骨破坏程度特征提取系统技术方案

本发明专利技术公开一种骨破坏程度特征提取系统，包括关节统计形态模型构建模块、病理形态模型吻合模块以及异常检测与分析模块，其中，所述关节统计形态模型构建模块用于构建关节统计形态模型，对于各块骨骼提取出具体的形态统计特征；所述病理形态模型吻合模块用于在关节统计形态模型中找到一个最接近于病理样本的模型实例，将模型实例限制在平均形态模型的三倍标准差之内，正常解剖变异的影响被消除，而病理变化则得以突出；所述异常检测与分析模块用于获取的目标信息是各块骨骼成骨与破骨的程度，通过计算对应顶点的正负距离实现量化的破骨与成骨程度评价。如此实现量化计算骨破坏评价指标，为患者骨破坏位置与程度大小评估提供参考信息。

【技术实现步骤摘要】
骨破坏程度特征提取系统
本专利技术涉及医疗
，特别是指一种骨破坏程度特征提取系统。
技术介绍
风湿性关节炎属于自身免疫病，高发于中老年人，但在其他年龄段也可见。风湿性关节炎为慢性病的一种，长期风湿性关节炎可以导致肢体残疾。一部分风湿性关节炎患者会发生滑膜囊的慢性炎症，导致关节软骨与骨质的破坏。骨质破坏可以视为成骨与破骨两个过程的失衡，在正常人体内成骨与破骨过程被精细调控，保证骨质稳定。在风湿性关节炎患者中破骨强度大于成骨，导致关节结构发生变化，最终导致骨关节功能障碍。对患者骨质破坏程度评价常常依赖于医护人员对基于X光的各项影像进行观察，从而判断患者的骨破坏程度，然而人工评估要求评估者具有较高专业素养，并且人工评估容易受到主观印象影响。因此，有必要设计一种骨破坏程度特征提取系统，以解决上述技术问题。
技术实现思路
针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种骨破坏程度特征提取系统，从X光断层扫描中获取正常人群以及患者的骨质结构特征从而构建网格模型，根据两者模型之间的差异提取出患者的骨破坏程度特征，并量化计算骨破坏评价指标，为患者骨破坏位置与程度大小评估提供参考信息。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种骨破坏程度特征提取系统，包括关节统计形态模型构建模块、病理形态模型吻合模块以及异常检测与分析模块，其中，所述关节统计形态模型构建模块：用于构建关节统计形态模型，首先绘制全身骨骼结构的级系图，描绘不同骨骼之间的连接方式；然后获取正常人的骨骼X光断层扫描图像进行全局刚性配准，将整个参考网格模型对未标记的样本网格模型进行配准；随后使用ICP算法对某个单独骨以及顺其级系图而下的骨骼进行迭代配准；再对下方骨骼的转化参数，限制在从上端投射出来的截锥体内的顶点子集中；之后需要以反级系图方向使用逆变换，从而使得样本网格模型在自身原有坐标系内完成配准；实现参考网格模型与样本网格模型的匹配，将标签从参考网格模型投射到样本网格模型中；对于骨骼结构形态变异性的描绘使用的是基于主成分分析的点分布模型，建立了各个样本的点对应关系后，计算骨骼结构的平均形态与主成分，并且在关节统计形态模型中对于各块骨骼提取出具体的形态统计特征；所述病理形态模型吻合模块：用于在关节统计形态模型中找到一个最接近于病理样本的模型实例，将模型实例限制在平均形态模型的三倍标准差之内，正常解剖变异的影响被消除，而病理变化则得以突出；病理形态模型吻合分为两步，第一步是关节配准，关节配准的结构与关节统计形态模型的构建不同之处在于被标记的参考模型配准的对象是病理样本，经过标记后，再经过逆变换转换回原有的坐标系中，同时造就了样本与模型之间的顶点一一对应关系；第二步使用非刚性配准方法进行迭代运算，使得网格模型顶点与对应样本网格模型顶点之间的距离最小化，迭代的方法是主动形状模型吻合算法；所述异常检测与分析模块：用于获取的目标信息是各块骨骼成骨与破骨的程度，异常检测通过计算对应顶点的正负距离实现量化的破骨与成骨程度评价。在上述技术方案中，所述骨骼之间的连接方式包含躯干骨和四肢骨之间的连接。在上述技术方案中，所述非刚性配准在模型构建过程中根据主成分分析计算出的主成分定义进行线性组合定义所得，x≈x+Pb，其中，向量b将变形情况参数化，被限制在平均值的正负三倍标准差之内，P为特征值矩阵，而x和x是平均模型的点和对应的样本点。在上述技术方案中，所述迭代运算中，每进行一次迭代，两者之间的点对应情况都重新计算，直到迭代次数达到设定阈值n，经过迭代得到一个模型实例，使得在向量b上施加的约束情况下，最接近于样本。在上述技术方案中，所述阈值n设定为100。本专利技术骨破坏程度特征提取系统，包括节统计形态模型构建模块、病理形态模型吻合模块以及异常检测与分析模块，其中，关节统计形态模型构建模块用于构建关节统计形态模型，对于各块骨骼提取出具体的形态统计特征；病理形态模型吻合模块用于在关节统计形态模型中找到一个最接近于病理样本的模型实例，将模型实例限制在平均形态模型的三倍标准差之内，正常解剖变异的影响被消除，而病理变化则得以突出；异常检测与分析模块用于获取的目标信息是各块骨骼成骨与破骨的程度，通过计算对应顶点的正负距离实现量化的破骨与成骨程度评价。如此实现量化计算骨破坏评价指标，为患者骨破坏位置与程度大小评估提供参考信息。附图说明图1为本专利技术级系图示例示意图；图2为本专利技术中具体实例的若干网格的组合示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术所述的一种骨破坏程度特征提取系统，包括关节统计形态模型构建模块、病理形态模型吻合模块以及异常检测与分析模块，以下是对上述各模块的详细说明。(1)关节统计形态模型构建模块：关节统计形态模型(ASSM)包括对骨骼结构的形态统计特征，ASSM构建的第一步是绘制全身骨骼结构的级系图，描绘的是不同骨骼之间的连接方式，如股骨、髌骨、胫骨、腓骨、距骨之间的连接关系。获取正常人的骨骼X光断层扫描图像后，进行全局刚性配准，将整个参考网格模型对未标记的样本网格模型进行配准。随后使用ICP算法，对某个单独骨以及顺其级系图而下的骨骼进行迭代配准。对下方骨骼的转化参数，限制在从上端投射出来的截锥体内的顶点子集中。完成之后，需要以反级系图方向使用逆变换，从而使得样本网格模型在自身原有坐标系内完成配准。通过这种骨关节配准，实现了参考网格模型与样本网格模型的匹配，将标签从参考网格模型投射到样本网格模型中。对于骨骼结构形态变异性的描绘使用的是基于主成分分析的点分布模型。建立了各个样本的点对应关系后，计算骨骼结构的平均形态与主成分，并且在ASSM中对于各块骨骼提取出具体的形态统计特征。其中，级系图示例图如图1所示。(2)病理形态模型吻合模块：病理形态模型拟合的目标在于在ASSM中找到一个模型实例，使得这个模型最接近于病理样本。通过将模型实例限制在平均形态模型的三倍标准差之内，正常解剖变异的影响被消除，而病理变化则得以突出。病理形态模型吻合分为两步，第一步是关节配准，关节配准的结构与ASSM的构建步骤相同，唯一的不同之处在于本步骤中被标记的参考模型配准的对象是病理样本，经过标记后，再经过逆变换转换回原有的坐标系中。这一过程同时也造就了样本与模型之间的顶点一一对应关系。在第二步中，使用非刚性配准方法进行迭代运算，使得网格模型顶点与对应样本网格模型顶点之间的距离最小化，迭代的方法是主动形状模型(ASM)吻合算法。非刚性配准在模型构建过程中根据主成分分析计算出的主成分定义进行线性组合定义所得：x≈x+Pb向量b将变形情况参数化，被限制在平均值的正负三倍标准差之内，P为特征值矩阵，而x和x是平均模型的点和对应的样本点。每进行一次迭代，两者之间的点对应情况都重新计算，直到迭代次数达到阈值n，阈值n一般设定为100。经过迭代得到一个模型实例，使得在向量b上施加的约束情况下，最接近于样本。(3)异常检测与分析模块：异常检测与分析模块要获取的目标信息是各块骨骼成骨与破骨的程度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种骨破坏程度特征提取系统，其特征在于：包括关节统计形态模型构建模块、病理形态模型吻合模块以及异常检测与分析模块，其中，所述关节统计形态模型构建模块：用于构建关节统计形态模型，首先绘制全身骨骼结构的级系图，描绘不同骨骼之间的连接方式；然后获取正常人的骨骼X光断层扫描图像进行全局刚性配准，将整个参考网格模型对未标记的样本网格模型进行配准；随后使用ICP算法对某个单独骨以及顺其级系图而下的骨骼进行迭代配准；再对下方骨骼的转化参数，限制在从上端投射出来的截锥体内的顶点子集中；之后需要以反级系图方向使用逆变换，从而使得样本网格模型在自身原有坐标系内完成配准；实现参考网格模型与样本网格模型的匹配，将标签从参考网格模型投射到样本网格模型中；对于骨骼结构形态变异性的描绘使用的是基于主成分分析的点分布模型，建立了各个样本的点对应关系后，计算骨骼结构的平均形态与主成分，并且在关节统计形态模型中对于各块骨骼提取出具体的形态统计特征；所述病理形态模型吻合模块：用于在关节统计形态模型中找到一个最接近于病理样本的模型实例，将模型实例限制在平均形态模型的三倍标准差之内，正常解剖变异的影响被消除，而病理变化则得以突出；病理形态模型吻合分为两步，第一步是关节配准，关节配准的结构与关节统计形态模型的构建不同之处在于被标记的参考模型配准的对象是病理样本，经过标记后，再经过逆变换转换回原有的坐标系中，同时造就了样本与模型之间的顶点一一对应关系；第二步使用非刚性配准方法进行迭代运算，使得网格模型顶点与对应样本网格模型顶点之间的距离最小化，迭代的方法是主动形状模型吻合算法；所述异常检测与分析模块：用于获取的目标信息是各块骨骼成骨与破骨的程度，异常检测通过计算对应顶点的正负距离实现量化的破骨与成骨程度评价。...

【技术特征摘要】
1.一种骨破坏程度特征提取系统，其特征在于：包括关节统计形态模型构建模块、病理形态模型吻合模块以及异常检测与分析模块，其中，所述关节统计形态模型构建模块：用于构建关节统计形态模型，首先绘制全身骨骼结构的级系图，描绘不同骨骼之间的连接方式；然后获取正常人的骨骼X光断层扫描图像进行全局刚性配准，将整个参考网格模型对未标记的样本网格模型进行配准；随后使用ICP算法对某个单独骨以及顺其级系图而下的骨骼进行迭代配准；再对下方骨骼的转化参数，限制在从上端投射出来的截锥体内的顶点子集中；之后需要以反级系图方向使用逆变换，从而使得样本网格模型在自身原有坐标系内完成配准；实现参考网格模型与样本网格模型的匹配，将标签从参考网格模型投射到样本网格模型中；对于骨骼结构形态变异性的描绘使用的是基于主成分分析的点分布模型，建立了各个样本的点对应关系后，计算骨骼结构的平均形态与主成分，并且在关节统计形态模型中对于各块骨骼提取出具体的形态统计特征；所述病理形态模型吻合模块：用于在关节统计形态模型中找到一个最接近于病理样本的模型实例，将模型实例限制在平均形态模型的三倍标准差之内，正常解剖变异的影响被消除，而病理变化则得以突出；病理形态模型吻合分为两步，第一步是关节配准，关节配准的结构与关节统计形态模型的构建不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫涤峰，童永安，邝洋辉，
申请(专利权)人：广州慧扬健康科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44