本发明涉及医疗图像处理的，尤其涉及一种计算股骨头alpha角、offset和控制点的系统及方法。
背景技术：
1、在图像引导髋关节镜微创手术中，在股骨与髋臼分割之后得到股骨的二值图像后，会根据需要计算出股骨的长轴，以及识别股骨头(包括股骨头的球心和半径)，由此进行术前规划。在进行术前规划前，一个重要的步骤是需要计算一些与之具有必要关系的参数，例如alpha角、offset以及控制点等。其中，alpha角为判断股骨髋臼撞击综合征时，股骨头球度的指标，股骨头球度和股骨头颈偏心距，可以根据alpha角进行评估。offset为股骨的偏心距，偏心距具体就是股骨头的旋转中心到达股骨长轴的垂直距离。
2、计算alpha角、offset以及控制点，通常的做法有两种。一种是通过医生手动指定点，根据手动指定点进行相关参数的测量；另一种是利用神经网络的方法，医生预先进行特征点的标注，训练出识别特征点的模型后，利用模型识别到特征点进行有关参数的计算。
3、然而，上述做法存在的问题是为了达到比较好的结果，需要使用大量的精力和时间。例如医生手动标注过于依靠人力，而训练神经网络的方法需要收集标签，考虑样本的分布，开发周期较长。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种计算股骨头alpha角、offset和控制点的系统及方法，具有自动化实现参数计算，节省人力和开发时间的特点。
2、本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、一种计算股骨头alpha角、offset和控制点的系统，包括：
4、存储器，其存储获取的待计算股骨头alpha角、offset参数和控制点的输入图像，预处理后的所述操作图像，以及计算得到的所述控制点、所述alpha角和所述offset参数；
5、图像获取装置，其用于在图像引导髋关节镜微创手术的术前获取待计算股骨头所述alpha角、所述offset参数和所述控制点的所述输入图像；
6、处理器，其用于在进行所述图像引导髋关节镜微创手术的术前规划前，计算用于进行术前规划的包括所述alpha角、所述offset参数和所述控制点在内的参数，以在术前规划时依据计算出的参数进行包括计算股骨的长轴、识别股骨头在内的规划，并通过以下模块来计算所述控制点、所述alpha角和所述offset参数：
7、图像预处理模块，用于获取待计算参数的用于进行所述图像引导髋关节镜微创手术的术前规划的所述输入图像，对所述输入图像进行图像预处理，得到所述操作图像；
8、控制点计算模块，用于在所述操作图像上计算辅助点及辅助直线，并根据得到的所述辅助点和所述辅助直线计算控制点；
9、参数计算模块，用于根据计算得到的所述控制点计算所述alpha角和所述offset参数。
10、进一步地，在所述图像预处理模块中，获取待计算参数的用于进行所述图像引导髋关节镜微创手术的术前规划的所述输入图像，对所述输入图像进行图像预处理，得到所述操作图像，具体为：
11、对待计算参数的用于进行所述图像引导髋关节镜微创手术的术前规划所述输入图像进行二值化处理，所述二值化处理组合使用孔洞填充与闭运算进行，其中，所述孔洞填充为填充原始的所述输入图像中的孔洞，用于初步消除原始的所述输入图像中的孔洞，所述闭运算用于进一步消除原始的所述输入图像中的孔洞，具体包括：
12、根据进行所述图像引导髋关节镜微创手术的术前规划的所述输入图像的图像特性设置预设阈值，并依据所述预设阈值对所述输入图像进行二值化处理，将所述输入图像划分为包含股骨和髋臼的目标区域，以及除股骨和髋臼之外的背景区域；
13、对二值化处理后的所述输入图像进行逐个像素扫描，找到不属于所述目标区域的孔洞，对于每个所述孔洞，使用膨胀核对所述孔洞进行膨胀操作，后将膨胀后的图像与原始的所述输入图像进行逻辑或操作，得到填充后图像，其中所述膨胀核为在形态学图像处理中使用的结构元素，用于执行膨胀操作；
14、对所述填充后图像进行闭运算，所述闭运算包括腐蚀操作和膨胀操作，其中所述腐蚀操作为对所述填充后图像进行腐蚀操作，以去除所述填充后图像中小的所述目标区域或噪声，所述腐蚀操作依据图像的特性和需要使用不同形状和大小的结构元素进行，所述膨胀操作为对腐蚀后的图像进行膨胀操作，以恢复图像中被腐蚀的所述目标区域，最终得到所述操作图像。
15、进一步地，在所述控制点计算模块中，在所述操作图像上计算所述辅助点及所述辅助直线，具体为：
16、将所述股骨长轴所在直线作为所述辅助直线，在所述辅助直线上获取用户指定的股骨颈长轴超出股骨头圆半径一预设指定距离处的点，作为所述辅助点；
17、其中，将所述股骨长轴所在直线作为所述辅助直线，具体包括：
18、采用包括sobe l、canny在内的边缘检测算法对所述操作图像进行边缘检测找到股骨的粗步轮廓；
19、在边缘检测的基础上使用包括opencv图像处理库中的轮廓检测函数在内的算法找到所述操作图像中股骨轮廓；
20、使用椭圆拟合算法拟合股骨的椭圆形状，从拟合的椭圆中提取所述股骨长轴的包括中心点坐标、长轴长度、短轴长度以及旋转角度在内的长轴参数；
21、使用所述长轴参数，绘制所述股骨长轴所在直线，将绘制的直线叠加到原始的所述操作图像上得到所述辅助直线。
22、进一步地，在所述控制点计算模块中，在所述辅助直线上获取用户指定的股骨颈长轴超出股骨头圆半径一所述预设指定距离处的点，作为所述辅助点，具体为：
23、获取所述股骨长轴上的任意两个不同的端点，计算出所述股骨长轴的直线方程；
24、在所述直线方程上根据设定的股骨颈长轴超出股骨头圆半径一预设指定距离，利用所述直线方程点共线的基本原理进行求解，获取所述辅助点。
25、进一步地，在所述控制点计算模块中，根据得到的所述辅助点和所述辅助直线计算所述控制点，具体为：
26、过所述辅助点做垂直于所述辅助直线的直线，以指向图像原点的方向为正方向，获取所述直线的正方向与股骨边缘的交点，作为第四控制点，其中，所述第四控制点为在所述直线的正方向上，所述第四控制点的像素值为255，并且所述第四控制点的下一点的像素值为0的点；
27、过股骨头圆心做垂直于所述辅助直线的直线，以指向图像原点的方向为正方向，获取所述直线的正方向与所述股骨边缘的交点，作为第一控制点，其中，所述第一控制点为在所述直线的正方向上，所述第一控制点的像素值为255，并且所述第四控制点的下一点的像素值为0的点；
28、从所述第一控制点开始往股骨颈的方向找到一个点作为第二控制点，所述第二控制点满足所述第二控制点在股骨头圆的圆周上，同时以所述第二控制点为中心，半径为5像素的范围内，像素值都为255；
29、由用户设置标准alpha角，获取与所述第一控制点同侧的所述标准alpha角除所述股骨长轴外的另一条边与所述股骨头圆的圆周的交点，作为第三控制点。
30、进一步地，在所述参数计算模块中，计算所述alpha角，具体为：
31、以所述股骨头圆的圆心为顶点，计算所述第二控制点和所述顶点的连线与所述股骨长轴的夹角，作为所述alpha角。
32、进一步地，在所述参数计算模块中，计算所述offset参数，具体为；
33、用所述股骨头圆的半径减去所述第二控制点到所述股骨长轴的垂直距离，作为所述offset参数。
34、一种采用如上述的计算股骨头alpha角、offset和控制点的系统的计算股骨头alpha角、offset和控制点的方法，包括：
35、s1：获取待计算的输入图像，对所述输入图像进行图像预处理，得到操作图像；
36、s2：在所述操作图像上计算辅助点及辅助直线，并根据得到的所述辅助点和所述辅助直线计算控制点；
37、s3：根据计算得到的所述控制点计算alpha角和offset参数。
38、一种计算机设备，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有计算机代码，所述计算机代码被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如上述的方法。
39、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机代码，当所述计算机代码被执行时，如上述的方法被执行。
40、与现有技术相比，本发明包括以下至少一种有益效果是：
41、(1)通过提供一种计算股骨头alpha角、offset和控制点的系统，包括：存储器，其存储获取的待计算股骨头alpha角、offset参数和控制点的输入图像，预处理后的所述操作图像，以及计算得到的所述控制点、所述alpha角和所述offset参数；图像获取装置，其用于在图像引导髋关节镜微创手术的术前获取待计算股骨头所述alpha角、所述offset参数和所述控制点的所述输入图像；处理器，其用于在进行所述图像引导髋关节镜微创手术的术前规划前，计算用于进行术前规划的包括所述alpha角、所述offset参数和所述控制点在内的参数，以在术前规划时依据计算出的参数进行包括计算股骨的长轴、识别股骨头在内的规划，并通过以下模块来计算所述控制点、所述alpha角和所述offset参数：图像预处理模块，用于获取待计算参数的用于进行所述图像引导髋关节镜微创手术的术前规划的所述输入图像，对所述输入图像进行图像预处理，得到所述操作图像；控制点计算模块，用于在所述操作图像上计算辅助点及辅助直线，并根据得到的所述辅助点和所述辅助直线计算控制点；参数计算模块，用于根据计算得到的所述控制点计算所述alpha角和所述offset参数。上述技术方案，能够实现自动化计算alpha角、offset参数以及控制点等在术前规划需要用到的参数，为术前规划提供了一种自动计算前置参数的方案。
42、(2)本发明提供的方案无需过于依靠人力，且无需收集大量标签样本进行神经网络的训练。
1.一种计算股骨头alpha角、offset和控制点的系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的计算股骨头alpha角、offset和控制点的系统，其特征在于，在所述图像预处理模块中，获取待计算参数的用于进行所述图像引导髋关节镜微创手术的术前规划的所述输入图像，对所述输入图像进行图像预处理，得到所述操作图像，具体为：
3.根据权利要求1所述的计算股骨头alpha角、offset和控制点的系统，其特征在于，在所述控制点计算模块中，在所述操作图像上计算所述辅助点及所述辅助直线，具体为：
4.根据权利要求3所述的计算股骨头alpha角、offset和控制点的系统，其特征在于，在所述控制点计算模块中，在所述辅助直线上获取用户指定的股骨颈长轴超出股骨头圆半径一所述预设指定距离处的点，作为所述辅助点，具体为：
5.根据权利要求3所述的计算股骨头alpha角、offset和控制点的系统，其特征在于，在所述控制点计算模块中，根据得到的所述辅助点和所述辅助直线计算所述控制点，具体为：
6.根据权利要求5所述的计算股骨头alpha角、offset和控制点的系统，其特征在于，在所述参数计算模块中，计算所述alpha角，具体为：
7.根据权利要求5所述的计算股骨头alpha角、offset和控制点的系统，其特征在于，在所述参数计算模块中，计算所述offset参数，具体为；
8.一种采用如权利要求1-7任意一项所述的计算股骨头alpha角、off set和控制点的系统的计算股骨头alpha角、offset和控制点的方法，其特征在于，包括：
9.一种计算机设备，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有计算机代码，所述计算机代码被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行如权利要求8中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机代码，当所述计算机代码被执行时，如权利要求8中任一项所述的方法被执行。
