用于自动估计股骨软骨、胫骨软骨、膝盖骨软骨和半月板软骨的膝关节软骨厚度的系统和方法与流程

背景技术：

1、本文公开的主题涉及医学成像，并且更具体地，涉及一种用于自动估计股骨软骨、胫骨软骨、膝盖骨软骨和半月板软骨的膝关节软骨厚度的系统和方法。

2、非侵入性成像技术允许获得患者/对象的内部结构或特征的图像，而无需对患者/对象执行侵入性过程。具体地，此类非侵入性成像技术依赖于各种物理原理(诸如x射线穿过目标体积的差分透射、体积内的声波反射、体积内不同组织和材料的顺磁性、目标放射性核素在体内的分解等)，以采集数据和构建图像或以其他方式表示观察到的患者/对象的内部特征。

3、在mri期间，当诸如人体组织的物质受到均匀磁场(极化场b0)时，组织中自旋的各个磁矩试图与该极化场对准，但是以它们特性的拉莫尔频率以随机顺序围绕该极化场进动。如果物质或组织受制于处于x-y平面内且接近拉莫尔频率的磁场(激励场b1)，则净对准力矩或“纵向磁化”mz可被旋转或“倾斜”到x-y平面中，以产生净横向磁矩mt。在激励信号b1终止之后，由激励自旋发射信号，并且该信号可被接收和被处理以形成图像。

4、当利用这些信号产生图像时，采用磁场梯度(gx、gy和gz)。通常，待成像区域按一系列测量周期扫描，在测量周期中这些梯度场根据所使用的特定定位方法而变化。接收到的核磁共振(nmr)信号的结果集被数字化和被处理以使用多种众所周知的重建技术中的一种重建技术来重建图像。

5、骨关节炎(oa)是一种严重的、疼痛的、退行性关节疾病，其影响了大量人群，并且近年来青少年患oa的增加趋势已经成为令人担忧的问题。尽管关节炎在老年人中更常见，但运动损伤可能会增加关节炎早期发病的风险。这意味着关节炎的发病年龄要在比医生认为正常的年龄更小。运动相关损伤的示例包括软骨或韧带撕裂和骨折。骨关节炎可能会影响脊柱、手指、拇指、髋部、膝盖和脚趾的关节，但其最常见于膝盖。这种退行性关节疾病导致软骨的进行性和不可逆的损失，结果导致疼痛、僵硬和日常活动受限。临床医生评估这些软骨的健康的方式之一是通过根据它们所覆盖和支撑的骨来估计它们的厚度，并且mri在对这些软骨进行成像评估中起到至关重要的作用。临床医生对mr图像进行的视觉评估不能保证准确的调查，因此需要对这些扫描图像进行定量分析以获得软骨的准确厚度，以便临床医生继续进行治疗。此外，视觉评估是耗时的，并且长时间的视觉检查总是会导致放射科医生疲劳。此外，人工估计软骨的厚度本身就更容易出错，并且估计容易受到人与人之间的差异以及自身差异的影响。

技术实现思路

1、下文示出了本文所公开的某些实施方案的概述。应当理解，提供这些方面仅仅是为了向读者提供这些特定实施方案的简要概述，并且这些方面并非旨在限制本公开的范围。实际上，本公开可涵盖下文可能未示出的各个方面。

2、在一个实施方案中，提供了一种用于估计软骨厚度的计算机实现的方法。该计算机实现的方法包括经由处理器预处理受检者的感兴趣区域(roi)的分割图像，以将roi分隔成单独的roi体积，其中roi体积包括至少一个软骨区域。该计算机实现的方法还包括经由处理器在每个roi体积的相应的软骨下表面和相应的关节表面之间执行表面分离，以提取每个roi体积的相应的分离的软骨下表面和相应的分离的关节表面。该计算机实现的方法还包括经由处理器基于每个roi体积的相应的分离的软骨下表面和相应的分离的关节表面，利用最近邻算法估计该至少一个软骨区域的软骨统计。

3、在另一个实施方案中，提供了一种用于估计膝关节软骨厚度的系统。该系统包括存储器，该存储器对处理器可执行例程进行编码。该系统还包括处理器，该处理器被配置为访问存储器并且执行处理器可执行例程，其中例程在由处理器执行时使处理器执行动作。动作包括预处理受检者的膝盖的感兴趣区域(roi)的分割图像，以将roi分隔成单独的roi体积，其中roi体积包括至少一个软骨区域。动作还包括在每个roi体积的相应的软骨下表面和相应的关节表面之间执行表面分离，以提取每个roi体积的相应的分离的软骨下表面和相应的分离的关节表面。动作还包括基于每个roi体积的相应的分离的软骨下表面和相应的分离的关节表面，利用最近邻算法估计该至少一个软骨区域的软骨厚度值。

4、在另一个实施方案中，一种非暂态计算机可读介质，该计算机可读介质包括处理器可执行代码，该处理器可执行代码在由处理器执行时使处理器执行动作。动作包括预处理受检者的膝盖的感兴趣区域(roi)的5类分割图像，以将roi分隔成单独的roi体积，其中roi体积包括至少一个软骨区域。动作还包括在每个roi体积的相应的软骨下表面和相应的关节表面之间执行表面分离，以提取每个roi体积的相应的分离的软骨下表面和相应的分离的关节表面。动作还包括基于每个roi体积的相应的分离的软骨下表面和相应的分离的关节表面，利用最近邻算法估计该至少一个软骨区域的软骨厚度值，其中预处理分割图像、执行表面分离以及估计软骨厚度值全都在不利用深度学习的情况下发生。

技术特征：

1.一种用于估计软骨厚度的计算机实现的方法，所述计算机实现的方法包括：

2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中所述roi体积包括股骨软骨区域、胫骨软骨区域、膝盖骨软骨区域和半月板软骨区域，并且其中估计所述至少一个软骨区域的软骨统计包括估计股骨软骨、胫骨软骨、膝盖骨软骨和半月板软骨中的每一者的相应的软骨厚度值。

3.根据权利要求2所述的计算机实现的方法，所述计算机实现的方法还包括：

4.根据权利要求2所述的计算机实现的方法，其中预处理包括：

5.根据权利要求2所述的计算机实现的方法，其中当利用所述最近邻算法时，估计所述相应的软骨厚度值包括利用所述相应的分离的软骨下表面和所述相应的分离的关节表面中的一者作为参考二维表面，同时利用所述相应的分离的软骨下表面和所述相应的分离的关节表面中的另一者作为所述股骨软骨、所述胫骨软骨、所述膝盖骨软骨和所述半月板软骨中的每一者的三维点云。

6.根据权利要求2所述的计算机实现的方法，其中对所述股骨软骨区域执行表面分离包括：

7.根据权利要求6所述的计算机实现的方法，其中对所述股骨软骨区域执行表面分离包括：

8.根据权利要求2所述的计算机实现的方法，其中对所述胫骨软骨区域、所述膝盖骨软骨区域和所述半月板软骨区域中的每一者执行表面分离包括：

9.根据权利要求8所述的计算机实现的方法，其中对所述胫骨软骨区域、所述膝盖骨软骨区域和所述半月板软骨区域中的每一者执行表面分离包括：

10.一种用于估计膝关节软骨厚度的系统，所述系统包括：

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述roi体积包括股骨软骨区域、胫骨软骨区域、膝盖骨软骨区域和半月板软骨区域，并且其中估计所述至少一个软骨区域的软骨厚度值包括估计股骨软骨、胫骨软骨、膝盖骨软骨和半月板软骨中的每一者的相应的软骨厚度值。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述例程在由所述处理器执行时使所述处理器执行以下操作：

13.根据权利要求11所述的系统，其中预处理包括：

14.根据权利要求11所述的系统，其中当利用所述最近邻算法时，估计所述相应的软骨厚度值包括利用所述相应的分离的软骨下表面和所述相应的分离的关节表面中的一者作为参考二维表面，同时利用所述相应的分离的软骨下表面和所述相应的分离的关节表面中的另一者作为所述股骨软骨、所述胫骨软骨、所述膝盖骨软骨和所述半月板软骨中的每一者的三维点云。

15.根据权利要求11所述的系统，其中对所述股骨软骨区域执行表面分离包括：

16.根据权利要求15所述的系统，其中对所述股骨软骨区域执行表面分离包括：

17.根据权利要求11所述的系统，其中对所述胫骨软骨区域、所述膝盖骨软骨区域和所述半月板软骨区域中的每一者执行表面分离包括：

18.根据权利要求17所述的系统，其中对所述胫骨软骨区域、所述膝盖骨软骨区域和所述半月板软骨区域中的每一者执行表面分离包括：

19.一种非暂态计算机可读介质，所述计算机可读介质包括处理器可执行代码，所述处理器可执行代码在由处理器执行时使得所述处理器：

20.根据权利要求19所述的非暂态计算机可读介质，其中所述roi体积包括股骨软骨区域、胫骨软骨区域、膝盖骨软骨区域和半月板软骨区域，并且其中估计所述至少一个软骨区域的软骨厚度值包括估计股骨软骨、胫骨软骨、膝盖骨软骨和半月板软骨中的每一者的相应的软骨厚度值，并且其中所述代码在由所述处理器执行时使所述处理器执行以下操作：

21.根据权利要求20所述的非暂态计算机可读介质，其中所述处理器可执行代码在由处理器执行时使得所述处理器以三维打印机兼容格式导出或保存所述股骨软骨、所述胫骨软骨、所述膝盖骨软骨和所述半月板软骨中的每一者的所述相应的二维或三维彩色图或表面/体积渲染。

技术总结一种用于估计软骨的计算机实现的方法包括经由处理器预处理受检者的感兴趣区域(ROI)的分割图像，以将ROI分隔成单独的ROI体积，其中ROI体积包括至少一个软骨区域。该计算机实现的方法还包括经由处理器在每个ROI体积的相应的软骨下表面和相应的关节表面之间执行表面分离，以提取每个ROI体积的相应的分离的软骨下表面和相应的分离的关节表面。该计算机实现的方法还包括经由处理器基于每个ROI体积的相应的分离的软骨下表面和相应的分离的关节表面，利用最近邻算法估计该至少一个软骨区域的软骨统计。技术研发人员：V·穆迪亚姆,D·孙达朗,吉格内什·达拉基亚,M·冯受保护的技术使用者：通用电气精准医疗有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12