準(zhǔn)階段獲得的將患側(cè)肱骨頭配準(zhǔn)到健側(cè)肱骨頭的匹配矩陣，對分割后的患側(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。
[0072](2)依據(jù)健側(cè)與患側(cè)骨骼模型內(nèi)的體素對應(yīng)關(guān)系，計算健側(cè)骨骼圖像與患側(cè)骨骼圖像的差異，得到患側(cè)骨骼骨缺損的斷層圖像。
[0073](3)重建骨缺損的三維模型。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)。圖5(f)展示了重建后的骨缺損形態(tài)。
[0074]骨缺損測量階段，在本階段主要建立肱骨頭的三維坐標(biāo)系，測量骨缺損的最大長度、寬度、深度、缺損在肱骨頭的位置以及缺損長軸與肱骨干長軸夾角五個參數(shù)。
[0075](1)建立肱骨頭三維坐標(biāo)系。采用如下方式建立肱骨頭三維坐標(biāo)系:采用計算機(jī)系統(tǒng)中三維坐標(biāo)系的建立方法建立肱骨頭三維坐標(biāo)系，如以肱骨頭重心為坐標(biāo)原點，建立左手坐標(biāo)系，即X軸向右，y軸向上，z軸向前。
[0076](2)測量骨缺損參數(shù)。選用線形測量工具，以鼠標(biāo)點選方式確定骨缺損最大長度(以及寬度、深度)的兩個端點，確定參數(shù)的數(shù)值；選用位置測量工具，以鼠標(biāo)單擊方式確定缺損最深處的位置，確定該位置的三維坐標(biāo)；選用角度測量工具，測量缺損長軸與肱骨干長軸的夾角；選用體積測量工具，測量骨缺損的體積。
[0077]至此，完成了整個骨缺損三維形態(tài)的測量全流程。
[0078]綜上所述，本發(fā)明給出了一種準(zhǔn)確測量單側(cè)肢體骨骼骨性損傷的方法及系統(tǒng)。用戶采用本方法可以準(zhǔn)確獲得骨缺損的三維形態(tài)，大大減少了測量的工作量和處理時間。其中，實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其進(jìn)行限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求所述為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種用于人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷測量的方法，包括以下步驟: 1)對包含同一患者雙側(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； 2)分別對分割后的健側(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； 3)依據(jù)關(guān)鍵解剖標(biāo)志點的位置及解剖結(jié)構(gòu)的形態(tài)特點，分析與識別健側(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)對應(yīng)骨骼的配準(zhǔn)矩陣； 4)利用步驟3)得到的配準(zhǔn)矩陣，計算健側(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； 5)對骨缺損斷層圖像進(jìn)行三維重建，得到骨缺損三維模型； 6)建立骨缺損所在骨骼的三維坐標(biāo)系，對骨缺損參數(shù)進(jìn)行測量。2.如權(quán)利要求1所述的用于人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷測量的方法，其特征在于，采用醫(yī)學(xué)圖像分割算法對醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分割。3.如權(quán)利要求1所述的用于人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷測量的方法，其特征在于，步驟1)采用基于閾值的分割算法，并輔以人工手動微調(diào)的方法對醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分割，包括: 1-1)選定一個閾值范圍對同一序列醫(yī)學(xué)圖像執(zhí)行閾值分割； 1-2)順序瀏覽閾值分割后的圖像，對于明顯存在骨邊緣未封閉的情況，采用手動畫點或畫線方式封閉骨邊緣；對于肱骨頭與周圍組織相粘連的情況，采取手動畫直割線方式將相粘連部分分尚。4.如權(quán)利要求1所述的用于人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷測量的方法，其特征在于，步驟2)和5)中采用計算機(jī)圖形學(xué)中的三維重建技術(shù)進(jìn)行所述的三維建模。5.如權(quán)利要求1所述的用于人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷測量的方法，其特征在于，步驟3)采用計算機(jī)科學(xué)中的配準(zhǔn)算法進(jìn)行三維模型配準(zhǔn)。6.如權(quán)利要求5所述的用于人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷測量的方法，其特征在于，所述配準(zhǔn)過程包括:通過計算旋轉(zhuǎn)平移后的患側(cè)點云與健側(cè)點云之間的誤差距離，如果誤差大于預(yù)設(shè)閾值則繼續(xù)迭代整個過程，直至誤差小于預(yù)設(shè)閾值，則認(rèn)為配準(zhǔn)成功。7.如權(quán)利要求1所述的用于人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷測量的方法，其特征在于，步驟4)具體包括以下步驟: 4-1)利用步驟3)得到的配準(zhǔn)矩陣，對分割后的患側(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； 4-2)依據(jù)健側(cè)與患側(cè)骨骼三維模型內(nèi)的體素對應(yīng)關(guān)系，計算健側(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； 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)。8.如權(quán)利要求1所述的用于人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷測量的方法，其特征在于，步驟6)采用計算機(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。9.如權(quán)利要求1所述的用于人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷測量的方法，其特征在于，步驟6)中，所述骨缺損參數(shù)包括:骨缺損最大長度、寬度、深度和骨缺損在健康骨骼上的空間位置；選用線形測量工具，以鼠標(biāo)點選方式確定骨缺損最大長度以及寬度、深度的兩個端點，確定參數(shù)的數(shù)值；選用位置測量工具，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)；選用角度測量工具，測量缺損所處方向；選用體積測量工具，測量骨缺損的體積。10.一種測量人體單側(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)存儲模塊，其中: 所述骨缺損處理模塊又包括: 圖像分割子模塊，用于對待處理圖像進(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； 三維重建子模塊，用于對分割后的健側(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； 配準(zhǔn)子模塊，用于對健側(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)對應(yīng)骨骼的配準(zhǔn)矩陣； 骨缺損斷層圖像獲取子模塊，用于獲取骨缺損斷層圖像； 解剖結(jié)構(gòu)測量子模塊，用于構(gòu)建缺損所在骨結(jié)構(gòu)的三維坐標(biāo)系，提供測量所需的工具; 所述交互模塊用于檢測用戶輸入，判斷所選測量工具，使用戶與系統(tǒng)進(jìn)行交互，參與完成骨缺損的參數(shù)測量； 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。 所述數(shù)據(jù)存儲模塊又包括: 圖像數(shù)據(jù)庫，用于存儲患者的醫(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； 三維模型數(shù)據(jù)庫，用于存儲健側(cè)骨骼三維模型、患側(cè)骨骼三維模型，骨缺損三維模型；解剖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，用于存儲人體解剖學(xué)骨骼骨性標(biāo)志的重要解剖結(jié)構(gòu)，以及雙側(cè)對應(yīng)的解剖結(jié)構(gòu)標(biāo)志。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于人體單側(cè)肢體骨骼骨性損傷測量的方法及系統(tǒng)。利用健側(cè)對應(yīng)骨骼形態(tài)作為模板，將健側(cè)對應(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)；測量骨缺損處的最大長度、寬度、深度、缺損的空間位置等參數(shù)，實現(xiàn)對患側(cè)骨性缺損的全面評估。本發(fā)明實現(xiàn)了對人體單側(cè)肢體骨骼中骨缺損的模型重建和三維測量，可以準(zhǔn)確、全面地評估骨性缺損，對于有效降低因骨骼骨性缺損造成術(shù)后復(fù)發(fā)的疾病的復(fù)發(fā)率有重要意義。
【IPC分類】G06T7/00, G06T17/00
【公開號】CN105303604
【申請?zhí)枴緾N201510679632
【發(fā)明人】陳輝, 朱以明, 劉孟孟, 張鳳軍, 王宏安
【申請人】中國科學(xué)院軟件研究所, 北京積水潭醫(yī)院
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年10月19日