JP5054669B2 - 膝関節形態の特徴付けのための方法及びシステム - Google Patents
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Description
a.膝関節の特定の特徴の空間的位置の集合を表す抽象ベクトル空間を集合として張るパラメータの集合であって、各ベクトルが母平均からの変分を一意的に記述する、パラメータの集合によって特徴付けられる、変形可能な統計的テンプレートを創出するステップと、
b.実行時に、膝の骨格の2次元画像中に特定の特徴に関連する複数の軌跡をフィッティングして、変形可能な統計的テンプレートに関してのパラメータ化を可能にする、ステップと、
c.所与の被検体における複数の軌跡の位置をパラメータ化して、変形可能な統計的テンプレートのパラメータに対する値を導出する、ステップと、
d.複数の軌跡の部分集合、及び/又は変形可能な統計的テンプレートの導出されたパラメータに基づいて、所与の被検体の膝の骨格形態を特徴付けるステップと
を有する。
a.実行時に、膝の骨格の2次元画像中に特定の特徴に関連する複数の軌跡をフィッティングして、変形可能な統計的テンプレートのパラメータ化を可能にする、ステップと、
b.所与の被検体における複数の軌跡の位置をパラメータ化して、変形可能な統計的テンプレートのパラメータを導出する、ステップと、
c.複数の軌跡の部分集合、及び/又は変形可能な統計的テンプレートの導出されたパラメータに基づいて、骨格形態を特徴付けるステップと
を有する。
X={X1,X2...Xn,y1,y2...yn}
であり、ここで(Xi,yi)は、添え字iの点の2D座標である。
X’=T(X)
であり、ここでTは算出された変換パラメータの行列である。
b=F(X’)
b=A(X’− X’m)
ここで、Xmは「平均的」形状についての2D点座標のベクトルであり、Aは、例えば、Johnson及びWichenによって、Applied Multivariate Statistical Analysis(第5版、2002年)、458〜513ページに記載された「Principal Component Analysis」の中で説明されているような主成分分析を用いて、訓練段階中に学習された行列である。
Xe’=F’(b)
ここで、Xeは、所与のパラメータの集合bについての2D座標の推定値である。モデルが主成分分析を用いて構築されている場合、これは以下のように表される。
Xe=Xm+A’(b)
ここで、A’はAの擬逆関数であり、これは、主成分分析の場合、Aの転置に等しい。
b=A(X’− Xm’)
これらの値は、次式
Xe’=F’(b)
に従って、モデルの基準座標系における2D点ベクトル全体の値を予測するために用いられる。
Xe=T’( Xe’)
1.外側コンパートメント又は内側コンパートメントのいずれかのmJSW。
2.外側コンパートメント又は内側コンパートメントの任意の位置でのJSW。JSW測定の位置は、頚骨棘から関節の縁部の特定の位置までの線に沿ってパラメータ化されることができ、それゆえ、この測定値は長期的研究における種々の時点で比較されることができる。
3.面積の次元を持ち、いずれかのコンパートメントで境界を定められた特定領域を特徴づける、定義された測定値。
基準画像及び追跡画像の両方に対して、且つ、どちらのコンパートメントに対しても、脛骨プラトー、大腿骨顆部及びコンパートメントの両端の関節裂隙(JSW)によって定められる面積が測定される。
基準画像及び追跡画像の両方に対して、且つ、どちらのコンパートメントに対しても、脛骨プラトーの全長に沿って、関節裂隙(JSW)の輪郭を測定することができる。所与の点でのJSWは、脛骨の境界と大腿骨の境界との間の最小距離である。JSWプロファイルは、関節の中央軸(medial axis)に沿った脛骨棘からの距離の関数として(ミリメートル(mm)で)測定される。
基準画像及び追跡画像の両方に対して、最小JSWが、内側コンパートメント及び外側のコンパートメントの両方で測定される。最小JSWは、脛骨プラトーに沿った所与の範囲内のJSWプロファイル測定値の最小値である。デフォルトでは、最小値は、軟骨面積測定値の内部範囲(inner extent)とJSW輪郭測定値の外部範囲(outer extent)との間で求められる。
追跡画像に対して、且つ、どちらのコンパートメントに対しても、JSWは、基準画像においてmJSWが算定された(脛骨プラトーに沿った)推定位置で測定することができる。この測定は、ひとりの患者についての基準画像及び追跡画像の両方が研究に付されていることを必要とする。
クロスオーバー・フラグは、内側コンパートメント又は外側コンパートメントのいずれかで、脛骨の境界が大腿骨の境界と重なっているかどうかを示すフラグである。クロスオーバーが検出された場合、その結果は無視することが望ましい。
所与の一対の基本画像及び追跡画像に対して、システムは、膝の全体的な形状が基本画像の膝と追跡画像の膝との間でどれくらい変化したかに対応する統計量を計算することができる。この統計量の値が高ければ高いほど、基本と追跡との間でより大きな変化があることになる。形状測定の単位はミリメートル(mm)であり、数字は、同じ基準座標系で測定された、セグメント化された膝の境界上の各点が基本画像の膝と追跡画像の膝との間で移動した量の平均値に相当する。この測定は、ひとりの患者についての基本画像及び追跡画像の両方が研究に付されていることを必要とする。これは、拡張された手作業の調査の正当な理由となり得る「興味深い」画像の迅速な識別を可能にするはずである。
Claims (14)
- 膝の骨格形態の変化を測定する方法であって、
a.1組の入力点座標が与えられたときにパラメータのベクトルを生成する関数であるモデルを、トレーニング組の膝画像から生成するステップと、
b.実行時に、膝の骨格の2次元画像中に特定の特徴に関連する複数の地点をフィッティングして、変形可能な統計的テンプレートのパラメータ化を可能にすることにより、適切な組の初期入力点位置を識別するステップと、
c.最良の組のモデルパラメータを反復して計算して、前記フィッティングした地点に関する前記モデルのノルムを最小化することにより、所与の被検体における前記複数の地点の位置をパラメータ化して、前記変形可能な統計的テンプレートの前記パラメータを導出する、ステップと、
d.前記変形可能な統計的テンプレートの前記導出された最良の組のモデルパラメータに基づいて前記膝の骨格形態を測定するステップであって、(i)前記導出された最良の組のモデルパラメータに基づいて1組の点を生成する段階、及び、(ii)該1組の点に基づいて、関節裂隙の測定値を、頚骨棘から前記関節の縁部における特定の位置までの線に沿ってパラメータ化された位置において、抽出する段階、により、前記膝の骨格形態を測定するステップと、
e.第1の時点及び第2の時点において前記ステップbから前記ステップd(ii)までを実行するステップと、
f.前記第1の時点と前記第2の時点との間における前記位置における前記関節裂隙の測定値の変化を決定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記2次元画像が前記膝関節を貫通する放射線の透過によって得られる放射線写真である、請求項1に記載の方法。
- 前記2次元画像が前記膝関節を通過するX線の透過によって得られる放射線写真である、請求項1に記載の方法。
- 前記モデルが、前記トレーニング組の膝画像の統計的解析に基づいて生成される、請求項1に記載の方法。
- 実行時に特定のモデルの特徴に関連する複数の地点をフィッティングする前記ステップが、操作者の入力を受け取ることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記フィッティングするステップが、前記複数の地点の位置の逐次近似を含む、請求項1に記載の方法。
- 膝の骨格形態の変化を測定する方法であって、
a.実行時に、膝の骨格の2次元画像中に特定の特徴に関連する複数の地点をフィッティングして、変形可能な統計的テンプレートのパラメータ化を可能にすることにより、適切な組の初期入力点位置を識別するステップと、
b.最良の組のモデルパラメータを反復して計算して、前記フィッティングした地点に関するモデルのノルムを最小化することにより、所与の被検体における前記複数の地点の位置をパラメータ化して、前記変形可能な統計的テンプレートの前記パラメータを導出する、ステップと、
c.前記変形可能な統計的テンプレートの前記導出された最良の組のモデルパラメータに基づいて、前記膝の骨格形態を測定するステップであって、(i)前記導出された最良の組のモデルパラメータに基づいて1組の点を生成する段階、及び、(ii)該1組の点に基づいて、関節裂隙の測定値を、頚骨棘から前記関節の縁部における特定の位置までの線に沿ってパラメータ化された位置において、抽出する段階、により、前記膝の骨格形態を測定するステップと、と
d.第1の時点及び第2の時点において前記ステップaから前記ステップc(ii)までを実行するステップと、
e.前記第1の時点と前記第2の時点との間における前記位置における前記関節裂隙の測定値の変化を決定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記骨格形態を測定する前記ステップが、内側コンパートメント及び外側コンパートメントのうちの少なくとも一方において関節裂隙を推定することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記骨格形態を測定する前記ステップが、内側コンパートメント及び外側コンパートメントのうちの少なくとも一方において最小関節裂隙を推定することを含む、請求項1に記載の方法。
- 被検体の膝関節の骨格形態の変化を測定するためにコンピュータ・システム上で使用するためのコンピュータ・プログラムであって、
a.膝関節の2次元画像中の特定の骨格特徴に関する複数の地点をコンピュータ・メモリに格納するプログラム・コードと、
b.最良の組のモデルパラメータを反復して計算して、前記地点に関するモデルのノルムを最小化することにより、所与の被検体における前記複数の地点の位置をパラメータ化して、変形可能な統計的テンプレートのパラメータを導出するためのプログラム・コードと、
c.前記変形可能な統計的テンプレートの前記導出された最良の組のモデルパラメータに基づいて、前記膝の前記骨格形態を測定するためのプログラム・コードであって、(i)前記導出された最良の組のモデルパラメータに基づいて1組の点を生成する段階、及び、(ii)該1組の点に基づいて、関節裂隙の測定値を、頚骨棘から前記関節の縁部における特定の位置までの線に沿ってパラメータ化された位置において、抽出する段階、により、前記膝の骨格形態を測定するプログラム・コードと、
d.前記プログラム・コードaから前記プログラム・コードcまでを第1の時点及び第2の時点において実行させるプログラム・コードと、
e.前記第1の時点と前記第2の時点との間における前記位置における前記関節裂隙の測定値の変化を決定するプログラム・コードと、
を含むことを特徴とするコンピュータ・プログラム。 - 前記骨格形態を測定するプログラム・コードが、内側コンパートメント及び外側コンパートメントのうちの少なくとも一方において関節裂隙を推定するプログラム・コードを含む、請求項10に記載のコンピュータ・プログラム。
- 前記骨格形態を測定するプログラム・コードが、内側コンパートメント及び外側コンパートメントのうちの少なくとも一方において最小関節裂隙を推定するプログラム・コードを含む、請求項10に記載のコンピュータ・プログラム。
- 前記骨格形態を測定するステップが、内側コンパートメント及び外側コンパートメントのうちの少なくとも一方において関節裂隙を推定することを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記骨格形態を測定するステップが、内側コンパートメント及び外側コンパートメントのうちの少なくとも一方において最小関節裂隙を推定することを含む、請求項7に記載の方法。
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