[發明專利]基于數字透視影像的人工髖關節檢測系統及方法

有效

• 申請號: 201310045830.1
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103156631A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 王金武;廖廣姍;戴尅戎
• 申請（專利權）人: 上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03;A61B6/00;A61F2/46
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種數字圖像應用技術領域的系統及方法，具體是一種基于數字透視影像的人工髖關節檢測系統及方法。

背景技術

無菌性松動是人工髖關節置換翻修的主要原因。X射線是臨床診斷人工關節松動的一般放射線方法。然而，這種方法基本上是基于在一個平面上、靜態的X線片，對象位置、拍攝的角度和醫生的經驗在很大程度上影響診斷結果。此外，影像顯示和臨床表現之間的不一致更增加了診斷的困難。CT掃描在評估骨溶解方面比X射線更敏感，但在檢測松動時，金屬偽影和高輻射劑量限制了它的應用。MRI同樣存在著磁敏感性偽影的限制。雖然骨密度的測量、生物學標志物檢測、放射性核素診斷等方法也在實驗室研究中被應用到松動的檢測中，但是目前，這些方法尚無法作為檢測。因此，臨床上迫切需要一種三維、可視、實時精確的檢測方法。

隨著計算機技術的發展，尤其計算機技術在醫學領域的應用，一些圖像相關的檢測方法，如有限元法和雙熒光成像系統，逐漸被引入到這一領域，并起到了預測假體無菌性松動的指導作用。然而，這些方法僅在實驗室中使用的，而不是在臨床上應用。

倫琴立體透視測量分析(RSA,Roentgen?stereophotogrammetric?analysis)是一種評價關節假體與骨之間微動的精確測量技術。通過RSA技術，目標的三維位置和方向可通過植入的標記點及后續重建的三維位置被有效地定位。但對象對植入標記點存在抵觸心理。基于模型的RSA技術可評價復雜外形假體的三維位置和方向信息而不需要植入不透明的標記點。該方法是基于假體到的檢測輪廓與其三維模型所計算出的投影的輪廓相匹配而設計的，其精度可與基于標記點的RSA技術相當。類似的技術已被用于其它應用中，如基于單焦點透視圖像確定椎骨的位置和評估全膝關節假體的位置和朝向。動態立體透視測量技術（FSA，Fluoroscopic?StereophotogrammetricAnalysis）是一種基于模型的RSA技術，它利用單焦點和動態透視圖像。在該方法中，匹配的原理與其他相同。但關節運動的過程將通過連續多幀影像來重建。該方法在膝關節的運動和在體膝關節假體移動的實驗室研究中已進行了深入的探討。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種基于數字透視影像的人工髖關節檢測系統及方法，通過使用醫療成像CT和動態透視檢測儀器和基于模型的FSA技術；將第四維的時間變量添加到靜止狀態的三維空間，其成功建立可彌補假體松動的臨床檢查空白，為對象和醫生提供可靠的證據。本發明可進一步可以被用來作為輔助臨床關節外科醫生檢查假體松動的有效工具，其檢測所得結果與實際相對位移相比精確度達到毫米級。

本發明是通過以下技術方案實現的

本發明涉及一種基于數字透視影像的人工髖關節檢測系統，包括：圖像導入模塊、模型生成模塊、匹配模塊以及動態立體透視測量模塊，其中：圖像導入模塊采集待處理原始圖像，經過數字化處理后輸出至模型生成模塊，模型生成模塊根據接收到的DICOM數據對其中的CT數據按照生理骨骼和人工關節假體進行三維建模得到STL格式的表面模型，匹配模塊將每一個表面模型與每一幀透視序列圖進行匹配，動態立體透視測量模塊根據匹配結果計算得到人工髖關節與生理骨骼之間的距離。

所述的圖像導入模塊包括：圖像采集機構以及數據刻錄與存儲單元，其中：圖像采集機構包括CT數據采集裝置和動態透視數據的采集裝置，數據刻錄與存儲單元將圖像采集機構所得的待處理原始圖像存儲于光盤、并歸檔的過程。

所述的模型生成模塊包括：圖像分割單元、三維模型生成單元和后處理單元，其中：圖像分割單元與圖像導入模塊相連接并輸出圖像分割后蒙版信息，三維模型生成單元與圖像分割單元相連接并輸出初始三維模型信息，后處理單元與三維模型生成單元相連接并輸出最終三維表面模型信息。

所述的匹配模塊包括：匹配場景設置單元、模型導入單元和模型匹配單元，其中：匹配場景設置單元與圖像導入模塊相連接并輸出基礎場景信息，模型導入單元與模型生成模塊相連接并輸出帶有表面模型和透視序列圖的場景信息，模型匹配單元和模型導入單元相連接并輸出模型匹配信息。

所述的動態立體透視測量模塊包括：相對移動單元和絕對移動分析單元，其中：相對移動分析單元與模型匹配單元相連接并輸出多幀人體骨骼模型與人工關節假體模型間距離信息，絕對移動分析單元與模型匹配單元相連接并輸出人工關節假體模型在同一角度的不同幀下與人體骨骼模型的相對間距信息。

本發明涉及上述系統的檢測方法，包括以下步驟：

第一步、圖像采集及建模，具體步驟包括：