本发明涉及图像处理，更具体地说，它涉及一种三维脊椎轴向旋转角度的全自动测量方法及系统。
背景技术：
1、脊柱侧弯轻会造成骨盆倾斜、姿势不良等问题，影响日常运动和外观，甚至会使神经受压、胸廓畸形，造成腰部顽固性疼痛和心肺功能障碍。脊柱侧弯在儿童、青少年中十分常见，因此，脊柱侧弯的术前术后评估至关重要，而脊柱侧弯的分型必须准确评估脊椎轴向旋转角度。
2、传统的脊椎轴向旋转角度测量采用负重位-正位x光平片测量方法，存在局限性：负重位-正位x光平片是二维投影成像，不能精准的量化脊柱的脊椎轴向旋转角度，只能粗略评估；x光平片影像存在投影重叠，容易造成测量误差；每个脊椎均要手动进行测量，过程繁琐耗时，实际应用困难。
3、因此，本申请提供一种三维脊椎轴向旋转角度的全自动测量方法及系统，解决上述问题。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供一种三维脊椎轴向旋转角度的全自动测量方法及系统，解决现有基于x光平片影像无法精准量化脊椎轴向旋转角度，且受影像重叠影响容易产生测量误差的问题；通过三维脊柱数据构建三维脊柱网络模型，基于三维脊柱网络模型提取脊椎关键点计算脊椎轴向旋转角度，实现脊椎轴向旋转角度的自动量化计算，提高脊椎轴向旋转角度计算的准确性和效率。
2、本申请首先提供一种三维脊椎轴向旋转角度的全自动测量方法，包括：获取三维脊柱数据；根据所述三维脊柱数据提取表面数据，根据所述表面数据构建三维脊柱网络模型；根据所述三维脊柱网络模型分割并识别各个脊椎；根据所述脊椎的表面数据计算脊椎关键点的坐标；根据所述脊椎关键点的坐标计算脊椎轴向旋转角度；其中，所述脊椎关键点包括：脊椎椎体中心点和脊椎棘突中心点。
3、采用上述技术方案，基于提取的关键点量化计算脊椎轴向旋转角度，得到准确的脊椎轴向旋转角度，有利于后续脊柱侧弯的分型诊断和治疗；基于三维脊柱数据构建三维脊柱网络模型，可有效避免x光平片的投影重叠，减少测量误差；本方案可基于算法实现，无需手动测量每个脊椎，提高测量效率。
4、在一种可能的实施方式中，根据所述脊椎的表面数据计算脊椎关键点的坐标，包括：根据所述脊椎的表面数据提取同一脊椎椎体的所有表面点，根据同一脊椎椎体的所有表面点的坐标计算所有表面点在横截面上的平均坐标，作为脊椎椎体中心点坐标；根据所述脊椎的表面数据提取同一脊椎棘突的所有表面点，根据同一脊椎棘突的所有表面点的坐标计算所有表面点在横截面上的平均坐标，作为脊椎棘突中心点坐标。
5、在一种可能的实施方式中，根据所述脊椎关键点的坐标计算脊椎轴向旋转角度，包括：获取人体正前方向的单位向量；根据所述脊椎椎体中心点坐标、脊椎棘突中心点坐标和所述人体正前方向的单位向量，计算经过脊椎椎体中心点和脊椎棘突中心点的直线方向与人体正前方向的夹角，作为脊椎轴向旋转角度。
6、在一种可能的实施方式中，根据所述三维脊柱数据提取表面数据，包括：根据所述三维脊柱数据进行脊柱分割，得到脊柱分割结果；将所述脊柱分割结果分割为多个立方体，将每个立方体的顶点与设定阈值进行比较，确定每个立方体的顶点在脊柱内或脊柱外，根据插值算法求解立方体每条边与脊柱表面的交点，提取交点的三维坐标作为构建三维脊柱网络模型的表面数据。
7、在一种可能的实施方式中，根据所述三维脊柱网络模型分割并识别各个脊椎，包括：对所述三维脊柱网络模型进行连通域检测，将表面数据中的点划分至多个连通域；统计各个连通域内的点数总和，将点数总和大于噪声阈值的连通域作为单个脊椎，将点数总和小于噪声阈值的连通域作为噪声；保留各个脊椎的连通域并去除噪声；提取去除噪声后的各个脊椎连通域内每个点的三维坐标，作为各个脊椎的表面数据。
8、本申请还提供一种三维脊椎轴向旋转角度的全自动测量系统，包括：数据获取模块，用于获取三维脊柱数据；模型构建模块，用于根据所述三维脊柱数据提取表面数据，根据所述表面数据构建三维脊柱网络模型；脊椎识别模块，用于根据所述三维脊柱网络模型分割并识别各个脊椎；关键点提取模块，用于根据所述脊椎的表面数据计算脊椎关键点的坐标，所述脊椎关键点包括：脊椎椎体中心点和脊椎棘突中心点；轴向旋转角度计算模块，用于根据所述脊椎关键点的坐标计算脊椎轴向旋转角度。
9、在一种可能的实施方式中，所述关键点提取模块，包括：椎体中心点提取模块，用于根据所述脊椎的表面数据提取同一脊椎椎体的所有表面点，根据同一脊椎椎体的所有表面点的坐标计算所有表面点在横截面上的平均坐标，作为脊椎椎体中心点坐标；棘突中心点提取模块，用于根据所述脊椎的表面数据提取同一脊椎棘突的所有表面点，根据同一脊椎棘突的所有表面点的坐标计算所有表面点在横截面上的平均坐标，作为脊椎棘突中心点坐标。
10、在一种可能的实施方式中，所述轴向旋转角度计算模块，包括：正方向获取模块，用于获取人体正前方向的单位向量；夹角计算模块，用于根据所述脊椎椎体中心点坐标、脊椎棘突中心点坐标和所述人体正前方向的单位向量，计算经过脊椎椎体中心点和脊椎棘突中心点的直线方向与人体正前方向的夹角，作为脊椎轴向旋转角度。
11、在一种可能的实施方式中，所述模型构建模块，包括：脊柱分割模块，用于根据所述三维脊柱数据进行脊柱分割，得到脊柱分割结果；表面提取模块，用于将所述脊柱分割结果分割为多个立方体，将每个立方体的顶点与设定阈值进行比较，确定每个立方体的顶点在脊柱内或脊柱外，根据插值算法求解立方体每条边与脊柱表面的交点，提取交点的三维坐标作为构建三维脊柱网络模型的表面数据。
12、在一种可能的实施方式中，所述脊椎识别模块，包括：连通域检测模块，用于对所述三维脊柱网络模型进行连通域检测，将表面数据中的点划分至多个连通域；连通域识别模块，用于统计各个连通域内的点数总和，将点数总和大于噪声阈值的连通域作为单个脊椎，将点数总和小于噪声阈值的连通域作为噪声；噪声消除模块，用于保留各个脊椎的连通域并去除噪声；脊椎提取模块，用于提取去除噪声后的各个脊椎连通域内每个点的三维坐标，作为各个脊椎的表面数据。
13、与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：基于三维测量实现三维空间上1：1脊椎重建，可以实现脊椎轴向旋转角度的精确测量，解决了传统基于二维投影测量存在的测量误差；基于脊椎表面数据提取椎体脊椎关键点，实现各个脊椎的轴向旋转角度自动化测量，解决了手动测量繁琐耗时的问题；基于脊椎表面数据提取脊椎椎体中心点和脊椎棘突中心点作为脊椎关键点，根据过脊椎椎体中心点和脊椎棘突中心点的直线方向与人体正前方向的夹角计算脊椎轴向旋转角度，减小图像处理误差干扰，实现脊椎轴向旋转角度的精准测量。
1.一种三维脊椎轴向旋转角度的全自动测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种三维脊椎轴向旋转角度的全自动测量方法，其特征在于，根据所述脊椎的表面数据计算脊椎关键点的坐标，包括：
3.根据权利要求1所述的一种三维脊椎轴向旋转角度的全自动测量方法，其特征在于，根据所述脊椎关键点的坐标计算脊椎轴向旋转角度，包括：
4.根据权利要求1所述的一种三维脊椎轴向旋转角度的全自动测量方法，其特征在于，根据所述三维脊柱数据提取表面数据，包括：
5.根据权利要求1所述的一种三维脊椎轴向旋转角度的全自动测量方法，其特征在于，根据所述三维脊柱网络模型分割并识别各个脊椎，包括：
6.一种三维脊椎轴向旋转角度的全自动测量系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种三维脊椎轴向旋转角度的全自动测量系统，其特征在于，所述关键点提取模块，包括：
8.根据权利要求6所述的一种三维脊椎轴向旋转角度的全自动测量系统，其特征在于，所述轴向旋转角度计算模块，包括：
9.根据权利要求6所述的一种三维脊椎轴向旋转角度的全自动测量系统，其特征在于，所述模型构建模块，包括：
10.根据权利要求6所述的一种三维脊椎轴向旋转角度的全自动测量系统，其特征在于，所述脊椎识别模块，包括：
