[发明专利]基于数字透视影像的人工髋关节检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种数字图像应用技术领域的系统及方法，具体是一种基于数字透视影像的人工髋关节检测系统及方法。

背景技术

无菌性松动是人工髋关节置换翻修的主要原因。X射线是临床诊断人工关节松动的一般放射线方法。然而，这种方法基本上是基于在一个平面上、静态的X线片，对象位置、拍摄的角度和医生的经验在很大程度上影响诊断结果。此外，影像显示和临床表现之间的不一致更增加了诊断的困难。CT扫描在评估骨溶解方面比X射线更敏感，但在检测松动时，金属伪影和高辐射剂量限制了它的应用。MRI同样存在着磁敏感性伪影的限制。虽然骨密度的测量、生物学标志物检测、放射性核素诊断等方法也在实验室研究中被应用到松动的检测中，但是目前，这些方法尚无法作为检测。因此，临床上迫切需要一种三维、可视、实时精确的检测方法。

随着计算机技术的发展，尤其计算机技术在医学领域的应用，一些图像相关的检测方法，如有限元法和双荧光成像系统，逐渐被引入到这一领域，并起到了预测假体无菌性松动的指导作用。然而，这些方法仅在实验室中使用的，而不是在临床上应用。

伦琴立体透视测量分析(RSA,Roentgen stereophotogrammetric analysis)是一种评价关节假体与骨之间微动的精确测量技术。通过RSA技术，目标的三维位置和方向可通过植入的标记点及后续重建的三维位置被有效地定位。但对象对植入标记点存在抵触心理。基于模型的RSA技术可评价复杂外形假体的三维位置和方向信息而不需要植入不透明的标记点。该方法是基于假体到的检测轮廓与其三维模型所计算出的投影的轮廓相匹配而设计的，其精度可与基于标记点的RSA技术相当。类似的技术已被用于其它应用中，如基于单焦点透视图像确定椎骨的位置和评估全膝关节假体的位置和朝向。动态立体透视测量技术（FSA，Fluoroscopic StereophotogrammetricAnalysis）是一种基于模型的RSA技术，它利用单焦点和动态透视图像。在该方法中，匹配的原理与其他相同。但关节运动的过程将通过连续多帧影像来重建。该方法在膝关节的运动和在体膝关节假体移动的实验室研究中已进行了深入的探讨。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于数字透视影像的人工髋关节检测系统及方法，通过使用医疗成像CT和动态透视检测仪器和基于模型的FSA技术；将第四维的时间变量添加到静止状态的三维空间，其成功建立可弥补假体松动的临床检查空白，为对象和医生提供可靠的证据。本发明可进一步可以被用来作为辅助临床关节外科医生检查假体松动的有效工具，其检测所得结果与实际相对位移相比精确度达到毫米级。

本发明是通过以下技术方案实现的

本发明涉及一种基于数字透视影像的人工髋关节检测系统，包括：图像导入模块、模型生成模块、匹配模块以及动态立体透视测量模块，其中：图像导入模块采集待处理原始图像，经过数字化处理后输出至模型生成模块，模型生成模块根据接收到的DICOM数据对其中的CT数据按照生理骨骼和人工关节假体进行三维建模得到STL格式的表面模型，匹配模块将每一个表面模型与每一帧透视序列图进行匹配，动态立体透视测量模块根据匹配结果计算得到人工髋关节与生理骨骼之间的距离。

所述的图像导入模块包括：图像采集机构以及数据刻录与存储单元，其中：图像采集机构包括CT数据采集装置和动态透视数据的采集装置，数据刻录与存储单元将图像采集机构所得的待处理原始图像存储于光盘、并归档的过程。

所述的模型生成模块包括：图像分割单元、三维模型生成单元和后处理单元，其中：图像分割单元与图像导入模块相连接并输出图像分割后蒙版信息，三维模型生成单元与图像分割单元相连接并输出初始三维模型信息，后处理单元与三维模型生成单元相连接并输出最终三维表面模型信息。

所述的匹配模块包括：匹配场景设置单元、模型导入单元和模型匹配单元，其中：匹配场景设置单元与图像导入模块相连接并输出基础场景信息，模型导入单元与模型生成模块相连接并输出带有表面模型和透视序列图的场景信息，模型匹配单元和模型导入单元相连接并输出模型匹配信息。

所述的动态立体透视测量模块包括：相对移动单元和绝对移动分析单元，其中：相对移动分析单元与模型匹配单元相连接并输出多帧人体骨骼模型与人工关节假体模型间距离信息，绝对移动分析单元与模型匹配单元相连接并输出人工关节假体模型在同一角度的不同帧下与人体骨骼模型的相对间距信息。

本发明涉及上述系统的检测方法，包括以下步骤：

第一步、图像采集及建模，具体步骤包括：