手腕骨骨龄测量的计算机系统
作者：罗家燕 林珠 卢瑞祥 丁寅
单位：710032 西安，第四军医大学口腔医学院(罗家燕、林珠、丁寅)；西安交通大学(卢瑞祥)
关键词：计算机；X线片；骨龄
中华口腔医学杂志980620 【摘要】 目的 旨在建立计算机化骨龄测量系统，提高临床判断儿童生长发育的准确性和速度。方法 采用中国人骨发育标准——CHN记分法来估计中国儿童的骨龄，并运用图像增强技术改善手腕骨X线片的质量；同时开发了中国儿童骨龄测量的计算机系统。结果 在该系统的支持下，用户可得到清晰的手腕骨X线图像，使需要评定的14块手腕骨依次与已扫描进入系统的标准X线片比较，进行量化分级。从而得出受检儿童的骨龄值，打印出结果。结论 实现了简单、快速、准确的骨龄定量评定，对选择正畸的最佳矫治时间具有指导意义。
A computer system for bone age measurement of hand radiographs
, 百拇医药
Luo Jiayan*, Lin Zhu, Lu Ruixiang, et al.*College of Stomatology, The Fourth Military Medical University, Xi′an 710032
【Abstract】 Objective This study was to development a computer system for assessing bone age which would analyse children′s growth level accurately and quickly . Methods It used the standards of estimating skeletal maturity for Chinese (CHN) scoring method to assess the bone age of Chinese children. We applied image enhancement techniques for imprving the quality of the hand-wrist radiographs, while an automated system was developed to implement this method. Results Users could get a clear and reliable radiograph through image processing, compare each bone of the hand-wrist radiograph with that of the scanned image of the standard radiographs, then generate the stage of bone maturity. The computer would give out individual and total bone score and a value of bone age. Conclusion This system implemented evaluation of bone age rapidly and accurately, it would help orthodontist to choose the best time of treatment.
, 百拇医药
【Key words】 Computer Radiograph Bone age
儿童生长发育水平是正畸临床诊治中一个十分重要的问题。利用手腕骨X线所显示的骨成熟状态作为诊断手段，以确定矫治时间和方法是很有实用价值的。目前，国外普遍使用的是Greulich-Pyle(G-P)图谱法和Tanner-WhitehouseⅡ(TW2)计分法。但由于儿童的生长发育受遗传、环境等因素的影响，所以上述两种方法制定的标准与我国儿童的骨龄发育速度不一致。国家体委于1988年通过调查22 160名0～19岁的健康儿童，修改了TW2法，引进迭代法计算手腕各骨的权重，制定了适合国情的中国人骨发育标准——CHINA(CHN)计分法[1]。此方法对中国南、北方儿童的骨生长发育均有参考价值，较国内进行过的手腕骨与生长发育的研究[2,3]，由定性达到了定量分析。因为CHN法需要评定14块骨，相对照的标准片多达81张，查得分表也非常繁琐，兼之X线片上的有些标志点不易辨认，这些都造成了骨龄的定量估计在临床上难以普及。近年来国外已有人将骨龄估计计算机化[4]，但国内尚无此类报道。本研究旨在开发中国儿童骨龄测量的计算机系统，使临床骨龄评定达到简单、快速、准确。
, 百拇医药
骨龄测量系统的组成
1.Microtek扫描仪：12-bits灰阶，光学分辨率水平为600DPI(点/英寸)，垂直1200DPI。
2.透射适配器：给予X线片以特别的光源补偿。
3.计算机主机：COMPAQ486 D×2-66 型，内存为16 MB(兆字节)，硬盘540 MB。
4.显示器：可显示彩色或灰阶图像。
5.喷墨打印机：分辨率为720 DPI。
6.软件系统：C语言编程，在WINDOWS支持下运行。软件驱动扫描仪，将X线片扫描成为标准的计算机数字图像，使用先进的图像处理技术，对扫描后的X线片进行图像处理，使其更加清晰，显示于计算机监视器上。使用者通过对照已经扫描储存在系统中的标准骨龄X线片，得出各块骨的发育等级数字，计算机自动给出各骨的得分、总得分和相应的骨龄值，打印机打出测量结果。该系统组成的示意图见图1。
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图1 骨龄测量系统的总框示意图
骨龄测量系统的应用
一、手腕骨X线片图像的采集与处理
启动软件系统，输入患者的有关资料，如年龄、生长地等。然后软件驱动扫描仪，将待测的X线片放入扫描仪，盖上透射适配器，从下拉式菜单中选择图像获取。当出现预览窗口后，按“预览”键，即可看到预扫描的图像结果，然后拖动鼠标确定扫描范围。为了改善图像的质量，可采用图像增强处理技术。如，当钩骨的钩骨化初期，此处亮度与周围骨质部分亮度差别不明显，为了确定其骨密度的改变，可以使用亮度、对比度和曝光工具、滤波器工具等，使在黑白之间的灰度层次增多，将我们需要的特征突出表现。X线片经过图像增强后，就可以开始细扫描，然后显示于计算机监视器上，供评价使用。
二、对骨龄进行评价
CHN法共评价14块骨骼。对于每一块骨，计算机将显示其不同发育等级的骨成熟标准图像和相应的提示信息。使用者可以对照扫描的X线片数字图像和标准图像，得出该患者的图像发育等级，软件自动给出每一项评价的得分。每进行完一项评价测试，软件将自动记录并显示在主窗口界面上，使用者可以对完成和未完成的测试评价项目一目了然。软件对于已完成的评价，给出每一项评价的等级和得分并给出总分，然后参照患者的性别和生长地对评价结果自动校正，从而得出该儿童的正确骨龄。上述结果全部显示在同一窗口界面下。
, http://www.100md.com
三、输出打印
可根据使用者需求，打印出结果，也可打印出被测定的手腕骨X线片图像。
讨论
一、骨龄测量系统的特点
1.精确度高：手腕骨X线片可能因摄像技术的原因出现误差，一些图像细节因分辨率低，肉眼难以观察清楚，从而影响评定结果的可靠性。采用图像增强手段后，将来自各方面的光、噪声干扰减少到最小程度。分辨率的提高可明显改善X光线图像像素的细节和清晰程度，保证了图像的精确性，这是骨龄定量分析的基础。经该系统处理过的图像如图2所示。
2.应用方便：临床工作者不可能反复地翻阅等级标准片及文字说明，而X线片评定骨成熟度依赖于视觉识别各骨形态特征的能力。因此，将80余张标准片直接显示在屏幕上并附有简洁的文字说明，一目了然，免除了使用者因记忆模糊而造成的误差。同时，计算机储存运算替代了查找众多的得分表，快速、准确地给出评价结果显著地节省了临床医生的时间。经过骨龄专家和计算机骨龄评价系统对282名儿童手腕骨X线片骨龄值的测算，使用秩和检验，得出两者间差异无显著性(P＝0.9402>0.05)。可以说明此系统的准确可靠性。
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3.操作简单：本系统具有很友好的用户界面，操作简单方便，每一步骤都配有中文提示，完全不懂计算机的使用者也可进行操作。
4.便于保存：以往缺乏一种精确定量分析及永久保存X线片的方法，使大量的研究工作难以顺利进行。该系统以磁盘方式贮存患者的手腕骨X线片及测试结果等有关信息，贮存量大且不易丢失。资料可永久保存、反复调用，有利于进行比较观察，非常有利于提高科研工作的效率。
二、骨龄测量系统的应用前景
正畸学者多用手腕骨X线片来判断儿童生长突增期(peak height velocity)，但国内尚未见对骨成熟度定量方法的报道，这可能与评估方法的复杂性有关。我们的研究为正畸临床提供了一个简单快速的自动化系统并使骨成熟度估计由定性判断达到了定量分析，这将对选择最佳矫治时间和推断矫治效果有指导意义。此外，在运动医学、儿科学、法医学中骨龄评价也有重要的实用价值。因此，骨龄测量计算机分析系统的应用范围很广，可以作为今后生长发育研究的辅助工具。
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(本文图2见插页第24页)
图2 图像增强后的手腕骨X线片
参考文献
1 张绍岩，邵伟东，杨士增，等. 中国人骨成熟度评价标准及应用.北京：人民体育出版社，1995.24-43.
2 张世采，程礼静，姚维群，等. 骨龄的纵向研究.中华口腔医学杂志，1991，26：99-101.
3 张世采，程礼静，姚维群，等. 手腕骨化与生长突增.中华口腔医学杂志，1992，27：361-363.
4 George WG, John MB, Dorene MB. Pediatric skeletal age: determination with Neural Networks. Radiology, 1995, 195: 689-695.
(收稿：1997-06-29 修回：1998-08-14), 百拇医药
单位：710032 西安，第四军医大学口腔医学院(罗家燕、林珠、丁寅)；西安交通大学(卢瑞祥)
关键词：计算机；X线片；骨龄
中华口腔医学杂志980620 【摘要】 目的 旨在建立计算机化骨龄测量系统，提高临床判断儿童生长发育的准确性和速度。方法 采用中国人骨发育标准——CHN记分法来估计中国儿童的骨龄，并运用图像增强技术改善手腕骨X线片的质量；同时开发了中国儿童骨龄测量的计算机系统。结果 在该系统的支持下，用户可得到清晰的手腕骨X线图像，使需要评定的14块手腕骨依次与已扫描进入系统的标准X线片比较，进行量化分级。从而得出受检儿童的骨龄值，打印出结果。结论 实现了简单、快速、准确的骨龄定量评定，对选择正畸的最佳矫治时间具有指导意义。
A computer system for bone age measurement of hand radiographs
, 百拇医药
Luo Jiayan*, Lin Zhu, Lu Ruixiang, et al.*College of Stomatology, The Fourth Military Medical University, Xi′an 710032
【Abstract】 Objective This study was to development a computer system for assessing bone age which would analyse children′s growth level accurately and quickly . Methods It used the standards of estimating skeletal maturity for Chinese (CHN) scoring method to assess the bone age of Chinese children. We applied image enhancement techniques for imprving the quality of the hand-wrist radiographs, while an automated system was developed to implement this method. Results Users could get a clear and reliable radiograph through image processing, compare each bone of the hand-wrist radiograph with that of the scanned image of the standard radiographs, then generate the stage of bone maturity. The computer would give out individual and total bone score and a value of bone age. Conclusion This system implemented evaluation of bone age rapidly and accurately, it would help orthodontist to choose the best time of treatment.
, 百拇医药
【Key words】 Computer Radiograph Bone age
儿童生长发育水平是正畸临床诊治中一个十分重要的问题。利用手腕骨X线所显示的骨成熟状态作为诊断手段，以确定矫治时间和方法是很有实用价值的。目前，国外普遍使用的是Greulich-Pyle(G-P)图谱法和Tanner-WhitehouseⅡ(TW2)计分法。但由于儿童的生长发育受遗传、环境等因素的影响，所以上述两种方法制定的标准与我国儿童的骨龄发育速度不一致。国家体委于1988年通过调查22 160名0～19岁的健康儿童，修改了TW2法，引进迭代法计算手腕各骨的权重，制定了适合国情的中国人骨发育标准——CHINA(CHN)计分法[1]。此方法对中国南、北方儿童的骨生长发育均有参考价值，较国内进行过的手腕骨与生长发育的研究[2,3]，由定性达到了定量分析。因为CHN法需要评定14块骨，相对照的标准片多达81张，查得分表也非常繁琐，兼之X线片上的有些标志点不易辨认，这些都造成了骨龄的定量估计在临床上难以普及。近年来国外已有人将骨龄估计计算机化[4]，但国内尚无此类报道。本研究旨在开发中国儿童骨龄测量的计算机系统，使临床骨龄评定达到简单、快速、准确。
, 百拇医药
骨龄测量系统的组成
1.Microtek扫描仪：12-bits灰阶，光学分辨率水平为600DPI(点/英寸)，垂直1200DPI。
2.透射适配器：给予X线片以特别的光源补偿。
3.计算机主机：COMPAQ486 D×2-66 型，内存为16 MB(兆字节)，硬盘540 MB。
4.显示器：可显示彩色或灰阶图像。
5.喷墨打印机：分辨率为720 DPI。
6.软件系统：C语言编程，在WINDOWS支持下运行。软件驱动扫描仪，将X线片扫描成为标准的计算机数字图像，使用先进的图像处理技术，对扫描后的X线片进行图像处理，使其更加清晰，显示于计算机监视器上。使用者通过对照已经扫描储存在系统中的标准骨龄X线片，得出各块骨的发育等级数字，计算机自动给出各骨的得分、总得分和相应的骨龄值，打印机打出测量结果。该系统组成的示意图见图1。
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图1 骨龄测量系统的总框示意图
骨龄测量系统的应用
一、手腕骨X线片图像的采集与处理
启动软件系统，输入患者的有关资料，如年龄、生长地等。然后软件驱动扫描仪，将待测的X线片放入扫描仪，盖上透射适配器，从下拉式菜单中选择图像获取。当出现预览窗口后，按“预览”键，即可看到预扫描的图像结果，然后拖动鼠标确定扫描范围。为了改善图像的质量，可采用图像增强处理技术。如，当钩骨的钩骨化初期，此处亮度与周围骨质部分亮度差别不明显，为了确定其骨密度的改变，可以使用亮度、对比度和曝光工具、滤波器工具等，使在黑白之间的灰度层次增多，将我们需要的特征突出表现。X线片经过图像增强后，就可以开始细扫描，然后显示于计算机监视器上，供评价使用。
二、对骨龄进行评价
CHN法共评价14块骨骼。对于每一块骨，计算机将显示其不同发育等级的骨成熟标准图像和相应的提示信息。使用者可以对照扫描的X线片数字图像和标准图像，得出该患者的图像发育等级，软件自动给出每一项评价的得分。每进行完一项评价测试，软件将自动记录并显示在主窗口界面上，使用者可以对完成和未完成的测试评价项目一目了然。软件对于已完成的评价，给出每一项评价的等级和得分并给出总分，然后参照患者的性别和生长地对评价结果自动校正，从而得出该儿童的正确骨龄。上述结果全部显示在同一窗口界面下。
, http://www.100md.com
三、输出打印
可根据使用者需求，打印出结果，也可打印出被测定的手腕骨X线片图像。
讨论
一、骨龄测量系统的特点
1.精确度高：手腕骨X线片可能因摄像技术的原因出现误差，一些图像细节因分辨率低，肉眼难以观察清楚，从而影响评定结果的可靠性。采用图像增强手段后，将来自各方面的光、噪声干扰减少到最小程度。分辨率的提高可明显改善X光线图像像素的细节和清晰程度，保证了图像的精确性，这是骨龄定量分析的基础。经该系统处理过的图像如图2所示。
2.应用方便：临床工作者不可能反复地翻阅等级标准片及文字说明，而X线片评定骨成熟度依赖于视觉识别各骨形态特征的能力。因此，将80余张标准片直接显示在屏幕上并附有简洁的文字说明，一目了然，免除了使用者因记忆模糊而造成的误差。同时，计算机储存运算替代了查找众多的得分表，快速、准确地给出评价结果显著地节省了临床医生的时间。经过骨龄专家和计算机骨龄评价系统对282名儿童手腕骨X线片骨龄值的测算，使用秩和检验，得出两者间差异无显著性(P＝0.9402>0.05)。可以说明此系统的准确可靠性。
, 百拇医药
3.操作简单：本系统具有很友好的用户界面，操作简单方便，每一步骤都配有中文提示，完全不懂计算机的使用者也可进行操作。
4.便于保存：以往缺乏一种精确定量分析及永久保存X线片的方法，使大量的研究工作难以顺利进行。该系统以磁盘方式贮存患者的手腕骨X线片及测试结果等有关信息，贮存量大且不易丢失。资料可永久保存、反复调用，有利于进行比较观察，非常有利于提高科研工作的效率。
二、骨龄测量系统的应用前景
正畸学者多用手腕骨X线片来判断儿童生长突增期(peak height velocity)，但国内尚未见对骨成熟度定量方法的报道，这可能与评估方法的复杂性有关。我们的研究为正畸临床提供了一个简单快速的自动化系统并使骨成熟度估计由定性判断达到了定量分析，这将对选择最佳矫治时间和推断矫治效果有指导意义。此外，在运动医学、儿科学、法医学中骨龄评价也有重要的实用价值。因此，骨龄测量计算机分析系统的应用范围很广，可以作为今后生长发育研究的辅助工具。
, 百拇医药
(本文图2见插页第24页)
图2 图像增强后的手腕骨X线片
参考文献
1 张绍岩，邵伟东，杨士增，等. 中国人骨成熟度评价标准及应用.北京：人民体育出版社，1995.24-43.
2 张世采，程礼静，姚维群，等. 骨龄的纵向研究.中华口腔医学杂志，1991，26：99-101.
3 张世采，程礼静，姚维群，等. 手腕骨化与生长突增.中华口腔医学杂志，1992，27：361-363.
4 George WG, John MB, Dorene MB. Pediatric skeletal age: determination with Neural Networks. Radiology, 1995, 195: 689-695.
(收稿：1997-06-29 修回：1998-08-14), 百拇医药