[发明专利]一种可视化重建膝关节交叉韧带的方法

说明书

技术领域

本发明涉及医学领域，尤其涉及一种可视化重建膝关节交叉韧带的方法。

背景技术

理想的膝关节交叉韧带重建手术应将移植物固定于其解剖止点并模拟其正常形态，这就需要全面了解患者个体化的解剖数据，特别是目标韧带及其相邻骨结构的情况。各种影像技术中，计算机X线断层扫描(CT)对骨结构显影比较好，而磁共振成像(MRI)的软组织分辨率较高。由于MRI和CT的成像原理不同，难以实现整合，所以世界范围内尚没有CT及MRI一体机出现。临床上遇到既需要CT又需要MRI时，往往只能将两者放到一起，由医务人员凭经验解读，这样主观性就比较强，且可能会产生一定误差，对个体化手术的帮助很有限。为了解决这个问题，国内的张强等人曾利用双源CT研究交叉韧带，并且基于CT图像绘制出了前交叉韧带的止点结构，但其本质并非数字化重建，其止点也是研究者根据自身经验手绘的。而胡岩君等人的研究也仅仅是用到了CT和MRI这两种影像手段，将两者图像进行简单拼接，并没有实现真正的影像融合。国外Bowers等也曾报告过基于MRI的膝关节半月板重建，但没有用到影像融合技术。

目前尚没有一种有效的方法可以将MRI和CT图像进行数字化融合，亦没有MRI及CT一体机出现。现有的交叉韧带影像研究方法多是利用MRI或CT其中一种来进行目标部位的影像重建，不能在同一图像中同时重建软组织和骨结构。而已有的将两者结合的方法也仅仅是将同一部位分别进行MRI和CT扫描后，将其图像进行简单重叠，或者将其中的一幅图像中的某些目标部位进行简单的剪切，然后粘贴到对应图像中去。这些方法有两大弊端：第一，它不是真正意义上的数字化融合图像，主观性较强，准确性差，一定程度上仅仅相当于“剪纸”；第二，操作复杂，效率低下，无法实现批量处理。

发明内容

本发明旨在提供一种重建膝关节交叉韧带的方法，可实现CT及MRI的数字化融合，简单有效，可以指导膝关节韧带手术，且不会增加病员负担。

为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：

本发明公开的可视化重建膝关节交叉韧带的方法，包括以下步骤：

步骤1、数据采集：将目标膝关节固定在伸直0°位，在30分钟内先后连续进行CT及MRI扫描，并导出各自的Dicom资料；

步骤2、统一坐标系：在CT及MRI影像上选取3个指示点，分别标注后提取3个点的坐标位置，然后根据3点定面的原理，以MRI或CT上的3个点确定的面为参照，求得两个坐标系之间的转化函数，根据转化函数将对应影像中所有点的空间坐标数据进行转化修正；

步骤3、交叉韧带空间坐标提取：对矢状面、冠状面和横断面各个层面上所显示的交叉韧带影像结构进行框选，提取选择范围内所有符合阈值范围的点的位置坐标；

步骤4、可视化影像重建交叉韧带：将提取的各点数据灰度值增加预定值后重新导入到CT中，在CT中重建出带有相邻骨结构的膝关节交叉韧带二维及三维图像；

步骤5、影像测量：对重建图像中交叉韧带及其止点结构进行测量，得到个体化的测量数据。

进一步的，在步骤4之前还包括验证转化数据，同步重建CT和MRI的二维图像，选取相同层面，通过像素提取对两图像进行重叠，重叠度达到预定范围的图像被认为转化成功，进入后续处理流程。

优选的，在步骤4，所述灰度值增加的预定值为2000。

优选的，所述3个指示点均在骨结构上。

优选的，在步骤1中，进行CT及MRI扫描分别采用64排螺旋CT机和1.5T超导磁共振，MRI扫描选择T2相三维可快速自旋回波序列进行矢状位扫描，扫描参数：TR 1300ms，TE 39ms，分辨率320，矩阵320*224，激励1次，层厚1mm，重叠50％；CT扫描参数：120kV,35mA，准直器宽度0.6mm，螺距0.9，层厚1mm，重叠50％，每层扫描时间500ms。

优选的，在步骤2中，根据转化函数将对应影像中所有点的空间坐标数据进行转化修正所采用的工具为matlab7.0软件。

优选的，所述重叠度的预定范围为：横向及纵向误差均小于1mm。

优选的，在步骤4中，在CT中重建出带有相邻骨结构的膝关节交叉韧带二维及三维图像所采用的工具为ImageJ 1.48软件。

优选的，在步骤5中，对重建图像中交叉韧带及其止点结构进行测量所采用的工具为ImageJ 1.48软件。

优选的，所述同步重建CT和MRI的二维图像采用的工具为Xiphoid软件。