羅偉，李孟雄，云 鵬，肖 虎

荊州市第一人民醫(yī)院，荊州市，434000

一種骨齡自動分析評估裝置的研制

【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 設計一種骨齡片分析處理的裝置，可計算出患者預期身高和鑒定其生長發(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骨齡片的目標興趣區(qū)（ROI）進行圖像分析，對比2名小兒內(nèi)分泌專家（A、B）采用TW3法人工判讀骨齡（兩種方法均檢測2次），并報告結果。 結果 骨齡評價的過程中，預測骨齡的誤差縮小到0.12歲。 結論 裝置可快速計算出患者預期身高和鑒定其生長發(fā)育水平，提高了骨齡評測速度和準確度，特別是在醫(yī)療條件較差的農(nóng)村和偏遠地區(qū)也可以進行。

骨齡；智能評估；DR；PACS

0 引言

隨著我國社會的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，兒童的生長發(fā)育情況越來越受到家長的關注。而骨齡是反映個體的發(fā)育水平和成熟程度的一個重要指標，醫(yī)生可以通過掌握評測骨齡的方法，為生長發(fā)育異常的患者找到最佳治療時機[1-7]。然而，骨齡鑒定雖已在臨床廣泛應用，但評價暫無統(tǒng)一標準，造成骨齡評價結果存在一定差異。因此，本文研制出了一套骨齡評測生長發(fā)育異常人群的方法和評估檢測裝置。該裝置能由專門的數(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)結果為患者評測骨齡，在骨齡分析裝置中自動生成檢查報告，還給出治療建議套餐，為每一個患者量身打造診療方案。

1 骨齡分析裝置的設計思路

骨齡通常是指骨骼測定年齡。人的生長發(fā)育可用兩個“年齡”來表示，即生活年齡(日歷年齡)和生物年齡(骨齡)[1-2]。傳統(tǒng)骨齡評定方法是由具備讀片知識的專業(yè)醫(yī)師進行，可能會因為人為原因造成評價結果出現(xiàn)差異。而通過本文研發(fā)的骨齡自動分析評估裝置，就可以實現(xiàn)自動分析閱片。骨齡評測方法采用TW2法/TW3法、CHN法，借助于骨骼在X光攝像中的特定圖像，利用計算機圖形學和半拉格朗日算法圖像分析骨齡，完成了骨齡評測的方法優(yōu)化，快速準確地進行計算機輔助骨齡評估。從評價本身的需求出發(fā)，采用微機式醫(yī)療儀器設計的理念，實現(xiàn)分析的自動化。對骨齡分析裝置從軟、硬件兩個方面進行設計。

2 骨齡評估裝置的設計方法

2.1 骨齡評估裝置的設計

標準骨齡片的預采集 拍攝時，采用自制的手掌坐標定位膜，讓受檢者左手五指自然張開，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。定位膜如圖1所示。

數(shù)據(jù)的采集途徑 主要是通過計算機網(wǎng)絡將病人信息傳送到檢測設備，如果是從外院帶來的骨齡片，就選擇掃描骨齡片傳輸?shù)较到y(tǒng)主機中；如果是通過直

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)過網(wǎng)絡接入，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)主機中。最后完成骨齡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)預處理和自動分析骨齡的評估結果。預測患者的骨齡，顯示在液晶顯示屏上，并將醫(yī)院的實驗室報告系統(tǒng)、醫(yī)院信息管理系統(tǒng)需要的相關信息集合在一起，分析得出一個病人檢查結果。結果可通過打印機輸出。

按照青少年人群的生長發(fā)育特點，采用直接數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)（DR）拍片、骨齡評測、計算機圖形學分析、骨齡圖譜對照、優(yōu)化最佳算法討論等環(huán)節(jié)使得骨齡評測標準化、科學化結合臨床醫(yī)生實際工作需要，對診斷生長發(fā)育異常人群，進行數(shù)據(jù)匯總采集。其整體設計框圖如圖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計框圖Fig.2 Block diagram of the overall design of skeletal age analysis apparatus

2.2 裝置構成

骨齡評估裝置主要由7部分組成。包括專業(yè)的液晶顯示屏、膠片掃描儀、骨齡分析主機、打印機、DICOM接口轉(zhuǎn)換器和操作臺，該裝置在操作臺的下部裝有打印機，打印機的上方安裝了骨齡分析主機，操作臺的頂部中間裝有顯示屏，顯示屏的一側裝有膠片掃描儀，顯示屏的另一側裝有接口轉(zhuǎn)換器，接口轉(zhuǎn)換器用數(shù)據(jù)線與網(wǎng)絡接入端相連接，骨齡分析主機用數(shù)據(jù)線分別于顯示屏、膠片掃描儀、打印機相連接。骨齡分析裝置示意圖見圖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準評定圖譜[6]，建立了大標本量的骨齡對照圖像標本庫，系統(tǒng)可以自動比照骨齡片。在軟件中集成了大量的內(nèi)分泌學科的計算方法和測算公式。例如：TW3女孩初潮法計算公式：初潮年齡＝12.6-0.68×x（骨齡歲數(shù)-年齡歲數(shù)）±0.625歲。通過系統(tǒng)的計算生成成年身高的預測和女孩初潮時間預測。

骨齡分析裝置最終生成一份綜合評估報告。 在裝置的控制和分析平臺中程序生成診療套餐，給出臨床治療建議。(1) 若患者評測骨齡較實際年齡提前，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刺激試驗陽性，則建議GnRH類似物治療；若為腎上腺皮質(zhì)增生癥或腫瘤、垂體腫瘤、卵巢腫瘤，則建議手術治療；若為單純肥胖則建議患者飲食控制+運動治療[3,5-9]。(2) 若患者評測骨齡較實際年齡延遲，則建議患者查生長激素、垂體MRI、甲狀腺功能、性染色體等[13]。若生長激素激發(fā)試驗提示生長激素缺乏，則建議重組人生長激素治療：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。(3) 若患者骨齡與實際年齡吻合，則建議患者醫(yī)學觀察(青春期前患者或身高超過P3患者)或重組人生長激素治療(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日于長江大學附屬一醫(yī)院門診就診的生長發(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表1。

在同一天內(nèi)用骨齡分析裝置中的智能評測軟件系統(tǒng)、人工判讀2種方法同時評估骨齡。兩種方法均進行2次，其中人工判讀采用TW3法，盲法隨機重復讀

片。骨齡智能評測系統(tǒng)綜合G-P圖譜、TW3法、CHN法三種骨齡評價方法，利用計算機圖形學和半拉格朗日算法對骨齡片的目標興趣區(qū)（ROI）進行圖像分析。ROI如圖4所示。

表1 研究對象分布情況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)計學分析采用SPSS13.0軟件處理，檢驗數(shù)據(jù)正態(tài)分布情況。正態(tài)分布的計量資料用均數(shù)±標準差(x±s)表示，非正態(tài)分布的指標取自然對數(shù)后進行統(tǒng)計，齊性檢驗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；組內(nèi)比較采用配對t檢驗，以P〈0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

4 結果

不同判讀者間評估骨齡的比較 A、B不同判讀者間評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明顯差異(P〉0.05)。

骨齡智能評測系統(tǒng)與人工判讀骨齡的比較 骨齡智能評測系統(tǒng)的檢測結果不確定度(0.12歲)顯著低于人工判讀的A、B專家(P〈0.05)，RUS骨齡與B專家人工判讀在各年齡段均有顯著性差異(P〈0.05)，腕骨骨齡無明顯差異(P〉0.05)；與A專家的RUS骨齡、腕骨骨齡均無顯著差異(P〉0.05)。預測骨齡的誤差從0.5歲縮小到了0.12歲，見表2。

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

5 結論

骨齡分析評估裝置，通過微機式醫(yī)療設備的集成設計，使得骨齡片標準化及自動分析，快速計算出患者預期身高和鑒定其生長發(fā)育水平，提高了骨齡評測速度和準確度?？捎米鳠o法完成骨齡片的分析的農(nóng)村和偏遠地區(qū)。通過采用計算機處理的醫(yī)療儀器，自動分析骨齡片結果，有效地提高了計算效率和識別的精準度。為深入研究針對青少年發(fā)育異常人群的診斷和治療方法提供基礎。

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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)生科技項目（HPK20100602）

羅偉，E-mail：luowei1949@gmail.com

李孟雄，教授，碩士生導師，院長，E-mail: 48364641@qq.com

1671-7104(2014)04-0264-03