[发明专利]CT影像中骨的运动和接近参数的标定和量化方法

说明书

本发明提供了一种CT影像中骨的运动和接近参数的标定和量化方法，包括以下步骤：首先，采集样本CT影像，对该影像样本进行骨的分割和跟踪，从不同样本CT影像中提取出骨的三维模型和运动参数作为数据源；然后，选取其中一个样本CT影像中的骨作为基准骨，在该基准骨上创建局部坐标系；再将其他样本的骨与基准骨对齐，使得所有样本的骨都具有与基准骨一致性的局部坐标系；最后，基于骨的局部坐标系，对单个骨进行定位定姿。在此基础上，将骨的局部坐标系上的点映射到二维骨形图上，使得骨表面的各项参数可直接对比。本发明可有效解决骨的运动参数和接近参数无法直接进行对比分析的问题。

技术领域

本发明属于临床医学、运动医学和计算机图形学领域，涉及一种CT影像中骨的运动和接近参数的标定和量化方法。

技术背景

体育运动和日常劳作经常会导致关节中韧带的损伤，使韧带不能有效地限制骨的活动范围，进而造成关节运动不稳；若不能及时诊断和治疗会导致骨的损伤，并诱发关节炎。临床上可以通过抽屉试验、沃森试验、关节镜等手段来诊断关节不稳，也可以通过X光、CT和MR等影像学方法诊断。影像学方法具有可量化测量的优点，因此在关节不稳的诊断中具有重要作用。现有的影像学方法大多针对关节在特定姿态下的静态成像，通过测量特定骨之间距离和夹角的异常来诊断关节不稳。这种基于静态成像的方法对于关节不稳的诊断是有局限性的。动态型关节不稳(Dynamic Instability)的影像学特征发生在关节的运动过程中，在静态成像方法的几个预设关节姿态上并无影像学异常，因此这类关节不稳常常被漏诊。

四维CT的出现为解决这个问题带来了新的机遇。与传统CT相比，四维CT成像速度更快、单次成像辐射剂量更低。近年来四维CT技术趋于成熟，以320排动态容积成像技术为代表的新一代CT可以实现无相差、大扫描范围的四维CT成像，生成扫描直径16公分，每秒3-6帧的运动影像视频。与其他可以动态成像的医学影像设备相比，四维CT的突出优点是能够对骨性成分进行快速清晰的体成像，进而通过计算机图形学方法可从中准确地获取骨的三维形状和运动信息，比如精确测量骨的位移和骨间距等参数，这是诊断关节动态不稳的关键依据。

利用四维CT形成的“视频”影像来量化骨的运动信息和接触信息，并用于诊断关节动态不稳将会是一种重要辅助诊断手段。目前基于四维CT的关节不稳研究，主要从影像中采集运动和接近两方面的量化参数。其中运动参数包 括：骨的三维平移和旋转信息，骨的接近面中心点在骨表面的轨迹信息；接近参数包括：骨接近区域、及其与相邻骨的最小间距和平均间距。然而在这些量化参数中，只有接近区域与相邻骨的最小间距和平均间距分别被用于诊断关节不稳，其他参数只被用来研究关节运动的一般特性，并没有与关节不稳的诊断建立直接联系。这些未被使用的参数与关节不稳之间是否存在关联是需要进一步研究的；但是目前这些参数用于关节不稳的诊断是有困难的，主要原因是：这些参数是没有经过标定的，难以进行不同患者之间的量化对比。

为了解决关节骨运动参数标定问题，需要一种可以将运动和接近参数进行归一化和精确对比测算的方法，使得骨的三维运动信息、接近面和接近面中心点等参数可以在多患者的影像分析结果之间进行对比分析。

发明内容

本发明的目的是，为解决骨的位置和姿态信息参数标定问题，提供一种CT影像中骨的运动和接近参数的标定和量化方法，该方法通过空间坐标变换方法使得多样本间骨具有一致性的局部坐标系，在此基础上精确计算骨的运动参数和接近参数，并进行对比，可辅助医生对关节动态不稳的诊断，减少误诊漏诊的发生。

本发明的技术解决方案如下：

一种CT影像中骨的运动参数标定和量化方法，包括以下步骤：

首先，采集样本CT影像，对该影像样本进行骨的分割和跟踪，从不同样本CT影像中提取出骨的三维模型和运动参数作为数据源；然后，选取其中一个样本CT影像中的骨作为基准骨，在该基准骨上创建局部坐标系；再将其他样本的骨与基准骨对齐，使得所有样本的骨都具有与基准骨一致性的局部坐标系；最后，基于骨的局部坐标系，对单个骨进行定位定姿。