[发明专利]一种基于近红外光的膝骨性关节炎病程检测方法

说明书

本发明属于医学技术领域，公开了一种基于近红外光的膝骨性关节炎病程检测方法，首先采用图像分割处理技术对临床膝关节CT图片进行处理，留下肌肉和骨骼组织部分并进行灰度对比值加强和边缘提取；随后基于处理后的CT图片，采用蒙特卡洛方法，通过分析关节腔滑液的光学特性参数，分别模拟近红外光子在患关节炎早期、中期和晚期的膝关节内部运动轨迹，最后通过高斯函数拟合不同病程下的红外光子出射分布特征，以有效光子出射率和拟合函数的对称轴坐标作为双重指标判定患者病情。本发明实验结果表明该方法的准确率达到92％以上，且近红外光检测为无损检测手段，在膝骨性关节炎的临床检测应用上具有较大的应用价值。

技术领域

本发明属于医学技术领域，尤其涉及一种基于近红外光的膝骨性关节炎病程检测方法。

背景技术

膝骨关节炎(Osteoarthritis，OA)是一种常见的不可逆慢性关节疾病，发病人群多为60岁以上的老年人。随着社会老龄化，膝骨关节炎的发病率越来越高，据国内统计，65岁以上的老年人发病率为75％，对中老年人的健康和生活质量造成了较大影响。由于膝OA早期的症状不明显，经常被人忽视，而一旦发展到晚期，不仅严重影响患者的身心健康，也带来了巨大的经济负担，因此，寻求侵入小、检测成本低的膝OA早期病程跟踪检测方法，是极有价值的研究课题。膝骨关节炎不仅影响滑膜关节结构的质量，还影响周围组织的功能及感受信号通路，经常表现为关节疼痛，僵硬和运动性能降低。为诊断由膝OA影响的关节中的软骨异常和滑液组成的变化，临床医学采用的成像方法主要包括：放射X光，计算机断层扫描(CT)和核磁共振成像(MRI)、骨骼超声波等。其中，X射线由于其分辨率高，易于使用和成本低的特点，成为诊断骨关节疾病被广泛接受的方法。X射线在将骨骼与软组织分化方面具有极高的分辨率，但由于不同软组织之间的成像对比度较低，因此不能很好地区分密度相似的软组织。所以，平片X光片虽能够显示关节间隙狭窄和骨赘形成，却对软骨和液体的变化不敏感，难以捕获早期膝OA的主要特征。CT扫描也常用于诊断OA，由于接受CT检查时会受到一定程度的辐射影响，不宜作为跟踪病程的常规化检测手段，一般只用于膝OA患病晚期检测。MRI虽然在使用高对比剂时可以更可靠地检测早期的OA，但该方法不仅昂贵而且耗时，对操作人员的要求也较高。临床医学中，骨骼超声也是评估类风湿关节炎和区域肌肉骨骼病理学的主要方法，但是该方法对边界层的变化敏感，在OA的早期阶段评估中的作用有限。

综上所述，现有技术存在的问题是：(1)会对人体造成辐射影响，无法作为常规体检项目，影响了病情的及早发现与治疗；(2)从图像上无法直接关节软骨和关节腔液体成分的变化，无法发现早期患病信息；(3)进行膝关节成像检查和判定病情时对医疗人员的专业技术要求较高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于近红外光的膝骨性关节炎病程检测方法。

本发明是这样实现的，一种基于近红外光的膝骨性关节炎病程检测方法，所述基于近红外光的膝骨性关节炎病程检测方法，首先采用图像分割处理技术对临床膝关节CT图进行处理，留下肌肉和骨骼组织部分并进行灰度对比加深和边缘提取；随后将处理后的图片按照关节炎患病早期、中期和晚期分成三类；用等量红外光子从同一位置入射上述三类图片，采用蒙特卡洛方法，通过改变关节腔滑液的吸收和散射系数，分别模拟近红外光子在患关节炎早期、中期和晚期的膝关节内部运动轨迹，最后通过高斯函数拟合不同病程下的红外光子出射分布特征；

其中，高斯函数的自变量为出射光子的体素横坐标，因变量为在对应坐标处出射的光子数；最后用统计学方法统计三种病程条件下，运动轨迹通过关节腔并最终出射的有效光子数占所有入射光子数的比率，以及拟合后的高斯函数的对称轴坐标，以此作为判定膝关节炎的患病程度的指标，以范围形式描述。对待检测患者的CT图做相同近红外光子运动轨迹模拟和高斯拟合，计算指标值。若两项指标均落在相同病程范围内，则判定患者的膝关节炎患病程度为对应病程。

进一步，对膝关节CT图片用蒙特卡洛方法模拟红外光子在关节内部的运动轨迹，包括：

临床膝关节原始CT图片处理：