基于計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)對(duì)三維CT重建成像的股骨轉(zhuǎn)子間骨折分型的臨床研究

趙 飛 姚忠軍,* 張 彌

1.十堰市太和醫(yī)院手外、足踝、顯微骨科 (湖北 十堰 442000)2.湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬人民醫(yī)院皮膚科 (湖北 十堰 442000)

骨科疾病中股骨轉(zhuǎn)子間骨折是高發(fā)疾病之一，通常骨折線(xiàn)的位置從股骨基底一直到小轉(zhuǎn)子水平之上，常見(jiàn)的發(fā)病群體為中老年人[1-2]。目前臨床中關(guān)于該患者的治療以早期手術(shù)內(nèi)固定為首先方式，但由于手術(shù)需要按照股骨轉(zhuǎn)子間骨折分型來(lái)進(jìn)一步評(píng)估骨折的嚴(yán)重程度并確定內(nèi)固定物，所以對(duì)骨折分型的評(píng)估至關(guān)重要[2-3]。X線(xiàn)無(wú)法細(xì)致評(píng)估股骨轉(zhuǎn)子間骨折的損傷細(xì)節(jié)，不利于手術(shù)內(nèi)固定物的確定，且由于創(chuàng)傷后髖部呈現(xiàn)為腫脹導(dǎo)致X線(xiàn)拍攝受限。三維CT重建成像能夠量化評(píng)估股骨轉(zhuǎn)子間骨折類(lèi)型、位置移動(dòng)方向與嚴(yán)重程度，但對(duì)于股骨轉(zhuǎn)子間骨折分型還需結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)一步準(zhǔn)確評(píng)估[4-5]。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)在骨科疾病中應(yīng)用廣泛，主要是通過(guò)圖像識(shí)別、分析技術(shù)讓計(jì)算機(jī)對(duì)醫(yī)學(xué)影像展開(kāi)自主判斷與分析，確定影像中病變或異常位置，對(duì)骨折分型評(píng)估有一定的輔助作用，但對(duì)具體骨折分型的研究報(bào)道較少。故本研究基于計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)對(duì)三維CT重建成像的股骨轉(zhuǎn)子間骨折分型展開(kāi)分析，以期為臨床治療提供參考方向。

1 資料與方法

1.1 一般資料選取2016年1月至2018年12月我院收治的股骨轉(zhuǎn)子間骨折128例患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：髖部外傷史，傷后髖部腫痛、髖關(guān)節(jié)活動(dòng)受限，確定為單純股骨轉(zhuǎn)子骨折者；年齡≥60歲；采用CT檢查同時(shí)能夠觀察到清楚的橫斷面圖像者。排除標(biāo)準(zhǔn)：合并股骨頸或股骨干骨折者；CT檢查圖像模糊或未進(jìn)行CT檢查者；出現(xiàn)其他位置骨折者；髖關(guān)節(jié)與下肢有畸形者；病理性骨折者；髖部腫瘤病史者。128例股骨轉(zhuǎn)子間骨折中男78例，女50例；平均年齡(68.18±5.63)歲；致傷原因：摔傷56例，交通傷62例，高處墜落傷10例；就診時(shí)間1～9h，平均時(shí)間(4.82±3.28)h；左側(cè)79例，右側(cè)49例；股骨轉(zhuǎn)子部六部分分型：二部分26例、三部分28例、四部分24例、五部分22例、六部分28例。本研究所有入選患者均為自愿參與，且簽署知情同意書(shū)。本研究經(jīng)我院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 方法

1.2.1 三維CT重建成像 所有患者采用仰臥位，采用螺旋CT機(jī)在骨折區(qū)域并擴(kuò)大2cm位置掃描，把掃描結(jié)果上傳到工作站，采用薄層重建進(jìn)行多平面重建(multiplannar reconstruction，MPR)、表面重建圖像(surface shadeddisplay shadeddisplay，SSD)得到CT三維重建圖像，并根據(jù)需要進(jìn)行多角度圖像存儲(chǔ)。

1.2.2 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng) 采用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)先對(duì)三維重建圖像處理，應(yīng)用高斯濾波器算法對(duì)圖像預(yù)處理，減少三維CT重建圖像中原有的不良參數(shù)。同時(shí)應(yīng)用距離正側(cè)化水平集算法圖像中的ROI區(qū)域展開(kāi)良好地劃分，然后應(yīng)用Ccanny邊緣檢測(cè)算法鑒別圖像中的股骨輪廓與骨折線(xiàn)，按照股骨轉(zhuǎn)子間骨折的分型通過(guò)差異性的視角方向把各自的部分劃分開(kāi)。最后對(duì)比損傷圖像與正常圖像，將計(jì)算量與誤差率控制到最小。

1.2.3 圖像分析 圖像質(zhì)量控制：圖像分析為2名高年資醫(yī)生完成，比較計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)對(duì)三維CT重建下股骨轉(zhuǎn)子部六部分分型。

股骨轉(zhuǎn)子分為六部分分型[6]：二部分骨折：(1)骨折線(xiàn)按照轉(zhuǎn)子間線(xiàn)，包括大轉(zhuǎn)子與小轉(zhuǎn)子，但兩者并未發(fā)生位移骨折的完全性骨折；(2)大轉(zhuǎn)子中見(jiàn)骨折線(xiàn)，但仍未發(fā)生骨折塊位移的不完全性骨折；(3)小轉(zhuǎn)子中見(jiàn)骨折線(xiàn)，但仍未發(fā)生骨折塊位移的不完全性骨折。三部分骨折：(1)基于二部分骨折中，大轉(zhuǎn)子見(jiàn)破裂，且合并移位骨折塊；(2)基于二部分骨折中，小轉(zhuǎn)子見(jiàn)破裂，且合并位移骨折塊。四部分骨折：基于三部分骨折中，大轉(zhuǎn)子與小轉(zhuǎn)子皆合并破裂，且伴位移骨折塊。五部分骨折：(1)基于四部分骨折基礎(chǔ)中，前外側(cè)壁見(jiàn)破裂，且伴位移骨折；(2)基于四部分骨折中，破裂發(fā)生在后外側(cè)壁，且伴位移骨折。六部分骨折：基于四部分骨折基礎(chǔ)中，破裂出現(xiàn)在前外側(cè)壁與后外側(cè)壁兩個(gè)位置中，均見(jiàn)移位骨折塊。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法所有數(shù)據(jù)資料均采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)數(shù)資料采用[n(%)]的方式表示，計(jì)數(shù)資料組間比較采用χ2檢驗(yàn)。P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)對(duì)三維CT重建成像與醫(yī)師獨(dú)立診斷、聯(lián)合診斷結(jié)果分析計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)聯(lián)合醫(yī)師共同診斷股骨轉(zhuǎn)子間骨折分型符合率為99.22%，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)診斷股骨轉(zhuǎn)子間骨折分型符合率為89.06%，醫(yī)生診斷股骨轉(zhuǎn)子間骨折分型符合率為97.66%，見(jiàn)表1。

表1 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)對(duì)三維CT重建成像與醫(yī)師獨(dú)立診斷、聯(lián)合診斷結(jié)果分析[n(%)]

2.2 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)與醫(yī)師獨(dú)立診斷總符合率比較醫(yī)師獨(dú)立診斷診斷符合率為97.66%，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)診斷符合率為89.06%，兩者差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，見(jiàn)表2。

表2 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)與醫(yī)師獨(dú)立診斷總符合率比較(例)

2.3 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)聯(lián)合醫(yī)師與醫(yī)師獨(dú)立診斷總符合率比較醫(yī)師獨(dú)立診斷診斷符合率為97.66%，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)聯(lián)合醫(yī)師診斷符合率99.22%，兩者差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，見(jiàn)表3。

表3 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)聯(lián)合醫(yī)師與醫(yī)師獨(dú)立診斷總符合率比較(例)

2.4 典型病例分析女性，跌倒致傷，72歲，患者外旋短縮畸形及疼痛，側(cè)位X線(xiàn)片提示股骨轉(zhuǎn)子間骨折(圖1A)；三維CT重建圖像顯示股骨轉(zhuǎn)子間粉碎性骨折，骨折表現(xiàn)為四部分(圖1B)；計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)分割，各個(gè)骨塊由具有差異性的顏色標(biāo)注(圖1C)。

圖1 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)對(duì)三維CT重建成像

3 討論

股骨轉(zhuǎn)子間骨折是我國(guó)骨科中的高發(fā)疾病，中老年人作為骨質(zhì)疏松高發(fā)案群體，其轉(zhuǎn)子間骨折發(fā)病率較高，針對(duì)該類(lèi)群體，早期手術(shù)至關(guān)重要[7-8]。但由于該類(lèi)患者手術(shù)需要采用X線(xiàn)、CT三維重建等影像學(xué)手段來(lái)進(jìn)一步輔助進(jìn)行骨折分類(lèi)、診斷病情，從而為制定手術(shù)方案與確定內(nèi)固定裝置提供有效的參考[9-10]。CT三維重建是骨科疾病中廣泛應(yīng)用的術(shù)前檢查，與二維影像差異性顯著，三維圖像可直觀顯示骨折位置，股骨轉(zhuǎn)子部骨折六部分骨折分型是在CT三維重建圖像基礎(chǔ)中充分顯示股骨轉(zhuǎn)子部三維結(jié)構(gòu)分為的六個(gè)部分骨折分型，與傳統(tǒng)骨折分型(如AO、EcansI型)比較，有明顯的優(yōu)勢(shì)[11-12]。

隨著目前計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的提升，在骨科不同疾病中廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，以提高骨科疾病的診治水平，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)是目前的新興技術(shù)，能夠?qū)θSCT重建成像的股骨轉(zhuǎn)子間骨折分型有更好地評(píng)估[13-14]。本研究通過(guò)股骨轉(zhuǎn)子間骨折分的三維CT重建成像后，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的圖像預(yù)處理、圖像分割、紋理檢測(cè)、區(qū)域劃分及圖像分類(lèi)來(lái)經(jīng)進(jìn)一步得出骨折分型。圖像預(yù)處理可降低三維CT圖像中的干擾信息，增強(qiáng)推向質(zhì)量，將當(dāng)中損傷的特征信息進(jìn)一步展示，提高特征信息的可檢測(cè)性，進(jìn)一步降低運(yùn)算難度，增強(qiáng)特征抽取、圖像分割、匹配及辨別的準(zhǔn)確性。在圖像預(yù)處理階段，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)中的高斯濾波器可針對(duì)圖像實(shí)現(xiàn)平滑的降噪處理，因?yàn)橥ǔＨSCT重建圖像易由于不同強(qiáng)度的隨機(jī)信號(hào)所影響，一般圖像的噪聲存在脈沖噪聲、高斯噪聲等，濾波可減少噪聲對(duì)圖像的影響。圖像分割的效果對(duì)評(píng)估結(jié)果有一定的影響，所以本研究在圖像分割上采用了Canny邊緣檢測(cè)算法[15-16]。既往研究報(bào)道[17-18]，Canny邊緣測(cè)算法是其他邊緣檢測(cè)方法中經(jīng)典算法之一，且測(cè)算的準(zhǔn)確度高。圖像分類(lèi)是計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)分析三維CT重建成像的最后一步，按照六部分骨折分型方法，在之前圖像分割步驟中，取得轉(zhuǎn)子部六個(gè)三維結(jié)構(gòu)圖像，檢測(cè)骨折線(xiàn)，與正常股骨上段圖像展開(kāi)對(duì)比進(jìn)一步得出診斷結(jié)果[19-20]。

本研究通過(guò)對(duì)128例股骨轉(zhuǎn)子間骨折患者采用三維重建圖像分型評(píng)估發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)聯(lián)合醫(yī)師共同診斷股骨轉(zhuǎn)子間骨折分型符合率為99.22%，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)診斷股骨轉(zhuǎn)子間骨折分型符合率為89.06%，醫(yī)生診斷股骨轉(zhuǎn)子間骨折分型符合率為97.66%，提示聯(lián)合公共診斷股骨轉(zhuǎn)子間骨折分型的準(zhǔn)確率較高。單獨(dú)采用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)診斷骨折分型的診斷率顯著低于醫(yī)師診斷，可能與計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)未完全把圖像中的骨折線(xiàn)全部評(píng)估，可能與計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)把股骨子部正常解剖結(jié)構(gòu)在圖像中重疊位置判斷為骨折線(xiàn)密切相關(guān)。

綜上所述，基于計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)對(duì)三維CT重建成像的股骨轉(zhuǎn)子間骨折分型具有良好的鑒別效果，同時(shí)配合醫(yī)生臨床應(yīng)用具有較高的準(zhǔn)確率。但由于本研究樣本量較小，對(duì)不同部分骨折分型識(shí)別上未見(jiàn)明顯區(qū)別，未來(lái)還需進(jìn)一步深入探討在不同骨折分型的差異性。