Segmentace a odhad hustoty ve stehennim kloubu

Abstract

There are two basic ways of surgical treatment of femoral neck fracture - total endoprosthesis or a special metal screw in the bone. In case of a dense enough bone the screws are preferred. But for a too parse bone, the screw may cut through the femoral head, which results in further surgical operations. We present a novel method for femoral head density measurement, which serves as another hint for the doctor's decision, whether to apply a screw or total endoprosthesis. Our approach is based on semi-automatical femoral head segmentation from CT dataset based on finding optimal path through polar coordinates on axial slices. The cost function is based on a combination of corticallis properties, mostly the directional behavior of 3D gradients and their size in 2D slices, where they form typical "channels". The final volume is computed using filling and morphological algorithms and its properties are further measured. The final implementation was experimentally validated on RTG clinic of Bulovka hospital and allows radiologists to intuitively and accurately estimate the femoral head density in approximately 1 to 3 minutes.

Existují dvě hlavní metody pro léčbu zlomenin krčku stehenní kosti - totální endoprotéza a spojení speciálním kovovým šroubem. Při dostatečně kvalitní kosti je preferován šroub. Ovšem pokud je příliš řídká, šroub se může proříznout kloubní hlavicí, což vede k dalším operacím. Tato práce se zabývá novou metodou pro měření hustoty kostní trámčiny kloubní hlavice, které slouží lékaří jako další vodítko pro rozhodnutí, zda aplikovat šroub nebo totální endoprotézu. Náš přístup je založen na poloautomatické segmentaci kloubní hlavice z CT dat, založené na hledání optimální cesty v polárních souřadnicích na axiálních řezech, kde základ cenové funkce tvoří kombinace vlastností okostice, zejména směrový charakter 3D gradientů a velikost gradientů ve 2D řezech, kde tvoří typické "kanálky" . Pomocí vyplňování a morfologických operací je pak vytvořen objem, jehož vlastnosti jsou dále měřeny. Výsledná implementace byla experimentálně ověřena na RTG klinice FN na Bulovce a umožňuje RTG specialistovi intuitivně, pomocí graffického rozhraní vytvořit přesný odhad hustoty kloubní hlavice v rozpětí 1 až 3 minut.