[發明專利]兒童髖關節發育狀況計算機自動診斷的方法

在審

• 申請號: 201610114042.7
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN107146214A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 林冬云;余翔
• 申請（專利權）人: 廈門大學;醫創（廈門）醫療科技有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及生物醫學圖像檢測技術領域，尤其涉及生物組織圖像分割及檢測方法及程序。

背景技術

發育性髖關節發育不良(Developmental Dysplasia of the Hip．DDH)是指出生前和出生后股骨頭及髖臼在發育和(或)解剖關系中出現異常的一系列髖關節病癥。隨著患兒年齡增長，髖關節周圍的繼發病理改變越來越多且越來越重，治療也變得越來越困難。所以，早診斷、早治療對其預后改善具有重要意 義。

Graf根據髖關節的超聲檢查結果，首先提出了一種方法，即在髖關節冠狀面超聲圖像上作三條線（見附圖1）：(1)基線：自關節囊在髂骨上的起點(A)至骨性髖臼外側緣(B)引一直線：(2) 髖臼蓋線或稱骨頂線：髖臼窩內髂骨下緣(D)至骨性髖臼外側緣(B)的連線； (3) 軟骨髖臼蓋線或稱軟骨頂線：為骨性髖臼外側緣(B)至纖維軟骨盂緣中央(C)的連線。

此方法要求在標準圖像上必須具有清晰的髂骨、圓弧型的骨性髖臼頂和軟骨性髖臼頂。基線和髖臼蓋線相交成角，用來衡量骨性髖臼發育的程度，軟骨髖臼蓋線的延長線和基線相交成β角，代表軟骨髖臼蓋發育的程度。根據β角大小將髖關節分為四型，I型：α>60^。，β<55^。為正常髖關節；II型：α角為43^。～60^。，β角為55^。～77^。即骨性髖臼發育不良，軟骨蓋變形：Ⅲ型：α<43^。，β>77^。，即半脫位，股骨頭向后上方脫位，軟骨髖臼蓋受壓變形；Ⅳ型：完全脫位，股骨頭位于軟組織內。此法目前已得到廣泛的應用。其測量指標中，角最具診斷價值，是判斷髖關節特別是髖臼發育的主要指標。

Morin等在1985年依靠冠狀面超聲波圖像提出了股骨頭覆蓋率法(Morin ratio，MR)：在髖關節切面上，沿髂骨外側緣作一直線(P)，再以此直線做兩條平行線分別與股骨頭的內側緣、外側緣相切。股骨頭內切線至直線的距離(d)與股骨頭內、外切線的間距(D)之比稱股骨頭覆蓋率(MR，見附圖2)。MR小于33％為異常，大于58％為正常。MR已成為判斷股骨頭脫位程度的一項參考指標。

超聲影像是發育性髖關節異常篩查的首選方法。但人工超聲影像局限在于必須依賴于有關醫護人員的主觀經驗來進行骨性髖臼頂角度α，軟骨性髖臼頂角度β的測量，因此檢測結果因醫護人員主觀差異不同而不同，易造成錯誤診斷。本發明提出的算法是在超聲波圖像的基礎上采用區域可適配模型算法對超聲波圖像進行分割。根據Graf方法，從分割結果中尋找出構成α角，β角所需的相關樣本點，并擬合出三條直線。這樣計算出來的α，β角的結果更加精確，從而盡可能的減小因角度測量所帶來的誤差，因此更加能保證診斷結果的準確性。此外本專利中同時也計算了股骨頭覆蓋率MR。

如前所述，本發明算法的核心在于圖像分割中的區域可適配模型算法。區域可適配模型算法是由Chunming Li等學者對其之前提出的活動輪廓模型算法的改進。活動輪廓模型算法是一種廣泛應用于圖像分割的算法。從本質上來說就是一條能量極小化曲線，在曲線本身的內力和圖像等外部約束力作用下移動的變形輪廓線線，該曲線鎖定在圖像特征附近，準確地將它們極小化。

Chunming Li等學者于2005、2008對于傳統的活動輪廓模型進行改進。在其中，Li 提出了以變分水平集方程表示的基于區域的活動輪廓模型（簡稱RSF）。模型中定義了一個區域可擴展適配能量函數，該能量函數中的適配函數是基于一個輪廓線和對輪廓線內外兩邊的局部圖像灰度的估計而定義。利用形成的模型對水平集輪廓線進行演變，演變輪廓線朝著最小化能量函數方向進行，并最終獲得最小化相應的能量函數的輪廓線。該方法還可以有效應對圖像灰度不均勻、初始輪廓線敏感性等常見于一般活動輪廓模型的問題。該模型在相對小的計算復雜度下，獲得了非常好的分割效果。因此，它已經被成功的應用于醫用圖像分割等眾多領域中。

發明內容

本發明實施例提出了一種基于區域可擴展適配模型的兒童髖關節發育狀況診斷算法，通過對原始超聲波儀器采集的圖像進行預處理，圖像分割，提取特征，自動地計算三項指標，快速地給出診斷結果。本發明適用于兒童髖關節發育的臨床診斷，具有快速、高效、準確等諸多優點。

基于區域可擴展適配模型的兒童髖關節發育診斷算法大體分為4個步驟：原始髖關節圖像預處理、髖關節圖像分割、特征抽取、三項指標的計算。

Step1：原始髖關節圖像預處理