一種用于人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷測(cè)量的方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種用于人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷測(cè)量的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]許多骨科病患，由于創(chuàng)傷、勞損、腫瘤或是自身免疫類疾病等多種原因?qū)е鲁霈F(xiàn)單側(cè)肢體骨性損傷，部分骨質(zhì)結(jié)構(gòu)缺損。這種情況下，為恢復(fù)病患肢體功能往往需要重建缺損的骨結(jié)構(gòu)。此時(shí)只有精確的了解缺損部位骨性結(jié)構(gòu)的形態(tài)特點(diǎn)，才能有效地計(jì)劃手術(shù)重建方式。
[0003]由于這種情況下，患側(cè)骨結(jié)構(gòu)往往已經(jīng)部分毀損或缺失，單憑借患側(cè)現(xiàn)有骨骼形態(tài)難以推知傷前骨骼的精確形態(tài)特征。目前，已有針對(duì)人體各個(gè)部位的大量解剖學(xué)研究證實(shí)，雙側(cè)肢體的對(duì)應(yīng)部位的骨性結(jié)構(gòu)往往互為鏡像，形態(tài)非常近似。在這種情況下，可以健側(cè)對(duì)應(yīng)部位骨性結(jié)構(gòu)作為患側(cè)未損傷前形態(tài)模板，來(lái)計(jì)算患側(cè)骨性結(jié)構(gòu)缺失部分形態(tài)。由于這一模板具有病患本身個(gè)性化特征，因而較以該部位骨骼通用參數(shù)或通用形態(tài)模型為參照模板的方法進(jìn)行計(jì)算更加符合病患的個(gè)體特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種用于人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷測(cè)量的方法及系統(tǒng)，利用健側(cè)對(duì)應(yīng)骨骼形態(tài)作為模板，將健側(cè)對(duì)應(yīng)骨骼的三維CT圖像翻轉(zhuǎn)為鏡像后，減去患側(cè)骨骼三維CT圖像，以得到患側(cè)骨缺損的精確形態(tài)；測(cè)量骨缺損處的最大長(zhǎng)度、寬度、深度、缺損的空間位置等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)患側(cè)骨性缺損的全面評(píng)估。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種用于人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷測(cè)量的方法，包括以下步驟:
[0007]1)對(duì)包含同一患者雙側(cè)相同部位目標(biāo)骨骼的醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分割，分別提取健側(cè)骨骼區(qū)域和患側(cè)骨骼區(qū)域。
[0008]2)分別對(duì)分割后的健側(cè)骨骼區(qū)域圖像和患側(cè)骨骼區(qū)域圖像進(jìn)行三維重建，得到健側(cè)骨骼三維模型和患側(cè)骨骼三維模型。
[0009]3)依據(jù)關(guān)鍵解剖標(biāo)志點(diǎn)的位置及解剖結(jié)構(gòu)的形態(tài)特點(diǎn)，分析與識(shí)別健側(cè)骨骼三維模型與患側(cè)骨骼三維模型的重要解剖結(jié)構(gòu)，并且以互為鏡像的重要解剖結(jié)構(gòu)為約束，對(duì)健側(cè)骨骼三維模型與患側(cè)骨骼三維模型進(jìn)行配準(zhǔn)，得到相應(yīng)的患側(cè)骨骼配準(zhǔn)到健側(cè)對(duì)應(yīng)骨骼的配準(zhǔn)矩陣。
[0010]4)利用步驟3)得到的配準(zhǔn)矩陣，計(jì)算健側(cè)骨骼區(qū)域圖像與患側(cè)骨骼區(qū)域圖像的差異，得到患側(cè)骨骼的骨缺損斷層圖像。
[0011]5)對(duì)骨缺損斷層圖像進(jìn)行三維重建，得到骨缺損三維模型。
[0012]6)建立骨缺損所在骨骼的三維坐標(biāo)系，對(duì)骨缺損參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。
[0013]進(jìn)一步地，采用醫(yī)學(xué)圖像分割算法對(duì)醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分割。
[0014]優(yōu)選地，步驟1)采用基于閾值的分割算法，并輔以人工手動(dòng)微調(diào)的方法對(duì)醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分割，包括:
[0015]1-1)基于閾值的圖像分割。選定一個(gè)閾值范圍對(duì)同一序列醫(yī)學(xué)圖像執(zhí)行閾值分割。
[0016]1-2)手動(dòng)調(diào)整單張圖像分割結(jié)果。順序?yàn)g覽閾值分割后的圖像，對(duì)于明顯存在骨邊緣未封閉的情況，采用手動(dòng)畫(huà)點(diǎn)或畫(huà)線方式封閉骨邊緣；對(duì)于肱骨頭與周圍組織相粘連的情況，采取手動(dòng)畫(huà)直割線方式將相粘連部分分離。
[0017]進(jìn)一步地，步驟2)和5)中采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的三維重建技術(shù)進(jìn)行所述的三維建模，如MC(Marching Cube，移動(dòng)立方體)算法等。
[0018]進(jìn)一步地，步驟3)采用計(jì)算機(jī)科學(xué)中的配準(zhǔn)算法進(jìn)行三維模型配準(zhǔn)，如ICP(Iterative Closest Point，迭代最近點(diǎn))算法等。
[0019]上述配準(zhǔn)過(guò)程包括:通過(guò)計(jì)算旋轉(zhuǎn)平移后的患側(cè)點(diǎn)云與健側(cè)點(diǎn)云之間的誤差距離，如果誤差大于預(yù)設(shè)閾值則繼續(xù)迭代整個(gè)過(guò)程，直至誤差小于預(yù)設(shè)閾值，則認(rèn)為配準(zhǔn)成功；其后可手工對(duì)配準(zhǔn)進(jìn)行微調(diào)，如進(jìn)行移位或旋轉(zhuǎn)。
[0020]進(jìn)一步地，步驟4)具體包括以下步驟:
[0021]4-1)利用步驟3)得到的配準(zhǔn)矩陣，對(duì)分割后的患側(cè)骨骼區(qū)域內(nèi)的所有體素進(jìn)行三維空間變換，定位健側(cè)骨骼區(qū)域內(nèi)的相應(yīng)體素；
[0022]4-2)依據(jù)健側(cè)與患側(cè)骨骼三維模型內(nèi)的體素對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算健側(cè)骨骼圖像與患側(cè)骨骼圖像的差異，得到患側(cè)骨骼的骨缺損斷層圖像；
[0023]4-3)利用上步得到的骨缺損斷層圖像，重建骨缺損三維模型，獲得骨缺損的原始形態(tài)。
[0024]進(jìn)一步地，步驟6)采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中三維坐標(biāo)系的建立方法建立缺損所在骨骼的三維坐標(biāo)系，如以骨骼重心為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立左手坐標(biāo)系，即X軸向右，y軸向上，z軸向
、廣.刖。
[0025]進(jìn)一步地，步驟6)中，所述骨缺損參數(shù)包括:骨缺損最大長(zhǎng)度、寬度、深度和骨缺損在健康骨骼上的空間位置，選用線形測(cè)量工具，以鼠標(biāo)點(diǎn)選方式確定骨缺損最大長(zhǎng)度以及寬度、深度的兩個(gè)端點(diǎn)，確定參數(shù)的數(shù)值；選用位置測(cè)量工具，以鼠標(biāo)單擊方式確定骨缺損最深處的位置，確定該位置的三維坐標(biāo)；選用角度測(cè)量工具，測(cè)量缺損所處方向；選用體積測(cè)量工具，測(cè)量骨缺損的體積。
[0026]—種測(cè)量人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷的系統(tǒng)，包含:顯示模塊、交互模塊、骨缺損處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，其中:
[0027]所述骨缺損處理模塊又包括:
[0028]圖像分割子模塊，用于對(duì)待處理圖像進(jìn)行分割，分別提取健側(cè)骨骼區(qū)域和患側(cè)骨骼區(qū)域；
[0029]三維重建子模塊，用于對(duì)分割后的健側(cè)骨骼區(qū)域圖像和患側(cè)骨骼區(qū)域圖像以及骨缺損斷層圖像進(jìn)行三維重建，分別得到健側(cè)骨骼三維模型、患側(cè)骨骼三維模型和骨缺損三維模型；
[0030]配準(zhǔn)子模塊，用于對(duì)健側(cè)骨骼三維模型、患側(cè)骨骼三維模型進(jìn)行配準(zhǔn)，得到相應(yīng)的患側(cè)骨骼配準(zhǔn)到健側(cè)對(duì)應(yīng)骨骼的配準(zhǔn)矩陣；
[0031]骨缺損斷層圖像獲取子模塊，用于獲取骨缺損斷層圖像；
[0032]解剖結(jié)構(gòu)測(cè)量子模塊，用于構(gòu)建缺損所在骨結(jié)構(gòu)的三維坐標(biāo)系，提供測(cè)量所需的工具；
[0033]所述交互模塊用于檢測(cè)用戶輸入，判斷所選測(cè)量工具，使用戶與系統(tǒng)進(jìn)行交互，參與完成骨缺損的參數(shù)測(cè)量；
[0034]所述顯示模塊用于展示圖像分割結(jié)果，健側(cè)骨骼三維模型、患側(cè)骨骼三維模型及骨缺損三維模型，缺損所在骨結(jié)構(gòu)的三維坐標(biāo)系。
[0035]所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊又包括:
[0036]圖像數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)患者的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)，圖像分割處理后圖像分割數(shù)據(jù)，骨缺損斷層圖像；
[0037]三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)健側(cè)骨骼三維模型、患側(cè)骨骼三維模型，骨缺損三維模型；
[0038]解剖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)人體解剖學(xué)骨骼骨性標(biāo)志的重要解剖結(jié)構(gòu)，以及雙側(cè)對(duì)應(yīng)的解剖結(jié)構(gòu)標(biāo)志。
[0039]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)。
[0040]1.本發(fā)明給出準(zhǔn)確測(cè)量人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷的方法。
[0041]本發(fā)明中，優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種將三維CT技術(shù)用于人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷的方法。利用三維CT技術(shù)可以準(zhǔn)確描述人體骨骼骨性結(jié)構(gòu)的形態(tài)學(xué)特征的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了以往二維測(cè)量方法無(wú)法做到的對(duì)骨缺損形態(tài)以及骨缺損在所在骨結(jié)構(gòu)上的空間位置的三維描述，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)骨缺損的精確、全面的測(cè)量。
[0042]2.方法以解剖學(xué)相關(guān)研究結(jié)論為理論依據(jù)，可更加個(gè)性化、準(zhǔn)確的測(cè)量個(gè)體的骨性損傷。
[0043]本發(fā)明中，提出的測(cè)量方法以解剖學(xué)研究中關(guān)于雙側(cè)肢體