專利名稱：椎骨骨折預(yù)測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種估計(jì)脊柱椎骨中未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)的方法。
背景技術(shù)：
骨質(zhì)疏松癥以及有關(guān)的并發(fā)癥，例如脆化骨折，仍然是全世界主要保健問(wèn)題的中心。 椎骨骨折是最常見類型的骨質(zhì)疏松癥骨折，每年貢獻(xiàn)大約750， 000個(gè)病例。椎骨骨折的出現(xiàn)已經(jīng)與劇烈以及慢性疼痛相關(guān)聯(lián)，損害了生活質(zhì)量，并且與縮短的預(yù)期壽命關(guān)聯(lián)。因此，存在對(duì)可以有助于識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)患者的椎骨骨折的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素進(jìn)行標(biāo)識(shí)的持續(xù)的興趣，這些患者將通過(guò)早期預(yù)防而最大受益。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，椎骨骨折的病原是多種因素的，并且不能僅僅通過(guò)骨礦密度(BMD)的級(jí)別和分布來(lái)解釋。只有當(dāng)施加于椎骨的負(fù)荷超過(guò)其負(fù)荷承受能力時(shí)，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性故障。在過(guò)去，越來(lái)越多的注意力集中在了更好地理解相鄰椎骨的尺寸和形狀(相當(dāng)大地影響脊柱的負(fù)荷分布)如何影響骨折風(fēng)險(xiǎn)。已經(jīng)注意到的是(在此情況下)，獨(dú)立于BMD和其它風(fēng)險(xiǎn)骨折，脊柱中存在的骨折施加了對(duì)于隨后遭受骨折的強(qiáng)烈傾向。 由于人類脊柱的生理曲率意味著通過(guò)減少在行走期間的彎矩以及能量消耗來(lái)增加直立姿勢(shì)的穩(wěn)定性，因此本發(fā)明人考慮到脊柱前凸的程度和/或椎骨排列的不規(guī)則性的變化對(duì)于骨折發(fā)展是否具有直接暗示。雖然過(guò)去已經(jīng)提出了高脊柱后凸(hyperkyphotic)姿勢(shì)對(duì)于椎骨脊柱的機(jī)械負(fù)荷以及未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)的暗示，但尚未研究脊柱前凸和椎骨排列對(duì)于腰椎(在絕經(jīng)婦女中最經(jīng)常發(fā)生脆性骨折的部位)的骨折的暗示。 脊柱的生理曲率是由椎骨內(nèi)前椎骨高度和后椎骨高度中的微小差異以及相鄰椎骨之間的微小差異而產(chǎn)生的?；谶@個(gè)知識(shí)，Zebaze等人近來(lái)提出了一種方法，用于基于檢查相鄰椎骨的前/后高度比率的比率來(lái)估計(jì)脊柱的規(guī)則性/不規(guī)則性。他們已經(jīng)表示，在脊柱的任何部分中的相鄰椎骨被排列以形成由兩條曲線所限定的結(jié)構(gòu)一條曲線由前椎骨高度形成，另一條曲線由后椎骨高度形成。如果在兩塊相鄰椎骨處的彎曲程度是相同的，則曲率曲線的中心和半徑將是相同的，因此具有規(guī)則性。反之，當(dāng)在給定位置的曲線的彎曲突然改變時(shí)，這說(shuō)明存在不規(guī)則性。 所引入的不規(guī)則性的量度是相鄰椎骨無(wú)法形成一致的程度。在該研究中還表明這種不規(guī)則性的量度示出與脊柱脆性的不同相關(guān)因素(例如年齡、高度損失、BMD和骨折數(shù)量)的明顯相關(guān)性，這說(shuō)明不規(guī)則性與骨質(zhì)疏松癥的不同指標(biāo)有關(guān)。 然而，在以上的研究中，尚未系統(tǒng)地解決的問(wèn)題是椎骨排列的不規(guī)則性是否可以用于警告我們逐漸的椎骨變形，并且預(yù)測(cè)最終骨折風(fēng)險(xiǎn)的程度，并且對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)的程度進(jìn)行定量。 我們現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，非骨折脊柱中脊柱曲率的高級(jí)別不規(guī)則性預(yù)示了未來(lái)的骨折風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種通過(guò)處理從至少部分脊柱的圖像推導(dǎo)出的數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)脊柱的椎骨中未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)的方法，包括以下步驟處理與脊柱的至少四塊相鄰椎骨有關(guān)的位置數(shù)據(jù)；計(jì)算在所述相鄰椎骨中的至少兩塊處的脊柱的曲率；計(jì)算不同曲率值，以獲得表示脊柱的曲率中不規(guī)則性程度的值，并且使用所述脊柱的曲率中不規(guī)則性程度來(lái)提供對(duì)脊柱的椎骨中未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)的估計(jì)，較高的不規(guī)則性程度指示較高的未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)。 該說(shuō)明書中所指的位置數(shù)據(jù)包括關(guān)于椎骨上的具體特征的絕對(duì)位置和具體特征的位置相對(duì)于位于相同椎骨上的另一特征或位于相鄰椎骨上同一具體特征的信息。
優(yōu)選地，經(jīng)受風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)的脊柱在估計(jì)時(shí)為非骨折的。 優(yōu)選地，計(jì)算出的不規(guī)則性程度與先前建立的類似地計(jì)算出的、分別表示未來(lái)骨折的較低風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)的脊柱曲率不規(guī)則性的值進(jìn)行比較，以判斷或者確定與計(jì)算出的值關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)。所述先前計(jì)算出的值優(yōu)選地是基于對(duì)在有意義的時(shí)段(例如7-15年)內(nèi)沒有繼續(xù)發(fā)展脊柱骨折的個(gè)體的人群而進(jìn)行的測(cè)量以及基于對(duì)在所述有意義的時(shí)段內(nèi)繼續(xù)發(fā)展脊柱骨折的個(gè)體的人群進(jìn)行的測(cè)量。優(yōu)選地，選擇所述人群以在體重指數(shù)(BMI)、酒精和牛奶消耗、甚至激素替代治療的使用、脊柱BMD(L1-L4)、抽煙習(xí)慣以及自我報(bào)告體育鍛煉方面匹配于主體。 優(yōu)選地，所述方法還包括處理從所述脊柱的相同部分的較后圖像推導(dǎo)出的位置數(shù)據(jù)，并且與先前使用針對(duì)其的數(shù)據(jù)的脊柱的相同的至少四塊相鄰椎骨相關(guān)聯(lián)；計(jì)算先前計(jì)算出其曲率的所述相鄰椎骨中相同的至少兩塊處的脊柱的曲率；計(jì)算不同的新曲率值，以獲得表示脊柱的曲率中不規(guī)則性程度的新值；以及對(duì)表示脊柱的曲率中不規(guī)則性程度的新值與在時(shí)間上較早獲得的值進(jìn)行比較。 通過(guò)該方法，脊柱的曲率中的不規(guī)則性可以被監(jiān)控，并且因此可以用于確定椎骨骨折的增加的可能性。 在優(yōu)選實(shí)施例中，該方法還包括處理脊柱的感興趣區(qū)域中與n塊相鄰椎骨有關(guān)的位置數(shù)據(jù)；計(jì)算在n塊相鄰椎骨中的n-2塊處的脊柱的曲率；以及使用在所述n_2塊椎骨處的曲率值，計(jì)算脊柱的感興趣區(qū)域的平均曲率。 優(yōu)選地，推導(dǎo)表示脊柱的曲率的不規(guī)則性的值的步驟包括計(jì)算脊柱的感興趣區(qū)域中在2至n-2塊椎骨處的各個(gè)曲率與脊柱的感興趣區(qū)域的平均曲率之間的絕對(duì)差的平均數(shù)。 可替換地，和/或另外地，計(jì)算在各塊椎骨處的曲率的步驟包括 標(biāo)識(shí)所述至少四塊相鄰椎骨中的三塊相鄰椎骨中的對(duì)應(yīng)特征；以及 使用所述對(duì)應(yīng)特征來(lái)計(jì)算在所述三塊相鄰椎骨的中間椎骨處的脊柱的曲率。 所述特征可以是在由其可以限定曲線的每個(gè)椎骨中找到的任何點(diǎn)。 在優(yōu)選實(shí)施例中，標(biāo)識(shí)所述三塊相鄰椎骨中的每塊中的對(duì)應(yīng)特征的步驟包括對(duì)
每塊椎骨的中心點(diǎn)進(jìn)行定位，所述方法還包括使用所述三塊相鄰椎骨的中心點(diǎn)來(lái)限定圓
的部分；以及計(jì)算所述圓的半徑，其中，表示曲率的值被計(jì)算為半徑的倒數(shù)。 可替換地，標(biāo)識(shí)三塊相鄰椎骨中的每塊中的對(duì)應(yīng)特征的步驟可以包括對(duì)每塊椎
6骨的角點(diǎn)進(jìn)行定位，所述方法還包括使用所述三塊相鄰椎骨的所述角點(diǎn)來(lái)限定圓的部分；以及計(jì)算所述圓的半徑，其中，表示曲率的值被計(jì)算為半徑的倒數(shù)。 在可替換的實(shí)施例中，計(jì)算在各塊椎骨處的曲率的步驟可以包括計(jì)算一塊椎骨相對(duì)其兩塊相鄰椎骨的方位角。 該方法可以包括以下步驟取得由其可計(jì)算不規(guī)則性量度的脊柱的感興趣區(qū)域的圖像。 成像的感興趣區(qū)域優(yōu)選地包含多于四塊椎骨，例如五塊或六塊椎骨。在優(yōu)選實(shí)施
例中，感興趣區(qū)域包含六塊相鄰椎骨，并且對(duì)于中間四塊椎骨計(jì)算曲率值。
該方法可以包括當(dāng)所測(cè)量的不規(guī)則性大于特定級(jí)別時(shí)，發(fā)起治療過(guò)程，以防止或
者減少脊柱的骨質(zhì)疏松癥。 該方法可以另外地或者可替換地用在臨床研究的入口點(diǎn)。例如，該方法可以用于通過(guò)對(duì)處于未來(lái)椎骨骨折風(fēng)險(xiǎn)中的人進(jìn)行標(biāo)識(shí)而減少與骨質(zhì)疏松癥有關(guān)的研究所需的人的數(shù)量。 該方法還可以用于對(duì)臨床研究的參與者標(biāo)記結(jié)束點(diǎn)。例如，該方法可以用于標(biāo)識(shí)處于遭受椎骨骨折的增加的風(fēng)險(xiǎn)中的臨床試驗(yàn)中的參與者。因此，發(fā)展出增加的骨折風(fēng)險(xiǎn)的人可以在遭受椎骨骨折之前免除研究。 根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供一種指令集，其包括用于以下操作的指令處理與脊柱的至少四塊相鄰椎骨有關(guān)的位置數(shù)據(jù)；計(jì)算在所述相鄰椎骨中的至少兩塊處的脊柱的曲率；計(jì)算不同曲率值，以獲得表示脊柱的曲率中不規(guī)則性程度的值，并且使用所述脊柱的曲率中不規(guī)則性程度來(lái)提供對(duì)脊柱的椎骨中未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)的估計(jì)，較高的不規(guī)則性程度指示較高的未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)。 根據(jù)本發(fā)明第三方面，提供一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，用于通過(guò)處理脊柱的部分的圖像來(lái)估計(jì)脊柱的椎骨中未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置包括處理器，所述處理器被布置為處理與脊柱的至少四塊相鄰椎骨有關(guān)的位置數(shù)據(jù)；計(jì)算在所述相鄰椎骨中的至少兩塊處的脊柱的曲率；計(jì)算不同曲率值，以獲得表示脊柱的曲率中不規(guī)則性程度的值，并且使用所述脊柱的曲率中不規(guī)則性程度來(lái)提供對(duì)脊柱的椎骨中未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)的估計(jì)，較高的不規(guī)則性程度指示較高的未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)。


將在參照附圖的情況下參照本發(fā)明的具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述并且示出本發(fā)明，其中 圖1示出在未骨折脊柱的每個(gè)椎骨處的不同曲率的示例； 圖2示意性地提供同一患者在5年期間脊柱前凸程度的改變的示例； 圖3示出指示不同椎骨的各個(gè)位置的脊柱的示意圖； 圖4示出在患者的觀測(cè)時(shí)段結(jié)束時(shí)、在基線處的腰椎脊柱前凸的程度； 圖5示出參照來(lái)自健康脊柱的規(guī)則脊柱，在同一患者在遭受L1骨折之前和之后的
椎骨排列的不規(guī)則性； 圖6示出根據(jù)在觀測(cè)時(shí)段結(jié)束時(shí)、在基線處所計(jì)算出的骨折存在與否而分級(jí)的患者中的不規(guī)則性。
具體實(shí)施例方式
下文中將具體參照對(duì)脊柱椎骨的x射線圖像的分析來(lái)描述本發(fā)明。然而，應(yīng)理解，所描述的方法可以應(yīng)用于脊柱的其它醫(yī)學(xué)圖像，例如DXA、計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)、超聲或磁共振。 本發(fā)明的具體實(shí)施例所描述的是確定這些形態(tài)參數(shù)的基于計(jì)算機(jī)的量度是否可以獨(dú)立于一組傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)因素，包括骨質(zhì)密度(BMD)，而將稍后遭受椎骨骨折的健康主體與保持椎骨完整性的主體區(qū)分開來(lái)。 所描述的實(shí)施例關(guān)注于脊柱的腰椎。然而，應(yīng)理解，所描述的方法可以應(yīng)用于脊柱的其它椎骨，包括胸椎和頸椎。 所描述的實(shí)施例是基于對(duì)被隨訪了平均7. 5年的144個(gè)絕經(jīng)婦女的病例控制研允。 為該分析而選擇的人群是從預(yù)期流行病學(xué)風(fēng)險(xiǎn)因素(PERF)群組中選取的。為了標(biāo)識(shí)在基線處沒有脊柱骨折但在5至8年時(shí)段內(nèi)發(fā)展出至少一次腰椎骨折(偶然骨折)的患者，瀏覽關(guān)于首先在1992年至1995年之間初選并且在2000年至2001年之間再次檢查的4062個(gè)婦女的數(shù)據(jù)。在該人群中，總共有662個(gè)患者具有至少一次新椎骨骨折，其中36個(gè)患者僅在腰部區(qū)域具有椎骨骨折。選擇這些主體，并且與相同規(guī)模的控制組相匹配，以建立病例控制設(shè)置，控制組具有可比較年齡、體重指數(shù)(BMI)、酒精和牛奶消耗、荷爾蒙替代治療的使用、脊柱BMD(L1-L4)、抽煙習(xí)慣以及自我報(bào)告體育鍛煉。 按照預(yù)先定義的協(xié)議來(lái)執(zhí)行所分析的所有檢查。在基線處，所有患者受到前_后和側(cè)投影中胸部脊柱和腰部脊柱的x射線。當(dāng)在側(cè)部位置時(shí)，使用枕墊以確保椎骨體的良好排列。焦-片距離保持恒定為1.2m，并且中心波束在檢查胸部脊柱時(shí)定向到T7，而當(dāng)檢查腰部脊柱時(shí)定向到L2。要求患者在獲取腰部射線照片的時(shí)間摒住呼吸，并且在獲取胸部射線照片期間緩慢并且均勻地呼吸。所有患者皆由相同工作人員來(lái)檢查。
在例行地拍攝前后圖片以用于一般瀏覽并且評(píng)估椎骨變形(即脊柱側(cè)凸)的同時(shí)，對(duì)側(cè)部射線照片執(zhí)行骨折評(píng)估。所有側(cè)部射線照片被數(shù)字化，并且由放射醫(yī)學(xué)專家來(lái)分析，放射醫(yī)學(xué)專家根據(jù)Genant的半定量方法、使用在椎骨端板之間的最短距離和最長(zhǎng)距離的最小20%的差作為用于診斷椎骨骨折的準(zhǔn)則來(lái)對(duì)骨折的存在進(jìn)行分類、重新評(píng)估和確認(rèn)。 為了進(jìn)一步分析圖像，由同一放射線專家使用計(jì)算機(jī)程序來(lái)對(duì)從TH12至L5的每個(gè)椎骨上的四個(gè)角點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記。每個(gè)椎骨的中心點(diǎn)被定義為四個(gè)角點(diǎn)之間的中間的點(diǎn)，優(yōu)選地，椎骨的重心。隨后，計(jì)算從L1至L4的每個(gè)椎骨處的局部曲率作為連接給定椎骨的中心點(diǎn)與相鄰椎骨的中心點(diǎn)的圓的半徑的倒數(shù)(例如，由穿過(guò)Thl2、Ll和L2的中心點(diǎn)的圓的曲率來(lái)描述L1的排列，如圖l所示的脊柱的示意圖中所示)。 如果圓位于脊柱的后部，則曲率量度的前綴取正數(shù)，而如果其位于脊柱的前部，則取負(fù)數(shù)。 從L1至L4的各條曲線的平均曲率c確定了脊柱前凸的程度的量(即腰部脊柱的生理曲率)
<formula>formula see original document page 9</formula> :半徑) 圖2給出針對(duì)不同程度的脊柱前凸而獲得的圓的示例。圖2示出從基線到隨訪(follow-up)腰部脊柱的增加的曲率以及各個(gè)圓(L1至L4)的半徑的伴隨的減少。圖3示出進(jìn)一步的說(shuō)明，其中，可以清楚地看出規(guī)則的脊柱與不規(guī)則的脊柱之間的變化。腰部脊柱越是脊柱前凸，棘突(spinous)就越接近于彼此，并且椎骨體的前部之間的間隙就越大。
脊柱的生理曲率是由椎骨內(nèi)前椎骨高度和后椎骨高度中的微小差異以及相鄰椎骨之間的微小差異而產(chǎn)生的。如果相鄰椎骨的彎曲程度是可比較的，則擬合的圓的曲率將是很大程度上可比較的，其中趨勢(shì)是從Ll至L4逐漸減小圓的半徑(或者增加曲率)，如圖l可見。然而，當(dāng)脊柱在給定級(jí)別(level)的彎曲突然改變時(shí)，出現(xiàn)圓的半徑和或位置的突然改變，由此揭示存在不規(guī)則性。在該研究中所測(cè)試的不規(guī)則性的量度被定義為各個(gè)曲率(Ll至L4)與平均曲率c之間的絕對(duì)差的平均數(shù)
1 4 1 丁 E abs( ~—c)4/ = i radius L. 圖5示出與控制相比在椎骨排列中所標(biāo)記的不規(guī)則性的示例。具體地說(shuō)，圖5示出的示例是，參照來(lái)自健康主體的規(guī)則脊柱，在同一患者中在遭受L1骨折之前以及之后的椎骨排列的不規(guī)則性。關(guān)于與L3和L4的脊柱相比的Ll和L2圓的脊柱，根據(jù)半徑的增加和位置的改變，與控制脊柱相比的上部腰部脊柱的伸直是清楚的。伴隨椎骨骨折(在此情況下，在Ll中)的不規(guī)則性的增加由Ll和L2圓的半徑的所標(biāo)記的減少來(lái)指示，L2圓還相對(duì)于脊柱改變其位置。 不規(guī)則性的特征指示是圓的典型位置和半徑。如圖2所示，L1的不規(guī)則的排列由與位于椎骨體后部的其它圓相比，位于前部的Ll圓來(lái)指示。
研究人群的人口統(tǒng)計(jì)和骨骼特征表示如下"無(wú)骨折"組"骨折"組(n = 108)(n = 36)年齡65. 1(7. 1)64. 6(7. 8)絕經(jīng)后的年限16. 9(8. 9)17. 3(10. 6)身高(cm)162. 1(5. 9)163. 0(5. 47)體重(kg)65. 4(8. 8)66. 7(11. 3)BMI，公斤/平方米24. 9(3. 4)24. 9(3. 8)體重的變化，kg-1. 5(1. 9)-2. 8(1. 9)*基線脊柱BMD0. 845(0. 127)0. 834(0. 148)(克/平方厘米)Delta BMD， ％0. 5(6. 2)5. 8(8. 3)*椎骨骨折分布018010
0406輕微的06中度的026嚴(yán)重的06前部開裂026后部開裂01凹陷010粉碎01骨折數(shù)量1034202300非椎骨骨折-基線60-新的20對(duì)于不成對(duì)的觀測(cè)，使用Student的t ，測(cè)試來(lái)比較在基線或隨訪處的脊柱前凸或不規(guī)則性的平均值。對(duì)于成對(duì)的觀測(cè)，使用Student的t測(cè)試來(lái)測(cè)試基于個(gè)體的參數(shù)的縱 向改變。如果P小于5X，則差異被看作在統(tǒng)計(jì)上有意義。利用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù) 進(jìn)行分析。 在上表中呈現(xiàn)了研究人群的人口統(tǒng)計(jì)和骨骼特性。兩組之間在統(tǒng)計(jì)上(但并非臨
床上)有意義的唯一差異是與控制組相比，在骨折組中較大的體重減少。脊柱BMD示出在
骨折組中從基線稍微較大的增加，但這是包括更多的椎骨體增加密度的直接結(jié)果。 在基線處，在兩組之間的脊柱前凸程度方面未發(fā)現(xiàn)明顯差異。當(dāng)在7. 5年的時(shí)段
上進(jìn)行比較時(shí)，在健康組中曲率的值并且因此脊柱前凸的程度已經(jīng)明顯改變，而在觀測(cè)時(shí)
段期間在遭受骨折的組中沒有注意到改變。圖6中示出針對(duì)這兩個(gè)組的對(duì)應(yīng)數(shù)值數(shù)據(jù)。 圖6示出具有未來(lái)椎骨骨折或沒有未來(lái)椎骨骨折的兩組主體在椎骨排列中的不
規(guī)則性的量度方面明顯不同(P = 0. 002)。在基線和隨訪處，差異是明顯的。在觀測(cè)時(shí)段期
間，在遭受至少一次腰部骨折的組中，不規(guī)則性的量度從基線明顯增加，而在維持椎骨完整
性的組中未見明顯改變。包括不規(guī)則性的量度連同所選擇的良好建立的椎骨骨折的風(fēng)險(xiǎn)因
素(年齡、BMI、脊柱BMD、抽煙和體育鍛煉) 一起的對(duì)數(shù)回歸作為獨(dú)立變量確認(rèn)形態(tài)量度的
獨(dú)立預(yù)測(cè)值(P < 0. 001)。 基于這些測(cè)試，本發(fā)明者已經(jīng)示出 1)在同一解剖學(xué)區(qū)域中，椎骨排列的不規(guī)則性而不是腰部脊柱的生理曲率的程度 可預(yù)測(cè)椎骨骨折； 2)在腰部脊柱中出現(xiàn)至少一次椎骨骨折逆轉(zhuǎn)脊柱前凸的程度方面漸進(jìn)的與年齡
有關(guān)的增加，并且產(chǎn)生椎骨排列中的增加的不規(guī)則性； 3)不規(guī)則性的預(yù)測(cè)值獨(dú)立于脊柱BMD和傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)因素。
總之，這些發(fā)現(xiàn)突出了負(fù)荷分布在骨折發(fā)展中的獨(dú)立作用，并且提供了關(guān)于為何 一旦出現(xiàn)骨質(zhì)疏松癥，增加的BMD不足以防止后續(xù)骨折的進(jìn)一步解釋。 與沒有遭受椎骨骨折的婦女相比，在稍后遭受椎骨骨折的婦女中，脊柱前凸的程
度在基線處沒有明顯不同。該觀測(cè)符合這樣的概念椎骨形狀的生理范圍在確定脊柱曲率
中具有重要作用，其沒有引入足以影響骨折風(fēng)險(xiǎn)的椎骨負(fù)荷以及負(fù)荷分布的變化。 基于這些理論考慮，在優(yōu)選實(shí)施例中，并且如上所述，每個(gè)腰椎的局部曲率被定義
為通過(guò)特定椎骨的中心點(diǎn)以及兩塊相鄰椎骨的中心點(diǎn)的圓的半徑的倒數(shù)。 不規(guī)則性表示為各個(gè)曲率(LI至L4)與腰部脊柱的平均曲率之間的絕對(duì)差的平均
數(shù)。當(dāng)在縱向設(shè)置中測(cè)試該參數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)與保持結(jié)構(gòu)完整性的人相比，在觀測(cè)時(shí)段結(jié)束時(shí)受
到腰部脊柱中椎骨骨折的那些人具有明顯更高的不規(guī)則性的值。換句話說(shuō)，增加的不規(guī)則
性預(yù)示未來(lái)的骨折(獨(dú)立于一組傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)因素，包括BMD)。這種觀察因此也說(shuō)明，通過(guò)對(duì)
于給定的椎骨重新安排機(jī)械負(fù)荷，不規(guī)則的排列對(duì)于椎骨骨折的最終出現(xiàn)是獨(dú)立的貢獻(xiàn)因
素，因此而增強(qiáng)的挑戰(zhàn)是保持結(jié)構(gòu)的完整性。 由于不規(guī)則性的量度是連續(xù)變量，因此它也促進(jìn)了對(duì)隨時(shí)間而改變的監(jiān)控。在目 前的研究中，在觀測(cè)時(shí)段期間沒有發(fā)現(xiàn)在未遭受任何骨折的健康組中不規(guī)則性的明顯改 變。反之，在腰部脊柱中遭受至少一次骨折的人中，不規(guī)則性明顯增加。后者觀測(cè)提供的理 解是，具有普遍的骨折的婦女的強(qiáng)烈傾向于遭受第二次骨折。因此，與生理曲率(即脊柱前 凸的程度)的定量改變相對(duì)照，高發(fā)骨折的嚴(yán)重形態(tài)變形可能導(dǎo)致機(jī)械負(fù)荷的較大變化， 增加了后續(xù)骨折的風(fēng)險(xiǎn)。 在可替代的實(shí)施例中，可以憑借推導(dǎo)通過(guò)擬合最佳匹配于椎骨及其相鄰椎骨的四 個(gè)角點(diǎn)的圓所獲得的圓來(lái)確定每個(gè)椎骨的局部曲率。最佳匹配例如是使得多個(gè)點(diǎn)與圓曲線 之間的平方距離之和最小的圓。 在上述每一種情況下，如果椎骨以規(guī)則方式排列，則我們將期待它們近似位于同 一圓上，對(duì)于每個(gè)椎骨產(chǎn)生相等的局部曲率值。各個(gè)曲率與平均曲率之間的絕對(duì)差的平均 數(shù)因此定義了椎骨排列的不規(guī)則性的量度。 可替換地，代替通過(guò)使圓近似通過(guò)后續(xù)椎骨來(lái)分析曲率，我們可以測(cè)量后續(xù)椎骨 的主要方向之間的角度。例如，將椎骨與其前面的椎骨以及后面的椎骨相連接的線段之間 的角度。可以計(jì)算后續(xù)椎骨的較高端板或較低端板之間的角度，并且可以計(jì)算連接椎骨的 較高端板與較低端板的中點(diǎn)的線之間的角度、或者較高端板與較低端板之間的中間的線之 間的角度。 用于確定不規(guī)則性的其它方法包括測(cè)量以下項(xiàng) 1)測(cè)量的曲率值中的方差； 2)測(cè)量的曲率值中的標(biāo)準(zhǔn)差； 3)針對(duì)角度而不是曲率值的上述每個(gè)測(cè)量； 4)再針對(duì)曲率半徑的上述每個(gè)測(cè)量； 5)針對(duì)測(cè)量的曲率值、角度或曲率半徑的對(duì)數(shù)或任何函數(shù)的上述每個(gè)測(cè)量； 6)上述每個(gè)測(cè)量的對(duì)數(shù)或任何函數(shù)； 7)在相同范圍中到對(duì)應(yīng)于其它椎骨的圓的平均距離。 在本發(fā)明中也可以使用Zebaze等人所描述的不規(guī)則性的測(cè)量。
為了推導(dǎo)用于更多全局曲率的值(即貫穿椎骨的范圍)，我們可以找到最佳擬合
椎骨的范圍的圓(例如所有腰椎)，其中，椎骨可以由它們的中心點(diǎn)、它們的四個(gè)角點(diǎn)、四個(gè)
角點(diǎn)加上在定量骨折分級(jí)中使用的較高端板和較低端板的兩個(gè)中點(diǎn)、或整個(gè)輪廓來(lái)限定。
擬合的良好程度(例如平方距離之和)定義了脊柱的規(guī)則性(不規(guī)則性)。 在該說(shuō)明書中，除非另外明確指示，否則，詞語(yǔ)"或"在當(dāng)滿足所陳述的任一種或兩
種情況時(shí)返回真值的運(yùn)算符的意義上使用，與僅要求滿足條件之一的運(yùn)算符"異或"相反。
詞語(yǔ)"包括"在"包含"的意義上使用，而非意味著"構(gòu)成"。
權(quán)利要求
一種通過(guò)處理從至少部分脊柱的圖像推導(dǎo)出的數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)脊柱的椎骨中未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)的方法，包括以下步驟處理與脊柱的至少四塊相鄰椎骨有關(guān)的位置數(shù)據(jù)；計(jì)算在所述相鄰椎骨中的至少兩塊處的脊柱的曲率；計(jì)算不同曲率值，以獲得表示脊柱的曲率中不規(guī)則性程度的值，并且使用所述脊柱的曲率中不規(guī)則性程度來(lái)提供對(duì)脊柱的椎骨中未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)的估計(jì)，較高的不規(guī)則性程度指示較高的未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)。
2. 如權(quán)利要求1中所述的方法，還包括處理從所述脊柱的相同部分的較后圖像推導(dǎo)出的位置數(shù)據(jù)，并且與先前使用針對(duì)其的數(shù)據(jù)的脊柱的相同的至少四塊相鄰椎骨相關(guān)聯(lián)；計(jì)算先前計(jì)算出其曲率的所述相鄰椎骨中相同的至少兩塊處的脊柱的曲率；計(jì)算不同的新曲率值，以獲得表示脊柱的曲率中不規(guī)則性程度的新值；以及對(duì)表示脊柱的曲率中不規(guī)則性程度的新值與在時(shí)間上較早獲得的值進(jìn)行比較。
3. 如任何前述權(quán)利要求中所述的方法，還包括處理脊柱的感興趣區(qū)域中與n塊相鄰椎骨有關(guān)的位置數(shù)據(jù)；計(jì)算在n塊相鄰椎骨中的n-2塊處的脊柱的曲率；以及使用在所述n-2塊脊椎椎骨處的曲率值，計(jì)算脊柱的感興趣區(qū)域的平均曲率。
4. 如權(quán)利要求3中所述的方法，其中，推導(dǎo)表示脊柱的曲率的不規(guī)則性的值的步驟包括計(jì)算脊柱的感興趣區(qū)域中在2至n-2塊椎骨處的各個(gè)曲率與脊柱的感興趣區(qū)域的平均曲率之間的絕對(duì)差的平均數(shù)。
5. 如任何前述權(quán)利要求中所述的方法，其中，計(jì)算在各塊椎骨處的曲率的步驟包括標(biāo)識(shí)所述至少四塊相鄰椎骨中的三塊相鄰椎骨中的對(duì)應(yīng)特征；以及使用所述對(duì)應(yīng)特征來(lái)計(jì)算在所述三塊相鄰椎骨的中間椎骨處的脊柱的曲率。
6. 如權(quán)利要求5中所述的方法，其中，標(biāo)識(shí)所述三塊相鄰椎骨中的每塊中的對(duì)應(yīng)特征的步驟包括對(duì)每塊椎骨的中心點(diǎn)進(jìn)行定位，所述方法還包括使用所述三塊相鄰椎骨的中心點(diǎn)來(lái)限定圓的部分；以及計(jì)算所述圓的半徑，其中，表示曲率的值被計(jì)算為半徑的倒數(shù)。
7. 如權(quán)利要求1至4中任意的權(quán)利要求所述的方法，其中，標(biāo)識(shí)所述三塊相鄰椎骨中的每塊中的對(duì)應(yīng)特征的步驟包括對(duì)每塊椎骨的角點(diǎn)進(jìn)行定位，所述方法還包括使用所述三塊相鄰椎骨的所述角點(diǎn)來(lái)限定圓的部分；以及計(jì)算所述圓的半徑，其中，表示曲率的值被計(jì)算為半徑的倒數(shù)。
8. 如權(quán)利要求1至4中任意的權(quán)利要求所述的方法，其中，計(jì)算在各塊椎骨處的曲率的步驟包括計(jì)算一塊椎骨相對(duì)其相鄰兩塊椎骨的方位角。
9. 一種指令集，包括用于進(jìn)行以下操作的指令處理與脊柱的至少四塊相鄰椎骨有關(guān)的位置數(shù)據(jù)；計(jì)算在所述相鄰椎骨中的至少兩塊處的脊柱的曲率；計(jì)算不同曲率值，以獲得表示脊柱的曲率中不規(guī)則性程度的值，并且使用所述脊柱的曲率中不規(guī)則性程度來(lái)提供對(duì)脊柱的椎骨中未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)的估計(jì)，較高的不規(guī)則性程度指示較高的未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)。
10. 如權(quán)利要求9中所述的指令集，還包括用于以下操作的指令處理從所述脊柱的相同部分的較后圖像推導(dǎo)出的位置數(shù)據(jù)，并且與先前使用針對(duì)其的數(shù)據(jù)的脊柱的相同的至少四塊相鄰椎骨相關(guān)聯(lián)；計(jì)算先前計(jì)算出其曲率的所述相鄰椎骨中相同的至少兩塊處的脊柱的曲率；計(jì)算不同的新曲率值，以獲得表示脊柱的曲率中不規(guī)則性程度的新值；以及對(duì)脊柱的曲率中不規(guī)則性程度的新值與在時(shí)間上較早獲得的值進(jìn)行比較。
11. 如權(quán)利要求9或10中所述的指令集，還包括用于以下操作的指令處理脊柱的感興趣區(qū)域中與n塊相鄰椎骨有關(guān)的位置數(shù)據(jù)；計(jì)算在n塊相鄰椎骨中的n_2塊處脊柱的曲率；以及使用在所述n_2塊脊椎椎骨處的曲率值，計(jì)算脊柱的感興趣區(qū)域的平均曲率。
12. 如權(quán)利要求11中所述的指令集，其中，用于推導(dǎo)表示脊柱的曲率的不規(guī)則性的值的指令還包括用于以下操作的指令計(jì)算脊柱的感興趣區(qū)域中在2至n-2塊椎骨處的各個(gè)曲率與脊柱的感興趣區(qū)域的平均曲率之間的絕對(duì)差的平均數(shù)。
13. 如權(quán)利要求9至12中任意的權(quán)利要求所述的指令集，其中，用于計(jì)算在各塊椎骨處的曲率的指令還包括用于以下操作的指令標(biāo)識(shí)所述至少四塊相鄰椎骨中的三塊相鄰椎骨中的對(duì)應(yīng)特征；以及使用所述對(duì)應(yīng)特征來(lái)計(jì)算在所述三塊相鄰椎骨的中間椎骨處的脊柱的曲率。
14. 如權(quán)利要求13中所述的指令集，其中，用于標(biāo)識(shí)三塊相鄰椎骨中的每塊中的對(duì)應(yīng)特征的指令還包括用于對(duì)每塊椎骨的中心點(diǎn)進(jìn)行定位的指令，所述指令集還包括用于以下操作的指令使用所述三塊相鄰椎骨的中心點(diǎn)來(lái)限定圓的部分；以及計(jì)算所述圓的半徑，其中，表示曲率的值被計(jì)算為半徑的倒數(shù)。
15. 如權(quán)利要求9至13中任意的權(quán)利要求所述的指令集，其中，用于標(biāo)識(shí)三塊相鄰椎骨中的每塊中的對(duì)應(yīng)特征的指令包括用于對(duì)每塊椎骨的角點(diǎn)進(jìn)行定位的指令，所述指令集還包括使用所述三塊相鄰椎骨的所述角點(diǎn)來(lái)限定圓的部分；以及計(jì)算所述圓的半徑，其中，表示曲率的值被計(jì)算為半徑的倒數(shù)。
16. 如權(quán)利要求9至13中任意的權(quán)利要求所述的指令集，其中，用于計(jì)算在各塊椎骨處的曲率的指令還包括用于以下操作的指令計(jì)算一塊椎骨相對(duì)其相鄰兩塊椎骨的方位角。
17. —種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，用于通過(guò)處理脊柱的部分的圖像來(lái)估計(jì)脊柱的椎骨中未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置包括處理器，所述處理器被布置為處理與脊柱的至少四塊相鄰椎骨有關(guān)的位置數(shù)據(jù)；計(jì)算在所述相鄰椎骨中的至少兩塊處的脊柱的曲率；計(jì)算不同曲率值，以獲得表示脊柱的曲率中不規(guī)則性程度的值，并且使用所述脊柱的曲率中不規(guī)則性程度來(lái)提供對(duì)脊柱的椎骨中未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)的估計(jì)，較高的不規(guī)則性程度指示較高的未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)。
18. 如權(quán)利要求17中所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，其中，所述處理器進(jìn)一步被布置為處理從所述脊柱的相同部分的較后圖像推導(dǎo)出的位置數(shù)據(jù)，并且與先前使用針對(duì)其的數(shù)據(jù)的脊柱的相同的至少四塊相鄰椎骨相關(guān)聯(lián)；計(jì)算先前計(jì)算出其曲率的所述相鄰椎骨中相同的至少兩塊處的脊柱的曲率；計(jì)算不同曲率值，以獲得表示脊柱的曲率中不規(guī)則性程度的值；以及對(duì)脊柱的曲率中不規(guī)則性的程度與在時(shí)間上較早獲得的值進(jìn)行比較。
19. 如權(quán)利要求17或18中所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，其中，所述處理器進(jìn)一步被布置為處理脊柱的感興趣區(qū)域中與n塊相鄰椎骨有關(guān)的位置數(shù)據(jù)；計(jì)算在n塊相鄰椎骨中的n-2塊處的脊柱的曲率；以及使用在所述n-2塊脊椎椎骨處的曲率值，計(jì)算脊柱的感興趣區(qū)域的平均曲率。
20. 如權(quán)利要求19中所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，其中，所述處理器進(jìn)一步被布置為當(dāng)推導(dǎo)表示脊柱的曲率的不規(guī)則性的值時(shí)，計(jì)算脊柱的感興趣區(qū)域中在2至n-2塊椎骨處的各個(gè)曲率與脊柱的感興趣區(qū)域的平均曲率之間的絕對(duì)差的平均數(shù)。
21. 如權(quán)利要求17至20中任意的權(quán)利要求所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，其中，當(dāng)計(jì)算在各塊椎骨處的曲率時(shí)，所述處理器進(jìn)一步被布置為標(biāo)識(shí)所述至少四塊相鄰椎骨中的三塊相鄰椎骨中的對(duì)應(yīng)特征；以及使用所述對(duì)應(yīng)特征來(lái)計(jì)算在所述三塊相鄰椎骨的中間椎骨處的脊柱的曲率。
22. 如權(quán)利要求21中所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，其中，標(biāo)識(shí)三塊相鄰椎骨中的每塊中的對(duì)應(yīng)特征包括對(duì)每塊椎骨的中心點(diǎn)進(jìn)行定位，并且所述處理器進(jìn)一步被布置為使用所述三塊相鄰椎骨的中心點(diǎn)來(lái)限定圓的部分；以及計(jì)算所述圓的半徑，其中，表示曲率的值被計(jì)算為半徑的倒數(shù)。
23. 如權(quán)利要求17至21中任意的權(quán)利要求所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，其中，標(biāo)識(shí)三塊相鄰椎骨中的每塊中的對(duì)應(yīng)特征包括對(duì)每塊椎骨的角點(diǎn)進(jìn)行定位，并且所述處理器進(jìn)一步被布置為使用所述三塊相鄰椎骨的所述角點(diǎn)來(lái)限定圓的部分；以及計(jì)算所述圓的半徑，其中，表示曲率的值被計(jì)算為半徑的倒數(shù)。
24. 如權(quán)利要求17至21中任意的權(quán)利要求所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，其中，當(dāng)計(jì)算在各塊椎骨處的曲率時(shí)，所述處理器進(jìn)一步被布置為計(jì)算一塊椎骨相對(duì)其相鄰兩塊椎骨的方位角。
全文摘要
椎骨骨折預(yù)測(cè)。提供一種處理從至少部分脊柱的圖像推導(dǎo)出的數(shù)據(jù)的方法，用于估計(jì)脊柱的椎骨中未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)。處理與脊柱的至少四塊相鄰椎骨有關(guān)的位置數(shù)據(jù)。計(jì)算相鄰椎骨中的至少兩塊的脊柱的曲率。計(jì)算不同曲率值，以獲得表示脊柱的曲率中不規(guī)則性程度的值，并且使用不規(guī)則性程度，提供脊柱的椎骨中未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)的估計(jì)。較高的不規(guī)則性程度指示較高的未來(lái)骨折的風(fēng)險(xiǎn)。
文檔編號(hào)G06F19/00GK101720468SQ200880010177
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月27日
發(fā)明者保拉·彼得森, 克勞斯·克里斯蒂安森, 拉斯洛·B·坦科, 馬爾倫·德布魯伊內(nèi) 申請(qǐng)人:北歐生物科技成像公司