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CN113662567B - 一种结合表面几何采集的x射线骨密度测量系统及方法 - Google Patents

一种结合表面几何采集的x射线骨密度测量系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统及方法，该系统包括信息采集装置和信息处理装置，所述信息采集装置包括X射线成像机构、表面几何采集机构和可见光成像机构，所述X射线成像机构生成被检测对象的X射线图像，所述表面几何采集机构生成被检测对象的三维表面几何模型，所述可见光成像机构生成被检测对象的可见光图像；所述信息处理装置基于所述三维表面几何模型与X射线图像生成与X射线图像匹配的深度图像，并基于所述深度图像和X射线图像生成骨组织和软组织基材料分解系数图像，并基于所述骨组织基材料分解系数图像生成骨密度图像。本发明能获得准确的骨密度图像，可有效减少X射线骨密度仪的辐射剂量，降低X射线骨密度测量系统的成本。

Description

一种结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统及方法
技术领域
本发明涉及骨密度测量领域，尤其涉及一种结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统及方法。
背景技术
骨密度全称是骨矿物质密度，是骨骼强度的一个重要指标。双能X射线骨密度测量系统通过高能和低能两次X射线曝光进行骨矿物质密度的测量，可用于全身任何部位的骨量检测，精确度高，对人体危害较小，已在我国临床获得推广应用。但由于需要两次曝光，曝光剂量大，增加了设备的复杂性，导致价格较常规X射线成像设备高。目前尚未见通过一次X射线曝光成像实现骨密度测量的系统及方法。
发明内容
本公开所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统及方法，通过一次曝光就能够实现骨密度的定量测量。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
根据本公开的一个方面，提供了一种结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统，包括信息采集装置和信息处理装置；所述信息采集装置包括X射线成像机构、表面几何采集机构和可见光成像机构，所述X射线成像机构配置成生成被检测对象的X射线图像，所述表面几何采集机构配置成生成被检测对象的三维表面几何模型，所述可见光成像机构配置成生成被检测对象的可见光图像；所述信息处理装置与信息采集装置数据连通，并配置成获取所述表面几何采集机构提供的被检测对象的可见光图像和三维表面几何模型以及X射线成像机构提供的X射线图像，并进一步配置成基于所述三维表面几何模型与X射线图像生成与X射线图像匹配的深度图像，并进一步配置成基于所述深度图像和X射线图像生成骨组织和软组织基材料分解系数图像，并进一步配置成基于骨组织基材料分解系数图像生成骨密度图像。
在所述的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统中，其中，所述表面几何采集机构配置成主动式表面几何采集机构来生成三维表面几何模型。
在所述的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统中，其中，所述X射线成像机构配置成接收所述可见光图像和/或三维表面几何模型并据其对准直器形状进行调整并发射X射线照射被检测对象并探测穿透被检测对象的X射线以生成X射线图像。
所述结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统为用于包括人体和其他样品的骨密度测量系统，所述被检测对象包括人体和其他样品。
在所述结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统中，该系统还包括语音提示装置，该语音提示装置与信息处理装置数据连通，其用于提示被检测对象的姿态是否正确，当被检测对象是人体时提示其身份是否正确。
在所述的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统中，其中，所述信息采集装置还包括证件信息采集机构，该证件信息采集机构与信息处理装置数据连通，当被检测对象是人体时，该证件信息采集机构采集被检测人员的证件信息，所述信息处理装置进一步配置成基于所述被检测人员的证件信息和所述可见光图像和/或三维表面几何模型验证所述被检测人员的身份。
在所述的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统中，其中，所述信息处理装置进一步配置成根据所述被检测对象的可见光图像和三维表面几何模型识别被检测对象的位姿，当被检测对象为人体时进一步进行身份验证，如果身份验证未通过则不启动X射线成像，并通过语音提示装置进行语言提示，如果位姿不符合检测要求则修正被检测对象的位姿然后再启动X射线成像；当被检测对象为其他样品时，如果位姿不符合检测要求则修正被检测对象的位姿然后再启动X射线成像。
在所述的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统中，该系统还包括图像显示装置，图像显示装置与信息处理装置数据连通，所述图像显示装置能够显示所述骨密度图像和/或三维表面几何模型和/或可见光图像和/或X射线图像和/或深度图像和/或基材料分解系数图像。
根据本公开的另一个方面，提供了一种结合表面几何采集的X射线骨密度测量方法，其使用上述结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统进行测量和处理，该方法包括以下步骤：
步骤1：被检测对象进入指定检测区域并调整好位姿等待检测，当被检测对象为人体时，其证件被置于证件信息采集机构上；
步骤2：表面几何采集机构生成三维表面几何模型发送给信息处理装置；可见光成像机构生成被检测对象的可见光图像发送给信息处理装置；当被检测对象为人体时，证件信息采集机构获取被检测人员的证件信息发送给信息处理装置；
步骤3：当被检测对象为人体时对被检测人员进行身份验证：信息处理装置对所述可见光图像和三维表面几何模型进行处理，并与被检测人员的证件信息进行比对和核查，将身份验证结果发送给图像显示装置和语音装置；
步骤4：信息处理装置对所述可见光图像和三维表面几何模型进行处理，对被检测对象的位姿进行识别与判定；
步骤5：X射线成像机构接收所述可见光图像和/或三维表面几何模型并据其对X射线成像机构中的准直器形状进行调整，然后发射X射线照射被检测对象并探测穿透被检测对象的X射线生成X射线图像；
步骤6：信息处理装置对所述三维表面几何模型与X射线图像进行配准得到与X射线图像匹配的深度图像；
步骤7：信息处理装置利用所述深度图像和X射线图像进行物质分解生成骨组织和软组织基材料分解系数图像；
步骤8：信息处理装置利用所述骨组织基材料分解系数图像按照如下公式生成骨密度图像：
Ib(x，y)＝BMD*Ibm(x，y)/D(x，y)
其中，Ib(x，y)表示被检测对象的骨密度图像，BMD表示骨组织基材料的骨密度，Ibm(x，y)表示骨组织基材料分解系数图像，D(x，y)表示深度图像；
步骤9：图像显示装置显示被检测对象的骨密度图像和/或三维表面几何模型和/或可见光图像和/或X射线图像和/或深度图像和/或基材料分解系数图像。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明通过结合表面几何采集和X射线成像能获得准确的骨密度图像，可有效减少X射线骨密度测量系统的辐射剂量，降低X射线骨密度测量系统的成本。
附图说明
图1为用于人体骨密度测量的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统的示意图，其示出了所述骨密度测量系统的各部分以及其连接关系。
图2为用于人体骨密度测量的结合人体表面几何采集的X射线骨密度测量方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
在以下的实施例中，以被检测对象为人体的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统及方法为例阐述本发明，但这不应被理解为对本发明的限制。
请参考图1，图1为用于人体骨密度测量的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统的示意图，该系统包括信息采集装置、信息处理装置、图像显示装置A和图像显示装置B、以及语音提示装置A和语音提示装置B。
所述信息采集装置包括X射线人体成像仪、深度相机A、深度相机B以及证件信息采集机构。X射线成像机构采用X射线人体成像仪，可以配置成接收所述可见光图像和/或三维表面几何模型并据其对准直器形状进行调整并发射X射线照射被检测对象并探测穿透检测对象的X射线以生成X射线图像。表面几何采集机构和可见光成像机构采用Kinect深度相机，Kinect深度相机可以同时采集被检测对象的三维表面几何数据和可见光图像，利用一对深度相机A和深度相机B可以生成被检测对象完整的三维几何模型，深度相机可以安装在X射线人体成像仪。证件信息采集机构设置在成像设备间内。
所述信息处理装置与信息采集装置数据连通，能够获得所述X射线图像、三维表面几何模型、可见光图像和被检测人员的身份信息，信息处理装置也可以向信息采集装置发送信息，例如，指示信息采集装置开始采集X射线图像和/或三维表面几何模型和/或可见光图像。
所述信息处理装置还与图像显示装置A和图像显示装置B数据连通。工作人员端图像显示装置A设置在工作室，设备端图像显示装置B设置在成像设备间，以供工作人员查看检测信息和图像。
所述信息处理装置还与语音提示装置A和语音提示装置B数据连通。工作人员端语音提示装置A设置在工作室，设备端语音提示装置B设置在成像设备间，以供例如语音提示或如工作人员与被检测人员进行交流使用。
所述信息处理装置能够配置成，基于所述三维表面几何模型与X射线图像生成与X射线图像匹配的深度图像。
所述信息处理装置能够配置成，基于所述深度图像和X射线图像生成骨组织和软组织基材料分解系数图像。
所述信息处理装置能够配置成，基于所述骨组织基材料分解系数图像生成骨密度图像。
所述信息处理装置能够配置成，基于所述可见光图像和三维人体表面几何模型识别被检测人员的位姿，如果位姿不符合检测要求则修正被检测人员的位姿然后再启动X射线成像。
所述信息处理装置能够配置成，基于所述被检测人员的证件信息和所述可见光图像和/或三维表面几何模型验证所述被检测人员的身份，如果身份验证未通过则不启动X射线成像，并进行语言提示。
本公开还提供一种结合表面几何采集的X射线骨密度测量方法，该方法使用上述的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统进行成像和处理。在下面的描述中，将具体说明所述方法的实施方式，其中使用了附图1标记，但应当理解，这些附图标记的使用并不具备限制作用，而仅仅是为了方便对技术方案的理解。换句话说，下面的方法并不仅限于使用前述的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统及其部件来执行。
图2为用于人体骨密度测量的结合人体表面几何采集的X射线骨密度测量方法的流程图。图2给出的方法能获得准确的骨密度图像，可有效减少X射线骨密度仪的辐射剂量，同时能够对被检测人员进行姿态识别和身份验证，还能够对X射线成像仪的准直器进行自动调整，该方法包括如下步骤：
步骤1：被检测人员将其证件置于证件信息采集机构上，进入指定检测区域并调整好位姿等待检测；
步骤2：利用深度相机A和深度相机B生成被检测人员的人体表皮几何模型和可见光图像发送给信息处理装置；证件信息采集机构获取被检测人员包括头部照片在内的电子信息发送给信息处理装置；
步骤3：信息处理装置对所述可见光图像和/或人体表皮几何模型进行处理，并与被检测人员的证件信息进行比对和核查，并通过工作室端图像显示装置A输出被检查人员的身份信息，并通过语音装置A和B进行语言提示；
步骤4：信息处理装置对所述可见光图像和/或人体表皮几何模型进行处理，对被检测人员的位姿进行识别与判定，(1)若被检查人员位姿符合检测要求，进入步骤5；(2)若被检查人员位姿不符合检测要求，则将位姿信息传送至图像显示装置A和图像显示装置B以及语音提示装置A和语音提示装置B，提示被检查人员修正姿态，待被检查人员调整姿态后重新扫描，重复步骤4；
步骤5：X射线人体成像仪接收所述可见光图像和/或人体表皮几何模型并据其对X射线人体成像仪中的准直器形状进行调整，然后发射X射线照射被检测人员并探测穿透检测人员的X射线生成X射线图像；
步骤6：信息处理装置对所述人体表面几何模型与X射线图像进行配准得到与X射线图像匹配的深度图像；
步骤7：信息处理装置利用所述深度图像和X射线图像进行物质分解生成骨组织和软组织基材料分解系数图像；
步骤8：信息处理装置利用所述骨组织基材料分解系数图像按照如下公式生成骨密度图像：
Ib(x，y)＝BMD*Ibm(x，y)/D(x，y)
其中，Ib(x，y)表示被检测对象的骨密度图像，BMD表示骨组织基材料的骨密度，Ibm(x，y)表示骨组织基材料分解系数图像，D(x，y)表示深度图像；
步骤9：图像显示装置A和/或图像显示装置B显示被检测人员的骨密度图像和/或身份信息和/或人体表皮几何模型和/或可见光图像和/或X射线图像和/或深度图像和/或基材料分解系数图像。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统，其特征在于，包括信息采集装置和信息处理装置，所述信息采集装置包括X射线成像机构、表面几何采集机构和可见光成像机构，所述X射线成像机构配置成生成被检测对象的X射线图像，所述表面几何采集机构配置成生成被检测对象的三维表面几何模型，所述可见光成像机构配置成生成被检测对象的可见光图像；所述信息处理装置与信息采集装置数据连通，并配置成获取所述表面几何采集机构提供的三维表面几何模型和可见光成像机构提供的可见光图像以及X射线成像机构提供的X射线图像，并进一步配置成基于所述三维表面几何模型与X射线图像生成与X射线图像匹配的深度图像，并进一步配置成基于所述深度图像和X射线图像生成骨组织和软组织基材料分解系数图像，并进一步配置成基于骨组织基材料分解系数图像生成骨密度图像。
2.根据权利要求1所述的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统，其特征在于，所述表面几何采集机构配置成主动式表面几何采集机构来生成三维表面几何模型。
3.根据权利要求1所述的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统，其特征在于，所述X射线成像机构配置成接收所述可见光图像和/或三维表面几何模型并据其对准直器形状进行调整并发射X射线照射被检测对象并探测穿透被检测对象的X射线以生成X射线图像。
4.根据权利要求1所述的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统，其特征在于，该系统为用于包括人体和其他样品的骨密度测量系统，所述被检测对象包括人体和其他样品。
5.根据权利要求1所述的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统，其特征在于，该系统还包括语音提示装置，该语音提示装置与信息处理装置数据连通，其用于提示被检测对象的姿态是否正确，当被检测对象是人体时提示其身份是否正确。
6.根据权利要求1所述的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统，其特征在于，所述信息采集装置还包括证件信息采集机构，该证件信息采集机构与信息处理装置数据连通，当被检测对象是人体时，该证件信息采集机构采集被检测人员的证件信息，所述信息处理装置进一步配置成基于所述被检测人员的证件信息和所述可见光图像和/或三维表面几何模型验证所述被检测人员的身份。
7.根据权利要求1所述的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统，其特征在于，所述信息处理装置进一步配置成基于所述被检测对象的可见光图像和三维表面几何模型识别被检测对象的位姿，当被检测对象为人体时进一步进行身份验证，如果身份验证未通过则不启动X射线成像，并通过语音提示装置进行语言提示，如果位姿不符合检测要求则修正被检测对象的位姿然后再启动X射线成像；当被检测对象为其他样品时，如果位姿不符合检测要求则修正被检测对象的位姿然后再启动X射线成像。
8.根据权利要求1所述的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统，其特征在于，该系统还包括图像显示装置，图像显示装置与信息处理装置数据连通，所述图像显示装置能够显示所述骨密度图像和/或三维表面几何模型和/或可见光图像和/或X射线图像和/或深度图像和/或基材料分解系数图像。
9.一种基于权利要求1至8中任一项所述的结合表面几何采集的X射线骨密度测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：被检测对象进入指定检测区域并调整好位姿等待检测，当被检测对象为人体时，其证件被置于证件信息采集单元上；
步骤2：表面几何采集机构生成三维表面几何模型发送给信息处理装置；可见光成像机构生成被检测对象的可见光图像，并将其发送给信息处理装置；当被检测对象为人体时，证件信息采集单元获取被检测人员的证件信息发送给信息处理装置；
步骤3：当被检测对象为人体时对被检测人员进行身份验证：信息处理装置对所述可见光图像和三维表面几何模型进行处理，并与被检测人员的证件信息进行比对和核查，将身份验证结果发送给图像显示装置和语音装置；
步骤4：信息处理装置对所述可见光图像和三维表面几何模型进行处理，对被检测对象的位姿进行识别与判定；
步骤5：X射线成像机构接收所述可见光图像和/或三维表面几何模型并据其对X射线成像机构中的准直器形状进行调整，然后发射X射线照射被检测对象并探测穿透被检测对象的X射线生成X射线图像；
步骤6：信息处理装置对所述三维表面几何模型与X射线图像进行配准得到与X射线图像匹配的深度图像；
步骤7：信息处理装置利用所述深度图像和X射线图像进行物质分解生成骨组织和软组织基材料分解系数图像；
步骤8：信息处理装置利用所述骨组织基材料分解系数图像生成骨密度图像；
步骤9：图像显示装置显示被检测对象的骨密度图像和/或三维表面几何模型和/或可见光图像和/或X射线图像和/或深度图像和/或基材料分解系数图像。
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