一种关节镜下测量关节内结构的方法和装置与流程

本发明涉及关节镜下测量技术领域，特别涉及一种关节镜下测量关节内结构的方法和装置。

背景技术：

关节镜是一种观察关节内部结构的直径5mm左右的棒状光学器械，是用于诊治关节疾患的内窥镜。关节镜的基本构造是一个光学系统，中央是采集图像的棒镜系统，周围是导入光源的光导纤维，外面是金属保护鞘。关节镜是反映关节内情况的一组光电仪器，由关节镜镜头、摄像头、主机、显示器和冷光源等组成。关节镜的镜头为长20余厘米，粗4-5毫米的细棒，用来插入关节腔，棒内含一组光导纤维和一组透视，光导纤维将光线传入关节，透视则将关节内的影像传出。在关节外，一根光缆将光导纤维与冷光源相连接，这样冷光源可以照亮关节；一个摄像头将透镜与主机和显示器相连接，从而把关节内的影像反映到显示器上。关节镜不仅用于疾病的诊断，而且已经广泛用于关节疾病的治疗。

运动系统疾病是常见病、多发病。运动系统疾病多发生在关节部位。关节主要包括膝关节、肩关节、肘关节、腕关节、髋关节、踝关节等。主要容易损伤的关节内结构包括韧带、肌腱、半月板、盂唇、软骨、髁间窝等。一旦发生关节内结构受损方面的运动系统疾病会严重影响了人们的生活质量，尤其是对于运动员，会严重影响比赛成绩甚至结束运动生涯。

关节内结构的径线、形态和面积的测量对于了解关节内结构形态和损伤结构的精确修复具有重要的意义。比如前交叉韧带断裂后的骨道形态和面积影响到移植物的愈合情况；髁间窝形态和大小对前后交叉韧带断裂的发生及韧带重建后的再断率均有影响；半月板形态和覆盖软骨面的大小对半月板修复术后骨关节炎发生有影响；肩袖止点的覆盖面积对肩袖修复术后的愈合及功能康复有重要影响；软骨损伤缺损大小的精确测量对于移植物修复软骨损伤的精确匹配具有重要的意义。

以下以软骨损伤为例概述现有技术。

软骨损伤表现的症状主要有：关节软骨缺乏血液供应、神经支配及淋巴回流，软骨细胞只占关节软骨体积的1-5％，软骨细胞分裂增殖能力低下，导致软骨损伤的自我修复能力较差。关节软骨损伤后，若不能及时有效的治疗，可能会进展成骨性关节炎(Osteoarthritis，OA)，给患者带来沉重的经济和精神负担。

目前移植修复和组织工程修复术是临床治疗软骨损伤的研究热点，移植修复术包括自体软骨细胞移植术、自体骨软骨细胞移植、自体软骨块移植、同种异体软骨细胞、同种异体骨软骨细胞移植。软骨组织工程的应用材料来源比较广泛，尤其是动物实验，常见的有可吸收材料聚己内酯(PCL)、右旋聚乳酸(PDLA)、左旋聚乳酸(PLLA)、蚕丝蛋白、脱钙皮质骨支架、脱钙松质骨支架、电纺丝支架和透明质酸支架等。手术操作方式主要包括切开手术和全关节镜下手术，其中全关节镜下软骨移植术及组织工程术是近几年兴起的手术方式，全关节镜下操作具有创伤小、恢复快的优点，但是移植物与软骨缺损的大小形状的匹配一直没有完全精确的测量方法，目前常用的测量方法是关节镜下测量尺法和固定模具法。

镜下量尺法是将量尺放于关节腔内，镜下读取缺损的大小数值并描绘形状。镜下量尺法是目前临床及动物实验中最常用的测量法。如图1所示，将软骨缺损清理完成后，将测量尺放入关节内，测量多个不同径线的长度，根据镜下软骨缺损的形状及所测径线的数值，修剪移植物使之与缺损匹配。此方法对于缺损形状规则且缺损较小的软骨损伤比较准确。但是由于关节面多带有弧度，测量尺是质地坚硬的直尺，使得测量尺很难完全与关节面完全贴附，甚至有时测量大小为估计值，除此之外，关节镜存在一定的放大倍数，关节镜的镜头本身多有一定的角度，通常为30°夹角，导致测量结果误差较大，尤其是对于缺损形状不规则且缺损较大的软骨损伤，测量结果误差更大，从而导致移植物与缺损匹配性很差。

固定模具法是利用现有不同规格的器械模具对移植物进行修整，将修整后的移植物与软骨损伤部位进行比对，将软骨损伤部位修整为和模具相同的大小和形状。由于模具多为规则形状，以圆形为主，而软骨缺损多为不规则缺损，为匹配规则形状移植物则需要将缺损修整为规则形状。这种方法很可能会损伤正常软骨，不可避免的要将软骨损伤的不规则区或软骨岛的正常软骨去除一部分。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：关节镜下测量尺法主要存在问题为：由于关节面本身的弧度，镜下测量尺多为金属制品或质硬材料加工成，与损伤部位很难完全贴附，测量误差较大，导致移植物与缺损匹配性差。而固定模具法主要存在的问题为：为了使软骨损伤与规则形状的移植物更好的匹配，不可避免的要将软骨损伤的不规则区或软骨岛的正常软骨去除一部分，加重了软骨损伤，而且对不规则区域的正常软骨或软骨岛去除的同时也削弱了其生理支架的作用。

技术实现要素：

本发明提供一种关节镜下测量关节内结构的方法和装置，用于解决现有技术中要么对关节损伤即关节内病变缺损部位的测量误差大，移植物与与损伤匹配性差，要么为了达到模具与损伤精确匹配，修剪关节损伤的形状从而加重损伤的问题。技术方案如下：

一种关节镜下测量关节内结构的方法，包括以下步骤，

当检测到图像拍摄的触发操作时，通过探入关节内部的关节镜获取目标图像，所述目标图像包括关节内病变缺损部位和设置于所述关节内病变缺损部位附近的测量尺；

显示所述目标图像；

根据所述测量尺在所述目标图像中所指示的像素距离，和所述测量尺所指示的实际距离，计算所述目标图像的显示比例尺；

根据对所述关节内病变缺损部位轮廓的描点操作，确定所述关节内病变缺损部位的轮廓线；

根据所述关节内病变缺损部位的轮廓线和所述显示比例尺，计算所述关节内病变缺损部位的轮廓线上的任意两点的距离和/或所述关节内病变缺损部位的面积。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括，在显示所述目标图像之后，通过所述目标图像判断所述关节镜的镜头与所述关节内病变缺损部位是否平行；如果判断所述关节镜的镜头与所述关节内病变缺损部位不平行，则再次检测图像拍摄的触发操作。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括，在显示所述目标图像之后，通过所述目标图像判断所述关节内病变缺损部位与所述测量尺是否平行；如果判断所述关节内病变缺损部位与所述测量尺不平行，则再次检测图像拍摄的触发操作。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括，所述根据所述测量尺在所述目标图像中所指示的像素距离，和所述测量尺所指示的实际距离，具体为：根据所述测量尺的刻度对应的任意两点的像素距离，和所述测量尺的刻度对应的任意两点所指示的实际距离。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括：根据对所述关节内病变缺损部位轮廓的描点操作，确定所述关节内病变缺损部位的轮廓线上相邻描点之间的像素距离；

根据所述关节内病变缺损部位轮廓上的相邻描点之间的像素距离和所述显示比例尺，计算所述相邻描点之间的实际距离和所述关节内病变缺损部位的周长。

本发明还提供了一种关节镜下测量关节内结构的装置，该装置包括：

检测模块，用于检测图像拍摄的触发操作；

获取模块，用于获取目标图像；

显示模块，用于显示目标图像；

生成模块，用于根据对所述关节内病变缺损部位轮廓的描点操作，生成关节内病变缺损部位的轮廓线；

计算模块，用于计算目标图像的显示比例尺，或关节内病变缺损部位轮廓上的相邻描点之间的实际距离，或关节内病变缺损部位的轮廓线上的任意两点的实际距离，或关节内病变缺损部位的面积，或关节内病变缺损部位的周长。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：对于不规则形状的关节内病变缺损部位，不需要修剪关节内病变缺损部位的形状，也能使移植物与关节内病变缺损部位精确匹配。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中镜下量尺法的软骨缺损部位的照片；

图2为本发明一种实施例中一种关节镜下测量关节内结构的方法的流程图；

图3为本发明另一种实施例中一种关节镜下测量关节内结构的方法的流程图；

图4为本发明一种实施例中一种关节镜下测量关节内结构的装置的框图；

图5为本发明一种实施例中一种关节镜下测量关节内结构的装置的框图；

图6为本发明所使用的Tracemo软件的初始界面图；

图7为应用Tracemo软件显示膝关节软骨缺损部位的图像的界面图；

图8为应用Tracemo软件计算显示比例尺的界面图；

图9和图10为应用Tracemo软件测量图像中任意两点距离的界面图；

图11为应用Tracemo软件清空图像中的标记的界面图；

图12为应用Tracemo软件获取膝关节软骨缺损部位的轮廓上的点的横纵坐标的界面图；

图13为应用Tracemo软件计算膝关节软骨缺损部位的面积的界面图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

在本发明的第一方面，本发明公开了一种关节镜下测量关节内结构的方法。图2为本发明一种实施例中一种关节镜下测量关节内结构的方法的流程图。参见图2，一种关节镜下测量关节内结构的方法，包括以下步骤，

在步骤S101中，当检测到图像拍摄的触发操作时，通过探入关节内部的关节镜获取目标图像，目标图像包括关节内病变缺损部位和设置于关节内病变缺损部位附近的测量尺；

在步骤S102中，显示所述目标图像；

在步骤S103中，根据测量尺在目标图像中所指示的像素距离，和测量尺所指示的实际距离，计算目标图像的显示比例尺；

在步骤S104中，根据对关节内病变缺损部位轮廓的描点操作，确定关节内病变缺损部位的轮廓线；

在步骤S105中，根据关节内病变缺损部位的轮廓线和显示比例尺，计算关节内病变缺损部位的轮廓线上的任意两点的实际距离和/或关节内病变缺损部位的面积。

本发明提供的一种关节镜下测量关节内结构的方法，该方法可实现对不规则关节内病变缺损部位的精确测量，不需要修剪关节内病变缺损部位的形状，也能使关节内病变缺损部位与移植物精确匹配。

本领域技术人员可以理解的是，本发明提供的一种关节镜下测量关节内结构的方法不但能精确测量关节内病变缺损部位，也能精确测量关节内结构。

需要说明的是，步骤S103和步骤S104无明显的先后顺序。因此，二者的顺序可以互换，即先进行步骤S104，根据对关节内病变缺损部位轮廓的描点操作，确定关节内病变缺损部位的轮廓线；再进行步骤S103，根据测量尺在目标图像中所指示的像素距离，和测量尺所指示的实际距离，计算所述目标图像的显示比例尺；其他步骤的顺序不变。

还有，需要进一步说明的是，在实际应用中，关节内病变缺损部位轮廓的描点操作，可以为顺时针或逆时针选取关节内病变缺损部位轮廓的端点。

为了使关节内病变缺损部位的测量更加准确，优选地，如图3所示，本发明提供的一种关节镜下测量关节内结构的方法，还包括，步骤S203，在显示目标图像之后，通过目标图像判断关节镜的镜头与关节内病变缺损部位是否平行；如果判断关节镜的镜头与关节内病变缺损部位不平行，则再次检测图像拍摄的触发操作，直至关节镜的镜头与关节内病变缺损部位平行，则进行步骤S205，计算目标图像的显示比例尺。

为了使关节内病变缺损部位的测量更加准确，还可以优选地，如图3所示，本发明提供的一种关节镜下测量关节内结构的方法，还包括，步骤S204，在显示目标图像之后，通过目标图像判断关节内病变缺损部位与测量尺是否平行；如果判断关节内病变缺损部位与测量尺不平行，则再次检测图像拍摄的触发操作，直至关节内病变缺损部位与所述测量尺平行，则进行步骤S205，计算目标图像的显示比例尺。

为了使关节内病变缺损部位的测量更加准确，更优选地，如图3所示，本发明提供的一种关节镜下测量关节内结构的方法，还包括，步骤S203，在显示目标图像之后，通过目标图像判断关节镜的镜头与关节内病变缺损部位是否平行；如果判断关节镜的镜头与所关节内病变缺损部位不平行，则再次检测图像拍摄的触发操作，直至关节镜的镜头与关节内病变缺损部位平行，则进行步骤S204，在显示目标图像之后，通过目标图像判断关节内病变缺损部位与测量尺是否平行；如果判断关节内病变缺损部位与所述测量尺不平行，则再次检测图像拍摄的触发操作，直至关节内病变缺损部位与测量尺平行，则进行步骤S205，计算所述目标图像的显示比例尺。

在实际应用中，步骤S203与步骤S204无明显的先后顺序。因此，二者的顺序可以互换，即先进行步骤S204，在显示目标图像之后，通过目标图像判断关节内病变缺损部位与测量尺是否平行；如果判断关节内病变缺损部位与测量尺不平行，则再次检测图像拍摄的触发操作；再进行步骤S203，在显示目标图像之后，通过目标图像判断关节镜的镜头与关节内病变缺损部位是否平行；如果判断关节镜的镜头与关节内病变缺损部位不平行，则再次检测图像拍摄的触发操作，直至关节镜的镜头与关节内病变缺损部位平行，则进行步骤S205，计算目标图像的显示比例尺，其他步骤的顺序不变。

还有，在实际应用中，根据测量尺在目标图像中所指示的像素距离，和测量尺所指示的实际距离，具体为：根据测量尺的刻度对应的任意两点的像素距离，和测量尺的刻度对应的任意两点所指示的实际距离。为了实现精确测量，可根据测量尺的整刻度对应的任意两点的像素距离，和测量尺的整刻度对应的任意两点所指示的实际距离，计算目标图像的显示比例尺。

应用本发明提供的一种关节镜下测量关节内结构的方法，还可以获得更多关节结构的参数，如图3所示，该方法还包括：S207，根据对关节内病变缺损部位轮廓的描点操作，确定关节内病变缺损部位的轮廓线上相邻描点之间的像素距离；根据关节内病变缺损部位轮廓上的相邻描点之间的像素距离和显示比例尺，计算相邻描点之间的实际距离和关节内病变缺损部位的周长。

在本发明的第二方面，本发明还公开了一种关节镜下测量关节内结构的装置。图4为本发明一种实施例中一种关节镜下测量关节内结构的装置的框图。如图4所示，该装置包括：检测模块301、获取模块302、显示模块303、生成模块304和计算模块305。其中，检测模块301与获取模块302连接，获取模块302与显示模块303连接，显示模块303与生成模块304连接，以及生成模块304和计算模块305连接。

检测模块301，用于检测图像拍摄的触发操作；

获取模块302，用于获取目标图像；

显示模块303，用于显示目标图像；

生成模块304，用于根据对所述关节内病变缺损部位轮廓的描点操作，生成关节内病变缺损部位的轮廓线；

计算模块305，用于计算目标图像的显示比例尺，或关节内病变缺损部位轮廓上的相邻描点之间的实际距离，或关节内病变缺损部位的轮廓线上的任意两点的实际距离，或关节内病变缺损部位的面积，或关节内病变缺损部位的周长。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

图5是本发明一种实施例中一种关节镜下测量关节内结构的装置的框图。例如，装置500可以是计算机，平板设备，医疗设备等。

参照图5，装置500包括关节镜组件518，光源组件519，及以下一个或多个组件：处理组件502，存储器504，电源组件505，多媒体组件508，音频组件510，输入/输出(I/O)接口512，传感器组件514，以及通信组件516。

处理组件502通常控制装置500的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件502可以包括一个或多个处理器520来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件502可以包括一个或多个模块，便于处理组件502和其他组件之间的交互。例如，处理组件502可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件508和处理组件502之间的交互。

存储器504被配置为存储各种类型的数据以支持在装置500的操作。这些数据的示例包括用于在装置500上操作的任何应用程序或方法的指令，图片，视频等。存储器504可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

电源组件505为装置500的各种组件提供电力。电源组件505可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为装置500生成、管理和分配电力相关联的组件。

多媒体组件508包括在所述装置500和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。多媒体组件508包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当装置500处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。

音频组件510被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件510包括一个麦克风(MIC)，当装置500处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器504或经由通信组件516发送。在一些实施例中，音频组件510还包括一个扬声器，用于输出音频信号。

I/O接口512为处理组件502和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。

传感器组件514包括一个或多个传感器，用于为装置500提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件514可以检测到装置500的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为装置500的显示器和小键盘，传感器组件514还可以检测装置500或装置500一个组件的位置改变，用户与装置500接触的存在或不存在，装置500方位或加速/减速和装置500的温度变化。传感器组件514可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件514还可以包括光传感器，如CMOS或CCD图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件514还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。

通信组件516被配置为便于装置500和其他设备之间有线或无线方式的通信。装置500可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或3G，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件516经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个实施例中，所述通信组件516还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。

关节镜组件518被配置用于探查关节内结构和放大关节内结构，为装置500提供图像。

光源组件519被配置用于为关节镜518提供光源。

在实施例中，装置500可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述签名信息获取方法。

在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器504，上述指令可由装置500的处理器520执行以完成上述方法。例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。

在示例性实施例中，还提供了一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由移动终端的处理器执行时，使得移动终端能够执行上述关节镜像测量关节内结构的方法。

下面以膝关节软骨损伤为例，对本发明实施例的技术方案作进一步详细说明。

材料和设备

膝关节软骨损伤的病人和关节镜(Smith&nephew 30°镜头；光源成像系统Smith&nephew 560P High Definition Camera System)及配套设备(显示器SONY LMD-2450MC；录像拍照设备Smith&nephew 660HD Image Management System；镜下动力系统DYONICS POWER II Control System)。

下述操作过程严格遵照手术无菌操作进行。

常规膝关节入路后，进关节镜探查，清理膝关节损伤软骨及软骨下骨区域，将测量尺摆放在膝关节损伤软骨的附近，完全暴露膝关节软骨缺损部位，且膝关节缺损部位平面尽量与关节镜的镜头和测量尺平行。

拍摄一张包括完全暴露的膝关节软骨缺损部位和部分测量尺的照片；

打开Tracemo软件，如图6所示该软件的初始界面；

使用计算机鼠标左键点击Tracemo软件界面上的“打开图片”按钮，将照片导入到该软件中，使之在软件中显示为图像(如图7所示)；

点击软件界面上“选取标尺上的两点”按钮，在图像所显示的测量尺的整刻度上选取两点，输入这两点的实际距离2mm，并测量这两点在图片上对应的像素距离，计算二者的显示比例尺，显示比例尺为1:26.8061(如图8所示)；

点击软件界面上的“测量任意两点间的距离”按钮(如图9所示)，并在图像所显示的膝关节软骨缺损部位的轮廓上任选两点，测出这两点的实际距离12.2mm(如图10所示)；

点击软件界面上的“清空标记”按钮，将图像上的选取的点清空(如图11所示)；

点击软件界面上的“选取轮廓点”按钮，在图像上顺时针或逆时针依次在膝关节软骨缺损部位的轮廓上选取点，其中第一个选取的点，即初始点特殊标记，点击软件界面上的“显示轮廓点坐标”按钮，显示相应的点对应的横纵坐标(如图12所示)；

计算机根据膝关节软骨缺损部位的轮廓上的点，自动生成膝关节软骨缺损部位的轮廓线，点击软件界面上的“计算面积”，计算膝关节软骨缺损部位的面积，面积为91.9424mm²(如图13所示)。

本领域技术人员可以理解的是，本发明的一种关节镜下测量关节内结构的方法还可以精确测量前、后交叉韧带断裂后起止点的面积，指导手术中编制出适合解剖面积的移植肌腱，同时精确指导骨道定位合适位点，减少因骨道位置不合适引起的手术失败；精确测量半月板覆盖区的关节形态和面积，指导半月板移植的精确匹配；精确测量肩关节盂骨缺损面积并指导Latarjet或Bristow手术骨块移植的大小；精确测量髋关节盂唇的形状和大小，指导髋关节盂唇重建时移植物的形状和大小等。

由上述实施例可知，本发明提供的一种关节镜下测量关节内结构的方法和装置，可实现了关节镜下关节内病变缺损部位的面积和周长等数据的精确测量，使关节内病变缺损部位与移植物精确匹配。并且解决了镜下测量困难且耗时，有效的节省了手术时间，所得获得的关节内病变缺损部位的测量数据可以有效的应用到后续的临床研究中，为探究关节各部分参数与关节损伤概率、治疗方案制定、康复指导提供临床参考依据。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。