CN115005857A - 髋关节假体的角度测量方法、装置和测量系统 - Google Patents

髋关节假体的角度测量方法、装置和测量系统 Download PDF

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CN115005857A CN202210587884.XA CN202210587884A CN115005857A CN 115005857 A CN115005857 A CN 115005857A CN 202210587884 A CN202210587884 A CN 202210587884A CN 115005857 A CN115005857 A CN 115005857A
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Abstract

本发明公开了一种髋关节假体的角度测量方法、装置和测量系统。该方法包括：获取髋关节置换术后的骨盆DR正位片图像数据；提取髋关节假体的轮廓；自动识别髋臼杯假体的边缘空间信息；测量髋关节假体的前倾角和外展角。该方法基于临床最常用的X线扫描技术获得的DR髋关节图像，通过图像处理的方法将髋关节假体部分分割出来，并将关键点的信息自动提取出来，对前倾角和外展角实现自动测算。本发明还结合了图像校正系统，规避了由手动测量带来的误差与个体化差异，应用统一算法保证测量的准确性，为临床治疗规划及患者随访评估提供有效测量工具。

Description

髋关节假体的角度测量方法、装置和测量系统
技术领域
本申请设计医疗技术领域，具体而言，涉及一种髋关节假体的角度的测量方法、装置、计算机可读存储介质、处理器和测量系统。
背景技术
人工全髋关节置换术是骨科临床治疗学、生物力学和材料生物学等多学科综合发展的研究成果。随着医学技术的不断进步，全髋关节置换术已成为治疗骨关节炎、股骨头坏死、类风湿性关节炎等疾病的重要方法，可有效缓解关节疼痛感、恢复髋关节功能，同时改善患病关节的运动功能。
全髋关节置换术的术中操作要求术者能将假体准确放置在正确的解剖角度上，恢复人体下肢的正常受力情况。全髋关节置换术后常见关节脱位、假体周围骨折，假体周围感染等相关并发症，为了检测手术成功率及假体安置情况，临床医生通过影像学对术后髋关节图像进行评估。
但由于CT检查费用相对较高并且检查时间较长，而且在检查过程中病人受到较高放射剂量，给患者带来不便，因此很多患者不能接受，这是临床工作中并不常规采用 CT 测量髋臼假体前倾角的重要原因。而DR线片具有操作简单、费用低、放射剂量小的优点，且该设备在大部分医院普及，使DR线片测量成为目前临床上最常用的评估全髋关节置换术后假位角度的影像学方法。研究表明基于DR图像测量的Lewinneck、Hassan、Liaw、Pradhan四种方法与CT测量值比较，Lewinneck、Liaw方法测量值与标准前倾角相比无统计学差异。
医生会要求患者在术后进行定期DR线影像随访，预防及尽早甄别并发症，造成医生工作量的大幅增长。评估的方式多以手动或者绘图工具测量为主，这样不仅耗费大量的工作时间，同样也存在一定的测量误差。
在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种髋关节假体的角度的测量方法、装置、计算机可读存储介质、处理器和测量系统，以解决现有技术中髋关节角度的测量方法的测量误差较大的问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种髋关节假体的角度的测量方法，髋关节假体的角度包括前倾角和外展角，所述方法包括：获取髋关节置换手术后DR正位片图像数据；将所述DR数据建立空间二维坐标系，提取髋关节假体二维模型并进行关键点信息的获取；根据所述髋关节假体的二维模型和所述DR图像中的泪滴或坐骨结节的空间位置信息，测量所述髋关节假体的所述前倾角和所述外展角。
可选地，将所述得DR原图像，DICOM或图片任意格式，进行图像检测，对于歪邪的图像通过四点透视变换的方法进行校正，得到第一数据。
可选地，根据所述第一数据建立空间二维坐标系，包括：图像四个端点的任意一点作为原点，根据所述原点的相连两个图像边缘做轴，所述两个边缘的其中水平方向为X轴，所述两个边缘的其中竖直方向为Y轴；所述空间二维坐标系根据单位像素长度及图像包含的像素点维度定义所述X轴和所述Y轴的长度及刻度，获得具有度量的二维空间坐标系。
可选地，根据所述二维空间坐标系获取髋关节假体的轮廓坐标并选取出关键点，包括：在所述DR原图像的基础上，根据像素点HU值或灰度值分割髋关节假体，髋关节假体包含髋臼杯、股骨头和股骨柄三部分并重叠显示，获取髋关节假体的轮廓点坐标信息；在所述髋关节假体的轮廓点中选取关键点，所述关键点为髋臼杯假体开口的两个边缘点，为点A与点B；获取股骨头与髋臼杯假体的交点，为点C和点D，并单独提取同侧的所述髋臼杯假体开口边缘点与所述股骨头与髋臼杯假体交点之间的点数据，拟合椭圆的半个边缘曲线E，得到第二数据。
可选地，根据关键点和泪滴/坐骨结节的空间位置信息，计算所述髋臼杯假体的所述前倾角和所述外展角，包括：根据所述关键点坐标信息，将髋臼杯开口的两个端点，点A与点B连线，即髋臼杯开口椭圆的长轴，得到线段1；建立线段1的垂直平分线，与曲线E相交获取髋臼杯开口椭圆的短轴靠近股骨头的端点F，根据距离计算得到髋臼杯开口椭圆的短轴远离股骨头的端点G，连接点F与点G得到线段2；在所述坐标系内，利用线段1与线段2计算所述前倾角的角度；根据泪滴或坐骨结节的空间
位置信息点H和点I，泪滴清晰时首选泪滴位置，泪滴不清楚的情况选择坐骨结节；将H点和I点进行连线，得到直线3；计算线段1的延长线与直线3的夹角，得到所述外展角的角度。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种髋关节假体的角度的测量装置，此处所述的髋关节假体的角度包括前倾角和外展角，所述装置包括：数据预处理单元，用于获取髋关节置换手术后骨盆的DR正位片图像数据并进行校正；图像处理单元，用于将所述DR数据进行图像分割，建立空间二维坐标系，获取得到关键点坐标信息，所述关键点为髋臼杯开口的端点和泪滴/坐骨结节点的空间位置信息；角度计算单元，所述关键点测量所述髋臼杯假体的所述前倾角和所述外展角。
根据本发明实施例的再一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机
可读存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行任意一种所述的方法。
根据本发明实施例的又一方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行任意一种所述的方法。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种测量系统，包括髋关节假体的角度
的测量装置，所述髋关节假体的角度的测量装置用于执行任意一种所述的方法。
在本发明实施例中，上述髋关节假体的角度的测量方法中，首先，获取髋关节置换手术后骨盆的DR正位片图像数据并进行校正；将所述DR数据进行图像分割，建立空间二维坐标系，获取得到关键点坐标信息，所述关键点为髋臼杯开口的端点和泪滴/坐骨结节点的空间位置信息；根据所述关键点测量所述髋臼杯假体的所述前倾角和所述外展角。该方法通过图像处理的方法在DR图像上进行髋关节假体分割，并建立二维空间坐标系作为参考，获取髋臼杯上关键点的信息坐标，从而根据关键点计算上述髋臼杯假体的上述前倾角和上述外展角。由于DR图像作为全髋关节置换术的术后评估的主要方法且具有放射剂量低、价格低廉等优点，上述髋关节假体的上述前倾角和上述外展角测量方法提供了一种计算机辅助的方法，相比于现有的医生测量或利用量角器械测量方式，大大减小了误差，解决临床中髋关节角度的测量方法的测量误差较大和个体化差异测量误差的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示
意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本申请的实施例的一种髋关节假体的角度的测量方法的流程意图；
图2示出了根据本申请的实施例的关键点、曲线、线段和直线位置信息示意图；
图3示出了根据本申请的实施例的一种髋关节假体的角度的测量装置的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相
互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“ 第一”、“ 第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“ 包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应该理解的是，当元件（诸如层、膜、区域、或衬底）描述为在另一元件“ 上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
为了便于描述，以下对本申请实施例涉及的部分名词或术语进行说明：
前倾角：放射学定义的前倾角为髋关节前后位DR图像上髋臼轴线与人体冠状面之间的夹角；
外展角：放射学定义的外展角为髋关节前后位DR图像上髋臼轴在人体冠状面上的投影与身体纵轴的夹角。
正如背景技术中所说的，针对现阶段临床常规的X射线检查方式误差大且不同医生间个体化差异大，且全髋关节置换术的患者量日益扩大且为了早起预防并发症的发生，医生要求患者定期随访，大大增加了医生的工作量。为了解决上述问题，本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种髋关节的角度的测量方法、装置、计算机刻度存储介质、处理器和测量系统。
根据本申请的实施例，提供了一种髋关节假体的角度的测量方法。
图1是根据本申请实施例的髋关节假体的角度的测量方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤S101，获取髋关节置换手术后骨盆的DR正位片图像数据并进行校正；
步骤S102，利用图像处理方法，分割髋关节假体，识别髋臼杯的关键点位置信息，获取泪滴或坐骨结节的空间位置信息；
步骤S103，根据关键点和泪滴/坐骨结节的空间位置信息，计算所述髋臼杯假体的所述前倾角和所述外展角。
上述的方法中，首先，获取髋关节置换术后骨盆的DR正位片图像数据；然后，将上述DR图像进行校正，用于后续的分析；通过图像处理的方法分割髋关节假体并识别关键点；根据关键点和泪滴/坐骨结节位置信息计算上述前倾角和上述外展角。该方法基于髋关节置换术后骨盆的DR正位片图像数据，利用图像处理技术能够自动抓取髋关节假体的关键点信息，满足测量的客观性进而减小误差，同时能够节省测量时间，解决现有技术中髋关节角度的测量误差和个体化差异大的问题，为医生提供简易的操作方法并节省测量时间。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本申请的一种实施例中，在上述DR正位片DICOM图像上，以图像四个顶点任意一点作为二维空间坐标系的原点，以上述原点的相邻两个图像边缘分别作为所述坐标系的X轴和所述坐标系的Y轴；以像素长度为度量单位设置所述X轴和Y轴的坐标值。
本申请的一种实施例中，根据上述基于DR图像建立的坐标系上测量上述髋关节假体的上述前倾角和上述外展角，包括：基于上述DR正位片图像进行图像分割，得到髋关节假体的二维模型，图片形式与DICOM形式的处理形式不同。在本实施例中针对DICOM形式，依据CT值自适应范围进行初步阈值分割；在另外一个实施例中，针对图片形式，将图片的RGB转灰度，依据灰度值自适应范围进行初步阈值分割；初步的分割结果由于髋臼杯的型号不同，可能会携带固定钉，针对此种情况将钉体部分移除。基于上述的二维空间坐标系信息，获取髋关节假体的轮廓点坐标信息；应用角点检测的方法在所述髋关节假体的轮廓点中识别角点，在获取的角点范围内自动提取关键点，所述关键点为髋臼杯假体开口的两个边缘点，为点A与点B；将髋臼杯开口的两个端点，点A与点B连线，即髋臼杯开口椭圆的长轴，得到线段1；自动提取股骨头与髋臼杯假体的交点，为点C和点D，并单独提取同侧的所述髋臼杯假体开口边缘点与所述股骨头与髋臼杯假体交点之间的点数据，拟合椭圆的半个边缘曲线E；建立线段1的垂直平分线，与曲线E相交获取髋臼杯开口椭圆的短轴靠近股骨头的端点F，根据距离计算得到髋臼杯开口椭圆的短轴远离股骨头的端点G，连接点F与点G得到线段2；在所述坐标系内，利用线段1与线段2计算所述前倾角的角度；根据泪滴或坐骨结节的空间位置信息点H和点I，泪滴清晰时首选泪滴位置，泪滴不清楚的情况选择坐骨结节；将H点和I点进行连线，得到直线3；计算线段1的延长线与直线3的夹角，得到所述外展角的角度。
为了进一步保证得到的第一数据更为准确，本申请的具体的实施例中，图片形式的上述自适应范围为210-245，DICOM形式的上述自适应范围为[WindowCenter-WindowWidth/2,WindowCenter+WindowWidth/2]。当然，此自适应范围可根据具体的DR图像数据进行调整，本领域技术人员还可以根据实际情况，选择合适的自适应范围。
上述髋关节假体的角度的测量装置包括处理器和存储器，上述获取单元、建立单
元和测量单元等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来减小髋关节角度的测量方法的测量误差。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理
器执行时实现上述髋关节假体的角度的测量方法。
本发明实施例提供了一种处理器，上述处理器用于运行程序，其中，上述程序运行时执行上述髋关节假体的角度的测量方法。
本发明还提供了一种测量系统，该系统包括髋关节假体的角度的测量装置，上述髋关节假体的角度的测量装置用于执行任意一种上述的方法。
本发明实施例提供了一种设备，设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现至少以下步骤：
步骤S101，获取髋关节置换手术后骨盆的DR正位片图像数据并进行校正；
步骤S102，利用图像处理方法，分割髋关节假体，识别髋臼杯的关键点位置信息，获取泪滴或坐骨结节的空间位置信息；
步骤S103，根据关键点和泪滴/坐骨结节的空间位置信息，计算所述髋臼杯假体的所述前倾角和所述外展角。
本文中的设备可以是服务器、PC、PAD、手机等。
本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初
始化有至少如下方法步骤的程序：
步骤S101，获取髋关节置换手术后骨盆的DR正位片图像数据并进行校正；
步骤S102，利用图像处理方法，分割髋关节假体，识别髋臼杯的关键点位置信息，获取泪滴或坐骨结节的空间位置信息；
步骤S103，根据关键点和泪滴/坐骨结节的空间位置信息，计算所述髋臼杯假体的所述前倾角和所述外展角。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有
详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显
示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以
是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
上述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个计算机可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明各个实施例上述方法的全部或部分步骤。而前述的计算机可读存储介质包括：U盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上上述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种髋关节假体的角度测量方法，其特征在于，髋臼杯假体的角度包括前倾角和外展角，方法包括以下模块：
S1：数据预处理模块，获取患者带有髋关节假体的DR正位片图像，针对DR图像进行筛查，不符合标准的进行图像校正；
S2：图像处理模块，利用图像处理方法，分割髋关节假体，识别髋臼杯的关键点位置信息，获取泪滴或坐骨结节的空间位置信息；
S3：角度计算模块，根据关键点和泪滴/坐骨结节的空间位置信息，计算所述髋臼杯假体的所述前倾角和所述外展角。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述DR正位片图像进行预处理，包括：
图像形式不限于DICOM或图片格式；
针对非正位片或歪斜的图片进行图像校正，使其满足分析要求。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用图像处理方法分割髋关节假体，自动化识别髋臼杯的关键点位置信息，获取泪滴或坐骨结节的空间位置信息，包括：
根据所述的髋关节DR图像建立空间坐标系，将图片的任意顶点设置为原点，所述坐标系的X轴为图像的水平边，所述坐标系的Y轴为图像的竖直边；
根据所述空间坐标系，获取髋关节假体的边缘点坐标信息，所述分割髋关节假体包括髋臼杯、股骨头和股骨柄三部分；
根据所述边缘点坐标信息，抓取关键点坐标信息，所述关键点为髋臼杯开口的两个端点及可显示的股骨头边缘点相邻的髋臼杯边缘点坐标信息；
根据所述空间坐标系，获取泪滴或坐骨结节的空间坐标信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据关键点和泪滴/坐骨结节的空间位置信息，计算所述髋臼杯假体的所述前倾角和所述外展角；
根据所述关键点坐标信息，将髋臼杯开口的两个端点连线，即髋臼杯开口椭圆的长轴，得到线段1；建立线段1的垂直平分线，获取髋臼杯开口椭圆的短轴，得到线段2；在所述坐标系内，利用线段1与线段2计算所述前倾角的角度；
根据泪滴或坐骨结节的空间位置，提取坐标点并连线，得到直线3；计算线段1的延长线与直线3的夹角，得到所述外展角的角度。
5.一种髋关节假体的角度的测量装置，其特征在于，髋臼杯假体的角度包括前倾角和外展角，所述装置包括：
数据预处理单元，用于获取髋关节置换手术后DR正位片图像数据及图像校正；
图像处理单元，用于将所述DR数据进行图像分割，建立空间二维坐标系，获取得到关键点坐标信息，所述关键点为髋臼杯开口的端点和泪滴/坐骨结节点的空间位置信息；
角度计算单元，所述关键点测量所述髋臼杯假体的所述前倾角和所述外展角。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行权利要求1至4中任意一项所述的方法。
7.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至4中任意一项所述的方法。
8.一种测量系统，包括髋关节假体的角度的测量装置，其特征在于，所述髋关节假体的角度的测量装置用于执行权利要求1至4中任意一项所述的方法。
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