一種骨齡自動(dòng)分析評(píng)估裝置的研制

羅偉，李孟雄，云 鵬，肖 虎

荊州市第一人民醫(yī)院，荊州市，434000

一種骨齡自動(dòng)分析評(píng)估裝置的研制

【作 者】羅偉，李孟雄，云 鵬，肖 虎

荊州市第一人民醫(yī)院，荊州市，434000

目的 設(shè)計(jì)一種骨齡片分析處理的裝置，可計(jì)算出患者預(yù)期身高和鑒定其生長(zhǎng)發(fā)育水平。 方法 選取本院100例6-13歲兒童的DR骨齡片，利用半拉格朗日算法對(duì)骨齡片的目標(biāo)興趣區(qū)（ROI）進(jìn)行圖像分析，對(duì)比2名小兒內(nèi)分泌專(zhuān)家（A、B）采用TW3法人工判讀骨齡（兩種方法均檢測(cè)2次），并報(bào)告結(jié)果。 結(jié)果 骨齡評(píng)價(jià)的過(guò)程中，預(yù)測(cè)骨齡的誤差縮小到0.12歲。 結(jié)論 裝置可快速計(jì)算出患者預(yù)期身高和鑒定其生長(zhǎng)發(fā)育水平，提高了骨齡評(píng)測(cè)速度和準(zhǔn)確度，特別是在醫(yī)療條件較差的農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)也可以進(jìn)行。

骨齡；智能評(píng)估；DR；PACS

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，兒童的生長(zhǎng)發(fā)育情況越來(lái)越受到家長(zhǎng)的關(guān)注。而骨齡是反映個(gè)體的發(fā)育水平和成熟程度的一個(gè)重要指標(biāo)，醫(yī)生可以通過(guò)掌握評(píng)測(cè)骨齡的方法，為生長(zhǎng)發(fā)育異常的患者找到最佳治療時(shí)機(jī)[1-7]。然而，骨齡鑒定雖已在臨床廣泛應(yīng)用，但評(píng)價(jià)暫無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，造成骨齡評(píng)價(jià)結(jié)果存在一定差異。因此，本文研制出了一套骨齡評(píng)測(cè)生長(zhǎng)發(fā)育異常人群的方法和評(píng)估檢測(cè)裝置。該裝置能由專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)通訊端口從放射科PACS系統(tǒng)中的DR數(shù)據(jù)中提取拍片數(shù)據(jù)結(jié)果為患者評(píng)測(cè)骨齡，在骨齡分析裝置中自動(dòng)生成檢查報(bào)告，還給出治療建議套餐，為每一個(gè)患者量身打造診療方案。

1 骨齡分析裝置的設(shè)計(jì)思路

骨齡通常是指骨骼測(cè)定年齡。人的生長(zhǎng)發(fā)育可用兩個(gè)“年齡”來(lái)表示，即生活年齡(日歷年齡)和生物年齡(骨齡)[1-2]。傳統(tǒng)骨齡評(píng)定方法是由具備讀片知識(shí)的專(zhuān)業(yè)醫(yī)師進(jìn)行，可能會(huì)因?yàn)槿藶樵蛟斐稍u(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)差異。而通過(guò)本文研發(fā)的骨齡自動(dòng)分析評(píng)估裝置，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析閱片。骨齡評(píng)測(cè)方法采用TW2法/TW3法、CHN法，借助于骨骼在X光攝像中的特定圖像，利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和半拉格朗日算法圖像分析骨齡，完成了骨齡評(píng)測(cè)的方法優(yōu)化，快速準(zhǔn)確地進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助骨齡評(píng)估。從評(píng)價(jià)本身的需求出發(fā)，采用微機(jī)式醫(yī)療儀器設(shè)計(jì)的理念，實(shí)現(xiàn)分析的自動(dòng)化。對(duì)骨齡分析裝置從軟、硬件兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 骨齡評(píng)估裝置的設(shè)計(jì)方法

2.1 骨齡評(píng)估裝置的設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)骨齡片的預(yù)采集 拍攝時(shí)，采用自制的手掌坐標(biāo)定位膜，讓受檢者左手五指自然張開(kāi)，手心向下，中指與前臂保持中一條直線，保證拍攝平片參照系精準(zhǔn)。定位膜如圖1所示。

數(shù)據(jù)的采集途徑 主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將病人信息傳送到檢測(cè)設(shè)備，如果是從外院帶來(lái)的骨齡片，就選擇掃描骨齡片傳輸?shù)较到y(tǒng)主機(jī)中；如果是通過(guò)直

接數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)采集的DICOM數(shù)據(jù)[5-6]，由接口轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)接收，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入，讀取醫(yī)院信息管理系統(tǒng)中的患者數(shù)據(jù)，傳輸?shù)较到y(tǒng)主機(jī)中。最后完成骨齡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理和自動(dòng)分析骨齡的評(píng)估結(jié)果。預(yù)測(cè)患者的骨齡，顯示在液晶顯示屏上，并將醫(yī)院的實(shí)驗(yàn)室報(bào)告系統(tǒng)、醫(yī)院信息管理系統(tǒng)需要的相關(guān)信息集合在一起，分析得出一個(gè)病人檢查結(jié)果。結(jié)果可通過(guò)打印機(jī)輸出。

按照青少年人群的生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)，采用直接數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)（DR）拍片、骨齡評(píng)測(cè)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)分析、骨齡圖譜對(duì)照、優(yōu)化最佳算法討論等環(huán)節(jié)使得骨齡評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化結(jié)合臨床醫(yī)生實(shí)際工作需要，對(duì)診斷生長(zhǎng)發(fā)育異常人群，進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總采集。其整體設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

圖1 手掌定位膜Fig.1 Palm positioning fi lm

圖2 骨齡分析裝置整體設(shè)計(jì)框圖Fig.2 Block diagram of the overall design of skeletal age analysis apparatus

2.2 裝置構(gòu)成

骨齡評(píng)估裝置主要由7部分組成。包括專(zhuān)業(yè)的液晶顯示屏、膠片掃描儀、骨齡分析主機(jī)、打印機(jī)、DICOM接口轉(zhuǎn)換器和操作臺(tái)，該裝置在操作臺(tái)的下部裝有打印機(jī)，打印機(jī)的上方安裝了骨齡分析主機(jī)，操作臺(tái)的頂部中間裝有顯示屏，顯示屏的一側(cè)裝有膠片掃描儀，顯示屏的另一側(cè)裝有接口轉(zhuǎn)換器，接口轉(zhuǎn)換器用數(shù)據(jù)線與網(wǎng)絡(luò)接入端相連接，骨齡分析主機(jī)用數(shù)據(jù)線分別于顯示屏、膠片掃描儀、打印機(jī)相連接。骨齡分析裝置示意圖見(jiàn)圖3。

2.3 系統(tǒng)軟件

骨齡分析裝置的系統(tǒng)軟件中，集成了TW2/TW3法、CHN法的按照(0.5～18)歲兒童及青少年骨齡標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定圖譜[6]，建立了大標(biāo)本量的骨齡對(duì)照?qǐng)D像標(biāo)本庫(kù)，系統(tǒng)可以自動(dòng)比照骨齡片。在軟件中集成了大量的內(nèi)分泌學(xué)科的計(jì)算方法和測(cè)算公式。例如：TW3女孩初潮法計(jì)算公式：初潮年齡＝12.6-0.68×x（骨齡歲數(shù)-年齡歲數(shù)）±0.625歲。通過(guò)系統(tǒng)的計(jì)算生成成年身高的預(yù)測(cè)和女孩初潮時(shí)間預(yù)測(cè)。

骨齡分析裝置最終生成一份綜合評(píng)估報(bào)告。 在裝置的控制和分析平臺(tái)中程序生成診療套餐，給出臨床治療建議。(1) 若患者評(píng)測(cè)骨齡較實(shí)際年齡提前，則建議患者查腎上腺皮質(zhì)激素、性激素、子宮、附件或睪丸彩超、垂體MRI。若GnRH刺激試驗(yàn)陽(yáng)性，則建議GnRH類(lèi)似物治療；若為腎上腺皮質(zhì)增生癥或腫瘤、垂體腫瘤、卵巢腫瘤，則建議手術(shù)治療；若為單純肥胖則建議患者飲食控制+運(yùn)動(dòng)治療[3,5-9]。(2) 若患者評(píng)測(cè)骨齡較實(shí)際年齡延遲，則建議患者查生長(zhǎng)激素、垂體MRI、甲狀腺功能、性染色體等[13]。若生長(zhǎng)激素激發(fā)試驗(yàn)提示生長(zhǎng)激素缺乏，則建議重組人生長(zhǎng)激素治療：0.1 IU/kg.d；若性染色體提示為46，X，則建議重組人生長(zhǎng)激素治療及雌激素替代治療；若為甲狀腺功能低下，則建議甲狀腺素替代治療；若患者為巨人癥，則建議神經(jīng)外科行垂體瘤手術(shù)。(3) 若患者骨齡與實(shí)際年齡吻合，則建議患者醫(yī)學(xué)觀察(青春期前患者或身高超過(guò)P3患者)或重組人生長(zhǎng)激素治療(身高在P3以下)。

圖3 骨齡分析裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram of bone age analysis apparatus

3 臨床效果觀察

2012年1月1日至2013年4月1日于長(zhǎng)江大學(xué)附屬一醫(yī)院門(mén)診就診的生長(zhǎng)發(fā)育異常兒童100例，年齡3～13歲，其中男47例、女53例。其按性別和年齡段劃分的樣本分布情況見(jiàn)表1。

在同一天內(nèi)用骨齡分析裝置中的智能評(píng)測(cè)軟件系統(tǒng)、人工判讀2種方法同時(shí)評(píng)估骨齡。兩種方法均進(jìn)行2次，其中人工判讀采用TW3法，盲法隨機(jī)重復(fù)讀

片。骨齡智能評(píng)測(cè)系統(tǒng)綜合G-P圖譜、TW3法、CHN法三種骨齡評(píng)價(jià)方法，利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和半拉格朗日算法對(duì)骨齡片的目標(biāo)興趣區(qū)（ROI）進(jìn)行圖像分析。ROI如圖4所示。

表1 研究對(duì)象分布情況Tab.1 Study on distribution of object

圖4 ROI區(qū)：1-13為RUS興趣區(qū)，14-20為腕骨興趣區(qū)Fig.4 Region of interest: 1～13 for RUS region, 14～20 for wrist region

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS13.0軟件處理，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)正態(tài)分布情況。正態(tài)分布的計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示，非正態(tài)分布的指標(biāo)取自然對(duì)數(shù)后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，齊性檢驗(yàn)后組間比較采用單因素方差分析，多組間兩兩比較，采用q檢驗(yàn)；組內(nèi)比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)，以P〈0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

4 結(jié)果

不同判讀者間評(píng)估骨齡的比較 A、B不同判讀者間評(píng)估骨齡的不確定度有顯著性差異(0.34歲比0.66歲，P〈0.05)，A、B專(zhuān)家間RUS(包括尺撓骨及掌指骨）骨齡在各年齡段均有顯著性差異(P〈0.05)，且患兒年齡越小，差異越顯著；而腕骨骨齡在各年齡段均無(wú)明顯差異(P〉0.05)。

骨齡智能評(píng)測(cè)系統(tǒng)與人工判讀骨齡的比較 骨齡智能評(píng)測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果不確定度(0.12歲)顯著低于人工判讀的A、B專(zhuān)家(P〈0.05)，RUS骨齡與B專(zhuān)家人工判讀在各年齡段均有顯著性差異(P〈0.05)，腕骨骨齡無(wú)明顯差異(P〉0.05)；與A專(zhuān)家的RUS骨齡、腕骨骨齡均無(wú)顯著差異(P〉0.05)。預(yù)測(cè)骨齡的誤差從0.5歲縮小到了0.12歲，見(jiàn)表2。

表2 骨齡智能評(píng)測(cè)系統(tǒng)與人工判讀骨齡的對(duì)比表Tab.2 Comparison of bone age evaluation system and the artif i cial intelligent interpretation of bone age

5 結(jié)論

骨齡分析評(píng)估裝置，通過(guò)微機(jī)式醫(yī)療設(shè)備的集成設(shè)計(jì)，使得骨齡片標(biāo)準(zhǔn)化及自動(dòng)分析，快速計(jì)算出患者預(yù)期身高和鑒定其生長(zhǎng)發(fā)育水平，提高了骨齡評(píng)測(cè)速度和準(zhǔn)確度?？捎米鳠o(wú)法完成骨齡片的分析的農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)。通過(guò)采用計(jì)算機(jī)處理的醫(yī)療儀器，自動(dòng)分析骨齡片結(jié)果，有效地提高了計(jì)算效率和識(shí)別的精準(zhǔn)度。為深入研究針對(duì)青少年發(fā)育異常人群的診斷和治療方法提供基礎(chǔ)。

[1] 羅偉, 張慶, 李珊珊, 等. 新一代Aurora電磁跟蹤系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)手術(shù)導(dǎo)航中的應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)療器械雜志, 2013, 37(2): 26-128.

[2]Tanner JM, Healy MJ, Goldstein H, et al.In Assessment of skeletal maturity and prediction of adult height(TW3 method)[J]. 3rd ed.London: WB Saunders, 2001.

[3] 張紹巖. 中國(guó)人骨成熟度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用-CHN計(jì)分法和骨齡標(biāo)準(zhǔn)圖譜[M]. 北京: 人民體育出版社, 1995.

[4] 葉義言. 兒童青少年骨齡的評(píng)分法圖譜及應(yīng)用[M]. 長(zhǎng)沙: 湖南科學(xué)技術(shù)出版社, 1994.

[5] 顧光寧, 吳曉鐘. 中國(guó)人標(biāo)準(zhǔn)骨齡及應(yīng)用[M]. 上海: 上海醫(yī)科大學(xué)出版社, 1993.

[6] 張繼宗, 田雪梅.骨齡鑒定中國(guó)青少年骨骼X線片圖庫(kù)[M]. 北京:科學(xué)出版社, 2007.

[7] Yu J, Zadik Z, Golander A, et al. An innovative ultrasonic method for bone age assessment of Israeli and Chinese children[C]. 43rd Ann Meet Europ Soc Paediatric Endocrinol, 2004.

[8] Zadik Z, Zung A, Borondukov E, et al. Ultrasonic bone age assessment in children[C].43rd Ann Meet Europ Soc Paediatric Endocrinol, 2004.

[19]吳嬌嬌. 楊曉明. 超聲評(píng)價(jià)小兒骨齡的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)介入影像與治療學(xué), 2010, 7(4): 472-474.

[10] Pludowski P, Lebiedowski M, Lorenc RS. Evaluation of practical use of bone age assessments based on DXA-derived hand scans in diagnosis of skeletal status in healthy and diseased children[J]. J Clin Densitom, 2005, 8(1): 48-56.

[11]廖珂華, 李妮, 盧桂南. 青春期甲狀腺功能亢進(jìn)患者骨齡及骨代謝的特點(diǎn)分析[J]. 實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志, 2013, 29(6): 928-930.

[12]單曄, 王安茹, 于寶生, 等. Turner綜合征患兒手腕部不同類(lèi)型骨骼的成熟特征[J].實(shí)用兒科臨床雜志, 2008, 23(8): 590-592.

[13]Shang J, Chen LL, Xiao Hu. Resveratrol improves non-alcoholic fatty liver disease by activating AMP-activated protein kinase[J]. Acta Pharmacologica Sinica, 2008, 29(6): 698-706.

Design and Appliation of a Kind of Bone Age Automatic Analysis and Assessment Device

【 Writers 】Luo Wei, Li Mengxiong, Yun Peng, Xiao Hu
The First People's Hospital of Jingzhou City, Jingzhou, 434000

【 Abstract 】Objective The device of a bone age film of analysis and process was designed, can calculate the expected patient's height and identify growth level and development. Methods Select the DR bone age of 100 children of 6-13 years old, used semi Lagrange algorithm of target region of interest on bone age piece (ROI) for image analysis, compared with 2 pediatric endocrinologists (A, B) who used TW3 arti fi cial to judge bone age (two methods were detected 2 times), and report the results. Results Bone age assessment process, forecast error of bone age reduced to 0.12 years. Conclusions This device can quickly calculate the expected patient's height and identify his growth level, improve the speed and accuracy of bone age assessment, especially in the poor medical conditions in rural and remote areas.

bone age, intelligence assessment, DR,PACS

TP391.41

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2014.04.009

2014-03-03

湖北省科技廳醫(yī)療衛(wèi)生科技項(xiàng)目（HPK20100602）

羅偉，E-mail：luowei1949@gmail.com

李孟雄，教授，碩士生導(dǎo)師，院長(zhǎng)，E-mail: 48364641@qq.com

1671-7104(2014)04-0264-03