用于评估骨融合的系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于评估或描绘一区域中骨融合程度的系统。该系统包括接收来自患者或患者身体的一部分的三维图像数据。使用该数据，重建患者身体的所扫描的部分。该系统允许使用者选择所重建的体积内的体积，该选择限定感兴趣体积。检测感兴趣体积内每个体素的密度。在体素密度上进行分析以确定已经发生的融合量，规定区域中的密度越高，则已经发生的融合量越大。该系统生成密度的描绘。

【技术实现步骤摘要】
相关专利技术本专利技术涉及并要求2015年9月30日提交的美国临时专利申请第62/235,038号的优先权，其公开的内容通过引用整体并入本文。
本专利技术涉及一种基于数字产生的3D体积来评估人体内骨融合的状态或进程的方法和系统。
技术介绍
矫形外科医生通常需要评估骨折或骨断裂中骨融合的状态，从而在患者治疗中规定接下来的步骤。骨融合是有意或无意引起的骨折后、或在两个分离的骨头通过使用固定硬件(关节固定术)有意地接合到一起时的自然愈合过程。通过骨部位已经融合的程度来指示允许患者在所融合骨上承重。用于评估骨融合的现有方法是基于使用试图检测密度变化的数字滤波器边缘检测过程来分析感兴趣区域的图像。发生的融合程度越高，则融合区域的密度越高，这导致更加可见的可检测边缘幅度。为了提供该评估，现有方法通常使用标准二维X射线成像，基于此来执行并定性地评估边缘检测。
技术实现思路
在本专利技术的一个实施方式中，使用三维扫描技术，诸如计算机层析成像(CT)系统，来扫描包括患者内融合位置的感兴趣体积。使用感兴趣体积内存在的体素元素的体积直方图来进行感兴趣体积的分析。计算在所有体素上高密度体素的数量的比值。该比值提供了指示融合状态的数值。还能预想到的是，能够在一段时间(例如，几天，几周等)上进行一系列评估。在一段时间上的比值变化考虑到融合过程的监视，以及融合变化的速率，进而允许了愈合的更加精确评估。在一个实施方式中，该系统执行如下步骤：接收患者身体的一部分的三维图像数据；使用所扫描的图像数据重建患者身体的所扫描的部分；允许所重建的体积内的体积的选择，该选择限定感兴趣体积；检测感兴趣体积内每个体素的密度；分析感兴趣体积内体素的所检测密度以确定已经发生的融合量，规定区域中的密度越高，则已经发生的融合量越大；以及确定规定时间上密度的变化。可选地，体素的密度分析包括针对每个密度值计数体素的总数量，针对每个密度值分类体素数量，以及基于它们的密度值标绘体素的数量，其中所标绘值在较高密度处的峰值指示了骨融合。该系统可包括储存表示基于它们密度值的体素的标绘数量的数据、和/或取回表示基于它们密度值的体素的标绘数量的先前所储存数据的可选步骤；其中基于它们密度标绘体素数量的步骤包括描绘所存储数据和现有数据的曲线图；以及其中确定规定时间上密度变化的步骤包括分析两幅曲线图以确定密度增加或密度变化速率中的至少一个。可选地，该系统计算百分比变化并输出该百分比。优选地，所选定的感兴趣体积是患者上存在骨折/关节固定术的位置以及还优选地是相邻的骨结构。优选地，分析体素的密度的步骤包括分析骨折/关节固定术所定位的区域和相邻骨结构中的体素；以及该系统提供了针对这两个区域的所分析密度数据的对比。还公开了一种用于评估骨融合的计算机程序，该程序包括重建模块，其配置为接收患者身体的一部分的三维图像数据并在计算机监视器上使用所扫描的图像数据描绘患者身体的所扫描的部分的重建的体积。选择模块配置为允许使用者选择所重建的体积内的体积，该选择限定感兴趣体积。该程序包括分析模块，其检测感兴趣体积内每个体素的密度并分析感兴趣体积内体素的所检测密度以确定与感兴趣体积内每个体素相关的密度量。分析模块基于所检测密度的分析计算已经发生的骨融合量。该程序在监视器上输出感兴趣体积上密度变化的所生成描绘。本专利技术的前述和其他特征及本专利技术的优点将根据如附图中所示意的优选实施方式的下面详细描述而变得更加明显。如将要意识到的，本专利技术能够在完全不偏离本专利技术的情况下在各个方面修改。因此，附图和说明书将被认为是实际上示意性的，而非限制性的。附图说明出于示意本专利技术的目的，附图示出了当前优选的本专利技术的形式。然而，应该理解的是，本专利技术不限定于附图中所示出的精确布置和工具。图1示意了包括感兴趣体积的患者的脚的成像过程；图2示意了使用来自图1中过程的所扫描数据的患者脚的计算机生成的重建；图3示意了图2的重建的体积中感兴趣区域周围限定的感兴趣体积。图4是从图3中感兴趣体积的密度分析生成的体积直方图的描绘。具体实施方式出于各种原因需要清楚人体内骨融合的行进状态。特别地，患者通常仅允许当融合足够的强壮以允许承重时才允许在受伤骨、或关节固定术后上承重。如果融合区域在融合过程中被太早地压迫，则会发生导致各种临床并发症的破坏(或再次破坏)。利用三维扫描系统(诸如计算机层析成像(CT)系统)来捕获或获取骨的骨折/关节固定术位置周围的整个体积。这通常通过绕患者旋转数据采集系统来实现，进而产生所扫描体积的精确、非失真三维数据集。优选地，该系统使用能够成像亚毫米级体素的高分辨率CT扫描器。该系统重建患者的扫描部分的三维体积。图2，使用者(医生或技师)使用允许限定围绕一部分的感兴趣体积或整个3D体积的子体积的系统特征。图3，感兴趣体积包括正发生融合的区域和相邻骨。使用常规的密度分析程序，检测数千或数百万的小体积元素(也称作为体素)的密度表示。一旦检测了该感兴趣体积内的所有体素，则然后分析它们以定义融合度。更加具体而言，通过对基于它们各自的密度值的体素进行计数，将计数通过体素值归类以及标绘它们的频率(对密度进行分箱)来进行体素分析。通过该数据，系统产生体积直方图。图4，体积直方图将示出在体素密度范围较高端处的差不多尖峰，以及该尖峰将是所实现融合量的度量。表征该尖峰导致融合过程的状态的度量。以较高体素密度的体素计数的百分比越高，则融合过程已经进展的越多。在本专利技术的一个实施方式中，在一段时间上，诸如每日地、每周地、每月地等，确定针对患者的数个融合评估。该评估允许骨融合程度可对比地分析，从而提供关于愈合过程的信息。该系统能够计算融合中的百分比增加以及允许它随时间标绘以为医生或技师给出观察骨融合是否增加的太快或不够快的能力。能够产生数据库并且测量值能够与先前评估的或存储的数值集进行对比，这增加了该融合评估方法的精确度。可以预想到的是，上面所述的融合评估方法将是将考虑到感兴趣体积的精确3维定位的成像软件系统的一部分。关于所使用的感兴趣体积的定位和维度的信息将被记录在每个患者基础中，以允许使用相同的感兴趣体积度量进行随时间的愈合过程的纵向评估。本文所述的系统或多个系统可以在任意形式的微处理器上执行。本专利技术的系统可包括存储在微处理器和/或存储设备(例如介质)上的软件程序。该方法可通过存储在非易失性计算机可读存储介质上的程序代码或程序模块来执行。为了促进对本专利技术的原理的理解，将参照附图中示意的优选实施方式，以及已经使用特定语言来描述这些实施方式。然而，通过该特定语言不旨在对本专利技术的范围的任何限制，以及本专利技术将解释为包括将对于本领域技术人员来说通常显而易见的所有实施方式。本文所示出和所描述的特定实现方式是本专利技术的示意性示例且不旨在以任意方式在其他方面限制本专利技术的范围。出于简洁目的，可以不详细地描述各系统的常用电子元件、控制系统、软件开发和其他功能方面(以及各系统的各个操作元件的各元件)。最后，本文中提供的任意和全部的示例、或例证性语言(例如，“诸如”)的使都仅旨在更好地说明本专利技术且不施加对本专利技术范围的限制，除非另有声明。在不偏离本专利技术的精神和范围的情况下，各种修改和改变将对本领域技术人员是显而易见的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于评估骨融合的系统，该系统包括如下步骤：接收患者身体的一部分的三维图像数据；使用所扫描的图像数据重建患者身体的所扫描的部分；允许所重建的体积内的体积的选择，该选择限定感兴趣体积；检测感兴趣体积内每个体素的密度；分析感兴趣体积内体素的所检测密度以确定已经发生的融合量，规定区域中的密度越高，则已经发生的融合量越大；以及生成感兴趣体积上密度变化的描绘。

【技术特征摘要】
2015.09.30 US 62/235,038;2016.09.20 US 15/270,8521.一种用于评估骨融合的系统，该系统包括如下步骤：接收患者身体的一部分的三维图像数据；使用所扫描的图像数据重建患者身体的所扫描的部分；允许所重建的体积内的体积的选择，该选择限定感兴趣体积；检测感兴趣体积内每个体素的密度；分析感兴趣体积内体素的所检测密度以确定已经发生的融合量，规定区域中的密度越高，则已经发生的融合量越大；以及生成感兴趣体积上密度变化的描绘。2.根据权利要求1所述的用于评估骨融合的系统，其中体素的密度分析包括针对每个密度值计数体素的总数量，针对每个密度值分类体素数量，以及基于它们的密度值标绘体素的数量，其中所标绘值在较高密度处的峰值指示骨融合。3.根据权利要求2所述的用于评估骨融合的系统，还包括储存表示基于它们密度值的体素的标绘数量的数据的步骤。4.根据权利要求2所述的用于评估骨融合的系统，还包括取回表示基于它们密度值的体素的标绘数量的先前所储存数据的可选步骤；其中基于它们密度标绘体素数量的步骤包括描绘所存储数据和现有数据的曲线图；以及其中确定规定时间上密度变化的步骤包括分析两幅曲线图以确定密度增加或密度变化速率中的至少一个。5.根据权利要求4所述的用于评估骨融合的系统，还包括计算百分比变化并输出该百分比的步骤。6.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌韦·汉斯·蒙德里，阿伦·辛格，
申请(专利权)人：弯曲束有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US