[發(fā)明專利]膝關(guān)節(jié)形態(tài)的特征描述方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680009437.5
• 申請(qǐng)日: 2006-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN101189638A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 凱文·沃爾克;簡(jiǎn)·哈斯拉姆;安東尼·霍姆斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 歐博達(dá)西亞醫(yī)學(xué)有限公司
• 主分類號(hào): G06T3/00
• 分類號(hào): G06T3/00;G06T7/00;A61B6/00
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 吳麗麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及膝關(guān)節(jié)形態(tài)的特征描述，每個(gè)膝關(guān)節(jié)一次或多次，目的是為了進(jìn)行研究或?qū)唧w的個(gè)體進(jìn)行病理診斷。

背景技術(shù)

膝蓋解剖學(xué)的研究需要結(jié)構(gòu)參數(shù)的定量特征描述。如一個(gè)具體例子中，確定人群中的膝蓋解剖學(xué)研究需要測(cè)量膝蓋骨關(guān)節(jié)炎(OA)，一種慢性發(fā)展的疾病以關(guān)節(jié)處軟骨的損耗為特征，將導(dǎo)致關(guān)節(jié)活動(dòng)損耗并增加疼痛。在膝蓋主要的兩個(gè)膜(外側(cè)和內(nèi)側(cè))當(dāng)中，OA主要出現(xiàn)在內(nèi)側(cè)膜，這是由于此處承擔(dān)較高的承重負(fù)荷。針對(duì)個(gè)體疾病的縱向評(píng)價(jià)有賴于臨床和射線照相的特征，主要是疼痛，傷殘和結(jié)構(gòu)變化。病情改善療法目前還在研究中且有賴于對(duì)該疾病的病情的精確評(píng)估。

在當(dāng)前實(shí)踐中，用于人群研究，臨床試驗(yàn)和膝蓋OA流行病學(xué)研究的主要前沿點(diǎn)是射線照相的最小關(guān)節(jié)間隙寬度(mJSW)的替代測(cè)量，在股骨髁的承重表面或半彎曲位置的射線照片中的脛骨坪間進(jìn)行測(cè)量，如圖1的射線照片所示。軟骨的逐步損耗通過(guò)mJSW的收縮來(lái)測(cè)量。由于OA主要出現(xiàn)在內(nèi)側(cè)膜，所以只在此膜中進(jìn)行mJSW的測(cè)量。

mJSW的測(cè)量通常是由受過(guò)訓(xùn)練的醫(yī)師用手持式漸層濾鏡察看燈箱上的射線照片來(lái)完成。采用這種方法，難以避免由于觀察者的主觀性所導(dǎo)致的觀察者之間的顯著差異。此外，由于mJSW通常在內(nèi)側(cè)膜中進(jìn)行測(cè)量，外側(cè)膜中的OA可能沒被檢測(cè)到，而事實(shí)上，有些病人患有原發(fā)性外側(cè)膜疾病。在這種方法中mJSW是疾病病情的單一測(cè)量，整個(gè)關(guān)節(jié)的情況可能因?yàn)橐蕾噯我恢笜?biāo)而被掩蓋。

為了解決人類主觀性所致的主要問(wèn)題，利用計(jì)算機(jī)分析數(shù)字化的膝蓋射線照片來(lái)實(shí)現(xiàn)mJSW的測(cè)量已經(jīng)被一些作者采用。用計(jì)算機(jī)分析從X射線圖像推導(dǎo)mJSW的方法之一由Duryea等人描述，見2000年3月的27?Med.Phys.，pp.580-91。此外，除mJSW外的描述膝關(guān)節(jié)間隙特征的替代結(jié)果測(cè)量已經(jīng)進(jìn)行了研究并與mJSW進(jìn)行對(duì)比，例如，Duryea等人在11?Osteoarthritis?&?Cartilage，pp.102-110(2003)中所述。上述方法都是基于特征分析技術(shù)的例子。

然而，需要采用一項(xiàng)技術(shù)對(duì)射線照相的mJSW測(cè)量進(jìn)行補(bǔ)充，該技術(shù)與現(xiàn)有的使用非基于模型的方法相比可給OA的定量測(cè)量帶來(lái)更高的靈敏度，特別是通過(guò)潛在治療臨床評(píng)價(jià)的觀察可發(fā)現(xiàn)，憑借靈敏度的提高，該技術(shù)可以更快地進(jìn)行而且病患減少。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，提供了一種按照模型參數(shù)化描述膝關(guān)節(jié)特征的方法。該方法包括如下步驟：

a.創(chuàng)建由一組參數(shù)表征的可變形統(tǒng)計(jì)模板，這組參數(shù)作為一個(gè)集合跨越一個(gè)代表膝關(guān)節(jié)的指定特征的空間位置集合的抽象向量空間，每個(gè)向量唯一地描述其與人群平均值的偏差；

b.在運(yùn)行時(shí)在膝關(guān)節(jié)骨骼的二維圖像中擬合與指定特征相關(guān)聯(lián)的多個(gè)軌跡，以允許可變形統(tǒng)計(jì)模板的參數(shù)化；

c.對(duì)于一個(gè)給定對(duì)象中的多個(gè)軌跡的位置進(jìn)行參數(shù)化，以得到可變形統(tǒng)計(jì)模板的參數(shù)值；以及

d.基于所述多個(gè)軌跡的子集和/或所述可變形統(tǒng)計(jì)模板的得到的參數(shù)，描述給定對(duì)象的膝蓋的骨骼形態(tài)的特征。

可以理解，本發(fā)明的說(shuō)明書或任何所附權(quán)利要求中用到的術(shù)語(yǔ)“子集”與構(gòu)成一個(gè)集合的元素有關(guān)，術(shù)語(yǔ)“子集”被理解為包含整個(gè)集合元素的真子集或全集。此外，術(shù)語(yǔ)“軌跡(locus)”用來(lái)表示在一個(gè)定義某個(gè)特征的點(diǎn)(在向量空間中)的某一“距離”內(nèi)的多個(gè)點(diǎn)之一。“距離”通常是指在向量空間上定義的一個(gè)范數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施方案，二維圖像可以是通過(guò)使放射線穿過(guò)膝關(guān)節(jié)所得到的射線照片，例如傳送X射線透過(guò)膝關(guān)節(jié)。此方法還包括基于根據(jù)可變形統(tǒng)計(jì)模板的參數(shù)對(duì)骨骼形態(tài)的特征描述來(lái)預(yù)測(cè)治療方法的臨床結(jié)果。

根據(jù)本發(fā)明更進(jìn)一步的實(shí)施方案，創(chuàng)建可變形統(tǒng)計(jì)模板的步驟包括基于一組膝蓋二維圖像的統(tǒng)計(jì)分析定義所述一組參數(shù)，而在運(yùn)行時(shí)擬合與指定模型特征相關(guān)聯(lián)的多個(gè)軌跡的步驟包括接收操作員的輸入。在連續(xù)的時(shí)間點(diǎn)重復(fù)步驟(c)和(d)，以便描述骨骼形態(tài)隨時(shí)間的演變。

根據(jù)本發(fā)明更進(jìn)一步的實(shí)施方案，一個(gè)附加步驟可包括在步驟(c)的連續(xù)迭代之間進(jìn)行臨床干預(yù)。位置參數(shù)化的步驟可包括多個(gè)軌跡位置的逐次逼近。描述膝蓋骨骼形態(tài)特征的步驟可包括在內(nèi)側(cè)或外側(cè)膜中估計(jì)關(guān)節(jié)間隙在指定位置的寬度，或者至少在內(nèi)側(cè)和外側(cè)膜之一中估計(jì)最小關(guān)節(jié)間隙。

本發(fā)明另一方面還提供了按照骨骼形態(tài)描述膝關(guān)節(jié)特征的方法。該方法步驟如下：

a.在運(yùn)行時(shí)在膝蓋骨骼的二維圖像中擬合與指定特征相關(guān)聯(lián)的多個(gè)軌跡，以允許可變形統(tǒng)計(jì)模板的參數(shù)化；