骨齡自動分析評測系統的設計與應用

羅偉，李孟雄，云鵬，肖虎

荊州市第一人民醫院，湖北 荊州 434000

骨齡自動分析評測系統的設計與應用

羅偉，李孟雄，云鵬，肖虎

荊州市第一人民醫院，湖北 荊州 434000

設計了一種骨齡自動分析評測系統，該系統由骨齡片影像采集模塊、骨齡評測分析模塊、骨齡評測綜合報告模塊、治療套餐生成模塊以及綜合檢查結果合成模塊組成，可快速計算出患者預期身高，鑒定其生長發育水平，自動生成檢查報告，提高了骨齡評測速度和準確度。

骨齡；影像采集模塊；評測分析模塊；綜合報告模塊；治療套餐生成模塊；綜合檢查結果合成模塊

隨著我國社會的高速發展和人民生活水平的不斷提高，兒童的生長發育情況越來越受到家長的關注。骨齡是反映個體發育水平和成熟程度的一個重要指標，醫生通過對患者骨齡進行評測可以為生長發育異常的患者找到最佳治療時機[1-2]。然而，骨齡鑒定雖已廣泛應用于臨床，但尚缺乏統一的評價標準，導致骨齡評價結果存在一定差異。我院通過大量的臨床實驗，研制出了一種骨齡自動分析評測系統，并將其嵌入到硬件裝置中，形成骨齡自動分析評測裝置。該裝置能由專門的數據通訊端口從放射科圖片存檔及通信系統（PACS）中的數字X線攝影（Digital Radiography，DR）數據中提取拍片結果，為患者評測骨齡，并自動生成檢查報告，給出治療套餐建議，為每一個患者量身打造診療方案。

1 骨齡自動分析評測系統設計思路

傳統的骨齡評測由具備讀片知識的專業醫師實施，可能會因人為因素導致評價結果出現偏差。我院借助于骨骼在X光攝像中的特定圖像，設計了骨齡自動分析評測系統，實現了系統自動閱片，避免評測結果出現人為偏差。

骨齡評測方法采用TW2法/TW3法、CHN法，利用計算機圖形學和半拉格朗日算法圖像分析骨齡。系統采用VC2012開發，數據庫采用MS SQL Server 2013，采用DICOM3.0數據接口標準。系統由骨齡片影像采集模塊、骨齡評測分析模塊、骨齡評測綜合報告模塊、治療套餐生成模塊以及綜合檢查結果合成模塊組成，其整體設計框圖，見圖1。

圖1 骨齡分析系統整體設計框圖

（1）骨齡片影像采集模塊。主要負責采集來源于PACS、實驗室信息系統（LIS）、醫院信息系統（HIS）中的病人影像信息。對于從外院帶來的骨齡片，則將其掃描至系統主機中。如果要通過DR系統現場采集患者DICOM 3數據，則參照下列采集方法：拍攝時，讓受檢者左手5指自然張開，手心向下放置于自制的手掌坐標定位膜上，中指與前臂保持1條直線；由接口轉換器接收數據，并接入醫院網絡，讀取HIS中的患者數據；患者的預測骨齡顯示在液晶顯示屏上，并會與醫院LIS、HIS中的相關信息集合在一起以便綜合分析。

（2）骨齡評測分析模塊。該模塊主要有系統管理、系統工具、骨齡分析3大功能。系統管理由病例登記、查閱/修改病例、保存病例、打印病例、選擇病人圖像來源等部分組成。系統工具包含手骨標準圖片庫、病例維護設置、生理曲線設置、打印設置、機構設置等。骨齡評測分析主界面，見圖2。

圖2 骨齡評測分析主界面

（3）骨齡評測綜合報告模塊。系統中嵌入了與內分泌專業相關的一些計算公式，涉及病人身高預測、生長發育曲線的情況、診斷意見等。該模塊通過一系列計算完成各種統計圖表的結果顯示。用戶還可以自定義報表的樣式和輸出內容。

（4）治療套餐自動生成模塊。根據分析結果，對應系統中的預設套餐數據庫，生成藥物診療套餐和病人食譜，提供合理的臨床治療建議。

（5）綜合檢查結果合成模塊。該模塊顯示患者所查腎上腺皮質激素、性激素，子宮、附件或睪丸彩超，垂體MRI的結果，再采集LIS、HIS中的病人結果數據與骨齡分析報告結果數據，生成一份完整的綜合評測報告。

2 骨齡自動分析評測系統特點

（1）提高工作效率。該系統可提高骨齡評測速度，在無專業骨齡評測醫師的基層醫院也能開展骨齡評測工作。

（2）提高骨齡評測科學性。該系統利用計算機圖形學和半拉格朗日算法圖像分析骨齡，優化了骨齡評測方法。

（3）該系統克服了傳統人工判讀骨齡的人為誤差，降低了骨齡評測結果的不確定度，提高了骨齡評測的準確性。

（4）可快速計算出患者預期身高，鑒定其生長發育水平；植入了0.5～18歲兒童及青少年骨齡標準評定方法，建立了大標本量的骨齡對照圖像標本庫[3]。

3 骨齡自動分析評測系統臨床效果

3.1 一般資料

選取2012年1月1日～2013年4月1日于我院門診就診的生長發育異常兒童100例，年齡范圍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。

表1 研究對象分布情況（例）

3.2 研究方法

在同1 d內分別通過骨齡自動分析評測系統和人工判讀2種方法同時評測骨齡。兩種方法均進行2次：人工判讀采用TW3法，盲法隨機重復讀片。骨齡自動分析評測系統綜合G-P圖譜、TW3法、CHN法3種骨齡評價方法[4-5]，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（ROI）進行圖像分析，見圖3。

圖3 骨齡片的目標興趣區（ROI）：1～13為RUS（尺橈骨及掌指骨）興趣區，14～20為腕骨興趣區

3.3 骨齡評測結果可靠性的計算[1]

3.4 統計學方法

采用SPSS13.0軟件檢驗數據正態分布情況。正態分布的計量資料用均數±標準差（±s）表示，非正態分布的指標取自然對數后進行統計，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；組內比較采用配對t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

4 結果

4.1 不同判讀者評測骨齡比較

不同判讀者（A、B表示）評測骨齡的不確定度有顯著差異（分別為0.34歲和0.66歲，P＜0.05）；A、B專家評測的RUS骨齡在各年齡段均有顯著差異（P＜0.05），且患兒年齡越小，差異越顯著；腕骨骨齡在各年齡段均無顯著差異（P＞0.05）。結果見表2。

表2 人工閱片的平均骨齡比較（歲）

4.2 骨齡自動分析評測系統與人工判讀骨齡比較

骨齡自動分析評測系統評測結果的不確定度（0.12歲）顯著低于A、B專家評測結果的不確定度（P＜0.05）；RUS骨齡與B專家人工判讀結果在各年齡段均有顯著差異（P＜0.05），腕骨骨齡無顯著差異（P＞0.05）；與A專家人工判讀的RUS骨齡、腕骨骨齡均無顯著差異（P＞0.05）。結果見表3。

表3 骨齡自動分析評測系統與人工判讀骨齡的比較（歲）

5 結論

綜上所述，骨齡自動分析評測裝置通過微機式醫療設備的集成設計，實現了骨齡片標準化自動分析。目前骨齡評測并無統一標準，所以不同方法間存在著一定差異。醫生在看骨齡片時，只能將所拍的骨齡片夾在看片燈上進行閱片。醫師評閱骨齡片的經驗和技術水平存在差異，引起了讀片的準確性問題，導致結果準確度降低[6-8]。特別是在醫療條件較差的農村和偏遠地區，骨齡片的分析往往無法完成。骨齡自動分析評測裝置通過采用計算機處理的醫療儀器，能夠自動分析骨齡片結果，有效地提高了計算效率和識別精準度，還可為患者量身定做有效的診斷、治療方案，減少其他不必要的檢查費用，為深入研究針對青少年發育異常人群的診斷和治療方法提供了必要檢測手段和硬件基礎。

[1] 羅偉,張慶,李珊珊,等．新一代Aurora電磁跟蹤系統在醫學手術導航中的應用[J]．中國醫療器械雜志,2013,37(2):126-128．

[2] 魯晶,周世菊,彭承琳．骨密度儀的工作原理與質量控制[J]．中國醫療設備,2012,27(11):81-82,132．

[3] 黃發源．骨齡測定及其在學校衛生工作中的應用[J]．安徽預防醫學雜志,2002,8(1):61-63．

[4] 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．

[5] 廖珂華,李妮,盧桂南．青春期甲狀腺功能亢進患者骨齡及骨代謝的特點分析[J]．實用醫學雜志,2013,29(6):928-930．

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

[7] Shang J,Chen LL,Xiao FX,et al．Resveratrol improves nonalcoholic fatty liver disease by activating AMP-activated protein kinase[J]．Acta Pharmacol Sin,2008,29(6):698-706．

[8] 云鵬,羅偉,孫曉順．兩種骨齡評測方法的比較性研究[J]．長江大學學報(自科版),2013,10(16):40-42．

Design and Application of Automatic Analysis and Evaluation System for Bone Age

LUO Wei, LI Meng-xiong, YUN Peng, XIAO Hu
The First People's Hospital of Jingzhou, Jingzhou Hubei 434000, China

In this paper, an automatic analysis and evaluation system for bone age which is composed of fve modules including image acquisition module, analysis and evaluation module, comprehensive report module, generated module of treatment package and synthesis module of comprehensive test results. The expected stature of patients can be calculated and then their growth and development levels can be identifed with the application of the automatic analysis and evaluation system which can also generate their inspection reports automatically. Thus the speed and accuracy of bone age evaluation can be improved.

bone age; image acquisition module; analysis and evaluation module; comprehensive report module; generated module of treatment package; synthesis module of comprehensive test results

TH789

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.03.043

1674-1633(2014)03-0122-03

2013-07-29

2014-01-09

湖北省科技廳醫療衛生科技項目（HPK20100602）。

專利：實用新型（ZL2013102005076．3）。

本文作者：羅偉，高級工程師。

李孟雄，教授，碩士生導師，荊州市第一人民醫院院長。

作者郵箱：luowei1949@gmail.com