[發明專利]基于Monte Carlo方法的股骨髓腔形態特征分析方法

有效

• 申請號: 202010180482.9
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111402230B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 王淋;王坤;耿維忠;郭開今
• 申請（專利權）人: 徐州醫科大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/62;G06V10/764
• 代理公司: 南京燦爛知識產權代理有限公司 32356
• 代理人: 趙麗

本發明公開了一種基于Monte?Carlo方法的股骨髓腔形態特征分析方法，包括如下步驟：步驟一：采集股骨髓腔的CT圖像的樣本數據集D，標記股骨髓腔的基本特征集B，提取股骨關鍵橫切面的髓腔邊界和皮質骨外側邊界；步驟二：基于Monte?Carlo方法計算關鍵橫切面的髓腔橫切面面積Ssubgt;m/subgt;和骨質橫切面面積Ssubgt;c/subgt;，并進一步計算股骨髓腔的關鍵形態特征參數集Q；步驟三：基于樣本數據集D，將股骨髓腔的基本特征集B和關鍵形態特征參數集Q作為屬性集A，構建決策樹，對股骨髓腔形態分類，本發明通過統計學方法分析股骨髓腔形態，具有準確、快速、高效等特點，為設計更合適的人工髖關節假體提供了數據支持。

技術領域

本發明涉及一種計算機輔助骨科技術，具體涉及基于Monte?Carlo方法的股骨髓腔形態特征分析方法，屬于計算機輔助分析技術領域。

背景技術

人工髖關節置換是指用生物相容性良好的材料制成的一種類似人體骨關節的假體，置換被疾病或損傷所破壞的關節或關節平面，緩解關節疼痛、矯正畸形假體、改善關節的活動功能。股骨髓腔形態特征對人工髖關節假體設計有重要指導作用。植入后的穩定性與假體和髓腔的匹配程度有直接關系。不合理的股骨形態特征分析方法導致髖關節假體和人體匹配程度不理想，嚴重的會出現手術失敗。股骨髓腔形態特征有很大的個體差異。正確地描述股骨髓腔形態顯得十分關鍵。在描述股骨髓腔形態學特征參數時，通常只計算各關鍵部位的長度(如冠狀徑或者矢狀徑)。然而，事實上，從股骨CT(電子計算機斷層掃描)數據的橫切面看，股骨髓腔的形態并非呈現出規則的圓形。因此，單純的求股骨關鍵位置處的冠狀徑或者矢狀徑并不能全面準確地反映股骨髓腔的形態。同時，現有方法尚未考慮(或實現)骨股髓腔沿垂直軸方向的形態特征的變化速度規律。可見，尋找出合理的股骨形態獲取及分析方法對選擇合適的髖關節假體及手術實施方案有重要指導作用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，為全面地反映股骨上段髓腔的三維形態，本發明增加面積這一新的基本分析單元，并將股骨髓腔橫切面的面積求解問題與概率模型相聯系，用Monte?Carlo方法實現統計模擬，以獲得股骨髓腔橫切面面積，并在此基礎上構建反映股骨上段髓腔形態的若干特征參數，最后建立決策樹將股骨上段髓腔形態分類。該方法具簡單、靈活、高效等特點，為股骨上段髓腔特征分析提供了新方法，進而為科學地設計髖關節假體提供了數據支持。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

基于Monte?Carlo方法的股骨上段髓腔形態特征分析方法，包括如下步驟：

步驟一：采集股骨髓腔的CT圖像的樣本數據集D，標記股骨髓腔的基本特征集B，提取股骨關鍵橫切面的髓腔邊界和皮質骨外側邊界；

步驟二：基于Monte?Carlo方法計算關鍵橫切面的髓腔橫切面面積S_m和骨質橫切面面積S_c，并進一步計算股骨髓腔的關鍵形態特征參數集Q；

步驟三：基于樣本數據集D，將股骨髓腔的基本特征集B和關鍵形態特征參數集Q作為屬性集A，構建決策樹，對股骨髓腔形態分類，B、Q和A的對應關系如下：

B＝(b₁，b₂，……，b_i)??(1)

Q＝(q₁，q₂，……，q_j)??(2)

A＝(a₁，a₂，……，a_h)??(3)

A＝(B,Q)＝(b₁，b₂，……，b_i，q₁，q₂，……，q_j)??(4)