CN113384297A - 基于人工智能的超声骨龄诊断装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超声检测技术领域，具体公开了一种基于人工智能的超声骨龄诊断装置及方法，所述诊断方法包括超声测试成像、人工智能识别、三维重建、建立标准预测公式；所述诊断装置包括手提便携超声、扫查移动装置、超声探头和耦合介质容器。本发明的超声诊断方法对人体无损伤，测试结果准确度更高更可靠；本发明的测试装置操作简单，便于携带，使用场景不受限制。同时，本发明的检测基于人工智能识别，通过设置参数可以自动完成检测和分析，并且得出结果，整个测试过程受操作者的影响较小，稳定性较高。本发明为骨龄的临床检测和随访观察提供了一种更为实用的检测手段。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于人工智能的超声骨龄诊断装置及方法，属于超声检测技术领域。
背景技术
根据报道，当代中国儿童青少年的发育状况较20年前有较为明显的提前，儿童的身高逐渐成为众多父母关注的一个重要发育指标，而骨龄的预测是临床常用的预测身高的方法。目前国内外广泛应用的骨龄评价方法主要为Greulich-Pyle(G-P)图谱法和Tanner-Whitehouse(TW2)计分法，以及适应中国人手骨骼发育情况的CHN法等。这些方法通常都需要要拍摄人手部的X光片，医生再通过X光片观察手掌指骨、腕骨及桡尺骨下端的骨化中心的发育程度来预测骨龄。然而X线具有放射性，对于生长发育期的儿童具有严重的危害，可能会引起基因突变，对身体也存在潜在的损伤和致畸致癌风险。利用目前的方法对儿童青少年进行骨龄检测时，其安全性问题引起了家长和医生的高度关注，限制了其大范围的应用，另外该方法也不能进行骨龄测试的多次随访，同时限制了骨龄判断的准确性。
随着高频超声技术的快速发展，利用超声技术进行骨龄的测定成为一种可能。郑元义、陈涛等于2017、2018和2019年在多个国际、国内有关超声技术的会议上，展示了对超声图像三维重建的可行性。2018年中国专利CN108606811A公开了一种超声骨龄测量方法及其系统，该方法仅限于利用常规超声对手部进行断层扫查，通过扫查的超声切面图像进行评价，文本中描述的方法主要限于如何进行扫查，但并未提出具体的超声图像与年龄的对比诊断方法，所涉及的扫描装置也没有相关示意图的展示。中国专利CN1846627A公开了一种利用超声波测量骨龄和骨生长板发育程度的方法，该方法主要是通过超声波测量桡骨处的骨声速，并与其所建立的标准进行比对来判断骨龄，但并不涉及超声图像的重建，且该测试方法的准确性不高，受所建标准的影响较大，并且无法直观的展示骨骼的形态和生长状况。中国专利CN204813952U公开了一种新型骨龄检测仪，主要包括机座、检测工作台、超声波发生器，超声波探头、微型计算机等，该仪器采用超声波进行检测，但是并未给出骨龄的具体判断方法、数据输出的形式等、无法判断测试的准确性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，发明了一种基于人工智能的超声三维重建的骨龄诊断装置及其方法，具有一定的可靠性和可操作性，并且从根本上杜绝了X射线对儿童身体的损伤，为临床检测和随访观察提供了一种更为实用的检测手段。
本发明提供的一种基于人工智能的超声骨龄诊断方法，包括如下步骤：
a)首先，应用建立的超声诊断装置对人体手部进行平移扫描，获得相应的原始超声图像，并对原始超声图像进行人工智能识别，自动标识出原始超声图像中的骨骼与关节部分；
b)其次，对骨骼在超声状态下呈现的声影伪像问题进行优化处理，虚拟出完整的骨骼影像，再对手腕、掌骨、指骨及腕和手指各关节的原始超声图像进行三维重建，并进行透视化处理；
c)然后，在处理后的三维重建图像上测量各节指间关节间距、各节指骨长度、关节盘厚度等数据，并与不同年龄阶段不同性别的人体手部X线成像图像进行对比，通关相关性分析，建立不同年龄阶段不同性别的人体手部超声测试骨龄的预测公式；
d)再次，通过对不同年龄阶段不同性别的儿童和青少年的大样本进行预测公式的验证，最终建立超声测试骨龄的标准预测公式；
e)最后，将待测组织的超声测试数据代入步骤d)中的标准预测公式即可获得所测试的骨龄数值。
优选地，所述步骤a)中的超声诊断装置的频率范围为5-12MHz，所述平移扫描的范围为自腕关节近端5cm扫描至手指指尖末端。
本发明还提供了一种基于人工智能的超声骨龄诊断装置，包括：
手提便携超声、扫查移动装置、超声探头和耦合介质容器。
所述手提便携超声与所述扫查移动装置和所述超声探头相连接，用于控制所述扫查移动装置和所述超声探头的移动，生成并显示待测组织的超声图像，并对超声图像进行人工智能识别和三维重建。
所述耦合介质容器用于盛装耦合介质，并且允许待测组织浸入到所述耦合介质中。其中，所述耦合介质容器的大小为能够使待测组织被浸没在其所盛装的耦合介质中。
所述超声探头可以为常规的超声探头，还可以为经骨超声探头。
优选地，所述扫查移动装置包括竖直扫查移动装置和环形扫查移动装置，所述耦合介质容器的形状为长方体、正方体或者圆柱形，其形状与所述的扫查移动装置相配合使用。
优选地，所述扫查移动装置的扫查精度为10um。
优选地，所述超声探头固定于所述扫查移动装置上，在测试时与待测组织的长轴相垂直。
优选地，所述超声探头的频率为5-12MHz，并且采用超宽设计，宽度为5-20cm，其实际宽度可根据待测组织的大小来进行调节。
优选地，所述耦合介质容器的上部和下部均设有孔，并且与管道相连接，便于耦合介质的通入和排出。
优选地，所述耦合介质为水、凝胶、或其组合。
本发明的基于人工智能的超声骨龄诊断装置是采用上述的诊断方法对骨龄进行测试。
相比于现有技术，本发明的有益效果主要有：
本发明采用超声技术对骨龄进行测试，对人体无损伤，采用三维图像重建并且与X线成像进行对比，建立超声测试骨龄的标准预测公式，使得测试结果的准确度更高更可靠，本发明的测试装置采用手提便携超声，操作简单，便于携带，使用场景不受限制。本发明的检测基于人工智能识别，通过设置参数可以自动完成检测和分析，并且得出结果，整个测试过程受操作者的影响较小，稳定性较高。本发明为骨龄的临床检测和随访观察提供了一种更为实用的检测手段。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例中的竖直扫查诊断装置的示意图；
图2为本发明一个实施例中的环形扫查诊断装置的示意图；
图3为本发明人体手部扫描的原始超声图像；
图4为本发明人工智能识别与三维重建的过程图；
图5为本发明人体手部三维重建图像的局部放大图。
其中，1-手提便携超声，2-竖直扫查移动装置，3-超声探头，4-耦合介质容器，5-环形扫查移动装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图1-5以及具体的实施例对本发明进行清楚、完整的描述。在本发明的描述中，需要说明的是。术语“上”、“下”、“中”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1所示，本实施例中的一种基于人工智能的超声骨龄诊断装置，包括手提便携超声、竖直扫查移动装置、超声探头和耦合介质容器。
所述手提便携超声与所述竖直扫查移动装置和所述超声探头相连接，用于控制所述扫查移动装置和所述超声探头的移动，生成并显示待测组织的超声图像，并对超声图像进行人工智能识别和三维重建。
所述竖直扫查移动装置的扫查精度为10um，所述超声探头固定于所述竖直扫查移动装置上，所述超声探头为常规的超声探头，宽度为5-20cm，并可根据待测组织的大小来进行调节，其频率可调节范围为5-12MHz。
所述耦合介质容器的形状为长方体，与所述竖直扫查移动装置相配合使用，其上部和下部均设有孔，并且与管道相连接，便于耦合介质的通入和排出。所述耦合介质可以为水、凝胶的一种及以上。
实施例2
如图2所示，本实施例中的一种基于人工智能的超声骨龄诊断装置，包括手提便携超声、环形扫查移动装置、超声探头和耦合介质容器，其中所述耦合介质容的形状为圆柱形，与所述环形扫查移动装置相配合使用，其他部分与上述实施例1相类似。
实施例3
本实施例结合实施例1中的基于人工智能的超声骨龄诊断装置，提供一种基于人工智能的超声骨龄诊断方法，包括如下步骤：
a)首先，应用上述实施例1中的超声骨龄诊断装置对人体手部进行平移扫描，获得相应的原始超声图像，如图3所示，并对原始超声图像进行人工智能识别，自动标识出原始超声图像中的骨骼与关节部分；
b)其次，对骨骼在超声状态下呈现的声影伪像问题进行优化处理，虚拟出完整的骨骼影像，再对手腕、掌骨、指骨及腕和手指各关节的原始超声图像进行三维重建，并进行透视化处理，所述的人工智能识别与三维重建的过程如图4所示；
c)然后，在处理后的三维重建图像上测量各节指间关节间距、各节指骨长度、关节盘厚度等数据，如图5所示，并与不同年龄阶段不同性别的人体手部X线成像图像进行对比，通关相关性分析，建立不同年龄阶段不同性别的人体手部超声测试骨龄的预测公式；
d)再次，通过对不同年龄阶段不同性别的儿童和青少年的大样本进行预测公式的验证，最终建立超声测试骨龄的标准预测公式；
e)最后，将待测组织的超声测试数据代入步骤d)中的标准预测公式即可获得所测试的骨龄数值。
所述步骤a)中的平移扫描的范围为自腕关节近端5cm扫描至手指指尖末端。
所述步骤a)中的超声骨龄诊断装置在使用时，其超声探头与待测组织的长轴相垂直。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应当视为本发明的保护范围。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种基于人工智能的超声骨龄诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)应用建立的超声诊断装置对人体手部进行平移扫描，获得相应的原始超声图像，并对原始超声图像进行人工智能识别，自动标识出原始超声图像中的骨骼与关节部分；
b)对骨骼在超声状态下呈现的声影伪像问题进行优化处理，虚拟出完整的骨骼影像，再对手腕、掌骨、指骨及腕和手指各关节的原始超声图像进行三维重建，并进行透视化处理；
c)在处理后的三维重建图像上测量各节指间关节间距、各节指骨长度、关节盘厚度等数据，并与不同年龄阶段不同性别的人体手部X线成像图像进行对比，通关相关性分析，建立不同年龄阶段不同性别的人体手部超声测试骨龄的预测公式；
d)通过对不同年龄阶段不同性别的儿童和青少年的大样本进行预测公式的验证，最终建立超声测试骨龄的标准预测公式；
e)将待测组织的超声测试数据代入步骤d)中的标准预测公式即可获得所测试的骨龄数值。
2.根据权利要求1所述的基于人工智能的超声骨龄诊断方法，其特征在于，所述步骤a)中的超声诊断装置的频率范围为5-12MHz，所述平移扫描的范围为自腕关节近端5cm扫描至手指指尖末端。
3.一种基于人工智能的超声骨龄诊断装置，其特征在于，包括手提便携超声、扫查移动装置、超声探头和耦合介质容器，并且采用如权利要求1-2任一项权利要求所述的诊断方法对骨龄进行测试；
所述手提便携超声与所述扫查移动装置和所述超声探头相连接，用于控制所述扫查移动装置和所述超声探头的移动，生成并显示待测组织的超声图像，并对超声图像进行人工智能识别和三维重建；
所述耦合介质容器用于盛装耦合介质，并且允许待测组织浸入到所述耦合介质中。
4.根据权利要求3所述的基于人工智能的超声骨龄诊断装置，其特征在于，所述扫查移动装置包括竖直扫查移动装置和环形扫查移动装置，所述耦合介质容器的形状为长方体、正方体或者圆柱形，并且与所述的扫查移动装置相配合使用。
5.根据权利要求4所述的基于人工智能的超声骨龄诊断装置，其特征在于，所述扫查移动装置的精度为10um。
6.根据权利要求3所述的基于人工智能的超声骨龄诊断装置，其特征在于，所述超声探头固定于所述扫查移动装置上，并且与待测组织的长轴相垂直。
7.根据权利要求3所述的基于人工智能的超声骨龄诊断装置，其特征在于，所述超声探头的宽度为5-20cm，频率为5-12MHz。
8.根据权利要求3所述的基于人工智能的超声骨龄诊断装置，其特征在于，所述耦合介质容器的上部和下部均设有孔，并且与管道相连接。
9.根据权利要求3所述的基于人工智能的超声骨龄诊断装置，其特征在于，所述耦合介质为水、凝胶、或其组合。
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