一种用于人体单侧肢体骨骼骨性损伤测量的方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于计算机辅助医学领域，具体涉及一种用于人体单侧肢体骨骼骨性损伤测量的方法及系统。
【背景技术】
[0002]许多骨科病患，由于创伤、劳损、肿瘤或是自身免疫类疾病等多种原因导致出现单侧肢体骨性损伤，部分骨质结构缺损。这种情况下，为恢复病患肢体功能往往需要重建缺损的骨结构。此时只有精确的了解缺损部位骨性结构的形态特点，才能有效地计划手术重建方式。
[0003]由于这种情况下，患侧骨结构往往已经部分毁损或缺失，单凭借患侧现有骨骼形态难以推知伤前骨骼的精确形态特征。目前，已有针对人体各个部位的大量解剖学研究证实，双侧肢体的对应部位的骨性结构往往互为镜像，形态非常近似。在这种情况下，可以健侧对应部位骨性结构作为患侧未损伤前形态模板，来计算患侧骨性结构缺失部分形态。由于这一模板具有病患本身个性化特征，因而较以该部位骨骼通用参数或通用形态模型为参照模板的方法进行计算更加符合病患的个体特征。
【发明内容】
[0004]本发明针对上述问题，提出一种用于人体单侧肢体骨骼骨性损伤测量的方法及系统，利用健侧对应骨骼形态作为模板，将健侧对应骨骼的三维CT图像翻转为镜像后，减去患侧骨骼三维CT图像，以得到患侧骨缺损的精确形态；测量骨缺损处的最大长度、宽度、深度、缺损的空间位置等参数，实现对患侧骨性缺损的全面评估。
[0005]本发明采用的技术方案如下:
[0006]—种用于人体单侧肢体骨骼骨性损伤测量的方法，包括以下步骤:
[0007]1)对包含同一患者双侧相同部位目标骨骼的医学图像进行分割，分别提取健侧骨骼区域和患侧骨骼区域。
[0008]2)分别对分割后的健侧骨骼区域图像和患侧骨骼区域图像进行三维重建，得到健侧骨骼三维模型和患侧骨骼三维模型。
[0009]3)依据关键解剖标志点的位置及解剖结构的形态特点，分析与识别健侧骨骼三维模型与患侧骨骼三维模型的重要解剖结构，并且以互为镜像的重要解剖结构为约束，对健侧骨骼三维模型与患侧骨骼三维模型进行配准，得到相应的患侧骨骼配准到健侧对应骨骼的配准矩阵。
[0010]4)利用步骤3)得到的配准矩阵，计算健侧骨骼区域图像与患侧骨骼区域图像的差异，得到患侧骨骼的骨缺损断层图像。
[0011]5)对骨缺损断层图像进行三维重建，得到骨缺损三维模型。
[0012]6)建立骨缺损所在骨骼的三维坐标系，对骨缺损参数进行测量。
[0013]进一步地，采用医学图像分割算法对医学图像进行分割。
[0014]优选地，步骤1)采用基于阈值的分割算法，并辅以人工手动微调的方法对医学图像进行分割，包括:
[0015]1-1)基于阈值的图像分割。选定一个阈值范围对同一序列医学图像执行阈值分割。
[0016]1-2)手动调整单张图像分割结果。顺序浏览阈值分割后的图像，对于明显存在骨边缘未封闭的情况，采用手动画点或画线方式封闭骨边缘；对于肱骨头与周围组织相粘连的情况，采取手动画直割线方式将相粘连部分分离。
[0017]进一步地，步骤2)和5)中采用计算机图形学中的三维重建技术进行所述的三维建模，如MC(Marching Cube，移动立方体)算法等。
[0018]进一步地，步骤3)采用计算机科学中的配准算法进行三维模型配准，如ICP(Iterative Closest Point，迭代最近点)算法等。
[0019]上述配准过程包括:通过计算旋转平移后的患侧点云与健侧点云之间的误差距离，如果误差大于预设阈值则继续迭代整个过程，直至误差小于预设阈值，则认为配准成功；其后可手工对配准进行微调，如进行移位或旋转。
[0020]进一步地，步骤4)具体包括以下步骤:
[0021]4-1)利用步骤3)得到的配准矩阵，对分割后的患侧骨骼区域内的所有体素进行三维空间变换，定位健侧骨骼区域内的相应体素；
[0022]4-2)依据健侧与患侧骨骼三维模型内的体素对应关系，计算健侧骨骼图像与患侧骨骼图像的差异，得到患侧骨骼的骨缺损断层图像；
[0023]4-3)利用上步得到的骨缺损断层图像，重建骨缺损三维模型，获得骨缺损的原始形态。
[0024]进一步地，步骤6)采用计算机系统中三维坐标系的建立方法建立缺损所在骨骼的三维坐标系，如以骨骼重心为坐标原点，建立左手坐标系，即X轴向右，y轴向上，z轴向
、广.刖。
[0025]进一步地，步骤6)中，所述骨缺损参数包括:骨缺损最大长度、宽度、深度和骨缺损在健康骨骼上的空间位置，选用线形测量工具，以鼠标点选方式确定骨缺损最大长度以及宽度、深度的两个端点，确定参数的数值；选用位置测量工具，以鼠标单击方式确定骨缺损最深处的位置，确定该位置的三维坐标；选用角度测量工具，测量缺损所处方向；选用体积测量工具，测量骨缺损的体积。
[0026]—种测量人体单侧肢体骨骼骨性损伤的系统，包含:显示模块、交互模块、骨缺损处理模块、数据存储模块，其中:
[0027]所述骨缺损处理模块又包括:
[0028]图像分割子模块，用于对待处理图像进行分割，分别提取健侧骨骼区域和患侧骨骼区域；
[0029]三维重建子模块，用于对分割后的健侧骨骼区域图像和患侧骨骼区域图像以及骨缺损断层图像进行三维重建，分别得到健侧骨骼三维模型、患侧骨骼三维模型和骨缺损三维模型；
[0030]配准子模块，用于对健侧骨骼三维模型、患侧骨骼三维模型进行配准，得到相应的患侧骨骼配准到健侧对应骨骼的配准矩阵；
[0031]骨缺损断层图像获取子模块，用于获取骨缺损断层图像；
[0032]解剖结构测量子模块，用于构建缺损所在骨结构的三维坐标系，提供测量所需的工具；
[0033]所述交互模块用于检测用户输入，判断所选测量工具，使用户与系统进行交互，参与完成骨缺损的参数测量；
[0034]所述显示模块用于展示图像分割结果，健侧骨骼三维模型、患侧骨骼三维模型及骨缺损三维模型，缺损所在骨结构的三维坐标系。
[0035]所述数据存储模块又包括:
[0036]图像数据库，用于存储患者的医学图像数据，图像分割处理后图像分割数据，骨缺损断层图像；
[0037]三维模型数据库，用于存储健侧骨骼三维模型、患侧骨骼三维模型，骨缺损三维模型；
[0038]解剖结构数据库，用于存储人体解剖学骨骼骨性标志的重要解剖结构，以及双侧对应的解剖结构标志。
[0039]与现有技术相比，本发明具有如下的优点。
[0040]1.本发明给出准确测量人体单侧肢体骨骼骨性损伤的方法。
[0041]本发明中，优点在于设计并实现了一种将三维CT技术用于人体单侧肢体骨骼骨性损伤的方法。利用三维CT技术可以准确描述人体骨骼骨性结构的形态学特征的特点，实现了以往二维测量方法无法做到的对骨缺损形态以及骨缺损在所在骨结构上的空间位置的三维描述，即实现了对骨缺损的精确、全面的测量。
[0042]2.方法以解剖学相关研究结论为理论依据，可更加个性化、准确的测量个体的骨性损伤。
[0043]本发明中，提出的测量方法以解剖学研究中关于双侧肢体