn，初始设定Yn＝1个像素，将可调节圆的圆心移动到坐标O

O

步骤四包括：

将修复的股骨颈骨折线和新的股骨颈骨折线绘制到同一股骨颈模型，得到股骨颈骨折地图。

股骨颈骨折类型包括头下型骨折、绕颈型骨折和基底型骨折。

采用本发明的面向骨折地图构建的骨折线提取方法获得的股骨颈骨折地图。

本发明的有益效果是，根据股骨颈骨折线的连续性和方向性，结合股骨颈发生骨折时通常呈现的骨折线的走向定义了走向模板，给出了股骨颈骨折特征的提取方法。该方法具简单、灵活、高效等特点，为股骨颈骨折线提取提供了新的方法，对提高股骨颈骨折地图构建效率有重要意义。

本发明给出面向骨折地图构建的骨折线提取方法，根据股骨颈骨折线的连续性和方向性，设计股骨颈骨折线的走向，并分别定义出与各个走向相匹配的走向模板，通过走向模板与骨折线匹配，修复骨折图像中模糊、缺失等区域。同时给出一种基于可调节圆的骨折线检测方法，实现了骨折线的快速检测。该方法具简单、灵活、高效等特点，为股骨颈骨折线提取提供了新方法，对构建骨折地图有重要意义。

本发明提出面向骨折地图构建的骨折线提取方法，通过构建骨折线走向模板，快速修复模糊、缺失的骨折线。该方法具有简单、灵活、高效等特点，为骨折线提取提供了新方法，进而为准确的构建骨折地图提供了数据基础。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是基底型股骨颈骨折的骨折线模糊示意图；

图3是绕颈型股骨颈骨折的骨折线因遮挡的缺失示意图；

图4是骨折线的8个走向示意图；

图5是骨折线走向定义示意图；

图6是图5中骨折线8个走向对应的8个走向模板的权重设置示意图；

图7是8个走向模板的示意图；

图8是基于走向模板的股骨颈骨折线修复示意图；

图9是基底型股骨颈骨折的骨折线处理后效果图；

图10是绕颈型股骨颈骨折的骨折线处理后效果图；

图11是基于可调节圆的股骨颈骨折线检测示意图；

图12是根据15个骨折样本绘制出的股骨颈骨折地图示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，面向骨折地图构建的骨折线提取方法，包括如下步骤：

步骤一：股骨颈骨折图像预处理；

步骤二：构建股骨颈骨折线走向模板；

步骤三：提取股骨颈骨折线；

步骤四：根据股骨颈骨折线绘制骨折地图。

具体步骤如下：

步骤1a：对采集的股骨颈骨折图像作去噪处理。

股骨颈骨折线呈现出不同程度的边缘毛糙、缺失、遮挡等现象，增加了提取难度。如图2是基底型股骨颈骨折的骨折线模糊示意图，图3是绕颈型股骨颈骨折的骨折线因遮挡的缺失示意图。

此步骤中的去噪处理采用图像处理中常用的去噪技术。将二维高斯核与股骨颈骨折图像进行卷积，使得每一个像素点的值都由其本身和邻域内的其他像素值经过加权平均后得到。高斯滤波使用x和y两个一维高斯函数的乘积，x和y两个维度上的标准差σ

步骤1b：对步骤1a中得到的股骨颈骨折图像进行二值化处理，得到股骨颈骨折二值化图像。

在步骤1a去除噪声的基础上，保留大于阈值T

根据经验，T

步骤二包括：

步骤2a：计算股骨颈骨折线的走向。

如图4所示，所述股骨颈骨折线的走向指的是股骨颈骨折线与水平方向的夹角α。α为[0，2π]之间的任意值，可以将α划分为m类。结合临床经验及常规划分精度，设定m＝8，即α划分为8类，即：α

步骤2b：根据股骨颈骨折线的走向确定股骨颈骨折线走向模板，包括模板的尺寸及权重。

如图5所示，所述股骨颈骨折线走向模板指的是一个方阵，定义了一条股骨颈骨折线上从当前骨折特征点A

所述下一处骨折特征点，指的是在当前骨折特征点的位置基础上，在Y正方向上前进1个像素得到的骨折线上的特征点。

所述走向模板的尺寸指的是i×i方阵的尺寸。所述权重指的是i×i方阵中的元素值，表示为2

结合步骤2a中α的范围值，设计下一处骨折特征点与当前骨折特征点之间的连接为8邻域。所述8邻域，是图像处理中常见的术语。即，下一处骨折特征点与当前骨折特征点的关系为紧邻的位置和斜向相邻的位置，即：上、下、左、右、左上、右上、左下、右下8个方向。

如图6所示，与步骤2a中α的划分精度相对应，2

参考图6的权重设置方法，8个走向模板T

步骤3a：股骨颈骨折线中缺损、模糊段的修复。

为了便于骨折线的修复，将骨折线表示为由一系列骨折特征点构成的点集。在骨折线上，在Y正方向上每前进Ym(初始设定Ym＝1个像素)标记一处骨折特征点，记作E

如图8所示，在骨折线中的缺损模糊处，计算当前清晰的骨折特征点E

图9是基底型股骨颈骨折的骨折线处理后效果图；图10是绕颈型股骨颈骨折的骨折线处理后效果图。

步骤3b：基于可调节圆检测新的骨折特征线。

如图11所示，在股骨颈骨折中，时有存在两条及以上骨折线的情况。为此，提出一种基于可调节圆的骨折特征点检测方法。所述可调节圆的骨折特征点检测方法步骤如下：

步骤3ba：选取步骤3a中股骨颈骨折线上的骨折特征点作为可调节圆的圆心，记作O

步骤3bb：对半径R

步骤3bc：在Y方向上前进Yn(初始设定Ym＝1个像素)，将可调节圆的圆心移动到坐标O

O

步骤四包括：

根据骨科中对股骨颈骨折类型的划分，股骨颈骨折包括：头下型骨折特征、绕颈型骨折特征和基底型骨折特征。

采集股骨颈骨折样本，包括头下型骨折、绕颈型骨折和基底型骨折，经过步骤一对股骨颈骨折图像预处理，之后经过步骤三提取股骨颈骨折线，将提取的骨折线绘制到同一股骨颈模型，得到股骨颈骨折地图。

如图12所示为根据15个股骨颈骨折样本绘制出的股骨颈骨折地图。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组间可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组间组合成一个模块或单元或组间，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组间。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。