用于确定宏拓扑、毫拓扑、微拓扑和纳米拓扑中的至少一个的评估系统和方法技术方案

本发明专利技术的目的是提供一种评估方法，在该方法中，确定至少两个介质的至少一个分界面的宏拓扑、毫拓扑、微拓扑以及纳米拓扑中的至少一个拓扑，获得关于至少两个介质的所述至少一个分界面的拓扑的信息。在该方法中，通过执行分割来处理所获得的关于至少两个介质的所述至少一个分界面的拓扑的信息，其中，从所获得的信息的背景信息分割所获得的信息的体积信息，生成基准表面信息，获得关于空隙的信息，分析所述关于空隙的信息，以提供多值化表面形状信息，并且基于所述多值化表面形状信息来执行所述关于空隙的信息的定量映射，用于确定至少两个介质的至少一个分界面的宏拓扑、毫拓扑、微拓扑以及纳米拓扑中的至少一个拓扑。

An evaluation system and method for determining at least one macro topology, milli topology, micro topology and nano topology.

The purpose of the present invention is to provide an evaluation method in which at least one topology of at least one interface of at least two media is determined, and at least one topology in the nano topology, information about the topology of at least one interface of at least two media is obtained. In this method, the information about the topology of at least one interface of at least two media is processed by the execution of the segmentation, in which the volume information of the information obtained from the background information obtained from the obtained information is divided into the datum surface information, the information on the gap is obtained, and the related space is analyzed. The information of the gap is provided to provide multi valued surface shape information and to perform a quantitative mapping of the information about the voids based on the multivalued surface shape information to determine at least one of the at least one interface of at least two media, at least one topology in the nano topology.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定宏拓扑、毫拓扑、微拓扑和纳米拓扑中的至少一个的评估系统和方法
本专利技术涉及分析物质的属性。具体来说，本专利技术涉及一种用于确定关节软骨顶表面(topsurfaceofarticularcartilage(TSAC))的毫拓扑、微拓扑、以及纳米拓扑中的至少一个拓扑的方法和计算机程序，所述关节软骨顶表面的部分可以嵌入关节软骨(AC)内。本专利技术还涉及对应的成像方法、成像系统及其组件。用于表征复杂的多值化表面拓扑的应用例如扩展至表征AC退化、纳米粒子、纤维素纤维、诸如非湿润组织的仿生表面以及宏拓扑(诸如土地侵蚀、海底和小行星)。具体来说，AC退化阶段可以基于所提出的方法进行分类。
技术介绍
对TSAC的表面毫拓扑、微拓扑以及纳米拓扑中的至少一个的评估对骨关节炎(osteoarthritis(OA))的研究和临床工作都很重要，因为TSAC的表面拓扑很复杂并且很大程度上取决于AC的退化阶段。这种拓扑评估也可以与表征其它疾病有关，例如，骨质疏松症(osteoporosis)。OA的当前评估技术主要是2D(例如，组织学，即，通过光学显微镜进行组织切片、染色以及成像)，它们是主观的，并且它们不提供用于正确分类概率分析所必需的置信限度。在诸如组织学的技术中，通过视觉检查来评估AC(关节软骨)的病理状态。这使得该方法经受用户内和用户间变化。用于计算病理学相关参数(例如，平均粗糙度)的定量、自动、用户独立技术可以克服与主观读者引起的偏倚有关的问题。然而，经典的表面粗糙度测量例如无法表征多变量3D表面特征，如已知临床相关的复杂裂隙[Pritzker等人的OsteoarthritisCartilage.2006Jan；14(1):13-29]。有文章、专利以及标准在方法和算法两方面描述了表面表征[Maerz等人的OsteoarthritisCartilage.2015Oct5.pii:S1063-4584(15)01320-5；Brill等人的BiomedOptExpress.2015Jun8；6(7):2398-411；Liukkonen等人的UltrasoundMedBiol.2013Aug；39(8):1460-8；WO2009052562A1；US8706188B2；US20150153167A1；US20150059027A1；US6739446B2；ISO25178-2:2012]。定性和定量测量二者都被使用，但仅适用于表征清晰的表面拓扑。简单来说，没有针对多值化表面的标准，甚至当前的标准都以很少的程度集中在平坦表面和曲面上[ISO25178-2:2012]。上述方法中几乎没有一种能够以高空间分辨率映射表面粗糙度，而只是提供描述整个表面而非局部拓扑的少数全局参数。现有技术文章[Moussavi-Harami等人的JOrthopRes.2009；27(4):522-8]描述了基于Mankin评分(基于来自染色的AC-骨切片的光学图像的病理性AC退化评分)的自动化来表征AC。其它文章描述了基于常规或标准工程粗糙度参数来表征TSAC完整性[Maerz等人的OsteoarthritisCartilage.2015Oct5.pii:S1063-4584(15)01320-5；Brill等人的BiomedOptExpress.2015Jun8；6(7):2398-411；Liukkonen等人的UltrasoundMedBiol.2013Aug；39(8):1460-8]。然而，所有这些方法都将TSAC确定为清晰的表面；然而，TSAC模糊不清，而且多值化。因此，用于评估AC表面完整性的标准粗糙度参数的现有选择不足以描述以捕获典型针对OA的TSAC的复杂性。
技术实现思路
本方法和评估系统提供了对基于多值化表面形状信息来确定至少两个介质的至少一个分界面的宏拓扑、毫拓扑、微拓扑以及纳米拓扑中的至少一个拓扑的显著改进。这通过一种用于确定至少两个介质的至少一个分界面的宏拓扑、毫拓扑、微拓扑以及纳米拓扑中的至少一个拓扑的材料评估系统来实现，所述系统包括用于获得关于至少两个介质的至少一个分界面的拓扑的信息的装置。所述评估系统包括处理单元，该处理单元用于通过以下步骤来处理所获得的关于至少两个介质的至少一个分界面的拓扑的信息：执行分割，其中，从所获得的信息的背景信息分割所获得的信息的体积信息(volumeinformation)；生成基准表面信息；获得关于空隙的信息；分析关于空隙的信息，以提供多值化表面形状信息；以及基于所述多值化表面形状信息来执行关于空隙的信息的定量映射，用于确定至少两个介质的至少一个分界面的宏拓扑、毫拓扑、微拓扑以及纳米拓扑中的至少一个拓扑。本专利技术的重点也是一种材料评估方法，在该方法中，确定至少两个介质的至少一个分界面的宏拓扑、毫拓扑、微拓扑以及纳米拓扑中的至少一个拓扑，获得关于至少两个介质的至少一个分界面的拓扑的信息。在所述方法中，通过执行分割来处理所获得的关于至少两个介质的至少一个分界面的拓扑的信息，其中，从所获得的信息的背景信息分割所获得的信息的体积信息，生成基准表面信息，获得关于空隙的信息，分析关于空隙的信息，以提供多值化表面形状信息，并且基于所述多值化表面形状信息来执行关于空隙的信息的定量映射，用于确定至少两个介质的至少一个分界面的宏拓扑、毫拓扑、微拓扑以及纳米拓扑中的至少一个拓扑。本专利技术基于分割(其中，从所获得的信息的背景信息分割所获得的信息的体积信息)，基于生成基准表面信息，以及基于分析关于空隙的信息以提供多值化表面形状信息。本专利技术还可以基于以所述多值化表面形状信息为基础的关于空隙的信息的定量映射，用于确定至少两个介质的至少一个分界面的宏拓扑、毫拓扑、微拓扑以及纳米拓扑中的至少一个拓扑。本专利技术的益处在于，其提供了对基于多值化表面形状信息来确定至少两个介质的至少一个分界面的宏拓扑、毫拓扑、微拓扑以及纳米拓扑中的至少一个拓扑的显著改进。附图说明图1呈现了根据一个实施方式的本方法和计算机程序的框图。图2呈现了用于识别基准表面以及TSAC与基准表面之间的空隙的步骤。图3呈现了用于确定与TSAC拓扑有关的定量参数所需的几何方面的图形呈现。图4呈现了针对来自患有OA(骨关节炎)的患者的AC所确定的示例性定量图(空隙的最大深度、类弯曲度参数以及深度积分)。具体实施方式本专利技术涉及一种用于以纳米至微米级来自动提取复杂TSAC(关节软骨顶表面)拓扑的客观且鲁棒的测量的方法和计算机程序，其与OA(骨关节炎)的诊断和治疗在病理学和临床上相关。该方法包括样本体积分割、基准表面生成、空隙提取以及空隙分析。空隙是指在基准表面与TSAC之间“俘获”的体积。本专利技术允许客观的用户独立OA诊断和治疗监测(主要益处)。因此，明确需要这样一种方法，即，其自动地并且可选地半自动或手动提取客观且鲁棒的3D测量，这些测量基于或得自针对诊断和治疗OA的病理或临床相关特征。在技术上，该方法应提供TSAC中复杂的多值化拓扑的非破坏性的用户独立量化。该方法还应允许生成可以与现有黄金标准(例如，组织学)进行比较的图像。本专利技术的目的是，提供一种用于确定临床上相关的、具有复杂结构的表面毫拓扑、微拓扑，以及纳米拓扑中的至少一个拓扑的自动化且定量用户独立方法。一特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定至少两个介质的至少一个分界面的宏拓扑、毫拓扑、微拓扑以及纳米拓扑中的至少一个拓扑的材料评估系统，所述系统包括用于获得关于至少两个介质的所述至少一个分界面的所述拓扑的信息的装置(104)，其特征在于，所述评估系统包括：用于从所述装置(104)导入所获得的信息的装置；用于接收所获得的信息的数据分析单元(106)，所述数据分析单元包括算法装置，所述算法装置用于通过执行分割来处理关于至少两个介质的所述至少一个分界面的所述拓扑的所获得的信息，其中，从所获得的信息的背景信息分割所获得的信息的体积信息；用于生成基准表面信息的装置；用于获得关于空隙的信息的装置；用于分析所述关于空隙的信息以提供多值化表面形状信息的装置；用于基于所述多值化表面形状信息来执行所述关于空隙的信息的定量映射的装置，并且所述评估系统包括所述数据分析单元(106)，所述数据分析单元用于确定至少两个介质的至少一个分界面的宏拓扑、毫拓扑、微拓扑以及纳米拓扑中的至少一个拓扑。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.13 FI 201558411.一种用于确定至少两个介质的至少一个分界面的宏拓扑、毫拓扑、微拓扑以及纳米拓扑中的至少一个拓扑的材料评估系统，所述系统包括用于获得关于至少两个介质的所述至少一个分界面的所述拓扑的信息的装置(104)，其特征在于，所述评估系统包括：用于从所述装置(104)导入所获得的信息的装置；用于接收所获得的信息的数据分析单元(106)，所述数据分析单元包括算法装置，所述算法装置用于通过执行分割来处理关于至少两个介质的所述至少一个分界面的所述拓扑的所获得的信息，其中，从所获得的信息的背景信息分割所获得的信息的体积信息；用于生成基准表面信息的装置；用于获得关于空隙的信息的装置；用于分析所述关于空隙的信息以提供多值化表面形状信息的装置；用于基于所述多值化表面形状信息来执行所述关于空隙的信息的定量映射的装置，并且所述评估系统包括所述数据分析单元(106)，所述数据分析单元用于确定至少两个介质的至少一个分界面的宏拓扑、毫拓扑、微拓扑以及纳米拓扑中的至少一个拓扑。2.根据权利要求1所述的评估系统，其特征在于，所述评估系统是医学评估系统。3.根据权利要求2所述的医学评估系统，其特征在于，至少两个介质的所述分界面是关节软骨(TSAC)(301)的模糊顶表面。4.根据权利要求1所述的评估系统，其特征在于，所述系统包括处理单元(106)，该处理单元(106)用于通过基于所分割的体积信息和基准表面信息提取空隙来处理关于至少两个介质的所述至少一个分界面的所述拓扑的所获得的信息。5.根据权利要求4所述的评估系统，其特征在于，所述系统包括处理单元(106)，该处理单元(106)用于通过利用取决于空隙深度的参数来处理所获得的信息。6.根据权利要求5所述的评估系统，其特征在于，所述系统包括处理单元(106)，该处理单元(106)用于通过确定基于裂缝的开裂的参数值来处理关于至少两个介质的至少一个分界面的所述拓扑的所获得的信息。7.根据权利要求2所述的医学评估系统，其特征在于，所述系统包括处理单元(106)，该处理单元(106)用于通过执行定量映射来处理关于组织顶表面的所述拓扑的所获得的信息，在所述定量映射中，记录所述空隙的最大深度、类弯曲度参数以及深度积分这些参数值中的至少一个，以限定拓扑。8.根据权利要求1所述的评估系统，其特征在于，所述系统包括处理单元(106)，该处理单元(106)用于通过将区域生长算法应用至由逐段拟合的基准表面、所选择的感兴趣体积、以及样本体素限制的分割体积信息来处理关于至少两个介质的所述至少一个分界面的所述拓扑的所获得的信息。9.根据权利要求2所述的医学评估系统，其特征在于，所述系统包括处理单元(106)，该处理单元(106)用于通过确定至少一个参数图来处理关于至少两个介质的至少一个分界面的所述拓扑的所获得的信息，以便获得关于组织衰竭的信息。10.根据权利要求2所述的医学评估系统，其特征在于，所述系统包括处理单元(106)，该处理单元(106)用于基于定量映射来限定OA(骨关节炎)的退化等级的关键特征。11.根据权利要求1所述的评估系统，其特征在于，所述系统包括处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·涅米宁，T·伊利塔洛，S·萨拉卡拉，E·哈格斯特罗姆，
申请(专利权)人：奥卢大学，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI