TW200529794A - Method of automatically evaluating age of bone and skeleton via hand X-ray photograph - Google Patents

Description

200529794 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 /本發明係關於-種由雙手X光片中自動化擷取右手 t影像之方法。此外，本發明係有關—種由左手或右手影 4自動化採取中指影像之方法。更特別的是，本發明係關於 稭由手部X光片之資以自動化評估錄年齡之方法。 【先前技術】 骨絡年断估在小兒射學上具魏佳贿，其可用來 長方_赫、量定兒童之絲潛能，以及 果。骨料齡與實際年齡間若呈現相tA的差距時二 激Ϊ失ίΐ生長發育上可能有異常狀況發生，如生長遲緩或生長 ^知_床制上’ #_枝普频絲料 進仃骨骼成長與發展之評定。農中一 尤月 法，為最常被使用之方法，係將帅Ρ) 計掌骨圖鑑作比對，而得-評方法的統 評估之結果易因每個醫生經驗之;^=斤具f之最大缺點為， 在著醫生個人的主觀因素。所差異，亦即此法存 不完全符合時，醫生會執行較主觀$„標#圖解影像 受測X光片影像最接近之料J；之==卩或，醫生會選出與 生評斷之结果。妥以，量、、脾ιΓ進作出可能歧異於其他醫 有所差異。另外一種普遍被3=:評估之醫生的不同’而 為Tanner與Whitehouse (TW2)、、表月路成長與發展之方法稱 之分析，並賴㈣之分析贿1*^法鱗每—錄作更詳細 物仃刀數給賴計算，最後利用得出 200529794 ^總=估骨料齡。她於Gp法，由於彻法來的複雜度較 南，判讀之時間耗費亦矩，是以此法之應用率不超過2〇%。 车邱骨齡士之評估係為評估人體生理成熟與成長之量化程度。在 :、以中，腕部與指骨之資訊係用以評估骨路年齡 。以腕部 尺寸與特徵雜皆為評倾骨成長之依據，因此於藉由 尺ΐ ==路年齡所做出之評斷中，主要係針對腕骨數目、 ，進行評估。不幸的是，隨著骨路成長，腕骨間 光影像為二維影像’骨㈣疊會造成影像 在^個典二9至12歲以上案例進行骨路年齡評估之困難度。 長二二笼-長产白段’指骨分析可具有較可靠之結果，從指骨成 之分析’為藉由手部χ光片取得骨路年 #典卢且式‘月之成長，係發生於該指骨之邊緣，是以當 rit ’其會歷經走向成熟之各個階段。在第一階段 上顯或:)第形=端緣，而在X先片 間合有新^敬ίί 第一階段中，骨路端緣與成長板之 的資訊即隱匿錄中。成奸止。如此一來，指骨中最重要 正確路年齡之評估工作係由醫師執行，而評估結果之 員於鑑定執行者之經驗，因此由人為因素所衍生之 進行Γ麟人為因素包括由同一位醫生對同一個案例 時間致之結果（此係可能導因於醫生進行評估之 之同-案舰行評倾糾不一致 ί果電=助骨料齡評估系統可產生具有再現性、可靠之3 ° /、可更有效率地幫助醫師評斷骨路年齡，是以發展出一 200529794 ::::助骨料齡獅統，將挪 【發明内容】 擷取象：於提供-種由雙刪 自動提供—獅細右规片影像中 評估iiH目的在於提供—鶴由伽_像自動化 方法本ΐΓ揭影像自動化評估倾年齡之 之影像以作為第—影像。接著，再if中擷取左手或右手 之中指垂直指向上。由第!象’以使右手或左手 像^遺後從第二影像中抽取;指C為第二影 之步驟包含··利用第一濾 ^如像，其中抽取中指指骨 以產生第三影像;利用;二；波㈡兰，象平滑化程序， 影像邊緣_，而取得第 ^二心對弟二影像進行 疊，以得到標的指骨區段。四影像與第二影像重 中萃取出複數個生理學特徵疋曰曰：之切割後’由第四影像 外由第四影像中萃取個據，作為第-資訊。此 =這些參數按其重· 取^ = 得到-系列參數， 將第-資訊與第H偟」I:，重要者’以得到第二資訊。 骨路年齡之評估結果。至一類神經網路進行訓練，最後輸出 【實施方式】 在本發明中，「+主 是以其並未對本發明:中=====下 200529794 所出現之「左手」字眼可被「右手」所取代。 第一圖揭露本發明之流程。 I·拍I取左手影像 仃影像處理時，會綠含有雙手影像之x光片輸入電腦 右^^之操作1)。在—些情況τ，由於左手與右手之部分影像 =彼此黏結’因此若只使用一個閾值（thresh〇id)即欲從中取 :位^像，將財可能遭遇失敗。為了能正確地估計左手座落 徂罝，± 一較複雜之程序被詳細地揭露於下： L讀進一手部X光片。 僅且有1或〇之旦1 —ί衫像。一值化影像係為一種每單一像素 得其中1代表開啟，而吼表_。閾值化後所 像ϊ==!像區域相比’由於該令人不感興趣之影 〇度，順時鐘為°簡之她設為 目苗線，隨後每增加1度即新增掃 如第之像素數目；將二ί成 ，標的掃·;著 標的掃猫線以左之方向，應之角度錢辦。在該 更確保整個左手區域皆能i部ii括，驟為了 5.請參照第三圖。從負爾到e,，找出計算數值下最一:之知掃猫 200529794 線，以及其相對應之角度θ2之後，利用下列公式計算出％ : θ3 = ( 2*θ] + θ2) / 3 6.在角度為Θ3之掃瞄線上，紀錄其中心點之座標。通1 心點之垂直線即用以當作後續欲得左手影像之裁切邊界（第 之操作2)。換言之，挑選出$之目的為確保整個左手影像皆能= 囊括。 π.標的指骨區域（PhalangealBoneRegi〇n〇fImerest)之取得 擷取出左手影像後，預期中應對影像作旋轉校正（第: =操作2)，以使後續之中指影像操取過程來的容易一些。值d ，的是’左手之㈣、尺骨與橈骨之涵蓋範圍、每之= 織的融合部分等因素皆會增加找尋標的指f區域之瞻产、了 克服此處提及之缺點，-詳盡且有效之方絲提供如下^，、'、 1·讀進前上取得之左手影像。 2·計鼻影像之平均值，並將此平均值當作闕值，用 不像素。餘留下來之影像，幾乎皆為乂丰 Ί 掌股、腕骨、部分之尺摊=从怕_像，包括指骨、 3·利用如下之公式估計上述步驟中餘留影像之中心點座標·· regions ^之^餘留區^中之一個點，⑹代知點之座標，N為餘留 ^域之總數’ i則為餘留區域之計算中心 中心應落於手掌區域中。 ”貝屬疋该计异 4·執行比對知序，以校正計算中心 有過多之尺骨與橈㈣域，在找尋計算^置因象中含 況。在這樣的情況下，以㈣ψ時會發生干擾的狀 以拉令心為中心點，綠出水平線與垂直 200529794 有影像之線寬。接著，在垂直線上， ，直f向作更進—步之擷取，繼而取得-新的計算ttrt 長度，與上述比值相比，'若、比擷取後新得之 含有過多之尺㈣橈骨；表示原有影像中 5. r料W ^ 町之影像部分應去除。 之掃I ,W ’仃—類似前述用喊尋左手區域影像 。將該計算中心設為參考點，且將通過此計算中心之 ^，ίΓΐ，順時鐘方向為正，逆時鐘方向為負。從0度至180 筆增—掃瞎線，其中每—條掃瞎線皆自計算中 二 之邊界。隨後，推斷每—條掃瞄線從計算中心 到心像邊界之距離。在計算出之181個 之該條掃崎，料補心Β α 那觀為取大 為係粗估所得之中指：應之角度。具蝴 作直角ΐ與上述提及之角度間，利用最近鄰近點的資訊 i 卜標的角度’接著將影像旋轉以該標的角 度’而使中指垂直指向上。 i掃贿序，其中此弧狀掃_序係相異於上述所 私規°耳先，將計算中心當作參考點，然後把步驟5中 ，現之取大數值當成錄（水平方向）與短轴（垂直方向）之半 弧線。隨後’由60度至120度’每隔〇.5度即搜 象素，其複數個灰階值紀錄至行向量（r〇wvect〇r)中， 灰二二ί里之平均值。之後’將行向量中數值大於該平均值之 又為1，而將數值小於該平均值之灰階值設為0。重複上述 W直至長軸半徑和短軸半徑相差一特定長度，停止此掃瞄 10 200529794 在本★明之—較佳實施财，此特定長度為職像素。士 匕-來，=可得到複數個具有相同寬度之行向量。 ” σ 8.計算±述行向量之總和，並將方摘得出之 平編雜的，獅出如第四圖戶= 角“受 二 IT—主要波峰。二偷置：= ‘點取一特定大小的長指妙尖後^白為r ’二算』灰階平均值]連續 :乍為第二窗計均=後取具有最大灰階值的區 窗就會含有所有財指指；:ΐ域重㈣灯取出新«。這些視 10.利用位於上步驟所取出的最上方與最下方 i取中影像，以使中指指尖指向垂直位置。最 作3) 中㈣長方形區塊作為有興趣的區域（第-圖之操 III.標的財區域之抽取（segme_⑻ 出來，1景^訊與軟組織像素中抽取 步驟，以嫌影射之切分執t影料滑化（―哗） 測器與局部變異（1〇 ’、σ 、接者，利用肯尼（Canny)偵 與生長板區域。 偵測器，來找出中指的骨區輪廓 200529794 此階段之目標在於對指骨進行抽取程序，以利指骨分析之進 行。是以，平滑化程序會先被執行，以降低影像中之雜訊。 許多種類之濾波器，如平均值濾波器（mean filter)、中位數 濾波器（median filter)、高斯濾波器（Gaussianfllter)以及嘉伯濾 波器（Gabor filter)，皆可用以取得具有接受度之平滑化結果。= 本發明之-較佳實施例巾’選擇姻嘉伯濾波器來執行平滑化程 序，其中嘉伯濾波器具有以下型態： xl >cosl (2Φφ) 其中4嘉伯濾波器之方向，f為正弦波之頻率，δ 為高式濾、波器中X軸與γ軸上之間隔常數。由於嘉χ歸/、lJ ，括，高式纽器中’是以嘉簡波器之效用近似ς高式驗 χφ =^cos^ +^sin^ 八=-xsing + ycos# 濾波器係被 =而’此兩種缝器間仍存在著差異。嘉伯器1有:: 声=方向參數與解參數可用以降二= 本發明中其被用以執:平滑η慮“具有此項優點’是以在 植入數位影像中之邊緣偵卿亦 眚竑办•丨士 · 7幻士 m I” a 八Τ在本發明之一較佳 (edgedetectins) ° , 實施例中’係使时尼邊緣彳貞·。通f，若X :僅設定-閾值，报有可能圈取出錯誤的 二匕: =，會在肯尼邊緣偵測器中設定兩綱值以決此 像邊界。 用Μ件取正確之影 明之一較佳 中僅設定一閾值，报有可能圈取出錯誤的影μ月化邊緣偵測器 12 200529794 除了肯尼邊緣偵測為’局部變異法（l〇cal variancem她〇cj) 亦用以搜尋影像之邊緣區域。局部變異指的是一像素灰階值與盆 周圍環境灰階值之變異。首先，選擇出可定義一像素周圍環境^ 區塊’接著利用統计公式计异其變異度。隨後，以該像素原先之 焭度取代計算出之新值，以取得一新影像。局部變異法之優點在 於可將訊號微弱之邊緣轉化成訊號強大之邊緣，以利完整搜尋一 影像之邊緣。 根據以上描述，一流程被揭露於下： 1·分別利用四種不同方向（0。、45。、9〇。、135。）之 波器對影像進行平滑化程序（第一圖之操作4)。 ^ 、，利用肯尼邊_測器個別對步驟w得之四個平化後影 進仃邊緣搜尋過程’並將四鋪果結合成一個。 形成3一:二變(Π=)補關節謝分’並新 上。4之為t罩，而作用於原始影像 分影像（第-圖之操作6)。在本^^而去除未被遮罩之部 長板爾程序之正確率高達;第抽7指(含骨區與生 咬/0以上（弟一圖之操作7)。 VI·特徵抽取 為了降低運算負擔鱼拷推a 愁年齡_，會^=^==之正確率，在做出骨 -較佳實施例中，兩種 ~象進仃特雜取。在本發明之 學特徵，被自動化地抽取 ^之特徵，亦即生理學特徵與型態 出來（弟-圖之操作8)。 1·生理學特徵 200529794 包括遠端（distal) S像/抽取出來，這些特徵 指骨之長度、寬度與面積。而^2)，及近端（_dmal) 位置定位。根據習知之知識，;將遠端=特徵，需先將關節之 成3/10，3/10與三區段，關節即被囊二距離切 區塊中的影像投影在γ轴上，亦^^則兩個區段中。將每 ::=::r生並訂為心= 度、寬度區段指節之長短轴的長 徵。若再加上中指細長，則她妓可由三個區塊中抽取出9個特 2.型態學特徵 除了生理學特徵外’醫生常會投注更多的注意 二二們會用複雜的影像處理方法量測_長度* =距離 端（metaphyses)、雜骨幹（dia卿ses) 上述方法的確有助於骨路年齡之評估，然而其缺點為運算規 权（dmiensKHO過大。過奴運算賴暗示著需要好的運 間以訓練評估系統。在本實施例中，離散餘弦轉換（^咖 麵;、町）娜散小波觀（cli伽e Wavelet transf_ ; DUT)即被用來抽取指骨特徵，並取其轉換後的重要特徵以縮小 ，算規模。在上述說明中，由於1G個生理特徵之抽取，係為盘 績月路年齡分類|§之特徵具有一致性。有鑑於此，在本發明中， 利用離散小波轉換與離散餘弦轉換各別抽取出最具重要性之難 14 200529794 頻率參數，以作為型態學上之特徵。 v.結果與結論 為測試本發明對骨骼年齡的判斷有效度，利用了取自台北榮 民總f院自1998年12月至細年1月的小兒掌骨資料槽案，計有^ 千多筆，資料分布由新生兒至18歲成人（第一圖之操作9)。如前 所述’本發明中抽取中指影像程序之正確率高達99%以上。接著， 將這些影像經由特徵抽取後，倒傳遞類神經網路㈤k propagation of neural network ； BPNN) ^

Radial basis flmction of neural network ; RBFNN)以及支持向量 (support vect〇r machine 〇f neuraj SVMW〇作為分類器’對手掌x光片進行骨路年齡之評估（第一 在本發明之— 交佳實施例中，倒傳遞類神經網路被 ’二出1訓練上述萃取特徵之資訊。其中，此網路架構為-層輸入層，有10個神經元。有一層隱藏 輸 層為18個神經元。έ士要仫士丨田, 叮、工凡翰出 摔作η)。社夂日1 j _⑽演算法判讀（第一圖之

刼乍）❺以弟五圖’判讀結果和標準結果比較，相差I 以上。結果也顯示利用離散小波轉換係數的確有 果。；月° "之5平估’其正確率稍高於利用生理學特徵而得之結 其專同領域而定 15 200529794 【圖式簡單說明】 藉由以下詳細之描述結合所附圖示，將可輕易的了解上述内 容及此項發明之諸多優點，其中·· 第一圖顯示本發明之流程。 第二圖顯示本發明中對x光片影像進行閾值化後所得之二值 化影像。 示本發明中由第二圖所得之掃目錄據圖表。 第五二:具不本發明中進行掃目苗程序後所得之投影。 圖_示根據本發明所得骨絡年齡評估之正確率。

Claims (1)

1. 200529794 拾、申請專利範圍： 讀自取或右手X光片影像之方法，包含： 二值化影像中之每=-個二值化影像’其中該 於該二值化影像之底^ ^時之1或麵狀態時之〇 ; 冊-… 底口卜找其中心位置； 〜值化影像執行—掃猫程序，包含 將通過該中心位置之水平線設為0度，·

   -角度產生第，線； 線“線母赠鐘旋轉-特定角度，即新增—掃目苗 直至該第-掃晦線逆時鐘旋轉至第二角度，並於該第二角 —ί之處形成最後—條掃_後，停止該掃瞒程序； 叶异每條掃瞄線上數值為丨之像素數目； 利异結果製作出該二值化影像之掃目g數據圖表； 經由該掃瞄數據圖表，找尋所有掃瞄線中具有最小 的掃瞄線； ％

   哥找該標的掃目苗線之中心點；以及 將通過該中心點之垂直線設成該X光片之擷取邊界。 2·如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一角度為6〇度。 3·如申請專利範圍第1項之方法，其中該特定角度為1度。 4·如申請專利範圍第1項之方法，其中該第二角度為120度。 5· —種於左手或右手X光片影像中自動化找尋中指位置之方 法，包含： 讀取該X光片影像； 17 200529794 錫定該x光片影像之中心位置； 對該X光片影像進行一掃瞄流程，包含 將通過該中心位置之水平線設為0度； 每增加一特定角度，即新增一 係由該中心位置筆直延伸至左 從0度到逆時鐘方向180度， 掃瞄線，其中每條掃瞄線 手或右手影像之邊界止； 在所有掃猫線中，計算每一條掃瞒線之長度； 找出具有最大長度之標的掃瞄線；

   調整該X光片影像，以使該標的掃崎垂直指向上； 對該X光片影像施行一弧狀掃瞄程序，包含 a) =中心位置為—參相，並⑽最大長度為水平軸 /、垂直軸之半徑，繪製出一橢圓形弧線； b) 在該，線上，每隔一特定度數即搜尋-次相對像素； C)記錄每一相對像素之灰階值至一行向量中，· d) ϋ十'^出该行向量之一特定數值； e) 將該行向量巾，大於該特定触之錢為卜而將小於 该特定數值之值設為〇 ;

   f) 縮短步驟a)中垂直軸之半徑長度，繼而重複步驟 a)，b)，=d)及e)，直到該垂直軸與該水平軸之長度具有 特疋差異，即停止該弧狀掃描程序。 取得複數個具有相同寬度之行向量； 運算該行向量； 將運算所得之結果轉化，⑽成具有3個波峰之投影圖；以 將中間波峰定為中指位置。 6.如申請專利範圍第5項之方法，其中該特定角度為i度。 18 200529794 項之方法，其中該特定度數為0.5度。 光片自動化评娜年齡之方t= 頃進雙手X光片影像； 娜左手或右手影像赠為第一影像； 疋轉料—影像，以使_指指尖垂直指向上； 自该第-影像t擷财指影像以作為第二影像； 切割出中指之指骨部分，包含 以形成第 利^第-遽波器對該第二影像進行平滑化程序， 三影像； 並形成第 利用第二遽波器與第三遽波器_該第三影像， 四影像； 將該第四影像與該第二影像重疊，以得到一 该第四影像萃取出複數個生理學特徵以作為第—資訊?， 轉取出複數個型態學特徵以得到—數據圖表，· ‘網路，以進行訓 j轉-資訊與該第二資訊傳送至—類神經中4 一貝I 練程序；以及 輪出一評估結果 η·序m專鄕㈣ig項u法，射麵岭第—影像之程 藉由—得自該x光片之間值，取得一個二值化 二f中之每一像素代表開啟狀態時之1或關閉狀態叙0 Γ h亥一值化影像之底部尋找其中心位置； 對該二值化影像執行一掃瞄程序，包含 200529794 過°亥中心位置之水平線設為〇度； 逆時鐘方向之第—肢產生第目^ 田:第-一每逆時鐘旋轉一特定角度，即新增一掃猫 直ΪΪΪ:，逆時鐘旋轉至第二角度，並於該第二角 計算“;二:：目停止該掃-序； 的翻線，· 細表，找讀有掃目魏中具有最小數值之標 尋找該標的掃瞄線之中心點；以及 將通過該中心點之垂直線定為該χ光片之榻取邊界。 12·如申請專利範圍第丨丨項之方法 13·如申請專利範圍第11項之方法 14·如申請專利範圍第11項之方法 15·如申請專利範圍第1〇項之方法 序更包含： 讀進該第一影像； 錨定該第一影像之中心位置； ’其中該第一角度為60度。 ，其中該特定角度為1度。 ’其中該第二角度為120度。 ，其中擷取出該第二影像之程

   特定角度，即新增一 心位置筆直延伸至左 對該第一影像進行一掃瞄流程，包含 將通過該中心位置之水平線設為〇度 從0度到逆時鐘方向180度，每增加一 掃瞒線，其中每條掃瞄線係由該中 手或右手影像之邊界止； 在所有掃瞄線中，計算每一條掃瞄線之長度； 20 200529794 找出具有最大長度之標的掃瞄線； 調整該XiW影像，以使該標的掃i雜直指向上； 對該X光片影像施行一弧狀掃瞄程序，包含 a) 以該中心位置為-參考點，並以該最大長度為水平軸 與垂直軸之半徑，繪製出一橢圓形弧線； b) 在該弧線上，每隔一特定度數即搜尋一次相對像素； c) 記錄每一相對像素之灰階值至一行向量中； d) 計算出該行向量之一特定數值； e) 將該行向f巾，大於·定數值之值設，而將小於 該特定數值之值設為0 ; f) 縮短步驟a)中垂直軸之半徑長度，繼而重複步驟 &)力)，(〇，(1)及6)，直到該垂直軸與該水平軸之長度具有 一特定差異，即停止該弧狀掃描程序。 、 取得複數個具有相同寬度之行向量； · 運算該行向量； . 將運算所得之結果轉化，以形成具有3個波峰之投影圖；以 及 ， 將中間波峰定為中指位置。 鲁 丨6.如申請專利範圍第I5項之方法，更包含對該妹片影像進行閾 值化步驟，以利用該特定數值移除背景像素。 17. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該特定角度為丨度。 18. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該特定度數為〇^度。 19. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該特定數值為平均值。 20. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該特定差異為_像素。 21