[发明专利]一种检测图像结构变化的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理领域，更具体地，涉及一种检测图像结构变化的方法及装置。

背景技术

二维和三维图像广泛应用于科学研究、医学诊断等各个领域。目前的医学图像主要有CT(计算机断层扫描)图像、MRI(核磁共振)图像、B超扫描图像、X射线透视图像等。然而目前依据医学图像的诊断主要以人工观察影像的形态特征为主，缺乏标准化的自动分析功能。在科学研究中，CT和X射线成像广泛应用于物体二维和三维形态结构的检测，然而其定量分析方法仍然不够灵敏。

在骨质疏松症患者中，小梁骨成像表现为明显的结构改变，而阿尔茨海默症患者中，脑组织成像表现为脑体积明显减小、脑沟变宽、脑回变窄、脑室扩大，提示基于影像学特征能辅助诊断这些疾病。目前依据图像学的改变对这些疾病进行辅助诊断的方法不够灵敏。

骨质疏松症是一种严重危害人类健康的老年性代谢性疾病，其主要表现为骨量减少、微结构退化和骨脆性增加，从而导致患者骨折风险上升。骨质疏松症的诊断主要依靠测量骨量和骨微结构两个方面的改变。骨密度测量是评估骨量变化的常规方法。目前用于测量骨密度的仪器主要有双能X线骨密度仪(DEXA)、骨定量CT(QCT)或外周骨定量CT(pQCT)。双能X线骨密度仪(DEXA)测量骨密度(BMD)的改变是目前诊断骨质疏松症的金标准。DEXA虽然能测量全身任意部位的骨密度，但不能区分皮质骨密度和松质骨密度并且只能测量骨组织的二维参数，因此不能有效反映测量部位骨结构的变化。骨定量CT能区分皮质骨和松质骨并且能测量骨组织的三维参数，然而其辐射剂量高于DEXA并且可重复性不如DEXA，因此不能用来进行随访评估骨密度或微结构的微小改变。pQCT的检测精度高于DEXA，但是其主要用来检测四肢骨骼的密度而不能用来检测椎体骨密度。骨密度的改变不能全面反映骨微结构的变化，而仅仅根据骨密度参数并不能有效评估骨折风险。有研究表明，大部分骨折患者的骨密度值并不低，而综合了骨密度等参数的骨折风险评估工具对于绝大多数患者不能有效预测观察到的骨折。因此新的更灵敏的检测指标可能对骨质疏松症的诊断与骨折风险评估有重要意义。

显微CT(MicroCT)是一种高精度的三维CT成像技术，其空间分辨率可以达到几微米。由于大鼠和小鼠等小动物骨组织中小梁骨的厚度在几十微米范围，常规CT扫描成像不能有效显示骨骼的微细结构，因此MicroCT在评估小动物骨量和骨微结构改变方面有着广泛的应用。

在胫骨近端和股骨远端骨骺生长板以下的一定区域内小梁骨结构丰富，而骨质疏松能导致这些区域内小梁骨结构的丢失破坏，因此胫骨近端和股骨远端骺线下的一定区域是分析小动物小梁骨微结构改变的理想区域。目前对小动物胫骨近端或股骨远端小梁骨微结构变化的标准分析方法是首先随意选取骨骺生长板以下的一段感兴趣区域，然后计算整个感兴趣区域内部的感兴趣区域的总体积(TV)、骨体积(BV)、骨矿物质含量(BMC)、骨体积分数(BV/TV)、骨密度(BMD)等参数，最后对计算得到的参数进行统计分析。由于小梁骨在骺线生长板以下到骨干中部之间的区域内延长骨纵轴的分布不均匀，近似随距离骺线距离的增加而逐渐减少，而目前的标准分析方法并没有考虑小梁骨延长骨纵轴的不均匀分布，因此当前的标准分析方法不能灵敏地检测小梁骨结构的细微改变。显微CT图像包含了小梁骨在选定的分析区域内部的逐层分布信息，而当前的标准分析方法并没有充分利用这种分布信息，因此充分利用小梁骨逐层分布信息的统计分析将有助于提高检测骨微结构变化的敏感性。为了研究小梁骨的变化，需要选择骨骺线生长板以下的一定区域来进行分析。然而自骨骺线生长板以下小梁骨的各个测量参数均呈逐渐衰减变化而没有明显的变化拐点，因此对于分析区域的选择没有统一的标准，而研究人员通常根据经验随意选择分析区域或者利用试错法选择多个分析区域后再固定一个具有显著改变的区域进行报告。这种标准分析方法不仅误差大，而且繁琐。对于同一组数据，不同的分析区域的选择对结果有非常大的影响，所以一种建立在分析实验组与对照组差别基础上的分析区域的选择方法将有助于提高检测骨微结构变化的敏感性。

小梁骨厚度是另一项反映骨小梁微结构变化的重要指标。然而目前二维或三维图像厚度的测量方法与物体真实厚度相比均有很大的误差，导致测量的小梁骨厚度不能全面反映骨质疏松症状的严重程度。因此，更加精确的小梁骨厚度测量方法对骨质疏松症的诊断具有重要意义。