骨小梁Micro-CT圖像形態(tài)計量學(xué)參數(shù)計算方法綜述

劉 蓉 郭新路 張亞坤 王永軒

1(大連理工大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)部生物醫(yī)學(xué)工程系，遼寧 大連 116024)2(大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院，遼寧 大連 116001)

引言

骨質(zhì)疏松癥是一種以骨量流失和微結(jié)構(gòu)破壞為特征的代謝性骨病，極易導(dǎo)致骨折的發(fā)生[1-2]。隨著人口老齡化加劇，骨質(zhì)疏松癥患者數(shù)急劇增加，全球患者約2億人，中國患者約8 400萬人，約占人口的6.97%，其發(fā)病率已躍居各種常見病的第7位[3]。在骨質(zhì)疏松癥明顯發(fā)病后，由于無法從根本上改變骨質(zhì)疏松狀態(tài)，所以治療效果都不甚理想[4-5]。在骨質(zhì)疏松癥未明顯發(fā)病時，如果能根據(jù)骨量流失情況、骨小梁結(jié)構(gòu)、形態(tài)計量學(xué)參數(shù)及其變化等了解骨組織的狀態(tài)變化，預(yù)測骨質(zhì)疏松的狀態(tài)，采取適當手段提早進行疾病預(yù)防，就可以極大地減少骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生，幫助患者保持最佳的身體狀態(tài)。因此，除治療方法外，對骨質(zhì)疏松癥以及骨折等疾病的預(yù)測也成為骨科領(lǐng)域中的一大熱點。

在骨質(zhì)疏松癥的研究中，一般普遍認為骨量流失是導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥的主要原因[6]。因此，目前常用的檢測方法大多是基于骨密度(骨量)與檢測參量之間的準線性關(guān)系，比如作為金標準的雙能X線骨密度測定[7-8]、單光子骨密度測定[9]、超聲導(dǎo)波法[10-11]評價等，都是利用檢測媒介在骨質(zhì)中傳導(dǎo)后的綜合變化來反映骨質(zhì)情況。這些方法可以提供很多參數(shù)來描述骨質(zhì)疏松狀態(tài)。

然而近年來的研究發(fā)現(xiàn)，骨量流失因素僅僅為骨質(zhì)疏松癥導(dǎo)致骨折的決定因素的50%～70%，以及力學(xué)性能改變因素的40%～80%。因此，不能簡單地依賴骨量流失情況作為骨質(zhì)疏松癥的診斷標準[12-13]。隨著醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及計算機數(shù)據(jù)處理能力的提高，使得基于醫(yī)學(xué)圖像分析的形態(tài)計量學(xué)方法被廣泛應(yīng)用于骨小梁結(jié)構(gòu)變化的研究中，這為實現(xiàn)骨質(zhì)疏松癥等疾病的預(yù)測奠定了基礎(chǔ)[4]。因為骨小梁的微觀結(jié)構(gòu)尺寸很小，比如人的骨小梁間隙是400～600 μm，大鼠的骨小梁間隙是幾十微米，所以為了能得到清晰可辨的骨小梁結(jié)構(gòu)圖像，使用Micro-CT進行檢測成了最主要的方法。

下面主要介紹基于Micro-CT的骨小梁圖像獲取方式和幾種形態(tài)計量學(xué)參數(shù)，總結(jié)和分析基于形態(tài)計量學(xué)進行骨小梁參數(shù)測量計算的方法，為應(yīng)用于動物實驗中的骨疾病機理研究以及藥物治療效果評價提供依據(jù)。

1 骨小梁圖像的獲取

骨小梁是骨皮質(zhì)在內(nèi)部的延伸部分，在骨髓腔內(nèi)呈現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，起支撐造血組織的作用。骨小梁是骨內(nèi)極難分割的微結(jié)構(gòu)，數(shù)十年來，科研人員一直探索改進利用圖像分析骨小梁結(jié)構(gòu)的方法。傳統(tǒng)獲取骨小梁圖像的方法是基于組織切片技術(shù)[15-17]進行的，通過拍攝每一切片的組織形態(tài)，重建出組織的整體結(jié)構(gòu)來研究整體的結(jié)構(gòu)參數(shù)。傳統(tǒng)切片方法破壞組織結(jié)構(gòu)，檢測分析難度大，耗時長且錯誤多。

隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，使得影像學(xué)技術(shù)廣泛應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的各個方面。在實驗研究中一種重要的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備就是Micro-CT。Micro-CT的空間分辨率可以達到微米級，生物骨組織的細微結(jié)構(gòu)可以一覽無余，因此已成為目前獲取骨小梁圖像最廣泛的應(yīng)用方法[18]。Simone等通過Micro-CT的三維視角觀察骨小梁微結(jié)構(gòu)分析骨折的骨骼結(jié)構(gòu)變化情況[19]；馮秀媛等利用Micro-CT對特發(fā)性青少年骨質(zhì)疏松癥的病因發(fā)病機制可能性進行了研究[20]。骨小梁微觀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 豬股骨頭骨小梁的三視圖。(a)橫斷面視圖；(b)冠狀面視圖；(c)矢狀面視圖

利用Micro-CT獲得清晰可分割的骨小梁圖像，可以對其進行二維圖像分析或三維模型分析，便于觀測骨小梁的變化，分析骨組織的狀態(tài)。在Micro-CT使用中，基于不同的實驗?zāi)康?，需要選擇適當分辨率進行圖像采集與分析，從而減少數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度和誤差率，得到最佳的實驗結(jié)果。

2 骨小梁的形態(tài)計量學(xué)參數(shù)

骨小梁的形態(tài)計量學(xué)參數(shù)是衡量骨小梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的重要依據(jù)。19世紀中后期，Meyer和Wolff針對骨小梁的排列，提出骨小梁是按照最優(yōu)效果方式排列[21]。Dyson等利用電鏡掃描，研究了骨小梁的面積、周長等測量方法[22-23]。Niessen等也研究了體內(nèi)骨小梁的結(jié)構(gòu)形態(tài)，為后續(xù)的骨小梁形態(tài)學(xué)參數(shù)研究奠定了基礎(chǔ)[24]。隨后影像技術(shù)的進步使得骨小梁參數(shù)不斷豐富，測量方法也在不斷多樣化。骨小梁的形態(tài)計量學(xué)參數(shù)及意義[25-26]如表1所示，通過對參數(shù)本身以及參數(shù)變化規(guī)律進行研究，不僅能了解當前骨小梁狀態(tài)，更能發(fā)現(xiàn)變化的原因，從而提供可能的預(yù)防措施，降低骨質(zhì)疏松癥等疾病的發(fā)病率。

3 骨小梁形態(tài)計量學(xué)參數(shù)計算方法

形態(tài)計量法屬于體視學(xué)和生物醫(yī)學(xué)組織形態(tài)測量學(xué)中的交叉分支。這種方法依據(jù)生理學(xué)基礎(chǔ)，從組織切片上觀察組織結(jié)構(gòu)，并用定性、定量的方法描述出來[27-28]。骨小梁的形態(tài)計量學(xué)參數(shù)，客觀準確地衡量了骨小梁的生物性能，為骨質(zhì)疏松癥等疾病的評價和預(yù)防提供可靠依據(jù)。邱明才等首先將該方法應(yīng)用于骨質(zhì)疏松等代謝病研究[29]。近年來，不少學(xué)者都對此進行了廣泛的探索[30-31]。下面介紹和總結(jié)部分形態(tài)計量學(xué)方法，分析骨小梁形態(tài)計量參數(shù)及其應(yīng)用，以及對骨質(zhì)疏松情況的預(yù)測。

表1 骨小梁的形態(tài)計量學(xué)參數(shù)

3.1 骨小梁的基本形態(tài)計量學(xué)參數(shù)

骨小梁的基本形態(tài)計量學(xué)參數(shù)主要表示骨小梁的基本信息，并不體現(xiàn)骨小梁的特征，可通過直接測量、計算圖像的面像素和體像素而獲得。在測得骨小梁面積和體積的基礎(chǔ)上，可繼續(xù)獲得骨小梁的體積分數(shù)、數(shù)量以及骨小梁間距，具體計算公式[32-33]為

骨小梁厚度(Tb.Th)為

Tb.Th=2/(BS/BV)

(1)

骨小梁數(shù)量(Tb.N)為

Tb.N=(BS/BV)/Tb.Th

(2)

骨小梁間隙(Tb.Sp)為

Tb.Sp=(1/Tb.N)-Tb.Th

(3)

3.2 骨小梁的連通性

除了基本形態(tài)計量學(xué)參數(shù)外，骨小梁的連通性、各向異性等參數(shù)更能表征骨小梁狀態(tài)。骨小梁相互連通的結(jié)構(gòu)保證了骨髓、血液等成分順利到達骨內(nèi)的各個部位，滿足機體代謝生長的要求[34]，因而連通性是表征骨小梁特征的重要內(nèi)容。從20世紀開始，研究人員就開始對骨小梁連通性進行研究，并且經(jīng)歷了從定性到定量的變化。在19世紀70年代，Whitehouse等利用電子掃描顯微鏡觀測骨小梁形態(tài)，并且進行定性的描述，得到了“顯著連通”、“明顯不連通”的結(jié)論。隨后出現(xiàn)了“骨架化”等替代測量方式，即將骨小梁結(jié)構(gòu)簡化為線型，不考慮梁的外觀，只研究骨小梁的連通狀況[12]。然而利用其進行研究時發(fā)現(xiàn)，由于過多地加入主觀判定，具體的測量條件以及從圖像到結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換等問題通常會對結(jié)果產(chǎn)生較大影響。隨著研究的深入，連通性方法不斷改進，下面對常用的兩種方法進行介紹。

3.2.1骨小梁的模式因子

骨小梁的模式因子(TBPf)，是一種以衡量骨小梁凹凸程度來定量測量連通性的參數(shù)[35-36]。1992年，Hahn等首次提出骨小梁模式因子可作為一種新的衡量骨小梁連通性的參數(shù)[37]。TBPf的計算方法是：首先測量出結(jié)構(gòu)的表面積(BS)和體積(BV)，然后利用膨脹將整體結(jié)構(gòu)的體素增加一個單位的厚度，再次計算出骨小梁結(jié)構(gòu)膨脹后的表面積(BS′)和體積(BV′)。骨小梁的模式因子計算公式為

(4)

TBPf值變化表示骨小梁柱狀梁和板狀梁[38]的相互轉(zhuǎn)化。發(fā)生骨質(zhì)疏松時，板狀梁向柱狀轉(zhuǎn)化，連通性降低，TBPf值增高。模式因子被作為衡量骨小梁特征的重要參數(shù)而不斷被應(yīng)用。2005年，Kensuke等用模式因子作為二維參數(shù)進行了骨形態(tài)分析，得出二維參數(shù)結(jié)果可能與三維的骨強度有密切聯(lián)系的結(jié)論[39-40]；Wang等利用兔子研究骨微結(jié)構(gòu)變化與骨壞死機制關(guān)系時也利用了模式因子作為觀測指標，發(fā)現(xiàn)在患病組模式因子值發(fā)生了明顯改變，證明了早期骨微結(jié)構(gòu)變化與骨壞死之間的相關(guān)性[41]。骨小梁的模式因子是在圖像基礎(chǔ)上進行計算，因而更適用于二維的組織形態(tài)計量，沒有明確證據(jù)表明，二維的模式因子變化會造成三維的結(jié)構(gòu)變化，這可能是由于圖像掃描分辨率或是其他實際條件的影響，不能完全將圖像等同于真實立體結(jié)構(gòu)。綜上所述，模式因子適用于圖像分析中的骨小梁連通性分析。隨著對骨小梁結(jié)構(gòu)的深入研究，三維方法更能準確描述骨小梁的連通性[42]?；谕負錁鋄43]的連通性表述方法被應(yīng)用于骨小梁三維形態(tài)的描述分析。

3.2.2拓撲樹

χ=β0-β1+β2

(5)

χ=1-β1

(6)

從歐拉數(shù)被提出開始，它就不斷被應(yīng)用于骨小梁三維結(jié)構(gòu)的定量分析中。吳沛澤等利用MR研究正常骨小梁和骨質(zhì)疏松狀態(tài)時，也利用歐拉數(shù)作為骨小梁連通性的衡量標準，歐拉數(shù)越大，骨質(zhì)疏松程度就越大[44]；樊立娜等在骨質(zhì)疏松的研究中也反復(fù)提到歐拉數(shù)，并用歐拉數(shù)變化情況衡量骨質(zhì)疏松狀態(tài)[45]。歐拉數(shù)是定量描述骨小梁連通性的常用參數(shù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于研究骨質(zhì)疏松癥等研究中。然而，不能將部分結(jié)構(gòu)的連通性等同于整體，如果用部分結(jié)果代替整體，將會產(chǎn)生不可預(yù)測的錯誤。因而，在利用上述方法時需要用盡可能大的結(jié)構(gòu)進行分析。

3.3 骨小梁的結(jié)構(gòu)模型指數(shù)

假定骨小梁由柱狀、板狀和球狀組成，則可以利用結(jié)構(gòu)模型指數(shù)(structure model index，SMI)來定量描述骨小梁結(jié)構(gòu)的柱-板組成梯度情況[46-47]。在理想情況下，盤狀、柱狀、球狀結(jié)構(gòu)的SMI值分別為0、3、4，正常的結(jié)構(gòu)值在0～3中間變化。運用閔可夫斯基函數(shù)[48]，定義SMI為

(7)

式中，r為單元球半徑。

標準的SMI計算方法只適用于二進制圖像分析，而骨小梁圖像多為灰度圖像?？蒲腥藛T對SMI算法進行了多種改進，使其更適用于灰度圖像的分析[49]。利用膨脹腐蝕方法計算SMI值是改進方法中較常用的一種，其假定Im是骨小梁圖像，Im(x)是表示在某點x位置圖像的灰度等級，Im被一種結(jié)構(gòu)成分因素ε腐蝕變成εIm。BV和BS分別指骨小梁的體積和表面積，εBV和εBS分別指被腐蝕部分的體積和表面積。通過ε腐蝕計算，可以得到

(8)

骨小梁結(jié)構(gòu)的體積V和表面積S的計算公式為

(9)

將上述V和S公式代入式(8)，即可得到灰度圖像的SMI計算公式。

PhilL、Claes、王程等研究骨小梁結(jié)構(gòu)時，發(fā)現(xiàn)柱狀梁增多，SMI值變大，更容易發(fā)生骨質(zhì)疏松疾病[50]。結(jié)構(gòu)模型指數(shù)根據(jù)梁結(jié)構(gòu)的組成情況結(jié)合骨小梁的連通性、孔隙率變化情況衡量骨質(zhì)疏松情況，因而能對骨質(zhì)疏松癥等疾病起到很好的預(yù)測作用，適用于對骨小梁結(jié)構(gòu)組成形態(tài)的研究，以及構(gòu)建骨植入物來治療疾病。

3.4 骨小梁的各向異性

骨小梁是各向異性的，研究骨小梁的各向異性程度可以更好地分析其組織形態(tài)和力學(xué)性能。建立結(jié)構(gòu)張量[51-53]的方法是衡量組織材料特征的重要手段，通過計算矩陣的特征值和特征向量，表征組織的各向異性和形態(tài)。骨小梁的各向異性測量方法不斷發(fā)展改進，下面介紹幾種常用方法。

3.4.1平均截距長度

平均截距長度方法(mean intercept length，MIL)是測量骨小梁各向異性程度最常用的方法[54-57]。MIL算法主要計算平行線與組織或空腔交點的數(shù)目，如圖2所示。首先，在圖像上標定一組方向為v的平行線；然后，計算平行線與骨小梁結(jié)構(gòu)的交點數(shù)量c(v)，MIL(v)可以被表示為

(10)

式中，h是所有軌跡線的長度之和。

圖2 MIL算法平行線v和交點c(v)示意圖

利用二階矩陣表示MIL算法張量，通過計算矩陣的特征值和特征向量來描述骨小梁的各向異性，提高圖像上沿方向v的軌跡線的數(shù)量可以提高MIL算法的準確性。通過計算分析骨小梁的MIL值以及利用圖形表示結(jié)果，可以直觀表征骨小梁的特征，衡量骨質(zhì)狀況，以預(yù)測骨質(zhì)疏松疾病。經(jīng)過不斷地改進研究，MIL算法不僅應(yīng)用于二維圖像，還適用于三維結(jié)構(gòu)的分析研究。

盡管MIL算法得到了廣泛應(yīng)用，但其仍存在著一些局限性。首先，MIL算法要求圖像交點清晰，這要求圖像掃描的分辨率較高，對于分辨率較低的骨小梁圖像數(shù)據(jù)會丟失信息甚至不能使用；其次，骨小梁的MIL結(jié)構(gòu)張量的建立需要大量的掃描計算，導(dǎo)致費用高和時間長；另外，骨小梁的MIL算法對噪聲較為敏感，可能會引起各向異性結(jié)果的錯誤，影響后續(xù)的數(shù)據(jù)處理；最后，MIL張量算法由于方法的局限性，不適用于所有的結(jié)構(gòu)材料[58]。

3.4.2Volume-Orientation(VO)方法

由于MIL算法不適用于所有組織測量，Odgaard、Andersen等將測量各向異性的重點從交點轉(zhuǎn)換到體積[59-60]，提出了基于體積的VO方法[61]。VO方法規(guī)定某點最長的骨小梁方向為局部體積方向，并將其轉(zhuǎn)為半圓(2D)和半球(3D)極坐標表示。假定骨小梁的方向為空間向量a(e1,e2,e3)，方向ω用極坐標(θ，φ)表示，有

(11)

式中，θ是骨小梁與e3坐標軸的夾角，φ是骨小梁與其在平面e1e2的夾角，VO張量矩陣的特征值描述局部體積內(nèi)骨小梁的取向分布。

Kanis將VO方法分析各向異性應(yīng)用到骨質(zhì)疏松預(yù)測中，當發(fā)生病變時，骨間隙明顯增大，VO值也隨之變大[62]；María、David等利用VO方法結(jié)合Micro-CT等影像學(xué)技術(shù)，分析了大鼠的骨組織形態(tài)，同樣得出骨組織形態(tài)在發(fā)生骨質(zhì)疏松時明顯改變的結(jié)論[63]。相比MIL算法，VO方法適用的組織材料更廣泛，對圖像質(zhì)量要求低，且計算量大大減少。然而，根據(jù)骨小梁實際結(jié)構(gòu)，使用VO方法時需要事先假定參數(shù)分布函數(shù)和骨小梁的幾何模型，而且需要事先知曉整體體積的主方向分布，這些先決條件使得VO方法沒有MIL方法應(yīng)用廣泛，但通過不斷改進VO算法，可以更好地利用其測量分析骨小梁的各向異性。

3.4.3分形維度

分形維度(fractal dimension，F(xiàn)D)[64-65]的方法直觀展示了骨小梁的各向異性，是骨密度衡量骨小梁結(jié)構(gòu)的補充方法，提高了對骨小梁力學(xué)性能預(yù)測的準確性。功率譜是衡量分形維度的標準，結(jié)果用極坐標橢圓形狀表示，定義橢圓極軸最小值的位置為骨小梁的主壓力方向，用極軸比率來表示骨小梁各向異性程度。

分形維度主要采用快速傅里葉變換算法，將局部目標域的功率譜轉(zhuǎn)換到極坐標系統(tǒng)中，所有位置的平均功率譜以空間頻率的方式表示。分形維度FD的公式為：

FD=(7-slope)/2

(12)

式中，slope是與分形維度的相關(guān)曲線線性部分。

各向異性由分形維度的極坐標橢圓圖得到，計算公式為[49]：

式中，(x,y)是分形維度的方法得出的極坐標橢圓上的點坐標，N是組成橢圓的點的數(shù)量，Mij是橢圓的轉(zhuǎn)動慣量，θ是某時刻橢圓極軸的角度，Imin、Imax是最小和最大的極坐標軸，A是各向異性表示參數(shù)。

當發(fā)生骨質(zhì)疏松等疾病時，由于板狀梁和柱狀梁之間的組成比率變化，上述3種方法測量計算的骨小梁結(jié)構(gòu)的各向異性值都會增大，各向異性程度可以為衡量藥物治療效果以及設(shè)計骨植入物等提供一定的依據(jù)。

除上述各向異性方法外，還存在用實驗加力、有限元分析方法等測量各向異性。由于骨小梁的結(jié)構(gòu)微細復(fù)雜性，實驗加力方法不適用，容易對實驗樣品造成損傷，同時測量結(jié)果誤差大；而有限元分析等方法由于結(jié)構(gòu)分割、局部應(yīng)力應(yīng)變等問題，測量結(jié)果隨機性較大且數(shù)據(jù)量大。各向異性是表征骨小梁的重要特征，是未來研究骨小梁的重要內(nèi)容，現(xiàn)有的計算方法還存在一些問題有待解決。隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及圖像分析技術(shù)的精進，對骨小梁各向異性的研究會不斷精進，更方便對骨植入物的設(shè)計研究。

3.5 骨小梁的紋理特征

骨小梁圖像可以看作紋理圖，不同的紋理直接反映了骨小梁的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對骨小梁圖像直接進行紋理分析可以評估骨質(zhì)疏松程度。紋理分析方法很多，下面主要介紹灰度共生矩陣[68]、灰度游程長度等方法[69]。

3.5.1灰度共生矩陣

灰度共生矩陣(gray level co-occurrence matrix，GLCM)是一個以概率P(i,j,d,θ)表征的矩陣，表示了圖像中灰度為i的點(x1,y1)和灰度為j的點(x2,y2)相距d、θ時，所發(fā)生的概率為P(i,j,d,θ)，如圖3所示。圖像的灰度共生矩陣反映了圖像灰度在方向、幅度和相鄰間隔等方面變化的綜合信息，通過計算圖像的特征向量表示圖像的紋理特征。

圖3 圖像在灰度共生矩陣中顯示的像素對間的關(guān)系[59]

根據(jù)d、θ的灰度共生矩陣，計算出表征圖像紋理特征的一系列二次統(tǒng)計特征量，主要有角二階距F1、對比度F2、相關(guān)性F3、熵F4和反差分矩F5，分別用下列公式表示，有

F1反映了圖像灰度的均勻性，當F1值較大時說明圖像分布是均勻的；F2反映了紋理的清晰度，紋理的溝紋越深，F(xiàn)2越大，圖像的視覺清晰效果越好；而相關(guān)性F3描述了灰度共生矩陣中行或者列元素間的相似程度，當圖像中相似的紋理區(qū)域有某種方向性時，F(xiàn)3值較大；F4是圖像的信息量的度量，若圖像沒有任何紋理，則熵接近零；若圖像充滿著細紋理，則圖像的熵值F4最大；若圖像中分布著較少的紋理，則該圖像的F4值較??；最后，反差分矩F5反映了局部同質(zhì)性，當共生矩陣沿對角線集中時，其反差矩F5值較大。

灰度共生矩陣是骨小梁紋理分析中較常用的方法，鄭磊斌、嵇鳴等用灰度共生矩陣對比正常骨小梁圖像和患病圖像差別，發(fā)現(xiàn)當骨質(zhì)疏松時骨小梁的共生矩陣變得不均勻，柱狀紋理增多，間距變大[70]；陳樹越等提取LBF模型時同樣采用灰度共生矩陣，分析了骨小梁的紋理特征[71]。隨著對骨小梁研究的增多，利用灰度共生矩陣分析紋理特征不斷被應(yīng)用于衡量骨質(zhì)疏松程度。

3.5.2灰度游程長度

灰度游程長度(gray level run length，GLRL)是指一幅可以計算出灰度游程矩陣M(θ)的圖像中，灰度g、長度d的灰度串所出現(xiàn)的總次數(shù)。

假設(shè)Ng為灰度級數(shù)，Nd為灰度游程數(shù)，對于角度為θ的灰度游程矩陣，可得以下特征值：短游程優(yōu)勢RF1，長游程優(yōu)勢RF2，灰度不均勻性度量RF3，游程長度的不均勻性度量RF4，具體公式為

(24)

(25)

(26)

RF1、RF2是對圖像紋理的比較，當紋理較粗時，呈現(xiàn)長游程優(yōu)勢，RF2值較大；反之，RF1值較大。當圖像中灰度均勻分布時，RF3值最?。欢硞€灰度游程出現(xiàn)較多時，RF4值較大。

Padma等曾對游程長度應(yīng)用于圖像分析的算法進行了研究，并對此方法在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用寄予厚望[72-74]。Zou等結(jié)合小波變換算法，利用灰度共生矩陣和灰度游程長度描述骨小梁模式，并對比正常和骨質(zhì)疏松狀態(tài)的骨小梁差異，這是游程長度在分析骨小梁紋理的一個重要應(yīng)用[75]。灰度共生矩陣和灰度游程長度除了描述骨小梁的紋理特征外，也適用于其他組織的紋理分析。Molina、Padma、Sassi等分別將游程長度應(yīng)用于腦腫瘤、乳腺癌等疾病的研究中[76-79]。相比灰度共生矩陣利用特征值表征圖像紋理特點，灰度游程長度更側(cè)重于反映圖像紋理分布的不均勻性，更側(cè)重于宏觀描述，缺少微觀特征，因而沒有灰度共生矩陣適用。

無論正常骨小梁還是患病骨小梁結(jié)構(gòu)，在不同的區(qū)域都存在不同的紋理結(jié)構(gòu)，在指定的區(qū)域通過比較紋理特征可以發(fā)現(xiàn)骨小梁變化情況，然而不能簡單以紋理特征變化說明疾病，通過骨小梁結(jié)構(gòu)的紋理變化結(jié)合骨小梁的其他形態(tài)學(xué)參數(shù)，進而為骨小梁結(jié)構(gòu)變化的研究分析提供依據(jù)。

骨小梁圖像是具有紋理特征的圖像，根據(jù)對圖像紋理的分析，可以發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的改變以及結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，對研究骨質(zhì)疏松等疾病、設(shè)計骨植入物進行臨床治療以及研究治療效果等有重要作用?，F(xiàn)有的方法可能還未普遍應(yīng)用，未來的研究中可能會成為研究骨小梁特征的重點。

4 總結(jié)

骨質(zhì)疏松的發(fā)生與骨密度(骨量)有關(guān)，也與骨小梁微結(jié)構(gòu)變化有關(guān)?；谟跋駥W(xué)技術(shù)，對骨小梁結(jié)構(gòu)的變化進行研究，對分析骨質(zhì)疏松狀態(tài)更加有效。本研究介紹了骨小梁的形態(tài)計量學(xué)方法，該方法能定性定量地對骨小梁形態(tài)計量學(xué)參數(shù)進行測量分析，客觀真實地反映骨小梁的生物學(xué)性能，判斷骨質(zhì)疏松的程度，進而預(yù)防骨病的發(fā)生。目前的研究主要是改進組織形態(tài)計量學(xué)的計算方法，使之更加準確地分析骨小梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)。然而，由于高分辨率圖像采集要求等因素的限制，在進行測量時必須滿足離體的條件，這限制了組織形態(tài)計量學(xué)方法在臨床骨質(zhì)疏松癥診斷中的應(yīng)用，目前主要用于動物實驗中評價骨質(zhì)疏松狀態(tài)及藥物治療效果。隨著影像技術(shù)的發(fā)展，期待該技術(shù)能進一步應(yīng)用于臨床診斷中，從而可以預(yù)測骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病過程，進而采取適當手段提早進行預(yù)防，減少骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生，為生命健康服務(wù)。

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