DE102019110648A1

DE102019110648A1 - Verfahren zum Umwandeln von Scan-Informationen von Computer-Tomographie-Scannern in Knochen-Parameter

Info

Publication number: DE102019110648A1
Application number: DE102019110648.6A
Authority: DE
Inventors: Yi-Wen Chen; Cheng-Ting Shih; Hung-Chuan Hsu; Yi-Cheng Liu
Original assignee: CHINA MEDICAL UNIVERSITY; Hiwin Technologies Corp
Current assignee: CHINA MEDICAL UNIVERSITY; Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2020-10-29

Abstract

Ein Verfahren zum Umwandeln von Scan-Informationen einer Computer-Tomographie in Knochenparameter umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Computer-Tomographen (310); Bereitstellen eines Test-Objektes und zwei Nachbildungen aus bekannten Bestandteilen; Verwenden des Computer-Tomographen (310), um das Test-Objekt und die zwei Nachbildungen zu scannen, um entsprechende Test-Objekt-Scan-Informationen und zwei Nachbildungs-Scan-Informationen zu erhalten; Empfangen der Test-Objekt-Scan-Informationen und der zwei Nachbildungs-Scan-Informationen durch einen Computer (330); Verwenden des Computers (330), um den Absorptionskoeffizienten der Computer-Tomographie (310) durch ein physikalisches Funktionsmodel zu berechnen, das die bekannten Bestandteile der zwei Nachbildungen und die zwei Nachbildungs-Scan-Informationen umfasst; Versorgen des Computers mit einem Energie-Korrekturkoeffizient, der auf einen Absorptionskoeffizient der bekannten Bestandteile der zwei Nachbildungen und einen Absorptionskoeffizient eines idealen Test-Objektes bezogen ist; und Freigeben des Computers, um einen Knochenparameter des Test-Objektes durch eine wahre Verhältnisfunktion zu erhalten, die den Absorptionskoeffizienten des Computer-Tomographen (310), die Test-Objekt-Scan-Informationen und den Energie-Korrekturkoeffizienten umfasst.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen eines Knochen-Parameters eines Testobjektes und insbesondere ein Verfahren zum Umwandeln von Scan-Informationen einer Computer-Tomographie in Knochen-Parameter.
Stand der Technik
Knochen-Mineraldichte-Untersuchungen werden üblicherweise durch Spezialgeräte, wie Dual-Energie-Röntgen-Absorptiometer (DEXA) oder quantitative Computer-Tomographen (QCT) durchgeführt.
Die Dual-Energie-Röntgen-Absorptiometrie- (DEXA) Technik verwendet Röntgenstrahlen zweier verschiedener Energien, um das untersuchte Gewebe zu scannen. Röntgenstrahlen, die durch das untersuchte Gewebe durchgegangen sind, werden durch den Szintillations-Detektor empfangen und durch den Rechner verarbeitet, um Knochendichte zu erhalten.
Die quantitative Computer-Tomographie- (QCT) Technik wird in zwei Typen unterteilt: Nachbildungs-Modus und Nicht-Nachbildungs-Modus. Mit der quantitativen Computer-Tomographie- (QCT) Technik des Nachbildungs-Modus, sollte das untersuchte Gewebe zeitgleich mit dem Nachbildung bekannter Dichte gescannt werden. Die Ergebnisse des Nachbildungs-Scans werden als eine Referenz verwendet, und die Scan-Informationen des untersuchten Gewebes werden mit den Scan-Informationen der Nachbildungen verglichen, um die Knochendichte zu erhalten. Mit der quantitativen Computer-Tomographie-(QCT) Technik des Nicht-Nachbildungs-Modus werden Scan-Informationen von Muskel und Fettgewebe als eine Referenz verwendet, und die Knochendichte wird durch Vergleichen mit den Scan-Informationen des untersuchten Gewebes erhalten. Der Nachteil von QCT ist, dass die Strahlendosis größer, die Scan-Zeit lang, und die Messgenauigkeit relativ geringer ist.
Wie aus dem vorstehenden erkannt werden kann, wird die Knochendichte derzeit unter Verwendung von Spezial-Geräten geprüft.
Darüber hinaus kann derzeitige Computer-Tomographie (CT) nur 3D-Bilder/Scans des untersuchten Gewebes erzeugen und nicht die Knochen-Parameter unterscheiden, obschon Computer-Tomographie (CT) zur biologischen Gewebserfassung weite Verwendung gefunden hat.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung unter den gegebenen Umständen gemacht. Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Umwandeln von Scan-Informationen der Computer-Tomographie in Knochen-Parameter des Test-Objektes durch Gewinnen des Absorptionskoeffizienten des Computer-Tomographen selber bereitzustellen, wodurch das Knochenmessvermögen gesteigert wird.
Um diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu lösen, umfasst ein Verfahren zum Umwandeln von Scan-Informationen von Computer-Tomographie in Knochen-Parameter die Schritte: Bereitstellen eines Computer-Tomographen; Bereitstellen eines Test-Objektes und zwei Nachbildungen aus bekannten Bestandteilen; Verwenden des Computer-Tomographen, um das Test-Objekt und die zwei Nachbildungen zu scannen, um entsprechende Test-Objekt-Scan-Informationen und zwei Nachbildungs-Scan-Informationen zu erhalten; Empfangen der Test-Objekt-Scan-Informationen und der zwei Nachbildungs-Scan-Informationen durch einen Computer; Verwenden des Computers, um den Absorptionskoeffizienten der Computer-Tomographie durch ein physikalisches Funktionsmodel zu berechnen, das die bekannten Bestandteile der zwei Nachbildungen und die zwei Nachbildungs-Scan-Informationen umfasst; Versorgen des Computers mit einem Energie-Korrekturkoeffizienten, der auf einen Absorptionskoeffizienten der bekannten Bestandteile der zwei Nachbildungen und einen Absorptionskoeffizienten eines idealen Test-Objektes bezogen ist; und Freigeben des Computers, um einen Knochenparameter des Test-Objektes durch eine wahre Verhältnisfunktion zu erhalten, die den Absorptionskoeffizienten der Computer-Tomographie, die Test-Objekt-Scan-Informationen und den Energie-Korrekturkoeffizienten umfasst.
Auf diesem Weg, kann die vorliegende Erfindung den Absorptionskoeffizienten der Computer-Tomographen durch die zwei Nachbildungen aus bekannten Bestandteilen und der entsprechenden zwei Nachbildungs-Scan-Informationen erhalten, und sodann die Knochen-parameter der Scan-Informationen des Test-Objektes durch den Absorptionskoeffizienten und den Energie-Korrekturkoeffizienten erhalten.
Andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Aufbaukomponenten bezeichnen, umfassend verstanden.
Figurenliste

1 ist ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Umwandeln von Scan-Informationen von Computer-Tomographie in Knochen-Parameter gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein schematisches Diagramm des Umwandlungssystems, welches das Verfahren gemäß 1 durchführt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend werden die technischen Merkmale und Ergebnisse des Verfahrens zum Umwandeln von Scan-Informationen einer Computer-Tomographie in Knochenparameter der vorliegenden Erfindung beschrieben mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen. Jedoch wird die Reihenfolge der Schritte und die Anzahl der Schritte des Verfahren zum Umwandeln von Scan-Informationen einer Computer-Tomographie in Knochenparameter nur verwendet, um die technischen Merkmale der vorliegenden Erfindung zu erläutern, und nicht, um die vorliegende Erfindung zu beschränken.
Wie in 1 gezeigt, wird das Verfahren zum Umwandeln von Scan-Informationen einer Computer-Tomographie in Knochenparameter 100 durch die Schritte in 1 umgesetzt, jedoch in anderen Ausführungsformen kann die Anzahl von Schritten geringer oder höher sein und die Reihenfolge der Schritte kann angepasst werden, daher ist die Anzahl und die Reihenfolge der Schritte nicht auf die vorliegende bevorzugte Ausführungsform beschränkt.
Schritt 110 soll zwei Nachbildungen bereitstellen. Schritt 111 soll zwei Nachbildungen analysieren. Davon kann der Analyse-Schritt die Bestandteile der zwei Nachbildungen und des Test-Objektes durch Analyse bekannter Bestandteile erhalten. Schritt 113 soll ein Test-Objekt bereitstellen. In dieser Ausführungsform ist das Test-Objekt ein biologischer Knochen. Der biologische Knochen umfasst Rinde und Mark. Die in den bekannten Bestandteilen der Ausführungsform beschriebenen Parameter oder Verhältnisse sind für erläuternde Zwecke und sollen die vorliegende Erfindung nicht beschränken.
In dieser Ausführungsform ist die Zusammensetzung der Nachbildung ein Gemisch von Dikaliumphosphat (K₂HPO₄) und Wasser (H₂O). Die Nachbildung wird durch Mischen eines bestimmten Verhältnisses von Dikaliumphosphat und Wasser in einem Hohlraum und Ausbilden einer vielteiligen Skelettnachbildung hergestellt nachdem Dikaliumphosphat vollständig gelöst ist. Die Fülllösung jedes Segmentes der Nachbildung repräsentiert eine verschiedene äquivalente Dichte der Nachbildung, und die äquivalente Dichte der Nachbildung ist im Bereich von 0,1 bis 0,9 g/cm³. Die Nachbildung weist mehrere verschiedene Teile auf, und das Verhältnis der Nachbildungs-Parameter in jedem Teil ist verschieden, und das Verhältnis des Materials in dem gleichen Teil muss homogen sein.

Das Verhältnis der vorstehend erwähnten zwei Nachbildungen ist verschieden. Anschließend werden die zwei Nachbildungen entsprechend als die erste Nachbildung und die zweite Nachbildung bezeichnet, und die Verhältnisse der ersten Nachbildung und der zweiten Nachbildung sind in der nachstehenden Tabelle I entsprechend ausgedrückt. V1 und V2 repräsentieren die Volumenprozentanteil-Werte worin die zwei verschieden sind. W1 und W2 repräsentieren jeweils Werte spezifischer Gewichtsprozentanteile, worin die zwei verschieden sind. ρ₁ und ρ₂ repräsentieren verschiedene Dichten der ersten Nachbildung und der zweiten Nachbildung. Dadurch kann die Nachbildung aus verschiedenen Zusammensetzungen und Verhältnissen gemäß Tabelle I gemacht sein. Tabelle I: Nachbildungs-Zusammensetzungs-Verhältnistabelle

	Volumen-Prozentanteil		Gewichts-Prozentanteile		Dichte
	K₂HPO₄	H₂O	K₂HPO₄		ρ(g/cm³)
Erste Nachbildung	V1	1-V1	W1	1-W1	ρ₁
Zweite Nachbildung	V2	1-V2	W2	1-W2	ρ₂

Tabelle II zeigt die relevanten Werte des Volumen-Prozentanteils, des Gewichts-Prozentanteils, der Dichte und der Scan-Informationen der Bestandteile der ersten Nachbildung, der zweiten Nachbildung und von Wasser, gemäß Tabelle I erhalten. Die Werte in der Tabelle sind nur für erläuternde Zwecke und nicht zum Einschränken der Erfindung. Tabelle II: Nachbildungs- und Wasser-Zusammensetzungs-Verhältnistabelle

	Volumen-Prozentanteil		Gewichts-Prozentanteil		Dichte	Scan-Informatio nen
	K₂HPO₄	H₂O	K₂HPO₄	H₂O	ρ(g/cm³)	CT-Zahl
Erste Nachbil dung	0,04098	0,9590	0,0944	0,9056	1,135936	181
Zweite Nachbil dung	0,08196	0,9180	0,1789	0,8211	1,257616	328
Wasser	0	1	0	1	1	0

Die Ordnungszahl (Z_i) und das Atomgewicht (A_i) jedes Elementes (K, H, P, und O) von K₂HPO₄ und H₂O kann, wie in Tabelle III gezeigt, durch das Periodensystem erhalten werden, und sodann können die Gewichts-Prozentanteile (W_i) jedes Elementes von K₂HPO₄ und H₂O und Dichte (ρ_m) von K₂HPO₄ und H₂O durch Tabelle I erhalten werden. Tabelle III: Kaliumphosphat-(K₂HPO₄) Zusammensetzungs-Tabelle

	H	O	P	K
Ordnungszahl (Z_i)	1	8	15	19
Atomgewicht (A_i)	1,008	16	30,97	39,1
	Gewichts-Prozentanteil (W_i)				ρ(g/cm³)
K₂HPO₄	0,58	36,74	17,78	44,9	2,44
H₂O	11,19	88,81	0	0	1

In Schritt 130 soll ein Computer-Tomographen (CT) bereitgestellt werden. Der Computer-Tomograph stellt durch digitale geometrische Operationen stereoradiographische medizinische Bilder auf. Der Computer-Tomograph kann jedes Gerät mit einem Photonenkollimator wie ein Vielreihen-Detektor-CT oder Dual-Energie-CT sein. In dieser Ausführungsform wird die Einzel-Scan-Mono-Energiekoeffizienzkorrektur angewendet, so dass die Anzahl von Scans und die Menge von Strahlungsexposition reduziert werden kann, jedoch in anderen Ausführungsformen kann die Computer-Tomographie ebenso Dual-Energie-CT-Bildgebung anwenden.
In Schritt 131 soll die erste Nachbildung, die zweite Nachbildung, und das Test-Objekt gescannt werden, um entsprechend die ersten Nachbildungs-Scan-Informationen (CT-Zahl), die zweiten Nachbildungs-Scan-Informationen, und die Test-Objekt-Scan-Informationen zu erhalten. Die Scan-Informationen werden ebenso CT-Zahl genannt (Hounsfield-Einheit, HU), worin die CT-Zahl (CTN_m) die Einheit zur Messung des lokalen Gewebes des Test-Objektes ist und ebenso den optischen Absorptionswert repräsentiert.
In Schritt 140 sollen die Scan-Informationen des Test-Objektes, die Scan-Informationen der ersten Nachbildung und die Scan-Informationen der zweiten Nachbildung empfangen werden.
In Schritt 150 soll der Absorptionskoeffizient des Computer-Tomographen berechnet werden. Der Absorptionskoeffizient ist bezogen auf die Bestandteile der ersten Nachbildung und der zweiten Nachbildung, die ersten Nachbildungs-Scan-Informationen, die zweiten Nachbildungs-Scan-Informationen, das der ersten Nachbildung entsprechende physikalische Funktionsmodel, und das der zweiten Nachbildung entsprechende physikalische Funktionsmodel.
Das auf Schritt 150 bezogene physikalische Funktionsmodel umfasst Gleichung (1) und Gleichung (2). Gleichung (1) wird verwendet, um den optischen Absorptionswert µ_m zu berechnen, und _m von µ_m kann jede der ersten Nachbildung, der zweiten Nachbildung, und das Wasser durch jede Zahl oder jedes Symbol repräsentieren. N_A ist die Avogadrokonstante; ρ_m ist die Dichte; W_i ist der Gewichts-Prozentanteil; A_i ist das Atomgewicht; Z_i, $Z_{R S, i}^{d + 1},$
$Z_{P E, i}^{a + 1},$
sind Koeffizienten bezogen auf die Ordnungszahl; k₁ und k₂ repräsentieren den Absorptionskoeffizienten des Computer-Tomographen. k₁ ist der Rayleigh-Streukoeffizient des Absorptionskoeffizienten des Computer-Tomographen und k₂ ist der photoelektrische Absorptionskoeffizient des Absorptionskoeffizienten des Computer-Tomographen. Die Avogadrokonstante ist 6,022 × 10²³.
Die Gleichung (2) repräsentiert die CT-Zahl auf der linken Seite des Gleichheitszeichen und den optische Absorptionswert µ_m der Nachbildung (Test-Objekt) geteilt durch den optischen Absorptionswert µ_H20 des Wassers auf der rechten Seite des Gleichheitszeichens.
Die CT-Zahl, die durch die Gleichung (2) auf der linken Seite des Gleichheitszeichens repräsentiert wird, ist die CT-Zahl (CTN_m) jeder durch Computer-Tomographie erfassten Nachbildung.
Die CT-Zahl wird durch die Gleichung (2) umgewandelt, um den Äquivalenzwert des optischen Absorptionswertes µ_m der Nachbildung (Test-Objekt) geteilt durch den optischen Absorptionswert µ_H20 des Wassers zu erhalten. $μ_{m} = ρ_{m} N_{A} \sum_{i = 1}^{N} (\frac{W_{i}}{A_{i}} (Z_{i} + Z_{R S, i}^{d + 1} \cdot k_{1} + Z_{P E, i}^{a + 1} \cdot k_{2}))$
$\frac{C T N_{m}}{1000} + 1 = \frac{μ_{m}}{μ_{H_{2} O}}$

In Gleichung (1) ist Z_i die Ordnungszahl des i-ten Elementes. Beispielsweise ist H (Wasserstoff) 1, Sauerstoff (O) ist 8.

Z_{R S, i}^{d + 1}

ist eine wirksame Ordnungszahl für Rayleigh-Streuung,

Z_{P E, i}^{a + 1}

ist eine wirksame Ordnungszahl für photoelektrische Absorption, wie beschrieben in Attix, F. H. (2008), Einführung in radiologische Physik und Strahlendosimetrie, John Wiley & Sons. Darüber hinaus sei zu d in der wirksamen Ordnungszahl der photoelektrischen Absorption und zu a der wirksamen Ordnungszahl der Rayleigh-Streuung auf Rutherford, R. A., Pullan, B. R., & Isherwood, I. (1976) verwiesen. Zur Messung der wirksamen Ordnungszahl und Elektronendichte wird ein EMI-Scanner verwendet, Neuroradiology, 11(1), 15-21, Rutherford. In dieser Ausführungsform ist d 1,86, und a ist 3,62. Beispielsweise ist bei Sauerstoff

Z_{R S, i}^{d + 1}

14868,79384 und

Z_{P E, i}^{a + 1}

382,6814077. Die relevanten Parameter sind wie in Tabelle IV gezeigt. Diese Parameter sind nur zu Zwecken der Erläuterung und sollen die Erfindung nicht beschränken. Tabelle IV:

	$\sum_{i = 1}^{N} (\begin{matrix} W_{i} \\ A_{i} \end{matrix} (Z_{i}))$	$\sum_{i = 1}^{N} (\begin{matrix} W_{i} \\ A_{i} \end{matrix} (Z_{R S, i}^{d + 1}))$	$\sum_{i = 1}^{N} (\begin{matrix} W_{i} \\ A_{i} \end{matrix} (Z_{P E, i}^{a + 1}))$	ρ(g/cm³)
Erste Nachbildung	8,7164	49558,288	296,513	1,135936
Zweite Nachbildung	9,6455	85106,255	377,137	1,257616
Wasser	7,3063	16310,604	216,610	1

Durch Einsetzen der Werte der Parameter in Tabelle IV in Gleichung (1) wird der optische Absorptionswert der ersten Nachbildung, der optische Absorptionswert µ₁ der zweiten Nachbildung, und der optische Absorptionswert µ₂ des Wassers berechnet.
In Gleichung (1) können ρ_m, N_A, $Z_{R S, i}^{d + 1},$
Ordnungszahl (Z_i), Atomgewicht (A_i) und Gewichts-Prozentanteil (W_i) von den entsprechenden konstanten Werten physikalischer Bestandteile erhalten werden. Daher sind die einzigen unbekannten Parameter in Gleichung (1) die Absorptionskoeffizienten k₁ und k₂.
Sodann werden der optische Absorptionswert µ₁ der ersten Nachbildung, der optische Absorptionswert µ₂ der zweiten Nachbildung, und der optische Absorptionswert µ_H20 des Wassers, die durch die Gleichung (1) in Schritt 150 erhalten wurden, in die Gleichung (2) eingesetzt. Die CT-Zahlen der ersten Nachbildung und der zweiten Nachbildung in Tabelle II werden sodann verwendet, um zwei proportionale Gleichungen bezogen auf den optischen Absorptionswert µ₁ der ersten Nachbildung und auf den optischen Absorptionswert µ₂ der zweiten Nachbildung relativ zu dem optischen Absorptionswert µ_H20 des Wassers zu bilden. Daher kann ein Auflösen der zwei proportionalen Gleichungen die Absorptionskoeffizienten k₁ und k₂ des Computer-Tomographen liefern. In dieser Ausführungsform sind die Absorptionskoeffizienten k₁ und k₂ -4,960584907 bzw. 0,010816298.
Daher zeigt die Beschreibung von Schritt 150, dass die Anzahl der Nachbildungen nur mindestens zwei sein muss, jedoch kann die Anzahl von Nachbildungen größer sein, und ist nicht auf zwei beschränkt.
Im nächsten Schritt 170 soll ein Energie-Korrekturkoeffizient X geliefert werden. Der Energie-Korrekturkoeffizient X wird durch die Energieabhängigkeit der spezifischen Bestandteile des idealen Knochens und der Nachbildung korrigiert.
Um den Absorptionskoeffizienten eines idealen Knochens zu erhalten, kann die „XCOM:Photon Cross-Section Database“ des „National Institute ofStandards and Technology (NIST)“ und der „Tissue Substitutes in Radiation Dosimetry and Measurement Report-44“ der „International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU)“ durchsucht werden, um international zulässige Empfehlungen für physikalische Größen, Strahlungseinheiten und Radioaktivität, wie auch integrierte Maße und physikalische Daten abzufragen. Der Energie-Korrekturkoeffizient ist das Verhältnis des Absorptionskoeffizienten des Hauptbestandteils der Nachbildung (Dikaliumphosphat) geteilt durch den Absorptionskoeffizienten des idealen Knochens.
Schritt 190 umfasst Unter-Schritt 191, um eine wahre Verhältnisfunktion aufzustellen, und Unter-Schritt 193, um den Knochenparameter des Test-Objektes zu erhalten. Mit anderen Worten, soll in Schritt 190 der Knochenparameter des Test-Objektes durch die wahre Verhältnisfunktion erhalten werden. Die wahre Verhältnisfunktion soll, wie in Gleichung (3) gezeigt, den Zusammenhang zwischen dem optischen Absorptionswert µ_B des Test-Objektes und der durch den Computer-Tomographen erfassten CT-Zahl (CTN_B) liefern. Gleichung (3) ist bezogen auf die Absorptionskoeffizienten k₁ und k₂ des Computer-Tomographen, die Test-Objekt-Scan-Informationen (CTN_B) und den Energie-Korrekturkoeffizienten X. Der Unterschied zwischen Gleichung (3) und Gleichung (2) ist, dass Gleichung (3) durch den Energie-Korrekturkoeffizienten korrigiert ist, um die Genauigkeit des Ermittelns des optischen Absorptionswertes µ_B des Test-Objektes zu verbessern. Daher kann der optische Absorptionswert µ_B in Gleichung (1) eingesetzt werden, um Knochenparameter wie Knochendichte ρ_B zu erhalten. $\frac{C T N_{B}}{1000} + 1 = \frac{μ_{B}}{μ_{H_{2} O}} * X$
Kommerzielle (kommerziell verfügbare) Computer-Tomographen weisen daher unterschiedliche Absorptionskoeffizienten, und nicht-feststehende Konstanten auf. Somit können die Absorptionskoeffizienten k₁ und k₂ des Computer-Tomographen durch Schritt 150 erhalten werden. Daher können kommerzielle Computer-Tomographen den relevanten Absorptionskoeffizienten durch diesen Schritt liefern. Sodann wird der Energie-Korrekturkoeffizient durch Schritt 170 erhalten, um die in Schritt 190 aufgestellte wahre Verhältnisfunktion genauer zu machen.
Die vorliegende Erfindung kann die Dichteparameter des biologischen Knochens durch die vorstehenden Schritte und die CT-Zahl der Computer-Tomographie erhalten, wodurch diese zu chirurgischer Planung und Verbesserung der Qualität beiträgt. Wenn beispielsweise eine orthopädische Operation durchgeführt wird, kann der medizinische Fachmann die Dichteparameter der Knochenabschnitte aus dem Knochendichteparameter ersehen und kann leicht die Fixierposition mit besserer Knochendichte auswählen, um den Knochennagel/ -die -schraube zu befestigen.
Die Berechnung von Schritt 150 wird durch einen eingebauten Computer des Computer-Tomographen oder einen externen Computer durchgeführt. Mit anderen Worten können Gleichung (1) und Gleichung (2) zum Prozessieren und Berechnen durch den Computer in dem Computer eingerichtet werden, ungeachtet ob es ein eingebauter Computer oder ein externer Computer ist.
Schritt 170 wird durch Liefern eines Energie-Korrekturkoeffizientens X an den Computer über eine Eingabe oder ein voreingestelltes Programm erreicht. Der Schritt 190 des Aufstellens einer wahren Verhältnisfunktion soll die wahre Verhältnisfunktion in einem in dem Computer-Tomographie-Scanner eingebauten Computer oder einem externen Computer einrichten. Daher kann der Knochendichteparameter des Zielknochens durch die entsprechende wahre Verhältnisfunktion geliefert werden, wenn die CT-Zahl (Scan-Informationen) des Zielknochens durch den Computer-Tomographen entsprechend den Absorptionskoeffizienten k₁ und k₂ der Computer-Tomographie erfasst wird.
Der Computer wandelt die durch Computer-Tomographie gescannten CT-Zahlen in medizinische Bilder oder Scan-Informationen, die Test-Objekt-Knochenparameter (z.B. Dichte) enthalten.
Wie in 2 gezeigt, umfasst das Umwandlungssystem 300 einen Computer-Tomographen 310 und einen Computer 330. Der Computer 330 umfasst ein Absorptionskoeffizienten-Berechnungsmodul 331 und ein Verhältnisfunktions-Aufstellungsmodul 333. Das Verhältnisfunktions-Aufstellungsmodul 333 ist mit dem Absorptionskoeffizienten-Berechnungsmodul 331 elektrisch verbunden.
Der Computer-Tomograph 310 ist mit dem Computer 330 gekoppelt. Die Kopplung kann eine Drahtverbindung, eine drahtlose Verbindung, oder ein Speichermedium sein, um Scan-Informationen an den Computer 330 zu liefern, damit der Computer Schritt 140 durchführt. Weiter kann der Computer-Tomograph 310 mehr als einer, beispielsweise zwei, drei, oder mehrere sein.
Das Absorptionskoeffizienten-Berechnungsmodul 331 führt Schritt 150 durch. Das Absorptionskoeffizienten-Berechnungsmodul 331 kann die Scan-Informationen (Schritt 131) empfangen und das physikalische Funktionsmodel entsprechend den Scan-Informationen (Schritt 150) ausführen, um die dem Computer-Tomographen entsprechenden Absorptionskoeffizienten k₁ und k₂ zu erhalten.
Das Verhältnisfunktions-Aufstellungsmodul 333 führt Schritt 170 und Schritt 190 durch. Der Energie-Korrekturkoeffizient X wird in Schritt 170 gespeichert oder in dem Verhältnisfunktions-Aufstellungsmodul 333 eingerichtet. Die wahre Verhältnisfunktion wird in Schritt 190 ebenso in dem Verhältnisfunktions-Aufstellungsmodul 333 eingerichtet.
Auf diesem Weg kann der Computer und das Umwandlungs-Verfahren der vorliegenden Erfindung den Absorptionskoeffizienten des Computer-Tomographen durch die Scan-Informationen liefern, die durch den Computer-Tomographen und die bekannte Nachbildungs-Bestandteile-Umwandlung erfasst wurden. Der Absorptionskoeffizient wird verwendet, um den Knochenparameter des Test-Objektes zu erhalten. Der Knochenparameter umfasst Dichte und Verteilung. Daher kann der Zustand des Knochens genauer während der Operationsplanung erhalten werden, um Wirksamkeit und medizinische Qualität zu verbessern.
In anderen Ausführungsformen kann das Absorptionskoeffizienten-Berechnungsmodul 331 und das Verhältnisfunktions-Aufstellungsmodul 333 durch verschiedene Computer gesteuert werden, d.h., das Absorptionskoeffizienten-Berechnungsmodul wird in einem Computer und das Verhältnisfunktions-Aufstellungsmodul wird in dem anderen Computer eingerichtet. Beispielsweise wird ein Computer verwendet, um Schritt 150 durchzuführen, der andere Computer wird verwendet, um den Absorptionskoeffizienten der Computer-Tomographie zu empfangen. Durch die vorstehend beschriebenen Schritte 170 und Schritt 190 wird der Knochenparameter des Test-Objektes geliefert. Daher ist der Computer nicht auf einen einzelnen beschränkt.
Abschließend sei betont, dass die Reihenfolge der Schritte und die in den vorstehenden Ausführungsformen offenbarten Bestandteile nur erläuternd sind und nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung beschränken sollen. Änderungen in der Reihenfolge der Schritte, Austauschen oder Änderungen äquivalenter Bestandteile sollte ebenso durch den Umfang der vorliegenden Erfindung abgedeckt sein.

Claims

Verfahren zum Umwandeln von Scan-Informationen einer Computer-Tomographie in Knochenparameter, welches die Schritte umfasst: Bereitstellen eines Computer-Tomographen (310); Bereitstellen eines Test-Objektes und zwei Nachbildungen aus bekannten Bestandteilen; Verwenden des Computer-Tomographen (310), um das Test-Objekt und die zwei Nachbildungen zu scannen, um entsprechend eine Test-Objekt-Scan-Information und zwei Nachbildungs-Scan-Informationen zu erhalten; Empfangen der Test-Objekt-Scan-Informationen und der zwei Nachbildungs-Scan-Informationen durch einen Computer (330); Verwenden des Computers (330), um den Absorptionskoeffizienten der Computer-Tomographie (310) durch ein den zwei Nachbildungen entsprechendem physikalischen Funktionsmodel zu berechnen, worin das physikalische Funktionsmodel die bekannten Bestandteile der zwei Nachbildungen und die zwei Nachbildungs-Scan-Informationen umfasst; Bereitstellen eines Energie-Korrekturkoeffizienten an den Computer (330), worin der Energie-Korrekturkoeffizient auf einen Absorptionskoeffizient der bekannten Bestandteile der zwei Nachbildungen und einen Absorptionskoeffizient eines idealen Test-Objektes bezogen ist; und Freigeben des Computers (330), um einen Knochenparameter des Test-Objektes durch eine wahre Verhältnisfunktion zu erhalten, worin die wahre Verhältnisfunktion den Absorptionskoeffizient des Computer-Tomographen (310), die Test-Objekt Scan-Informationen, und den Energie-Korrekturkoeffizienten umfasst.
Verfahren zum Umwandeln von Scan-Informationen einer Computer-Tomographie in Knochenparameter nach Anspruch 1, worin die bekannten Bestandteile der zwei Nachbildungen eine Dichte, einen Gewichtsprozentanteil, ein Atomgewicht und eine Ordnungszahl der Elemente von Dikaliumphosphat und Wasser umfassen.
Verfahren zum Umwandeln von Scan-Informationen einer Computer-Tomographie in Knochenparameter nach Anspruch 1, worin der Absorptionskoeffizient einen photoelektrischen Absorptionskoeffizienten und einen Rayleigh-Streukoeffizient umfasst.
Verfahren zum Umwandeln von Scan-Informationen einer Computer-Tomographie in Knochenparameter nach Anspruch 1, worin der Computer (330) ein Absorptionskoeffizienten-Berechnungsmodul (331) und ein Verhältnisfunktions-Aufstellungsmodul (333) umfasst, worin das Absorptionskoeffizienten-Berechnungsmodul (331) die physikalische Funktionsmodel umfasst, worin das Verhältnisfunktions-Aufstellungsmodul (333) den Energie-Korrekturkoeffizient und die wahre Verhältnisfunktion umfasst.
Verfahren zum Umwandeln von Scan-Informationen einer Computer-Tomographie in Knochenparameter nach Anspruch 1, worin das physikalische Funktionsmodel umfasst: $\begin{array}{l} μ_{m} = ρ_{m} N_{A} \sum_{i = 1}^{N} (\frac{W_{i}}{A_{i}} (Z_{i} + Z_{R S, i}^{d + 1} \cdot k_{1} + Z_{P E, i}^{a + 1} \cdot k_{2})) \\ \frac{C T N_{m}}{1000} + 1 = \frac{μ_{m}}{μ_{H_{2} O,}} \end{array}$
worin µ_m der optische Absorptionswert der zwei Nachbildungen ist; µ_H2O der optische Absorptionswert des Wassers ist; N_A die Avogadrokonstante ist; ρ_m, die Dichte ist; W_i der Gewichtsprozentanteil des i-ten Elementes ist; A_i das Atomgewicht des i-ten Elementes ist; Z_i die Ordnungszahl des i-ten Elementes ist; $Z_{R S, i}^{d + 1}$
eine wirksame Ordnungszahl für die Rayleigh-Streuung ist; $Z_{P E, i}^{a + 1}$
eine wirksame Ordnungszahl für die photoelektrische Absorption ist; k₁ der Rayleigh-Streukoeffizient der Computer-Tomographie (310) ist; k₂ der photoelektrische Absorptionskoeffizient der Computer-Tomographie (310) ist; CTN_m die Scan-Informationen der Computer-Tomographie (310) sind.
Verfahren zum Umwandeln von Scan-Informationen einer Computer-Tomographie in Knochenparameter nach Anspruch 1, worin die wahre Verhältnisfunktion umfasst: $\frac{C T N_{B}}{1000} + 1 = \frac{μ_{B}}{μ_{H_{2} O}} * X_{_{_{_{_{_{_{,}}}}}}}$
worin CTN_B die Scan-Informationen des Test-Objektes sind, µ_B der optische Absorptionswert des Test-Objektes ist, X der Energie-Korrekturkoeffizient ist.