施例。
[0068] 在510中，接收异常骨或异常骨的一部分的表示。异常骨可以是要经历针对改变、 修复或移除的手术设计的病态骨。异常骨表示可以包括表征异常骨的数据集。在一个示例 中，该数据集包括几何特征，该几何特征包含解剖结构的位置、形状、轮廓或外观等。在另一 示例中，该数据集可以包括强度信息。在各示例中，异常骨表示可以包括至少一种医学图 像，诸如X射线、超声波图像、计算机断层摄影（CT)扫描、磁共振（MR)图像、正电子发射断 层扫描（PET)图像、单光子发射计算机断层成像术（SPECT)图像或关节造影等2D或3D图 像。异常骨表示还可以包括一个或更多个点云。在一些示例中，可以从存储表征异常骨的 数据集的数据库、或从包括X射线机器、CT扫描仪、MRI机器、PET扫描仪等成像系统或图像 获取模块接收异常骨表示。
[0069] 在520中，可以接收通用正常骨模型。通用正常骨模型包括表示具有与在510中 接收的异常骨可比的解剖起端的正常骨或正常骨的一部分的数据集。通用正常骨模型可以 表示正常骨的解剖结构的形状或外观。通用正常骨模型可以采用包括参数模型、统计模型、 基于形状的模型、体积模型或其他几何模型在内的形式之一。通用正常骨模型还可以是基 于正常骨的物理性质，包括例如弹性模型、样条模型或有限元模型。在一些示例中，通用正 常骨模型可以表示所需的术后的正常骨的形状或外观。可以通过使用配置用于对正常骨模 型的三维操作的计算机软件来修改正常骨模型（例如参数模型、统计模型、基于形状的模 型或体积模型）而获得所需的术后的正常骨的形状或外观。
[0070] 在各示例中，通用正常骨模型可以包括根据来自一组主体的具有可比的解剖起端 的正常骨的多个图像或点云创建的统计模型。用于生成通用正常骨模型的数据可以包括形 状数据或外观数据。形状数据可以包括几何特征，例如界标、表面或边界；而外观数据可以 包括几何特征和强度信息二者。在一个示例中，通用正常骨模型包括统计形状（SS)模型。 可以根据从来自己知具有正常骨解剖结构的一组主体的具有可比的解剖起端的正常骨获 得的多个医学图像导出SS模型。医学图像的示例包括X射线、超声波图像、CT扫描、MR图 像、PET图像、SPECT图像或关节造影、以及其他2D和3D图像。在各实施例中，可以根据来 自具有类似的年龄、性别、种族、尺寸或其他身体或人口统计数据的一组主体的具有可比的 解剖起端的正常骨的医学图像或点云来构建形状数据或外观数据。在一些实施例中，通用 正常骨模型具有与异常骨表示可比的数据格式或形式。例如，如果在510中接收来自患者 的病态股骨近端的CT扫描，则在520中接收的SS模型可以根据来自多个主体的具有正常 解剖结构的股骨近端的CT扫描来构建。在另一示例中，在510中可以接收来自患者的病态 髋臼的CT扫描，并且在520中接收的SS模型可以根据来自多个主体的具有正常解剖结构 的髋臼的CT扫描来构建。
[0071] 在530中，可以将通用正常骨模型与异常骨表示进行配准。通用正常骨模型和异 常骨表示可以各自被划分成表示相应图像上的各解剖结构的多个分段。可以对这些分段加 标签，使得具有相同标签的分段共享指定的特征（例如形状、解剖结构或强度）。在划分异 常骨表不时，可以将病态部分与异常骨表不的正常部分区分开，并可以从异常骨表不中识 别出无解剖异常的配准区域。
[0072] 为了将通用正常骨模型与异常骨表示进行配准，可以变换通用正常骨模型，以创 建通用模型。变换可以包括使得通用正常骨模型与异常骨表示的大小和取向整体对齐的刚 性变换。刚性变换的示例包括平移、旋转或反射。变换还可以包括通过使通用正常骨模型 与异常骨表示对齐来降低局部几何偏差的非刚性变换。非刚性变换的示例包括拉伸、收缩 或基于模型的变换（包括径向基函数、样条或有限元模型）。在一个示例中，可以向通用正 常骨模型应用刚性变换和非刚性变换二者。
[0073] 在一些实施例中，所需变换?_可以被确定为使得所识别出的异常骨表示 Sabn_al(x，y，z)上的无异常分段与变换?后的通用正常骨模型y，z)的相应分段 之间的差异最小化的变换。也就是说，选择所需变换?。pt使得欧式距离II? ^(S^wO^y， z))-SabnOTmal(x，y，z) | |最小。可以向通用正常骨模型应用所需变换?。pt，以创建配准的通 用模型。然后，响应于识别异常骨的配准区域，可以将配准的通用模型的一个或更多个分段 与异常骨的相应配准区域匹配。可以至少部分基于该匹配来将配准的通用模型的剩余分段 与异常骨表示的剩余分段对齐。
[0074] 在540中，可以检测异常骨的一个或更多个异常区域。可以使用配准的通用模型 和异常骨表示之间的比较来检测异常。在一个实施例中，可以从配准的通用模型提取多个 模型特征，并从异常骨表示提取多个异常骨特征。提取的特征的示例包括一个或更多个几 何参数（例如位置、取向、曲率、轮廓、形状、区域、体积或其他几何参数）。提取的特征还可 以包括一个或更多个基于强度的特征。
[0075] 可以计算配准的通用模型的分段与异常骨表示的匹配分段之间的不一致的程 度。例如如果分段的异常骨特征（Rabn_al(k))与配准的通用模型的相应分段的模型特征 OCm(k))之间的相似性度量满足指定准则，则声明异常骨的该分段为异常。相似性度量的 示例包括赋范向量空间中的距离（例如L1范数、L2范数或欧式距离和无穷范数）、相关系 数、交互信息或图像比率一致性等。在一个实施例中，可以根据特征的类型或成像方式来确 定相似性度量。例如，当从异常骨的3D图像和从SS模型（所述SS模型是从具有可比的骨 解剖结构的3D医学图像导出的）提取几何特征时，可以计算在模型特征与异常骨特征之间 的体积差，例如3D赋范向量空间的平方距离的和。
[0076] 在一些实施例中，模型特征的统计分布可以用于计算不一致的程度。例如，可以根 据来自M个主体（M多2)的具有可比的解剖起端的骨的图像导出通用正常骨模型。在确定N 维异常骨特征矢量Y=[y(1)，y(2)，. ..，y(N)]与N维模型特征矢量X=[x(1)，x(2)，...， x(N)]之间的统计距离时，来自M个主体的特征数据Xm=[xm (1)，xm (2)，…，xm (N) ](m= 1，2，...，M)可被用于估计模型特征矢量X的协方差矩阵Cxx，如等式（1)中所示：
[0077]
[0078] 然后可以将异常骨特征矢量Y与模型特征矢量X之间的统计距离计算为马氏距离 (Mahalanobisdistance)，如（2)中所不：
[0079]
[0080] 在550中，生成手术设计。手术设计可以限定来自需要改变的一个或更多个异常 区域的异常骨部分的位置、形状和体积。在一个示例中，针对具有检测到的异常区域的分 段，体积参数Xabn_al(k)表示异常骨表示的分段的形状或体积，而体积参数X^wGO表示配 准的通用模型的相应分段的形状或体积。然后可以从体积参数Xabn_al(k)中减去体积参数 Xnc^(k)，并且可以将得到的减去后的体积参数确定为改变部分。在一个示例中，手术设计 可以包括用于执行异常骨的第一模拟的指令，以及用于执行手术改变后的异常骨的第二模 拟（例如移除了识别出的多余骨组织的术后异常骨的模拟模型）的指令。第一和第二模拟 之一或二者可以分别包括用于评估包含例如相应骨的运动范围在内的一个或更多个生物 力学参数的生物学模拟。可以使用第一模拟和第二模拟之间的比较来确定异常骨的一个或 更多个异常区域。在一些实施例中，可以生成图形表示来示出通用正常骨模型、异常骨表示 和手术设计中的一个或更多个。图形表示提供反馈，以使系统用户可以接受或修改手术设 计。在一些示例中，手术设计可以包括用于通过从异常骨逐渐地移除识别出的多余骨（例 如服从预先指定的过程）来逐步地改变异常骨的一个或更多个异常区域的指令。
[0081] 图6是示出用于设计对病变骨（例如病变股骨、病变髋骨或身体中的其他病变骨） 的一部分的手术改造的方法600的示例的流程图。改造手术的一个示例是对股骨髋臼撞 击（FAI)的治疗。FAI的手术治疗包括使用例如高速钻或关节镜刨刀从股骨颈移除多余的 骨。然后，方法600可被用于识别撞击的异常区域，并生成包括移除骨的形状和体积的手术 设计，由此提供在手术中引导手术工具的指令。在一个实施例中，系统1〇〇(包括本文讨论 的它的各实施例）执行方法600 (包括本文讨论的它的各实施例）。
[0082] 在610中接收异常骨的表示。该表示可以包括表征异常骨的数据集。在一个示例 中，该表示可以是病变股骨的至少一个或更多个医学图像，例如X射线、超声波图像、CT扫 描、MR图像、PET图像、SPECT图像或关节造影、或者其他2D和3D图像。在另一示例中，该 表示还可以包括病变股骨的一个或更多个点云。
[0083] 在602中，检查通用正常模型的可用性。通用正常骨模型可以包括表示具有与相 关的异常骨可比的解剖起端的正常骨的数据集。通用模型的一个示例包括正常股骨的统计 形状（SS)模型。可以根据来自一组主体的具有可比的解剖起端的正常股骨的多个医学图 像所构建的统计形状数据导出正常股骨SS模型。通用正常骨模型可以具有与在601中接 收到的异常骨表示可比的数据格式或图像形态。例如，如果在601处接收到病态股骨的CT 扫描图像，则在602中可以搜索根据具有可比的解剖起端的正常股骨的CT扫描导出的统计 形状（SS)模型，以供后续使用。
[0084] 如果在602中通用正常骨模型可用（例如在SS模型数据库中找到），则在603中 可以检索通用正常骨模型以供进一步使用。如果模型不可用，则可以创建通用正常骨模型。 如图6中所示，在604中，可以从图像数据库或其他存储设备中检索具有与接收到的异常骨 可比的解剖起端的多个正常骨的图像。在一个示例中，所述图像可以具有与接收到的异常 骨表示可比的数据格式或图像形态，并且可以取自具有与被分析的异常骨的宿主（患者） 相似的身体或人口统计数据的一组主体。在一些示例中，即使在602处SS模型可用，使用 来自指定的主体群体（例如具有与异常骨的宿主可比的人口统计学数据）的正常骨的数据 重新创建SS模型可能是令人期望的。
[0085] 因此，在604中接收到的图像包括统计形状数据。然后在605中可以将统计形状 数据分为多个分段。可以根据正常骨的各解剖结构来划分统计形状数据中的每个图像。例 如，股骨近端的图像可以被划分为股骨头、股骨颈、头凹（foveaofhead)、大转子（greater trochanter)、小转子（lessertrochanter)等图像分段。可以为划分的分段各自分配一个 标签，使得具有相同标签的分段共享指定特征（例如形状、解剖结构或强度）。
[0086] 然后，在606中可以使用划分后的统计形状数据来创建SS模型。在一些