[发明专利]基于MRI的半月板三维重建系统

说明书

本发明涉及一种基于MRI的半月板三维重建系统，其特征在于：该系统包括依次连接的原始图像获取模块、图像处理模块、3D图像输出模块、图像存储模块和损伤诊断模块。快速准确地提取膝关节MRI中的半月板数据，生成三维重建图像；并能自动识别半月板损伤的部位及形态，作出初步诊断，提高医生工作效率。

技术领域

本发明涉及医学影像技术领域，具体涉及一种基于MRI的半月板三维重建系统。

背景技术

半月板是膝关节保持稳定、进行正常功能的重要生理结构，半月板损伤是引起膝关节疼痛、功能障碍最常见的原因之一。核磁共振成像(MRI)是半月板损伤最主要的无创性诊断方法，医生大多凭借经验由多幅二维图像去估计损伤的部位和形状。但二维断层图像表达的是某一个截面的解剖信息，而半月板是三维立体结构，损伤部位上有体部、边缘及前角、后角之分，损伤形态上有水平撕裂型、纵行撕裂型、放射状撕裂型、斜行撕裂型、复杂撕裂型之分。若单纯根据二维平面半月板内损伤的异常信号来分型，容易遗漏重要的临床信息。因此，如果能通过计算机三维重建技术显示半月板损伤的三维形态结构，并由计算机自动给出诊断，必然有利于降低人为因素导致的误诊率和漏诊率，确立更有效的治疗方案，提高医生的工作效率。

但半月板三维重建与损伤识别的前提，是将膝关节MRI中的半月板从周围图像背景中提取出来，也即所谓的图像分割(Segmentation)。如果没有经过半月板的图像分割，会导致得到的三维重建图像混合了膝关节韧带、软骨、肌肉等多种组织，严重影响计算机的识别与医生的观测。由于医学图像中的噪声和不均匀问题，膝关节半月板的识别特征不明显，与周围组织在空间中交错复杂，且图像灰度分布互相重叠，导致用经典的图像处理技术难以进行快速有效的半月板图像分割。

由于传统MRI诊断半月板损伤的局限性，有学者尝试利用不同序列或成像技术加强其诊断能力。吴婧等通过对比MRI质子压脂成像(Fat Suppressed-Proton Density-Weighted Imaging,FS-PDW I)和关节镜对膝关节半月板损伤的检查结果，认为FS-PDW I灵敏度和特异度均较高。刘新球等研究发现MRI扫描参数的优化组合和选择正确的扫描方法、恰当的线圈及应用脂肪抑制技术更有助于显示正常膝关节解剖结构及病变的定位和诊断。Nguyen JC等认为快速自旋回波(FSE)3D序列能够提供高分辨率的半月板图像，降低临床的误诊率。赖清泉等则研究认为MRI平扫与MRI造影对半月板损伤的诊断准确性差异无统计学意义。Choi JY等通过对比研究发现，MRI的UTE T2序列较普通T2序列可以更好地区分半月板的层状层结构，有利于发现早期的半月板损伤改变。Calixto NE等研究认为，高分辨率FSE T1ρ及T2序列能更有效地分辨膝关节骨性关节炎患者的早期半月板退变性损伤。周进等认为常规的MRI序列首先由于其间隔扫描会导致病灶的漏诊，其次由于扫描角度的原因常造成膝关节各结构显示的不连续性，不利于诊断，第三由于常规序列扫描时间长，常导致急性外伤疼痛患者无法耐受而导致扫描失败，因此采用3D-CUBE PD序列进行扫描，但经比较发现与常规的2S-FSE PDWI序列在显示半月板方面无统计学差异；而赵晓梅等研究也表明2D和3D MR序列在诊断内侧半月板和外侧半月板损伤的敏感度、特异度和准确度上并无显著差异。因此，尽管MRI技术的不断提高在理论上有助于清晰准确的诊断半月板损伤，但单纯的二维图像信息始终无法直观地体现半月板损伤的部位及损伤形态。

目前较为常用的通用型影像学处理软件，如Mimics等，存在一定的不足：第一，其处理过程有一定复杂性，必须由熟练掌握相关软件的人员进行操作；第二，由于其并非专用于膝关节MRI三维重建，需要进行较多的参数调校，不利于临床的快速操作；第三，由于软件是由厂家开发完成，程序接口的开源性不强，不利于进一步的自主研究，如生物力学分析等。因此，有必要从临床实用性出发，为半月板损伤个性化定制一款三维诊断软件系统。