一種獲取人體骨密度值的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于醫(yī)學圖像處理及應用【技術領域】，提供了一種獲取人體骨密度值的方法及系統(tǒng)。包括以下步驟：獲取高低能圖像X線射入強度；獲取校準參數(shù)；采集骨骼區(qū)域的低能和高能X線圖像；對采集的圖像進行預處理；接收用戶選擇的需要計算骨密度值的感興趣區(qū)域；定位需要計算的骨密度值的感興趣區(qū)域的精確區(qū)域；根據(jù)比爾-朗伯定律計算出骨密度值。本發(fā)明可以實現(xiàn)在計算骨密度值時減小對骨密度儀硬件的依賴，在普通數(shù)字X線機的基礎上，應用本發(fā)明提出的方案，即可實現(xiàn)對人體骨密度的測量計算，而不用考慮硬件的問題，在一定程度上降低骨密度儀的生產(chǎn)成本。另外利用該方案采集骨骼圖像時，無需放置標準體，從而簡化了圖像的采集過程。
【專利說明】一種獲取人體骨密度值的方法及系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)學圖像處理及應用【技術領域】，尤其涉及一種獲取人體骨密度值的方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]骨質(zhì)疏松癥已成為世界6種多發(fā)病之一，據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO) 1996年的報告，全球有65歲以上的老年人3.8億，其中骨質(zhì)疏松癥的患者有65%，1997年WHO將6月24日定為“世界骨質(zhì)疏松日”。據(jù)報導，我國有9000萬人患不同程度的骨質(zhì)疏松癥。骨質(zhì)疏松癥已經(jīng)成為中老年人的常見病，測量人體骨骼中礦物質(zhì)含量的多少，對中老年人來說是非常有必要的，特別是四十歲以上的城市居民，尤其是中年婦女，缺鈣現(xiàn)象比較嚴重。骨骼中礦物質(zhì)含量減少會造成骨質(zhì)疏松，稍不留神就會引起骨折，造成終身痛苦或殘疾。骨密度值是骨質(zhì)量的一個重要標志，反映骨質(zhì)疏松程度，預測骨折危險性的重要依據(jù)。
[0003]骨密度儀是二十世紀七十年代后期發(fā)展起來的重要核醫(yī)學影像設備，而雙能X線骨密度儀(DEXA)具有掃描速度快、精密度與準確度高、放射性劑量低等優(yōu)點，是目前各國測定骨密度、預測骨折發(fā)生率的精確而有效的方法，同時，DEXA還作為評價其他骨密度測定儀器的基準和參考。
[0004]DEXA的 原理是采用X線球管產(chǎn)生X射線，并用開關脈沖技術或K邊緣技術產(chǎn)生雙能X線，測量它們通過骨骼和軟組織的吸收率，雙能X線采用兩種不同能量的X線下獲得的X射線圖像(一般低能為35飛Okv，高能為8(Tl20kv)，通過能量減影的方法消除軟組織對骨密度測量的影響，同時，根據(jù)比爾-朗伯定律列出下列方程組:
[0005]Ih=1hexp [- (mB μ Bh+ms μ sh) ](I)
[0006]I1=It^exp [_(mB μ B1+ms μ sl) ](2)
[0007]式中:
[0008]Ih、Il:高、低能X線的射出強度測量值。
[0009]1h, 1l:高、低能X線的射入強度測量值。
[0010]mB、mS:骨、軟組織的面密度(g/cm2)。
[0011]μ Bh、μ B1:骨對高、低能X線的質(zhì)量吸收系數(shù)(cm2/g)。
[0012]μ Sh、μ S1、:軟組織對高、低能X線的質(zhì)量吸收系數(shù)(cm2/g)。
[0013]通過DEXA數(shù)據(jù)處理，解聯(lián)立方程，即可迅速無損的測出所測部位骨骼的骨密度值。
[0014]現(xiàn)有技術公開了一種應用數(shù)字X線圖像進行骨密度測量的方法。該方法主要步驟包括:
[0015]首先是圖像采集與顯示。采集待測量骨密度圖像時，采用與骨骼內(nèi)礦物質(zhì)相接近的材料，做成已知密度的標準體，與骨骼在同一曝光條件下照射成像，獲取要測量區(qū)域的骨骼X線數(shù)字圖像和伴隨的標準體的圖像，并在計算機屏幕顯示。接著對采集的圖像作預處理，以便能夠?qū)D像進行統(tǒng)一的交互處理。然后交互操作定位測量區(qū)域，即在X線數(shù)字圖像上勾畫骨邊緣，限定測量范圍。最后是實現(xiàn)標準體定位與骨密度值的轉(zhuǎn)換，即根據(jù)標準體把骨骼部位的像素值轉(zhuǎn)換成標準體的等效密度值，該等效密度值即為測量區(qū)域的人體骨密度值。
[0016]然而，上述現(xiàn)有技術提出的解決方案在圖像采集時需要放置與人體骨骼密度相當?shù)臉藴鼠w，獲取的骨骼X線圖像同時伴隨有標準體的成像，通過測量標準體的密度值間接反應人體的骨密度值。
[0017]上述現(xiàn)有技術有如下兩個缺點:(1)圖像采集時需要有標準體，導致圖像采集步驟復雜化；(2)利用該方案得到的骨密度值并非人體真正的骨密度值，而是與人體骨骼X線圖像的像素值相等的標準體對應位置的密度值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明的目的在于提供一種獲取人體骨密度值的方法及系統(tǒng)，旨在解決采用現(xiàn)有技術的應用數(shù)字X線圖像進行骨密度測量的方法，其存在如下(1)圖像采集時需要有標準體，導致圖像采集步驟復雜化；(2)利用該方案得到的骨密度值并非人體真正的骨密度值，而是與人體骨骼X線圖像的像素值相等的標準體對應位置的密度值的問題。
[0019]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種獲取人體骨密度值的方法，所述方法包括以下步驟:
[0020]獲取高低能圖像X線射入強度；
[0021]獲取校準參數(shù)；
[0022]采集骨骼區(qū)域的低能和高能X線圖像；
[0023]對采集的圖像進行預處理；
[0024]接收用戶選擇的需要計算骨密度值的感興趣區(qū)域；
[0025]定位需要計算的骨密度值的感興趣區(qū)域的精確區(qū)域；
[0026]根據(jù)比爾-朗伯定律計算出骨密度值。
[0027]本發(fā)明的另一目的在于提供一種獲取人體骨密度值的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0028]射入強度獲取模塊，用于獲取高低能圖像X線射入強度；
[0029]校準參數(shù)獲取模塊，用于獲取校準參數(shù)；
[0030]采集模塊，用于采集骨骼區(qū)域的低能和高能X線圖像；
[0031]圖像處理模塊，用于對采集的圖像進行預處理；
[0032]感興趣區(qū)域接收模塊，用于接收用戶選擇的需要計算骨密度值的感興趣區(qū)域；
[0033]區(qū)域定位模塊，用于定位需要計算的骨密度值的感興趣區(qū)域的精確區(qū)域；
[0034]計算模塊，用于根據(jù)比爾-朗伯定律計算出骨密度值。
[0035]在本發(fā)明中，本發(fā)明實施例提出了一種基于數(shù)字X線圖像計算骨密度值的方案，該方案可以實現(xiàn)在計算骨密度值時減小對骨密度儀硬件的依賴，在普通數(shù)字X線機的基礎上，應用本發(fā)明提出的方案，即可實現(xiàn)對人體骨密度的測量計算，而不用考慮硬件的問題，在一定程度上降低骨密度儀的生產(chǎn)成本。另外利用該方案采集骨骼圖像時，無需放置標準體，從而簡化了圖像的采集過程；此外，本發(fā)明利用雙能X線骨密度值的測量原理，即比爾-朗伯定律來計算骨密度值，計算出來的骨密度值為人體真實的骨密度的絕對值。
[0036]采用本發(fā)明提出的基于數(shù)字X線圖像計算骨密度值的方案有如下有益效果:
[0037](I)圖像采集流程簡化。針對不同的X線設備需要用骨密度校準體模做參數(shù)校準，校準完成后的圖像采集流程簡化，不需要同時掃描參考物的X線圖像。
[0038](2)所計算的骨密度值直接反應了人體的骨密度的實際狀況。由于沒有采用參考物的策略，運用比爾-朗伯定律，將X線強度轉(zhuǎn)化了圖像的像素值做運算，所以計算得出的骨密度值不是等效值，而是真實的人體骨密度值。
[0039](3)設計的骨密度校準體模獨立于各種數(shù)字X線設備。利用骨密度校準體模可以校準數(shù)字X線機的成像參數(shù)，采集能夠用于計算骨密度值的高低能X線圖像數(shù)據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1是本發(fā)明實施例提供的獲取人體骨密度值的方法的實現(xiàn)流程示意圖。
[0041]圖2是本發(fā)明實施例提供的獲取人體骨密度值的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0042]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0043]請參閱圖1，為本發(fā)明實施例提供的獲取人體骨密度值的方法的實現(xiàn)流程，其包括以下步驟:
[0044]在步驟SlOl中，獲取高低能圖像X線射入強度；
[0045]在本發(fā)明實施例中，根據(jù)比爾-朗伯定律，在計算骨密度值時，需要知道X線的射入強度的測量值。針對某一特定的數(shù)字X線機，采用文獻報道的高低能圖像的成像參數(shù)對骨密度校準體模進行成像，即分別以低壓40KV、高壓80KV對空氣進行成像，即空拍，分別得到低能的空拍圖像和高能的空拍圖像，用這兩幅圖像的像素值作為低能、高能圖像X線的射入強度。
[0046]在本發(fā)明實施例中，骨密度校準體模的設計如下:內(nèi)嵌的方塊由鋁材料制作，模擬人體骨骼，每個方塊的截面積相同，高度由I毫米逐個遞增，所以各個鋁塊的骨密度值都是已知的，模擬人體不同骨骼區(qū)域的厚度；最外層是由有機玻璃材料制成，模擬人體軟組織。
[0047]在步驟S102中，獲取校準參數(shù)；
[0048]在本發(fā)明實施例中，進行其他測量之前，分別設置數(shù)字X線機的電壓值和電流值等參數(shù)，然后對校準體模進行成像，分別得到校準體模的低能和高能X線圖像。計算校準體模的骨密度值，并將該測量值與已知的骨密度值作對比，調(diào)整校準參數(shù)，使校準體模的骨密度測量值逼近已知的骨密度值，記錄該校準參數(shù)及低能和高能圖像所對應的X電流值等參數(shù)。
[0049]在步驟S103中，采集骨骼區(qū)域的低能和高能X線圖像；
[0050]在本發(fā)明實施例中，利用校準體模確定的低能和高能圖像所對應的電壓值和電流值等X線機的成像參數(shù)，對待測量骨密度值的人體骨骼區(qū)域進行成像，分別得到該骨骼區(qū)域的低能和高能X線圖像。
[0051]在步驟S104中，對采集的圖像進行預處理；
[0052]在本發(fā)明實施例中，圖像預處理的主要目的是去除噪聲，以減少后期對骨密度值計算的影響。即將初始高低能圖像及待測量骨密度值高低能圖像等四幅圖像導入應用程序后，對圖像作各向異性平滑處理，以減少圖像噪聲對骨密度值計算的影響。
[0053]在步驟S105中，接收用戶選擇的需要計算骨密度值的感興趣區(qū)域；
[0054]在本發(fā)明實施例中，針對用戶選擇的不同測量部位，生成不同的區(qū)域選擇框，用戶可以縮放、移動選擇框，以確定要計算骨密度值的感興趣區(qū)域。
[0055]在步驟S106中，定位需要計算的骨密度值的感興趣區(qū)域的精確區(qū)域；
[0056]在本發(fā)明實施例中，在選擇框里放置一定數(shù)目的種子點，然后運用區(qū)域增長分割算法確定出要計算的骨密度值的精確區(qū)域，減少軟組織等對骨密度值計算的干擾。
[0057]在步驟S107中，根據(jù)比爾-朗伯定律計算出骨密度值。
[0058]在本發(fā)明實施例中，比爾-朗伯定律列出下列方程組:
[0059]Ih=1hexp [- (mB μ Bh+ms μ sh) ](I)
[0060]I1=It^exp [_(mB μ B1+ms μ sl) ](2)
[0061]式中:
[0062]Ih、Il:高、低能X線的射出強度測量值。
[0063]1h, 1l:高 、低能X線的射入強度測量值。
[0064]mB、mS:骨、軟組織的面密度(g/cm2)。
[0065]μ Bh、μ B1:骨對高、低能X線的質(zhì)量吸收系數(shù)(cm2/g)。
[0066]μ Sh、μ S1、:軟組織對高、低能X線的質(zhì)量吸收系數(shù)(cm2/g)。
[0067]在本發(fā)明實施例中，X線射入強度的測量值用初始高低能圖像的像素值替代，射出強度的測量值用測量部位的高低能圖像的像素值替代，骨骼及軟組織的質(zhì)量吸收系數(shù)可通過查找相關表格獲得。
[0068]請參閱圖2，為本發(fā)明實施例提供的獲取人體骨密度值的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實施例相關的部分。所述獲取人體骨密度值的系統(tǒng)主要包括:射入強度獲取模塊101、校準參數(shù)獲取模塊102、采集模塊103、圖像處理模塊104、感興趣區(qū)域接收模塊105、區(qū)域定位模塊106、以及計算模塊107。
[0069]射入強度獲取模塊101，用于獲取高低能圖像X線射入強度；
[0070]校準參數(shù)獲取模塊102，用于獲取校準參數(shù)；
[0071]采集模塊103，用于采集骨骼區(qū)域的低能和高能X線圖像；
[0072]圖像處理模塊104，用于對采集的圖像進行預處理；
[0073]感興趣區(qū)域接收模塊105，用于接收用戶選擇的需要計算骨密度值的感興趣區(qū)域；
[0074]區(qū)域定位模塊106，用于定位需要計算的骨密度值的感興趣區(qū)域的精確區(qū)域；
[0075]計算模塊107，用于根據(jù)比爾-朗伯定律計算出骨密度值。
[0076]作為本發(fā)明一實施例，所述圖像處理模塊104，具體用于對初始高低能圖像及待測量骨密度值高低能圖像作各向異性平滑處理。
[0077]作為本發(fā)明一實施例，所述系統(tǒng)還包括:選擇框生成模塊。
[0078]選擇框生成模塊，用于接收用戶選擇的需要計算骨密度值的感興趣區(qū)域，生成相應的區(qū)域選擇框。
[0079]作為本發(fā)明一實施例，區(qū)域定位模塊106，具體用于在選擇框里放置一定數(shù)目的種子點，然后運用區(qū)域增長分割算法確定出要計算的骨密度值的精確區(qū)域。[0080]作為本發(fā)明一實施例，所述系統(tǒng)還包括:成像模塊。
[0081]成像模塊，用于對骨密度校準體模進行成像，分別得到低能的空拍圖像和高能的空拍圖像，采用這兩幅圖像的像素值作為低能、高能圖像X線的射入強度。
[0082]綜上所述，本發(fā)明實施例提出了一種基于數(shù)字X線圖像計算骨密度值的方案，該方案可以實現(xiàn)在計算骨密度值時減小對骨密度儀硬件的依賴，在普通數(shù)字X線機的基礎上，應用本發(fā)明提出的方案，即可實現(xiàn)對人體骨密度的測量計算，而不用考慮硬件的問題，在一定程度上降低骨密度儀的生產(chǎn)成本。另外利用該方案采集骨骼圖像時，無需放置標準體，從而簡化了圖像的采集過程；此外，本發(fā)明利用雙能X線骨密度值的測量原理，即比爾-朗伯定律來計算骨密度值，計算出來的骨密度值為人體真實的骨密度的絕對值。
[0083]采用本發(fā)明提出的基于數(shù)字X線圖像計算骨密度值的方案有如下有益效果:
[0084](3)圖像采集流程簡化。針對不同的X線設備需要用骨密度校準體模做參數(shù)校準，校準完成后的圖像采集流程簡化，不需要同時掃描參考物的X線圖像。
[0085](4)所計算的骨密度值直接反應了人體的骨密度的實際狀況。由于沒有采用參考物的策略，運用比爾-朗伯定律，將X線強度轉(zhuǎn)化了圖像的像素值做運算，所以計算得出的骨密度值不是等效值，而是真實的人體骨密度值。
[0086](3)設計的骨密度校準體模獨立于各種數(shù)字X線設備。利用骨密度校準體模可以校準數(shù)字X線機的成像參數(shù)，采集能夠用于計算骨密度值的高低能X線圖像數(shù)據(jù)。
[0087]本領域普通技術人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件來完成，所述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，所述的存儲介質(zhì)，如R0M/RAM、磁盤、光盤等。
[0088] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種獲取人體骨密度值的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 獲取高低能圖像X線射入強度； 獲取校準參數(shù)； 采集骨骼區(qū)域的低能和高能X線圖像； 對采集的圖像進行預處理； 接收用戶選擇的需要計算骨密度值的感興趣區(qū)域； 定位需要計算的骨密度值的感興趣區(qū)域的精確區(qū)域； 根據(jù)比爾-朗伯定律計算出骨密度值。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對采集的圖像進行預處理的步驟，具體為: 對初始高低能圖像及待測量骨密度值高低能圖像作各向異性平滑處理。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 接收用戶選擇的需要計算骨密度值的感興趣區(qū)域，生成相應的區(qū)域選擇框； 根據(jù)選擇框落在的區(qū)域，以確定要計算骨密度值的感興趣區(qū)域。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述定位需要計算的骨密度值的感興趣區(qū)域的精確區(qū)域的步驟，具體為； 在選擇框里放置一定數(shù)目的種子點，運用區(qū)域增長分割算法確定出要計算的骨密度值的精確區(qū)域。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取高低能圖像X線射入強度的步驟，具體為: 對骨密度校準體模進行成像，分別得到低能的空拍圖像和高能的空拍圖像，采用這兩幅圖像的像素值作為低能、高能圖像X線的射入強度。
6.一種獲取人體骨密度值的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 射入強度獲取模塊，用于獲取高低能圖像X線射入強度； 校準參數(shù)獲取模塊，用于獲取校準參數(shù)； 采集模塊，用于采集骨骼區(qū)域的低能和高能X線圖像； 圖像處理模塊，用于對采集的圖像進行預處理； 感興趣區(qū)域接收模塊，用于接收用戶選擇的需要計算骨密度值的感興趣區(qū)域； 區(qū)域定位模塊，用于定位需要計算的骨密度值的感興趣區(qū)域的精確區(qū)域； 計算模塊，用于根據(jù)比爾-朗伯定律計算出骨密度值。
7.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述圖像處理模塊，具體用于對初始高低能圖像及待測量骨密度值高低能圖像作各向異性平滑處理。
8.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括: 選擇框生成模塊，用于接收用戶選擇的需要計算骨密度值的感興趣區(qū)域，生成相應的區(qū)域選擇框。
9.如權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于， 區(qū)域定位模塊，具體用于在選擇框里放置一定數(shù)目的種子點，然后運用區(qū)域增長分割算法確定出要計算的骨密度值的精確區(qū)域。
10.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括: 成像模塊，用于對骨密度校準體模進行成像，分別得到低能的空拍圖像和高能的空拍圖像，采用這兩 幅圖像的像素值作為低能、高能圖像X線的射入強度。
【文檔編號】A61B6/00GK103892856SQ201210590183
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月31日 優(yōu)先權日:2012年12月31日
【發(fā)明者】羅火靈, 賈富倉, 胡慶茂, 于紅林 申請人:深圳先進技術研究院