专利名称：基于三维成像技术的骨盆建模与骨盆参数测算方法
技术领域：
本发明涉及女性骨盆测量和分娩监护技术领域，特别涉及基于三维成像技术的骨盆参数估算模型与骨盆参数测算方法。
背景技术：
人类学家和产科学者已研究发现骨盆形态和骨盆径线有广泛的个体差异，男性与女性骨盆在形态上呈现根本的差别；人种的不同，种族的不同，反映在骨盆的形态及各径线长度方面也不尽相同；骨盆发育受内分泌及发育过程中气候、营养、饮食、生活及劳作习惯等诸多因素的影响，即使是同一种族在同地区间亦呈不同程度的差异。女性骨盆测量对于临床上决策分娩方式以及判断分娩进程有着重要的意义。比如，分娩前期预测头盆不称，分娩过程中判断胎头下沉的位置、胎头旋转的方位等，都需要比较详细的骨盆测量数据才能进行准确的判断和决策。目前，临床上的骨盆测量一般采用测量尺和阴道指检的方法，根据外部测量得到数据，比如髂嵴间径、髂棘间径、骶耻外径、临床坐骨结节间径、临床出口前后径、耻骨弓角度，和产妇的身高、人种、民族、出生地信息，利用估算模型对骨盆入口平面指数、入口前后径、入口横径、坐骨棘间径、出口前后径进行推算，这些推算出来的参数对分娩的决策以及分娩进程的判断具有非常重要的临床意义。但是，目前临床上使用的线性回归骨盆参数估算模型，是根据多年前X线胶片成像和测量尺测量的数据，以骨盆体表测量值为输入，利用一元线性回归方程对骨盆内特征值进行估算。由于当时测量技术的限制，数据来源准确性低，采用的拟合算法是简单的一元线性模型，只能反映各径线长度之间的数量关系，不能准确反映骨盆各结构之间的空间位置关系。而且随着时间的推移，社会的进步，人们的生活水平大幅提高，营养和生活条件的改善，人们的骨骼发育产生了较大的影响。所以，当前急切需要一种新的骨盆参数估算模型反映当代女性骨盆的内部结构，结合当代计算机技术和骨盆测算技术的发展，为临床提供更加准确的数据，协助医生对分娩进程做出正确决策。对于骨盆测量，目前已有多种方法。中国专利CN89204068. 8 (公开号为CN2051496)提出用气囊、刻度尺等材料设计出仪器用于测量内骨盆；中国专利 CN200920118703. 9(授权公告号为CN201418743Y)提出用一种机械装置实现多功能骨盆测量。美国专利US007850625B2提出了利用磁场位置传感器测量传感器的空间位置和姿态来测量骨盆以及胎儿头部的位置等分娩参数。然而，以上机械式测量设备测量参数精度不足， 不宜用于骨盆模型建立数据来源。对于骨盆参数估算模型，目前还没有相关专利声明。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于三维成像技术的骨盆参数估算模型建模方法。本发明的另一目的在于，提供一种基于骨盆参数估算模型的骨盆参数测算方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案本发明基于三维成像的骨盆参数估算模型建立方法，包括以下步骤(1)基于现代医学三维成像技术，对女性骨盆进行断层图像扫描，并进行三维图像重建，在三维图像中以第五腰椎外缘为原点，第五腰椎外缘到耻骨联合上缘方向为X轴方向，以左髂前上棘到右髂前上棘方向为Y轴方向，以垂直于上述X Y平面沿骶骨方向为Z轴方向建立空间直角坐标系，利用三维图像信息，对骨盆特征点空间坐标进行测量；(2)以上述数据中体表易测的数据和产妇的身高、人种、民族、出生地作为输入数据，利用上述数据中体表无法直接测量的数据作为输出数据；(3)利用上述方法对大样本女性骨盆进行统计分析，通过数学建模方法建立输入数据与输出数据的骨盆参数估算模型。步骤(1)中，所述骨盆特征点包括左右髂棘间最远点、左髂前上棘外缘、右髂前上棘外缘、耻骨联合上缘、耻骨联合下缘、两侧坐骨棘、两髂耻线间最远点、骶岬下缘、左右坐骨结节、耻骨横支上缘、骶骨下缘、第五腰椎外缘以及第四、五骶椎关节面前缘。步骤⑵中，所述体表易测的数据包括左右髂棘间最远点、左髂前上棘外缘、右髂前上棘外缘、耻骨联合上缘、耻骨联合下缘、左右坐骨结节及第五腰椎外缘。步骤O)中，所述体表无法直接测量的数据包括两侧坐骨棘、两髂耻线间最远点、 骶岬下缘、耻骨横支上缘、骶骨下缘及第四、五骶椎关节面前缘。步骤(3)中，所述数学建模方法是指采用多元线性回归分析方法、神经网络方法或支持向量机分析方法建立输入数据与输出数据最优映射关系的数学模型。步骤(3)中，所述骨盆参数估算模型是指利用数学建模方法建立的体表易测的数据与体表无法直接测量的数据之间的最优映射关系。为了达到上述另一目的，本发明采用以下技术方案本发明基于上述基于骨盆参数估算模型对骨盆参数进行测算，具体包括以下步骤(1)将与磁场定位装置连接的磁场发生器安放在产床合适位置，使产生的磁场覆盖产妇整个骨盆；将第一磁感应传感器安放在产妇背部第五腰椎，作为参考传感器；将第二磁感应传感器依次移动到体表特征点位置，分别记录下各点相对于第一磁感应传感器的空间位置坐标；(2)以第五腰椎外缘为原点，第五腰椎外缘到耻骨联合上缘方向为X轴方向，以左髂前上棘到右髂前上棘方向为Y轴方向，以垂直于上述X Y平面沿骶骨方向为Z轴方向建立空间直角坐标系，并将步骤(2)测量的坐标转换成上述建立的空间直角坐标系中；(3)以上述测量的体表特征点空间坐标和产妇的身高、人种、民族、出生地信息为输入数据，利用建立的骨盆参数估算模型，推算骨盆体表无法直接测量的特征点坐标数据；(4)根据以上所述测量得到的和推算出来的坐标数据，经过分析计算得到临床所需特征点、线、面之间的数量位置关系。步骤(1)中，所述磁场发生器用于在可用空间内产生弱磁场，所述第一磁感应传感器用于将第五腰椎外缘的空间坐标作为测量时的参考坐标，所述第二磁感应传感器用于测量骨盆体表其他特征点相对于第五腰椎外缘的空间坐标，降低由于测量时产妇骨盆移动带来的系统误差。步骤(1)中，所述体表特征点位置包括左右髂棘间最远点、左髂前上棘外缘、右髂前上棘外缘、耻骨联合上缘、耻骨联合下缘及左右坐骨结节。步骤(3)中，所述骨盆体表无法直接测量的特征点数据包括两侧坐骨棘、两髂耻线间最远点、骶岬下缘、耻骨横支上缘，骶骨下缘，第四、五骶椎关节面前缘的空间坐标。步骤中，所述骨盆特征点、线、面之间的数量位置关系包括骨盆形态、入口横径、入口前后径、中段横径、中段前后径、出口前后径、骶耻内径、坐骨棘间距、耻骨弓角度、 骨盆入口平面空间位置、坐骨棘平面空间位置、产轴线空间位置。本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果1、本发明涉及的建模方法，数据来源基于现代医学三维成像技术，技术成熟、数据精准、易于操作。建模算法基于多元统计回归分析算法，与传统模型相比，输出数据的推算基于多个输入数据的综合考虑，数据可靠性高。2、本发明涉及的骨盆测算方法基于磁场跟踪定位技术，与传统测量方法相比，该测算方法对产妇及胎儿不增加任何副作用，最重要的是可以获得体表骨盆特征点的空间位置坐标。而本发明涉及的骨盆参数估算模型基于骨盆特征点的空间坐标，为基于磁场跟踪定位技术的骨盆测算方法提供了推算骨盆内部特征点空间坐标的理论基础。3、本发明涉及的骨盆测算方法基于磁场跟踪定位技术，通过测量或模型推算出来的数据，是关于骨盆特征点的空间坐标。与传统方法相比，得到的数据更加容易扩展及深入分析。经过分析计算，可以得到临床上所需的特征点、线、面之间的数量位置关系，比如骨盆入口平面空间位置、坐骨棘平面空间位置、产轴线空间位置，为临床提供更多有用的信息。4、本发明涉及的骨盆建模方法及骨盆参数测算方法为不同人种、不同民族、不同出生地的女性骨盆研究提供了切实可行的方法和技术手段，可以反映不同地区、不同民族的骨盆差异，更有利于协助临床上对分娩进程进行决策，也有利于进行流行病和人类学研
图1为骨盆特征点位置示意图；图2为骨盆正位特征点位置示意图；图3为骨盆侧位特征点位置示意图；图4为骨盆参数估算模型空间坐标系示意图；图5是骨盆参数估算模型建立算法示意图；图6是基于磁场跟踪定位技术的骨盆体表特征参数测量方法示意图；图7是骨盆参数估算模型建立流程与骨盆参数测算流程示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。如图7所示，本实施例基于骨盆三维成像的骨盆参数估算模型建立方法，包括以下步骤
(1)利用现代医学三维成像技术，对女性骨盆进行断层图像扫描，并进行三维图像重建。如图4所示，以第五腰椎外缘18为原点，第五腰椎外缘到耻骨联合上缘方向为X轴方向19，以左髂前上棘到右髂前上棘方向22为Y轴方向20，以垂直于上述X Y平面沿骶骨方向为Z轴方向21建立空间直角坐标系；利用三维图像信息，对骨盆特征点空间坐标进行测量。如图1-3所示，需要测量空间坐标的骨盆特征点包括左右髂棘间最远点1和2， 左髂前上棘外缘3，右髂前上棘外缘4，耻骨联合上缘5，耻骨联合下缘6，两侧坐骨棘7和8， 两髂耻线间最远点9和10，骶岬下缘11，左右坐骨结节12和13，耻骨横支上缘14，骶骨下缘15，第五腰椎外缘16，第四、五骶椎关节面前缘17。(2)利用上述数据中体表易测的数据和产妇的身高、人种、民族、出生地信息作为输入数据，体表易测的数据包括左右髂棘间最远点1和2，左髂前上棘外缘3，右髂前上棘外缘4，耻骨联合上缘5，耻骨联合下缘6，左右坐骨结节12和13，第五腰椎外缘16 ；利用上述数据中体表无法直接测量的数据作为输出数据，包括两侧坐骨棘7和8、两髂耻线间最远点9和10、骶岬下缘11、耻骨横支上缘14，骶骨下缘15，第四、五骶椎关节面前缘17。(3)利用上述方法对大样本女性骨盆进行统计分析，如图5所示，通过数学建模方法建立输入数据与输出数据的骨盆参数估算模型。所述骨盆参数估算模型是指利用体表易测的数据推算体表无法直接测量的数据的最优映射关系。优选的，采用多元线性回归分析方法建立输入数据与输出数据的多元线性回归模型。实例中输入数据为13个，分别为下述特征点的坐标左右髂棘间最远点X1和x2， 左髂前上棘外缘知，右髂前上棘外缘&，耻骨联合上缘&，耻骨联合下缘χβ，左右坐骨结节X7 和X8,第五腰椎外缘X9，身高Xltl,人种X11,民族X12，出生地X13 ；输出数据为8个，分别为下述特征点的坐标两侧坐骨棘Y1和y2、两髂耻线间最远点y3和y4、骶岬下缘y5、耻骨横支上缘 y6，骶骨下缘y7，第四、五骶椎关节面前缘y8。实例中测量η 组输入和输出数据(Xil，Xi2，K，Xil3;yn，yi2，K，yi8)，i = l，2，K，n。对于输出数据y1;我们建立如下的多元线性回归模型Y1 = β 0+β JX1+ β 2χ2+Κ+ β 13χ13+ ε实例中测量的关于yi的η组输入和输出数据(Xil，Xi2，K，Xil3 ；yn)，i = 1,2, K, η, 上述回归模型写成方程组形式，如下
权利要求
1.一种基于三维成像技术的骨盆建模方法，其特征在于，具体包括下述步骤(1)基于现代医学三维成像技术，对女性骨盆进行断层图像扫描，并进行三维图像重建，在三维图像中以第五腰椎外缘为原点，第五腰椎外缘到耻骨联合上缘方向为X轴方向， 以左髂前上棘到右髂前上棘方向为Y轴方向，以垂直于上述X Y平面沿骶骨方向为Z轴方向建立空间直角坐标系，利用三维图像信息，对骨盆特征点的空间坐标进行测量；(2)将步骤(1)中测得数据中体表易测的数据和产妇的身高、人种、民族、出生地信息作为输入数据，而上述数据中体表无法直接测量的数据作为输出数据；(3)利用上述方法对大样本女性骨盆进行统计分析，通过数学建模方法建立输入数据与输出数据的骨盆参数估算模型。
2.根据权利要求1所述的基于三维成像技术的骨盆建模方法，其特征在于，步骤(1) 中，所述骨盆特征点包括左右髂棘间最远点、左髂前上棘外缘、右髂前上棘外缘、耻骨联合上缘、耻骨联合下缘、两侧坐骨棘、两髂耻线间最远点、骶岬下缘、左右坐骨结节、耻骨横支上缘、骶骨下缘、第五腰椎外缘以及第四、五骶椎关节面前缘。
3.根据权利要求1所述的基于三维成像技术的骨盆建模方法，其特征在于，步骤(2) 中，所述体表易测的数据包括左右髂棘间最远点、左髂前上棘外缘、右髂前上棘外缘、耻骨联合上缘、耻骨联合下缘、左右坐骨结节及第五腰椎外缘；所述体表无法直接测量的数据包括两侧坐骨棘、两髂耻线间最远点、骶岬下缘、耻骨横支上缘、骶骨下缘及第四、五骶椎关节面前缘。
4.根据权利要求1所述的基于三维成像技术的骨盆建模方法，其特征在于，步骤(3) 中，所述数学建模方法是指采用多元线性回归分析方法、神经网络方法或支持向量机分析方法建立输入数据与输出数据最优映射关系的数学模型。
5.根据权利要求1所述的基于三维成像技术的骨盆建模方法，其特征在于，步骤(3) 中，所述骨盆参数估算模型是指利用数学建模方法建立的体表易测的数据与体表无法直接测量的数据之间的最优映射关系。
6.一种利用权利要求1-5中任一项建立的骨盆参数估算模型的骨盆参数测算方法，其特征在于，具体包括下述步骤(1)将与磁场跟踪定位装置连接的磁场发生器安放在产床合适位置，使产生的磁场覆盖产妇整个骨盆；将第一磁感应传感器安放在产妇背部第五腰椎，作为参考传感器；将第二磁感应传感器依次移动到体表特征点位置，分别记录下各点相对于第一磁感应传感器的空间位置坐标；(2)以第五腰椎外缘为原点，第五腰椎外缘到耻骨联合上缘方向为X轴方向，以左髂前上棘到右髂前上棘方向为Y轴方向，以垂直于上述XY平面沿骶骨方向为Z轴方向建立空间直角坐标系，并将步骤(1)测量的基于电磁跟踪定位系统的坐标转换成上述建立的空间直角坐标系中；(3)以上述测量的体表特征点空间坐标和产妇的身高、人种、民族、出生地信息为输入数据，利用建立的骨盆参数估算模型，推算骨盆体表无法直接测量的特征点坐标数据；(4)根据以上所述测量得到的和推算出来的坐标数据，经过分析计算得到临床所需骨盆特征点、线、面之间的数量位置关系。
7.根据权利要求6所述的骨盆参数测算方法，其特征在于，步骤(1)中，所述磁场跟踪定位装置包括磁场发生器和磁感应传感器，所述磁场发生器用于在可用空间内产生弱磁场，所述第一磁感应传感器用于将第五腰椎外缘的空间坐标作为测量时的参考坐标，所述第二磁感应传感器用于测量骨盆体表其他特征点相对于第五腰椎外缘的空间坐标，降低由于测量时产妇骨盆移动带来的系统误差。
8.根据权利要求6所述的骨盆参数测算方法，其特征在于，步骤(1)中，所述体表特征点位置包括左右髂棘间最远点、左髂前上棘外缘、右髂前上棘外缘、耻骨联合上缘、耻骨联合下缘及左右坐骨结节。
9.根据权利要求6所述的骨盆参数测算方法，其特征在于，步骤(3)中，所述骨盆体表无法直接测量的特征点数据包括两侧坐骨棘、两髂耻线间最远点、骶岬下缘、耻骨横支上缘，骶骨下缘，第四、五骶椎关节面前缘的空间坐标。
10.根据权利要求6所述的骨盆参数测算方法，其特征在于，步骤(4)中，所述骨盆特征点、线、面之间的数量位置关系包括骨盆形态、入口横径、入口前后径、中段横径、中段前后径、出口前后径、骶耻内径、坐骨棘间距、耻骨弓角度、骨盆入口平面空间位置、坐骨棘平面空间位置、产轴线空间位置。
全文摘要
本发明公开了一种基于三维成像技术的骨盆建模与骨盆参数测算方法。本发明基于骨盆三维成像技术测量骨盆特征点的空间坐标，然后以体表易测的特征点坐标和产妇的身高、人种、民族、出生地信息为输入数据，以体表无法直接测量的特征点坐标为输出数据，利用数学建模方法建立骨盆参数估算模型；本发明基于磁场跟踪定位技术测量骨盆体表易测的特征点坐标，利用上述骨盆参数估算模型，推算骨盆体表无法直接测量的特征点坐标；然后利用体表测量和推算出来的坐标，经过分析计算，得到临床所需骨盆特征点、线、面之间的数量位置关系。本发明涉及的骨盆测算方法无创，可以综合多种因素为临床提供更多、更可靠、更有用的骨盆信息。
文档编号G06T17/30GK102314712SQ20111028502
公开日2012年1月11日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者王文博, 陆尧胜, 黄耀熊, 齐建国 申请人:暨南大学