膝关节形态的特征描述方法和系统技术方案

技术编号:2945574 阅读:343 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及一种描述膝关节骨骼形态特征的方法和系统。与骨骼结构模型相关的多个轨迹都是按实物尺寸定做的,且被用于确定多元轨迹在给定对象中的位置参数,从而得到可变形统计模板的参数。接着基于所得可变形统计模板的参数来描述骨骼形态特征。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及膝关节形态的特征描述,每个膝关节一次或多 次,目的是为了进行研究或对具体的个体进行病理诊断。
技术介绍
膝盖解剖学的研究需要结构参数的定量特征描述。如一个具体例子中,确定人群中的膝盖解剖学研究需要测量膝盖骨关节炎(OA), 一种慢性发展的疾病以关节处软骨的损耗为特征,将导致关节活动损 耗并增加疼痛。在膝盖主要的两个膜(外侧和内侧)当中,OA主要出现在内侧膜,这是由于此处承担较高的承重负荷。针对个体疾病的 纵向评价有赖于临床和射线照相的特征,主要是疼痛,伤残和结构变 化。病情改善疗法目前还在研究中且有赖于对该疾病的病情的精确评 估。在当前实践中,用于人群研究,临床试验和膝盖OA流行病学研 究的主要前沿点是射线照相的最小关节间隙宽度(mJSW)的替代测 量,在股骨髁的承重表面或半弯曲位置的射线照片中的胫骨畔间进行 测量,如图1的射线照片所示。软骨的逐步损耗通过mJSW的收缩来 测量。由于OA主要出现在内侧膜,所以只在此膜中进行mJSW的测 量。mJSW的测量通常是由受过训练的医师用手持式渐层滤镜察看 灯箱上的射线照片来完成。采用这种方法,难以避免由于观察者的主 观性所导致的观察者之间的显著差异。此外,由于mJSW通常在内侧 膜中进行测量,外侧膜中的OA可能没被检测到,而事实上,有些病 人患有原发性外侧膜疾病。在这种方法中mJSW是疾病病情的单一测 量,整个关节的情况可能因为依赖单一指标而被掩盖。为了解决人类主观性所致的主要问题,利用计算机分析数字化的膝盖射线照片来实现mJSW的测量已经被一些作者采用。用计算机分 析从X射线图像推导mJSW的方法之一由Duryea等人描述,见2000 年3月的27 Med.Phvs., dd.580國91。此外,除mJSW外的描述膝关节 间隙特征的替代结果测量已经进行了研究并与mJSW进行对比,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术的例子。然而,需要采用一项技术对射线照相的mJSW测量进行补充, 该技术与现有的使用非基于模型的方法相比可给OA的定量测量带来 更高的灵敏度,特别是通过潜在治疗临床评价的观察可发现,凭借灵 敏度的提高,该技术可以更快地进行而且病患减少。
技术实现思路
根据本专利技术的优选实施方案,提供了一种按照模型参数化描述膝 关节特征的方法。该方法包括如下步骤a. 创建由一组参数表征的可变形统计模板,这组参数作为一个 集合跨越一个代表膝关节的指定特征的空间位置集合的抽象向量空 间,每个向量唯一地描述其与人群平均值的偏差;b. 在运行时在膝关节骨骼的二维图像中拟合与指定特征相关联 的多个轨迹,以允许可变形统计模板的参数化;c. 对于一个给定对象中的多个轨迹的位置进行参数化,以得到 可变形统计模板的参数值;以及d. 基于所述多个轨迹的子集和/或所述可变形统计模板的得到 的参数,描述给定对象的膝盖的骨骼形态的特征。可以理解,本专利技术的说明书或任何所附权利要求中用到的术语 "子集,,与构成一个集合的元素有关,术语"子集,,被理解为包含整个集 合元素的真子集或全集。此外,术语"轨迹(locus)"用来表示在一个 定义某个特征的点(在向量空间中)的某一"距离,,内的多个点之一。 "距离"通常是指在向量空间上定义的一个范数。根据本专利技术的其他实施方案,二维图像可以是通过使放射线穿过膝关节所得到的射线照片,例如传送x射线透过膝关节。此方法还包括基于根据可变形统计模板的参数对骨骼形态的特征描述来预测治疗方法的临床结果。根据本专利技术更进一步的实施方案,创建可变形统计模板的步骤包 括基于一组膝盖二维图像的统计分析定义所述一组参数,而在运行时 拟合与指定模型特征相关联的多个轨迹的步骤包括接收操作员的输入。在连续的时间点重复步骤(c)和(d),以便描述骨骼形态随时 间的演变。根据本专利技术更进一步的实施方案, 一个附加步骤可包括在步骤 (c)的连续迭代之间进行临床干预。位置参数化的步骤可包括多个 轨迹位置的逐次逼近。描述膝盖骨骼形态特征的步骤可包括在内侧或 外侧膜中估计关节间隙在指定位置的宽度,或者至少在内侧和外侧膜 之一中估计最小关节间隙。本专利技术另一方面还提供了按照骨骼形态描述膝关节特征的方法。 该方法步骤如下a. 在运行时在膝盖骨骼的二维图像中拟合与指定特征相关联的 多个轨迹,以允许可变形统计模板的参数化;b. 对于一个给定对象中的多个轨迹的位置进行参数化,以得到 所述可变形统计模板的参数;以及c. 基于所述多个轨迹的子集和/或所述可变形统计模板的得到的 参数,描述所述骨骼形态的特征。最后,才艮据本专利技术,可以提供一种用于计算机系统上来描述一个 对象的膝关节骨骼形态特征的计算机程序产品。该计算机程序产品包 括用于将与膝关节二维图像中的指定骨骼特征相关联的轨迹存储到 计算机存储器中的程序代码;对于一个给定对象中的多个轨迹的位置 进行参数化,以得到可变形统计模板的参数的程序代码;和基于所述 多个轨迹的子集和/或所述可变形统计模板的得到的参数来描述所述 骨骼形态的特征的程序代码。附图说明结合附图参考下面的详细描述将更容易理解本专利技术,在附图中 图1A是根据本专利技术的实施方案的二维毛细管柱端成像设备的示意图1B是图1A所描绘的本专利技术实施方案的外视图; 图2示出了根据本专利技术实施方案的发光二极管(LED )阵列的多 方位视图3A示出了一个典型的光强度预算表; 图3B示出了激励放射线和荧光团吸收的典型光傳范围; 图4是根据本专利技术实施方案的透视照明光学阵列的透视图; 图5示出了制造光学阵列的注射模型;图6是根据本专利技术实施方案的一组有关针对毛细管末端设计光 学成像元件的方程式;图7是碰撞电离CCD阵列的读出操作的示意图8示出了对荧光团浓度的灵敏度的图解;图9是根据本专利技术实施方案的平行毛细管阵列电泳系统的示意图10示出了根据本专利技术实施方案的緩冲器阵列的剖面图和透视图11A示出了根据本专利技术实施方案的微流通道金属板排列及分 离区域连接毛细管阵列末端以分离分子排出物的顶视图11B和11C分别示出了图11A中微流通道金属板排列沿着线 B-B和A-A的剖面图。具体实施方案根据本专利技术的优选实施方案,使用已产生的可变形统计模板自动 地或半自动地实现数字化的膝盖射线照片的计算机分析,例如,该可 变形统计模板可通过大量手工注释的膝盖射线照片样例的统计分析 产生。此处所述的和任何所附权利要求中要求保护的专利技术被应用于通 过使用穿透性的电磁辐射,如X射线,实现人或动物的膝关节成像所 得的数据。通常,代表使射线穿过关节的传送的二维射线照片被使用。 可以理解的是,虽然本专利技术不限于成像的具体形式,也不限于存储并 操作这些所得图像的具体形式,但具体形式有很多优点,如高能射线(X射线或伽马射线)有利地提供高空间分辨率。如下所述,膝关节图像(在此不加限制地都被称为"射线照片,,) 的分析在应用于输入数据的'模型,的基础上进行。此处和任何所附权 利要求中所采用的术语"模型"通常是指用来确定对象或其组成部分 的位置和/或动作的参数的任何数学描述。在此所述的方法应用于任何 膝盖图像数据模型都在要求保护的本本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种按照模型参数化描述膝关节特征的方法,该方法包括:    a.创建由一组参数表征的可变形统计模板,这组参数作为一个集合跨越一个代表膝关节的指定特征的空间位置的集合的抽象向量空间,每个向量唯一地描述其与人群平均值的偏差;    b.在运行时在膝关节骨骼的二维图像中拟合与指定特征相关联的多个轨迹,以允许可变形统计模板的参数化;    c.对于一个给定对象中的多个轨迹的位置进行参数化,以得到所述可变形统计模板的参数值;以及    d.基于所述多个轨迹的子集和/或所述可变形统计模板的得到的参数,描述所述给定对象的膝盖的骨骼形态的特征。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:凯文沃尔克简哈斯拉姆安东尼霍姆斯
申请(专利权)人:欧博达西亚医学有限公司
类型:发明
国别省市:GB[英国]

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