KR100715763B1 - Method for evaluation of skeletal malformation using atlas matching method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아틀라스 매칭법을 이용한 뼈 나이 평가방법에 관한 것으로, 골연령별 표준 손뼈 영상 및 손뼈 영상의 영역별 표준 골영상을 추출한 후 데이터베이스에 등록하는 등록단계; 피검자의 손뼈에 대한 디지털 X-선 영상에서 손뼈의 영역별 골영상을 추출하는 추출단계; 추출된 손뼈의 영역별 골영상과 데이터베이스에 등록된 영역별 표준 골영상 간의 차이를 컴퓨터 영상처리를 통하여 측정하는 영상정합단계; 영상정합처리된 피검자의 각 영역별 골영상과 영역별 표준 골영상간에 유사도를 측정하는 유사도측정단계; 및 측정된 유사도와 사전에 훈련된 분류기를 이용하여 골연령을 할당하는 할당단계를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 뼈 나이 평가방법을 제공한다. 개시된 아틀라스 매칭법을 이용한 뼈 나이 평가방법에 의하면, 추출된 손뼈의 영역별 골영상과 데이터베이스에 등록된 영역별 표준 손뼈의 골영상 간의 차이를 영상정합에 의한 유사도 측정을 이용하여 객관적이고 재현성 있게 골연령을 평가할 수 있다.The present invention relates to a bone age evaluation method using the atlas matching method, the registration step of extracting the standard bone image by bone age and the standard bone image for each area of the hand bone image and then registering in the database; An extraction step of extracting a bone image for each region of the hand bone from a digital X-ray image of the hand bone of the subject; An image registration step of measuring a difference between the extracted bone image of each region of the hand bone and a standard bone image of each region registered in the database through computer image processing; A similarity measuring step of measuring similarity between the bone image of each region and the standard bone image of each region of the image-matched subject; And an allocating step of allocating bone age using the measured similarity and a pre-trained classifier. According to the bone age evaluation method using the disclosed atlas matching method, the difference between the bone images of the extracted hand bones and the bone images of the standard hand bones by area registered in the database can be objectively and reproducibly used by measuring the similarity by image registration. Age can be assessed.

아틀라스, 뼈 나이, 영상, 유사도, 손뼈, 데이터베이스 Atlas, Bone Age, Image, Similarity, Hand Bone, Database

Description

아틀라스 매칭법을 이용한 뼈 나이 평가방법{Method for evaluation of skeletal malformation using Atlas matching method}Method for evaluation of skeletal malformation using Atlas matching method}

도 1은 본 발명에 따른 아틀라스 매칭법을 이용한 뼈 나이 평가방법에 따른 흐름도,1 is a flow chart according to the bone age evaluation method using the atlas matching method according to the present invention,

도 2는 사람의 손뼈 구조를 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a human hand bone structure.

본 발명은 뼈 나이 평가방법에 대한 것으로서, 보다 구체적으로는 객관적이고 재현성 있게 골연령을 평가할 수 있고, 아틀라스 매칭법의 과정을 컴퓨터가 수행할 수 있도록 한 것이므로 거부감이 적고 빠른 시간내에 임상에 정착할 수 있는 장점을 가진 아틀라스 매칭법을 이용한 뼈 나이 평가방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for assessing bone age, and more specifically, to evaluate bone age in an objective and reproducible manner, and to allow a computer to perform the process of the atlas matching method, so that there is less rejection and it is possible to settle in the clinic quickly. The present invention relates to a bone age estimation method using atlas matching.

일반적으로, 뼈 나이의 평가는 소아과에서 자주 진료하는 과목 중에 하나이다. 소아의 왼쪽 손을 X-선을 이용해 촬영한 다음 그 영상을 갖고 뼈 나이를 평가한다. 뼈 나이 평가는 소아가 정상적으로 발육하는지 확인할 수 있는 중요한 지표이다. 만약 실제 나이와 측정한 뼈 나이 사이에 큰 차이가 보이면, 뼈 성장의 비정상적인 요소 예를들어 당뇨병, 유전적 질병 등이 있는 것으로 판단해 적절한 치료 를 할 수 있다. 또한, 왼쪽 손을 촬영한 X-선 영상에서 뼈 나이를 평가하는 방법은 아틀라스 매칭방법과 TW2 매칭방법이 있다.In general, assessment of bone age is one of the most frequently treated subjects in pediatrics. The child's left hand is taken with X-rays, and then the image is evaluated for bone age. Bone age assessment is an important indicator of whether a child is developing normally. If there is a big difference between the actual age and the measured bone age, it can be determined that there is an abnormal component of bone growth, such as diabetes, genetic disease, etc., and appropriate treatment. In addition, there are atlas matching methods and TW2 matching methods for assessing bone age in the X-ray image of the left hand.

먼저, 아틀라스 매칭방법은 미국의 Greulich 와 Pyle가 제안한 방법으로 왼쪽 손의 방사선 영상을 나이와 성별에 따라 정리한 아틀라스 패턴 그룹의 방사선 영상들이 수록된 책을 갖고 평가한다. 소아의 X-선 영상의 전체적인 모양과 가장 비슷한 영상을 의사가 직접 눈으로 아틀라스 패턴 그룹에서 나온 책에서 찾아 뼈 나이를 평가한다. First, the atlas matching method is a method proposed by Greulich and Pyle of the United States and evaluated with a book containing the radiographic images of the atlas pattern group, which summarizes the radiographic images of the left hand according to age and gender. Doctors directly assess the bone age by looking directly at a book from the Atlas pattern group with the image that most closely resembles the overall shape of the child's X-ray image.

현재 뼈 나이를 평가하는 의사의 76%가 이 방법을 사용하고 있다. 그러나 아틀라스 매칭방법은 의사의 숙련 정도나 사람들마다 뼈 성장의 편차가 발생하기 때문에 뼈 나이를 평가하는 과정에서 오차가 발생할 가능성이 매우 높다.Currently 76% of physicians who evaluate bone age use this method. However, the atlas matching method is very likely to cause errors in the process of assessing bone age because the variation in bone growth occurs for each doctor's skill or people.

뼈 나이를 평가하는 또 다른 방법은 영국의 Tanner and Whitehouse가 제안한 TW2 방법이 있다. 이 방법은 아틀라스 매칭 방식처럼 뼈 전체 영상의 유사성을 보지 않고 왼쪽 손 각 뼈를 하나씩 TW2 그룹에서 출간된 책에 있는 영상과 비교한다. Another method of assessing bone age is the TW2 method proposed by Tanner and Whitehouse of England. This method compares each bone of the left hand with the images in a book published in the TW2 group, without looking at the similarity of the whole bone image as in the atlas matching method.

아틀라스 매칭에서는 뼈 전체영상에서 유사도를 분석하는데 비해 TW2방법에서는 각각의 뼈를 분리해 특징을 분석하기 때문에 아틀라스 매칭방법에 비해 더 정확한 뼈 나이 측정이 가능하다. 그러나 아틀라스 방식에 비해 뼈 나이를 평가하는데 더 많은 시간이 걸리는 단점 때문에 현재 많이 사용되지 못하고 있다.In atlas matching, similarity is analyzed in the whole bone image, whereas in TW2 method, each bone is separated and analyzed for more accurate bone age than in atlas matching method. However, due to the disadvantage that it takes more time to evaluate bone age than the atlas method, it is not currently used much.

이러한 아틀라스 또는 TW2를 이용한 뼈 나이 추정방법은 판독 전문의가 영상의 유사도를 육안으로 확인하여 뼈 나이를 평가하기 때문에 뼈 나이에 대한 신뢰성이 떨어지고, 뼈 나이를 추정하는데 많은 시간이 걸리는 단점을 가지고 있다.The bone age estimation method using the atlas or TW2 has a disadvantage in that reliability of the bone age is low and it takes a long time to estimate the bone age because the reading specialist evaluates the bone age by visually checking the similarity of the images.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 1972년 Stanly M.Garn은 'Metacarpophalangeal Length in the Evaluation of Skeletal Malformation' 이라는 논문을 발표하였다. 그러나 이 방법은 단순히 뼈의 절대 길이만을 측정해 뼈 나이를 평가하려고 시도하여 백인 중산층에서 제한적으로만 사용될 수 있는 방법이었다.In 1972, Stanly M.Garn published a paper entitled 'Metacarpophalangeal Length in the Evaluation of Skeletal Malformation'. However, this method simply attempted to assess bone age by measuring only the absolute length of the bone and could be used only in limited numbers in the Caucasian middle class.

따라서, 이러한 종래의 뼈 나이 평가방법들의 불합리를 극복하고, 이러한 뼈 나이 평가방법을 프로그램적으로 구현하여 신속하면서도 정확한 뼈 나이 평가방법에 대한 요구가 높아지고 있다.Accordingly, the need for a quick and accurate bone age estimation method is increasing by overcoming such a conventional bone age estimation method and implementing the bone age estimation method programmatically.

상기 종래기술의 문제점을 극복하기 위하여, 본 발명은 추출된 손뼈의 영역별 골영상과 데이터베이스에 등록된 영역별 표준 골영상 간의 차이를 영상정합에 의한 유사도 측정을 이용하여 객관적이고 재현성 있게 골연령을 평가할 수 있고, 거부감이 적으며 빠른 시간 내에 임상에 정착할 수 있는 장점을 가진 아틀라스 매칭법을 이용한 뼈 나이 평가방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to overcome the problems of the prior art, the present invention provides an objective and reproducible bone age difference between the bone images of each region of the extracted hand bone and the standard bone images of each region registered in the database by measuring similarity by image registration. It is an object of the present invention to provide a bone age evaluation method using atlas matching method, which has the advantage of being able to evaluate, less objection and settle in the clinic quickly.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the invention will be described below and will be appreciated by the embodiments of the invention. Furthermore, the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations indicated in the claims.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 아틀라스 매칭법을 이용한 뼈 나이 평가방법에 있어서, 골연령별 표준 손뼈 영상 및 상기 손뼈 영상의 영역별 표준 골 영상을 추출한 후 데이터베이스에 등록하는 등록단계; 피검자의 손뼈에 대한 디지털 X-선 영상에서 손뼈의 영역별 골영상을 추출하는 추출단계; 상기 추출된 손뼈의 영역별 골영상과 상기 데이터베이스에 등록된 영역별 표준 골영상 간의 차이를 컴퓨터 영상처리를 통하여 측정하는 영상정합단계; 상기 영상정합처리된 피검자의 각 영역별 골영상과 상기 영역별 표준 골영상간에 유사도를 측정하는 유사도측정단계; 및 상기 측정된 유사도와 사전에 훈련된 분류기를 이용하여 골연령을 할당하는 할당단계를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 뼈 나이 평가방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a bone age evaluation method using the atlas matching method, registration step of extracting the standard bone image by bone age and the standard bone image for each area of the hand bone image and then registering in the database; An extraction step of extracting a bone image for each region of the hand bone from a digital X-ray image of the hand bone of the subject; An image registration step of measuring a difference between the extracted bone image of each region of the hand bone and a standard bone image of each region registered in the database through computer image processing; A similarity measuring step of measuring similarity between the bone image of each region of the image-matched subject and the standard bone image of the region; And an allocating step of allocating bone age using the measured similarity and a pre-trained classifier.

여기서, 상기 등록단계 및 추출단계는, 수지골, 수완골, 척골 및 요골로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 골영상을 추출하는 것이 바람직하다.Here, the registration step and the extraction step, it is preferable to extract one or more bone images selected from the group consisting of resin bone, hand bone, ulna and radius.

또한, 상기 영상정합단계는 강체정합단계, 비강체정합단계의 조합으로 수행되는 것이 바람직하다.In addition, the image registration step is preferably performed by a combination of a rigid registration step, a non-rigid registration step.

더욱이, 상기 유사도 측정단계는 상기 강체정합단계 후 유사도측정단계, 상기 비강체정합단계 후 유사도측정단계의 조합으로 수행되는 것이 바람직하다.Further, the similarity measuring step is preferably performed by a combination of the similarity measuring step after the rigid matching step, the similarity measuring step after the non-rigid matching step.

또한, 상기 비강체정합단계 후 유사도측정단계는 총체적 유사도측정단계 또는 구획별 유사도측정단계를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the similarity measuring step after the non-rigid matching step preferably includes a total similarity measuring step or a similarity measuring step for each section.

또한, 상기 분류기는 신경회로망, 서포트벡터머신(Support vector machine) 및 선형분류기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.In addition, the classifier is preferably any one selected from the group consisting of a neural network, a support vector machine and a linear classifier.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to explain their invention in the best way. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described herein are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, and various equivalents and modifications that may substitute them at the time of the present application may be applied. It should be understood that there may be.

도 1은 본 발명에 따른 아틀라스 매칭법을 이용한 뼈 나이 평가방법에 따른 흐름도이다. 도면을 참조하면, 골연령별 표준 손뼈 영상 데이터베이스 등록단계(S100)에서, 먼저 전문가들에 의해 정상적인 성장과정을 따르고 있다고 판단된 소아의 디지털 X-선 손뼈 영상들을 수집한다. 상기 손뼈의 디지털 X-선 영상은 촬영기법에 의한 편차를 줄이기 위하여, 같은 기종의 촬영장치와 촬영조건으로 영상을 얻는다. 1 is a flow chart according to the bone age evaluation method using the atlas matching method according to the present invention. Referring to the drawing, in the standard bone bone image database registration step (S100) by bone age, first, digital X-ray hand bone images of a child determined to be following a normal growth process by experts are collected. The digital X-ray image of the hand bone is obtained with the same type of imaging device and shooting conditions in order to reduce the deviation by the imaging technique.

다음으로, 상기 영상들에 대해 손뼈의 골 연령 판독에 숙련된 판독전문가 집단이 골연령을 판독한다. 상기 골연령 판독이 끝난 영상데이터를 골 연령대 별로 다수 수집한 후, 그 중 대표적인 영상들을 골 연령대 별로 복수 선발하여 성별, 거주지역, 역연령, 골연령, 신장 및 체중 등의 관련 정보와 함께 데이터베이스에 등록한다.Next, a reading expert group skilled in reading the bone age of the hand bone for the images reads the bone age. After collecting a large number of bone age reading image data by bone age group, a plurality of representative images are selected by bone age group and registered in the database together with relevant information such as gender, residence area, reverse age, bone age, height and weight. do.

그 다음으로, 손뼈 영상의 영역별 표준 골영상 추출 및 데이터베이스 등록단 계(S200)에서, 수지골, 수완골, 척골 및 요골로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 골영상을 추출하는 것을 특징으로 한다.Next, in the standard bone image extraction and database registration step for each region of the hand bone image (S200), one or more bone images selected from the group consisting of a resin bone, a hand bone, an ulna and a radial bone are extracted.

먼저, 수지골(phalanges)은 3개 이상의 손가락에 대해 도 2에 도시된 바와 같이, 3개 지골 즉, 말절골(distal phalanges), 중절골(middle phalanges) 및 기절골(proximal phalanges)의 골단판 영역을 자동 또는 수동적인 방법으로 추출한다.First, the phalanges are the epiphyseal regions of the three phalanges, that is, the distal phalanges, the middle phalanges, and the proximal phalanges, as shown in FIG. 2 for three or more fingers. Extracts them automatically or manually.

수지골의 골단판 영역을 자동 또는 수동 추출하는 방법은 이미 알려진 문헌(Pietka E, Gertych A, Pospiech S, Cao F, Huang HK, Gilsanz V. Computer-assisted bone age assessment: image preprocessing and epiphyseal/metaphyseal ROI extraction. IEEE Trans Med Imaging. 2001 Aug;20(8):715-29)에 따라 기술된 과정을 이용하며 X-선 영상에서 배경을 제거하는 단계, 손가락의 끝부분과 시작부분을 검출하는 단계, 각 손가락에서 수지골을 추출하는 단계 및 수지골에서 골단판 영역을 추출하는 단계를 거친다. 이때 손가락의 각도가 수직으로 되어 있지 않은 경우에는 자동 또는 수동적인 방법으로 손가락의 축 방향이 수직이 되도록 손가락 부분의 영상을 정렬시킨 후 골단판 영역의 영상을 추출한다.Methods for automatic or manual extraction of the phalanx region of the resinous bone are known in the art (Pietka E, Gertych A, Pospiech S, Cao F, Huang HK, Gilsanz V. Computer-assisted bone age assessment: image preprocessing and epiphyseal / metaphyseal ROI extraction Removing the background from the X-ray image, detecting the tip and beginning of the finger, using the procedure described in IEEE Trans Med Imaging.2001 Aug; 20 (8): 715-29). Extracting the resin bone from the finger and extracting the bone plate area from the resin bone. At this time, when the angle of the finger is not vertical, the image of the finger portion is aligned and the image of the phalangeal plate area is extracted by aligning the axial direction of the finger vertically by automatic or manual method.

다음으로, 수완골(carpal bone)은 수완골군을 수동 또는 자동적인 방법으로 추출하여 단일 영역 영상으로 등록시킨다. 이때, 자동 또는 수동으로 수완골을 추출하는 방법은 알려진 문헌(Pietka E, Kaabi L, Kuo ML, Huang HK. Feature Extraction in Carpal-Bone Analysis. IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING. VOL. 12, NO. I , MARCH 1993)에 기술된 방법을 사용하며 상술한 방법에서와 같이 모든 수지골을 추출한 뒤 남은 영역에서 중수골(metacarpal bone)을 유사한 방법으 로 다시 제거하는 단계를 거친다.Next, the carpal bone is extracted by the manual or automatic method and registered as a single region image. At this time, a method for automatically or manually extracting the handbone is known literature (Pietka E, Kaabi L, Kuo ML, Huang HK. Feature Extraction in Carpal-Bone Analysis.IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING. VOL. 12, NO.I, MARCH 1993) using the method described in the above method, and after extracting all the resinous bones in the remaining area of the metacarpal bone (metacarpal bone) is removed in a similar manner again.

그 다음으로, 척골(ulna) 및 요골(radius)영역은 전완부의 척골 및 요골을 수동 또는 자동적인 방법으로 추출하고 각각의 영역을 등록시킨다. 또한 척골 및 요골의 길이는 촬영조건에 따라 증례마다 다를 수 있으므로 5cm 이하로 제한하여 등록한다.The ulna and radius areas then extract the ulna and radius of the forearm by manual or automatic methods and register each area. In addition, the length of the ulna and the radius may vary from case to case, depending on the shooting conditions.

피검자 손의 디지털 X-선 영상 획득단계(S300)는 골연령을 측정하고자 하는 피검자에 대해 손뼈의 디지털 X-선 영상을 획득한다. 촬영기술의 변화에 의한 편차를 줄이기 위해 가급적 표준 영상 획득시의 방법과 같은 기종의 장치와 촬영조건을 유지하되, 촬영장치나 조건이 달라질 경우 이를 보정하기 위한 방법으로, 컴퓨터를 이용한 영상보정 처리 기법을 사용한다.Digital X-ray image acquisition step (S300) of the subject's hand acquires a digital X-ray image of the hand bone for the subject to determine the bone age. In order to reduce the deviation caused by the change of shooting technology, keep the device and shooting condition of the same model as the standard acquisition method. use.

상기의 영상보정 처리 기법은, 촬영장치가 다른 경우 특성을 보정하기 위한 영상처리의 방법 및 촬영장치간 화소의 크기가 다를 경우의 보정방법으로 구분된다.The image correction processing technique is classified into a method of image processing for correcting characteristics when a photographing apparatus is different and a method of correcting when a pixel size is different between photographing apparatuses.

먼저 상기 촬영장치가 다른 경우 특성을 보정하기 위한 영상처리의 방법은, 고주파 성분 감쇠특성(MTF)이 촬영장치간에 서로 다를 경우, 고주파 성분의 감쇠가 적은 쪽의 영상을 감쇠가 심한 쪽의 영상에 맞춘다. 다음으로, 사전에 조사된 양측 촬영장치의 고주파 감쇠특성을 기반으로 설계된 고주파 감쇠 필터를 영상에 적용하여 고주파 감쇠양상이 같아지도록 영상특성을 보정한다. First, when the imaging apparatus is different, the image processing method for correcting the characteristic is that when the high frequency component attenuation characteristics (MTF) are different between the imaging apparatuses, the image having the less attenuation of the high frequency component is applied to the image having the higher attenuation. Fit. Next, by applying a high frequency attenuation filter designed based on the high frequency attenuation characteristics of the two-side photographing apparatus previously applied to the image, the image characteristics are corrected to have the same high frequency attenuation pattern.

촬영장치간 화소의 크기가 다를 경우의 보정방법은, 먼저, 상기의 촬영장치가 다른 경우의 영상처리방법과 같은 방법으로 고주파 감쇠 특성을 보정한 후, 화 소의 크기가 적은 쪽의 영상을 리샘플링하여 화소의 크기가 큰 쪽과 같아지도록 보정한다. 이때, 리샘플링을 하기 위한 보간기법으로는 큐빅인터포레이션(cubic interpolation) 기법을 사용하는 것을 권장한다. 상기 큐빅인터포레이션 기법의 계산은 이미 알려진 문헌(Gonzalez RC, Woods RE. Digital Image Processing. p 300, Addison-Wesley Publishing, 1993)에 기재된 수식을 이용하여 수행할 수 있다.The correction method in the case of different pixel sizes between imaging apparatuses first corrects the high-frequency attenuation characteristics by the same method as the image processing method in the case where the imaging apparatuses are different, and then resamples the image of the smaller pixel size to obtain the pixel. Correct so that the size of is equal to the larger one. In this case, it is recommended to use a cubic interpolation technique as an interpolation technique for resampling. Calculation of the cubic interpolation technique can be performed using a formula described in known literature (Gonzalez RC, Woods RE. Digital Image Processing. P 300, Addison-Wesley Publishing, 1993).

피검자 손의 영역별 골영상 추출단계(S400)는 피검자 손의 디지털 X-선 영상 획득단계(S300)와 같이 얻어진 피검자 손뼈의 디지털 X-선 영상에서 손뼈의 주요영역을 자동 또는 수동적인 방법으로 추출한다. 상기 추출하는 방법은 손뼈 영상의 영역별 표준 골영상 추출 및 데이터베이스 등록단계(S200)와 같은 방법을 사용한다.Extraction of bone image by region of the subject's hand (S400) is to extract the main region of the hand bone from the digital X-ray image of the examinee's hand bone obtained by the digital X-ray image acquisition step (S300) of the subject's hand by an automatic or manual method do. The extraction method uses the same method as the standard bone image extraction and database registration step (S200) for each region of the hand bone image.

다음으로, 영상정합단계(S500)는, 상기 추출된 피검자 손의 영역별 골영상과 사전에 등록된 표준인의 영역별 골영상들간의 차이를 손쉽게 측정할 수 있도록 컴퓨터 영상처리를 통하여 위치와 방향의 정렬 또는 적절한 변형을 수행하는 과정이다.Next, the image registration step (S500), the position and direction through the computer image processing to easily measure the difference between the extracted bone image of the area of the examinee's hand and the bone image of each region of the standard person registered in advance Is the process of performing an alignment or proper deformation.

상기 영상정합단계(S500)는 강체정합단계, 비강체정합단계의 조합으로 수행된다. 먼저, 상기 강체정합단계에서 영상내 화소들간의 상대적인 위치는 변화시키지 않은 상태에서 영상전체를 이동시키며 두 영상을 정합시킨다.The image registration step S500 is performed by a combination of a rigid registration step and a non-rigid registration step. First, in the rigid registration step, the entire image is moved while the relative positions of the pixels in the image are not changed to match the two images.

다음으로 피검자 손에서 추출된 영역별 골영상의 위치와 방향을 변화시켜가며 표준인의 영역별 골영상과 가장 영상특징이 일치하도록 정합시킨다. 이때, 상기 두 영상간에 영역의 벗어남이 발생할 경우 벗어난 영역에 대해서는 정합도 계산을 수행하지 않고, 오버레이(overlay)가 된 영역에 대해서만 정합도 계산을 수행한다. Next, change the position and direction of the bone images extracted from each part of the subject's hand and match them with the bone images of the standard subjects to match the most image features. In this case, when the deviation of the area occurs between the two images, the matching degree is not calculated for the out of area, but only for the overlayed area.

한편, 상기 비강체정합단계는 우선 강체정합단계를 수행하고 정합된 피검자의 영역별 골영상에 추가적으로 적절한 변형을 가하여 표준 골영상과의 정합도를 증가시킨다. 이때 변형조건은 골영상간의 정합에 적절한 정도의 유연성을 가지도록 사전실험에 의하여 정의된 매개변수값의 범위 내에서 이루어지게 한다. 다음으로, 상기 비강체정합단계가 종료되면 변형지도를 생성하는데, 상기 변형지도는 피검자의 골영상의 각 화소들이 표준 영상과 정합되기 위해 변형되어야 하는 상세정보를 포함하고 있다.In the meantime, the non-rigid registration step first performs a rigid registration step and adds an appropriate modification to the bone image for each region of the matched subject to increase the degree of registration with the standard bone image. At this time, the deformation condition is made within the range of parameter values defined by preliminary experiments so as to have a degree of flexibility for matching between bone images. Next, a deformation map is generated when the non-rigid registration step is completed, and the deformation map includes detailed information that each pixel of the bone image of the examinee needs to be modified in order to match with the standard image.

유사도 측정단계(S600)는, 상기 강체정합단계 후 유사도측정단계, 상기 비강체정합단계 후 유사도측정단계의 조합으로 수행된다. 먼저, 상기 강체정합 후 유사도측정단계는 상기 강체정합단계가 수행된 후 피검자의 각 영역별 골영상과 표준 영상 데이터 세트의 각 영역별 골영상간의 유사도를 계산한다. 상기 두 영상간의 유사도를 측정하는 방법으로는 평균제곱오차(mean square error), 상관(correlation) 및 상호정보(mutual information) 등의 기법을 이용한다.The similarity measuring step (S600) is performed by a combination of the similarity measuring step after the rigid matching step and the similarity measuring step after the non-rigid matching step. First, the similarity measuring step after the rigid registration calculates the similarity between the bone image of each region of the subject and the bone image of each region of the standard image data set after the rigid registration is performed. As a method for measuring the similarity between the two images, methods such as mean square error, correlation, and mutual information are used.

다음으로 비강체정합 후 유사도 측정단계는, 총체적 유사도와 구획별 유사도의 두가지로 계산된다. 우선, 상기 총체적 유사도는 피검자의 골영상에 대해 상기 비강체 정합방법에 의하여 변형이 이루어진 이후, 강체정합후 유사도측정단계에서와 같은 방법으로 표준 영상 데이터 세트의 골영상간에 유사도를 계산한다.Next, the similarity measurement step after non-rigid registration is calculated in two ways: the total similarity and the similarity for each section. First, after the total similarity is modified by the non-rigid registration method for the bone image of the subject, the similarity is calculated between the bone images of the standard image data set in the same manner as in the similarity measurement step after the rigid registration.

또한, 상기 구획별 유사도는 피검자의 골영상에 변형을 가함으로써 생성된 변형지도를 구획별로 나눈 뒤 각 구획에 대하여 변형벡터의 평균 방향과 평균 변형 량을 각각 구함으로써 얻는다.In addition, the similarity for each section is obtained by dividing the deformation map generated by applying deformation to the bone image of the subject for each section, and then obtaining the average direction and the average amount of deformation of the deformation vector for each section, respectively.

마지막으로 골연령 할당단계(S700)는, 상기 유사도 측정단계(S600)에서 측정된 유사도 값들과 사전에 훈련된 분류기를 이용하여 골연령을 할당한다. 상기 분류기로서는 사전에 훈련이 가능한 어떤 분류기도 사용될 수 있으며 그 예로서는 신경회로망, 서포트벡터머신(support vector machine) 및 선형분류기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 것이 바람직하다. Finally, bone age assignment step S700 allocates bone age using similarity values measured in the similarity measurement step S600 and a classifier trained in advance. As the classifier, any classifier that can be trained in advance may be used. For example, any one selected from the group consisting of a neural network, a support vector machine, and a linear classifier is preferable.

여기서, 사전 훈련과정은 표준인 골영상 데이터베이스에서 일부 추출된 증례를 이용하여 이루어지며, 상기 증례의 추가를 통하여 지속적인 훈련과 성능향상이 가능하다. 따라서, 손뼈의 각 골영역 별로 강체정합 후 유사도 측정값, 비강체정합 후 총체적 유사도 및 구획별 유사도 값이 측정되면 상기 측정값을 훈련된 분류기에 입력시킴으로써 분류기에 의해 최적의 골연령이 할당된다.Here, the pre-training process is performed using a case extracted partially from the standard bone image database, and the addition of the case enables continuous training and performance improvement. Therefore, when the similarity measurement after the rigid registration, the total similarity after the non-rigid registration and the similarity value for each section are measured for each bone region of the hand bone, the optimal bone age is assigned by the classifier by inputting the measured value to the trained classifier.

상술한 바와 같이 본 발명의 아틀라스 매칭법을 이용한 뼈 나이 평가방법에 의하면, 손뼈의 각 영역별 표준 영상 데이터베이스와 영상정합에 의한 유사도 측정을 이용하여 객관적이고 재현성 있게 골연령을 평가할 수 있는 방법을 제공한다.According to the bone age evaluation method using the atlas matching method of the present invention as described above, by using a standard image database of each region of the hand bone and similarity measurement by image registration provides a method that can objectively and reproducibly evaluate bone age do.

또한, 종래에 통용되던 의사의 주관적인 골연령 평가법이 가지는 판독자의 의존성을 배제할 수 있어 전국 어디서나 표준적인 골연령 평가가 가능해지며, 그 정확도와 판독지침은 주기적으로 갱신되고 공급되는 표준 골연령 영상 데이터베이스에 의해 최신의 것으로 유지될 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to exclude the dependence of readers in the conventional subjective bone age assessment method of the doctor can be used to evaluate the standard bone age anywhere in the country, the accuracy and reading guidelines are regularly updated and supplied standard bone age image database There is an effect that can be kept up to date by.

또한, 종래의 아틀라스 매칭법의 과정을 컴퓨터가 수행할 수 있도록 한 것이 므로 거부감이 적고 빠른 시간내에 임상에 정착될 수 있는 장점이 있으며, 본 발명을 디지털 X-선 영상장치와 결합하면 촬영 직후 간편하게 골연령을 측정할 수 있는 골연령 측정 전용의 지능형 X-선 영상장치로 활용될 수 있다.In addition, since the computer can perform the process of the conventional atlas matching method has a low rejection and has the advantage that can be settled in the clinic within a short time, and when combined with the digital X-ray imaging apparatus of the present invention can be immediately after shooting It can be used as an intelligent X-ray imaging device dedicated to bone age measurement that can measure bone age.

Claims (6)

아틀라스 매칭법을 이용한 뼈 나이 평가방법에 있어서,In the bone age evaluation method using the atlas matching method, 골연령별 표준 손뼈 영상 및 상기 손뼈 영상의 영역별 표준 골영상을 추출한 후 데이터베이스에 등록하는 등록단계;A registration step of extracting a standard bone image for each bone age and a standard bone image for each region of the hand bone image and then registering the same in a database; 피검자의 손뼈에 대한 디지털 X-선 영상에서 손뼈의 영역별 골영상을 추출하는 추출단계;An extraction step of extracting a bone image for each region of the hand bone from a digital X-ray image of the hand bone of the subject; 상기 추출된 손뼈의 영역별 골영상과 상기 데이터베이스에 등록된 영역별 표준 골영상 간의 차이를 컴퓨터 영상처리를 통하여 측정하는 영상정합단계;An image registration step of measuring a difference between the extracted bone image of each region of the hand bone and a standard bone image of each region registered in the database through computer image processing; 상기 영상정합처리된 피검자의 각 영역별 골영상과 상기 영역별 표준 골영상간에 유사도를 측정하는 유사도측정단계; 및A similarity measuring step of measuring similarity between the bone image of each region of the image-matched subject and the standard bone image of the region; And 상기 측정된 유사도와 사전에 훈련된 분류기를 이용하여 골연령을 할당하는 할당단계를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 뼈 나이 평가방법. And an allocating step of allocating bone age using the measured similarity and a pre-trained classifier. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 등록단계 및 추출단계는, 수지골, 수완골, 척골 및 요골로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 골영상을 추출하는 것을 특징으로 하는 뼈 나이 평가방법. The registration step and extraction step, bone age evaluation method, characterized in that for extracting one or more bone images selected from the group consisting of resin bone, hand bone, ulna and radius. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 영상정합단계는 강체정합단계, 비강체정합단계의 조합으로 수행되는 것을 특징으로 하는 뼈 나이 평가방법. The image matching step is bone age evaluation method, characterized in that performed by a combination of a rigid registration step, a non-rigid registration step. 제 3항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 유사도 측정단계는 상기 강체정합단계 후 유사도측정단계, 상기 비강체정합단계 후 유사도측정단계의 조합으로 수행되는 것을 특징으로 하는 뼈 나이 평가방법. The similarity measuring step is bone age evaluation method characterized in that the combination of the similarity measurement step after the rigid registration step, the similarity measurement step after the non-rigid registration step. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 비강체정합단계 후 유사도측정단계는 총체적 유사도측정단계 또는 구획별 유사도측정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 뼈 나이 평가방법. The similarity measuring step after the non-rigid registration step is a bone age evaluation method, characterized in that it comprises a total similarity measuring step or a similarity measuring step for each section. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분류기는 신경회로망, 서포트벡터머신(Support vector machine) 및 선형분류기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 뼈 나이 평가방법. The classifier is a bone age evaluation method, characterized in that any one selected from the group consisting of a neural network, a support vector machine and a linear classifier.
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