體拓撲分析在骨質疏松病理分析中的應用研究.pdf

1、骨質疏松癥作為一個世界性的健康問題,已引起了越來越多的關注。骨質疏松癥患者的骨骼不僅骨量減少,骨微結構也發(fā)生了改變,導致骨的脆性增高及骨折危險性增加。世界衛(wèi)生組織(WHO)預測,在今后的50年內,骨質疏松性骨折的發(fā)生人數(shù)也將繼續(xù)增多,其中的一半發(fā)生在亞洲。醫(yī)學上用骨礦密度作為檢查標準,但是近幾年來逐漸認識到了骨小梁微結構對骨質疏松的影響,隨著CT技術的發(fā)展,進一步推動了這一方面的研究。
　　 骨小梁(trabecular bon

2、e,簡稱TB)是由相互連接的板狀和桿狀組成的一個復雜偽隨機網(wǎng)絡,通過骨吸收(破骨細胞)和骨形成(成骨細胞)之間復雜的相互作用,TB持續(xù)重新塑造以動態(tài)適應它所承受的壓力(Wolff定律)。在骨質疏松癥中,這種動態(tài)平衡被打破了,導致骨流失和結構形變,這些都增加了骨折的風險。骨礦密度只能部分說明骨的機械強度,TB強度的決定因素是TB微結構?；讦藽T的圖像分析可以直接從三維角度對骨的形態(tài)和結構進行分析和評價。
　　 本文首先提出了一種

3、基于局部拓撲參數(shù)的線細化算法,在保持拓撲性質和幾何性質的同時,它能有效地提取三維圖像中的線骨架,并用于后面的體拓撲分析中以提取中軸體素;其次分析了一種稱為體拓撲分析(VTA)的方法,并把它應用于骨質疏松的病理分析上。方法能夠對TB拓撲進行區(qū)域量化,在每一個TB區(qū)域,該方法唯一確定板狀和桿狀骨小梁連續(xù)體的拓撲分類,有助于根據(jù)己知的病因學對TB的形變進行早期診斷。并以此理論為基礎,分析和實現(xiàn)了VTA算法,包括了面骨架化,數(shù)字拓撲分類,測地距