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首页 / 专利分类库 / 医学或兽医学;卫生学 / 一种小儿骨骼生长状态监测与预测系统及方法

一种小儿骨骼生长状态监测与预测系统及方法

申请号 CN202311728895.6 申请日 2023-12-15 公开(公告)号 CN117911325A 公开(公告)日 2024-04-19
申请人 湖南省儿童医院(湖南省红十字会医院); 发明人 曾凌嵘; 杨戈;
摘要 本 发明 公开了小儿骨骼检测领域的一种小儿骨骼生长状态监测与预测系统及方法,该系统包括第一获取模 块 用于获取 基础 信息;第二获取模块用于在矫正点位处添加标记形状,再获取对象的手部X光片;第一矫正模块用于根据标记形状的偏移量和畸变量对手部X光片进行矫正,输出初矫正图像;第二矫正模块用于根据矫正点位之间的距离量对初矫正图像进行矫正,输出矫正图像;结果输出模块用于根据矫正图像获取监测与预测对象的骨龄,输出当前骨骼生长状态,并预测未来骨骼生长状态。本发明,能够通过矫正的方式获取手部在标准状态下手骨图像,能够促进骨龄的获取更加准确,相应的使儿童骨骼生长状态监测和预测结果更加准确。
权利要求

1.一种小儿骨骼生长状态监测与预测系统,其特征在于:包括第一获取模、第二获取模块、第一矫正模块、第二矫正模块和结果输出模块;
第一获取模块用于获取监测与预测对象的基础信息;
第二获取模块用于在监测与预测对象的手部选取若干矫正点位,在矫正点位处添加标记形状,再获取监测与预测对象的手部X光片;
第一矫正模块用于获取手部X光片图像中标记形状的偏移量和畸变量,根据标记形状的偏移量和畸变量对手部X光片进行矫正,输出初矫正图像;
第二矫正模块用于根据矫正点位对监测与预测对象的手部进行多段超声扫描,获取超声扫描图像中矫正点位之间的距离量,根据矫正点位之间的距离量对初矫正图像进行矫正,输出矫正图像;
结果输出模块用于根据矫正图像获取监测与预测对象的骨龄,基于监测与预测对象基础信息与骨龄的匹配度,输出当前骨骼生长状态,并预测未来骨骼生长状态。
2.根据权利要求1所述的小儿骨骼生长状态监测与预测系统,其特征在于:监测与预测对象的基础信息包括多度的手部图像、生活年龄和性别;
第二获取模块具体用于根据监测与预测对象的多角度的手部图像选取若干矫正点位。
3.根据权利要求2所述的小儿骨骼生长状态监测与预测系统,其特征在于:第一矫正模块具体用于根据多角度的手部图像选取固定点位,根据固定点位预估手骨轮廓线,根据预估手骨轮廓线与手部X光片图像中标记形状的位置差距,获取标记形状的偏移量;
并对比标记形状的原始形状与手部X光片图像中标记形状,获取标记形状的畸变量。
4.根据权利要求3所述的小儿骨骼生长状态监测与预测系统,其特征在于:第一矫正模块具体用于根据矫正点偏移量对手部X光片图像中的手骨位置进行矫正,使手部X光片图像中的手骨图像覆盖于预估手骨轮廓线内;
并根据各标记图像的畸变量对其覆盖的手部X光片图像中的手骨图像进行区域拉伸矫正,使区域拉伸矫正后的标记形状与标记形状的原始形状匹配,输出初矫正图像。
5.根据权利要求1所述的小儿骨骼生长状态监测与预测系统,其特征在于:第二矫正模块具体用于以矫正点位为节点,按照节点将监测与预测对象的手部划分为多个超声扫描区域,依次对各超声扫描区域进行超声扫描,输出各区域的超声扫描图像。
6.根据权利要求5所述的小儿骨骼生长状态监测与预测系统,其特征在于:第二矫正模块具体用于根据各区域的超声扫描图像,依次获取各超声扫描图像中矫正点位之间的距离量,并获取初矫正图像中各矫正点位之间的距离量,基于各超声扫描图像中矫正点位之间的距离量对初矫正图像中各矫正点位之间的距离量进行修正,输出矫正图像。
7.根据权利要求1所述的小儿骨骼生长状态监测与预测系统,其特征在于:结果输出模块具体用于根据矫正图像获取骨骺发育情况,将骨骺发育情况与参考标准进行比对,获取监测与预测对象的骨龄;监测与预测对象的骨龄与其实际年龄之间的差异,并通过对比标准骨龄图谱,确定监测与预测对象的当前骨骼生长状态和预测未来骨骼的生长趋势。
8.一种小儿骨骼生长状态监测与预测方法,其特征在于,包括如下步骤:
获取监测与预测对象的基础信息;
在监测与预测对象的手部选取若干矫正点位,在矫正点位处添加标记形状,再获取监测与预测对象的手部X光片;
获取手部X光片图像中标记形状的偏移量和畸变量,根据标记形状的偏移量和畸变量对手部X光片进行矫正,输出初矫正图像;
根据矫正点位对监测与预测对象的手部进行多段超声扫描,获取超声扫描图像中矫正点位之间的距离量,根据矫正点位之间的距离量对初矫正图像进行矫正,输出矫正图像;
根据矫正图像获取监测与预测对象的骨龄,基于监测与预测对象基础信息与骨龄的匹配度,输出当前骨骼生长状态,并预测未来骨骼生长状态。
9.根据权利要求8所述的小儿骨骼生长状态监测与预测方法,其特征在于:监测与预测对象的基础信息包括多角度的手部图像、生活年龄和性别。
10.根据权利要求9所述的小儿骨骼生长状态监测与预测方法,其特征在于:手部X光片图像中至少包括腕骨、掌骨和指骨。

说明书全文

一种小儿骨骼生长状态监测与预测系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于小儿骨骼检测领域,具体是一种小儿骨骼生长状态监测与预测系统及方法。

背景技术

[0002] 对于儿童的生长发育状态,可通过生活年龄和骨骼年龄来进行评估,其中,生活年龄:以出生时间为就是标准,每个人的增长速度都是一致的;骨骼年龄:从胎儿到成年骨骼
的发育过程,受遗传和后天环境的影响,存在明显的个体差异。
[0003] 通过评估骨龄与生活年龄的匹配度,即能够判断个体的骨骼生长状态是否正常,现有技术中,骨龄的检测是通过X射线检查骨骼的生长情况,根据骨骼的成熟程度来确定个
体生长发育情况,通常用于评估儿童和青少年的生长发育情况。
[0004] 现有技术中,记载有诸多骨龄检测的技术,例如中国专利文献CN110211674B记载的一种基于机器学习模型的骨龄测试方法、装置、计算机设备和存储介质,属于机器学习技
术领域,该基于机器学习模型的骨龄测试方法包括:接收待测的包括骨的影像的X光片;从X
光片的骨的影像中识别骨的多个预定部位的属性构成第一属性集合;将第一属性集合输入
第一机器学习模型输出第一骨龄;将X光片中骨的影像与各个骨龄的人骨的标准影像进行
匹配,找到与X光片中骨的影像匹配的人骨的骨龄作为第二骨龄;对第一属性集合中每个预
定部位的属性进行计分,根据每个预定部位的属性的计分得到总分值,根据总分值,输出第
三骨龄;输出第一骨龄、第二骨龄、第三骨龄的加权和,作为检测出的骨龄。
[0005] 上述技术方案通过获取多个骨龄加权的方式获取更加准确的骨龄,但是却缺少了对于骨龄获取的来源——X光片的准确性验证,对于与患者实际骨骼情况不相符的X光片,
其得出的骨龄也将会存在相应偏差,最终会影响对儿童骨骼生长状态判断的准确性。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种小儿骨骼生长状态监测与预测系统及方法,解决X光片采集准确性对儿童骨骼生长状态判断准确性影响的问题,能够对儿童骨骼生长状态进行更
加准确的判断。
[0007] 为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:一种小儿骨骼生长状态监测与预测系统,包括第一获取模、第二获取模块、第一矫正模块、第二矫正模块和结果输出模块;
[0008] 第一获取模块用于获取监测与预测对象的基础信息;
[0009] 第二获取模块用于在监测与预测对象的手部选取若干矫正点位,在矫正点位处添加标记形状,再获取监测与预测对象的手部X光片;
[0010] 第一矫正模块用于获取手部X光片图像中标记形状的偏移量和畸变量,根据标记形状的偏移量和畸变量对手部X光片进行矫正,输出初矫正图像;
[0011] 第二矫正模块用于根据矫正点位对监测与预测对象的手部进行多段超声扫描,获取超声扫描图像中矫正点位之间的距离量,根据矫正点位之间的距离量对初矫正图像进行
矫正,输出矫正图像;
[0012] 结果输出模块用于根据矫正图像获取监测与预测对象的骨龄,基于监测与预测对象基础信息与骨龄的匹配度,输出当前骨骼生长状态,并预测未来骨骼生长状态。
[0013] 进一步,监测与预测对象的基础信息包括多度的手部图像、生活年龄和性别;
[0014] 第二获取模块具体用于根据监测与预测对象的多角度的手部图像选取若干矫正点位。
[0015] 进一步,第一矫正模块具体用于根据多角度的手部图像选取固定点位,根据固定点位预估手骨轮廓线,根据预估手骨轮廓线与手部X光片图像中标记形状的位置差距,获取
标记形状的偏移量;
[0016] 并对比标记形状的原始形状与手部X光片图像中标记形状,获取标记形状的畸变量。
[0017] 进一步,第一矫正模块具体用于根据矫正点偏移量对手部X光片图像中的手骨位置进行矫正,使手部X光片图像中的手骨图像覆盖于预估手骨轮廓线内;
[0018] 并根据各标记图像的畸变量对其覆盖的手部X光片图像中的手骨图像进行区域拉伸矫正,使区域拉伸矫正后的标记形状与标记形状的原始形状匹配,输出初矫正图像。
[0019] 进一步,第二矫正模块具体用于以矫正点位为节点,按照节点将监测与预测对象的手部划分为多个超声扫描区域,依次对各超声扫描区域进行超声扫描,输出各区域的超
声扫描图像。
[0020] 进一步,第二矫正模块具体用于根据各区域的超声扫描图像,依次获取各超声扫描图像中矫正点位之间的距离量,并获取初矫正图像中各矫正点位之间的距离量,基于各
超声扫描图像中矫正点位之间的距离量对初矫正图像中各矫正点位之间的距离量进行修
正,输出矫正图像。
[0021] 进一步,结果输出模块具体用于根据矫正图像获取骨骺发育情况,将骨骺发育情况与参考标准进行比对,获取监测与预测对象的骨龄;监测与预测对象的骨龄与其实际年
龄之间的差异,并通过对比标准骨龄图谱,确定监测与预测对象的当前骨骼生长状态和预
测未来骨骼的生长趋势。
[0022] 一种小儿骨骼生长状态监测与预测方法,包括如下步骤:
[0023] 获取监测与预测对象的基础信息;
[0024] 在监测与预测对象的手部选取若干矫正点位,在矫正点位处添加标记形状,再获取监测与预测对象的手部X光片;
[0025] 获取手部X光片图像中标记形状的偏移量和畸变量,根据标记形状的偏移量和畸变量对手部X光片进行矫正,输出初矫正图像;
[0026] 根据矫正点位对监测与预测对象的手部进行多段超声扫描,获取超声扫描图像中矫正点位之间的距离量,根据矫正点位之间的距离量对初矫正图像进行矫正,输出矫正图
像;
[0027] 根据矫正图像获取监测与预测对象的骨龄,基于监测与预测对象基础信息与骨龄的匹配度,输出当前骨骼生长状态,并预测未来骨骼生长状态。
[0028] 进一步,监测与预测对象的基础信息包括多角度的手部图像、生活年龄和性别。
[0029] 进一步,手部X光片图像中至少包括腕骨、掌骨和指骨。
[0030] 采用上述方案有以下有益效果:
[0031] 1、本发明,通过采集监测与预测对象的手部X光片,并对监测与预测对象的手部进行多段超声扫描,基于手部X光片中添加的标记形状位置和形变,获取手部X光片中监测与
预测对象的手部状态是否标准,现有技术中,手骨图像采集易受到采集时手部状态影响,例
如,手部的指骨处于微弯曲状态下进行手骨图像采集,由于手部X光片投影图像,手部X光片
中手部的指骨长度以及指骨的结构可能受到微弯曲状态下进行手骨图像采集的影响,导致
骨龄判断存在误差。
[0032] 而本申请,能够通过矫正的方式获取手部在标准状态下手骨图像,能够促进骨龄的获取更加准确,相应的使儿童骨骼生长状态监测和预测结果更加准确。
[0033] 2、本发明,一方面,基于标记形状的畸变量,对手骨图像各部位进行矫正,使其与手骨实际尺寸靠近,再通过多段超声扫描结果,对初步矫正后的手骨图像进行进一步的矫
正,使其与手骨实际尺寸更加贴合,且对手骨的结构也进行相应的补偿,从而得到相较于直
接投影的手骨图像更加贴合实际手骨尺寸和结构的图像,提升骨龄判断的准确性。
[0034] 3、本发明,基于生活年龄和性别指标与骨龄的匹配度进行骨骼生长状态的判断,能够提供有关个体骨骼生长的重要信息,有助于早期发现问题、制定有效的治疗计划以及
监测治疗效果,从而促进骨骼生长的正常发育。
[0035] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0036] 图1为本发明小儿骨骼生长状态监测与预测系统实施例的结构示意图;
[0037] 图2为本发明小儿骨骼生长状态监测与预测方法实施例的流程图

具体实施方式

[0038] 下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0039] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或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。
[0040] 在本发明的描述中,除非另有规定和限定,需要说明的是,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据
具体情况理解上述术语的具体含义。
[0041] 下面通过具体实施方式进一步详细说明:
[0042] 说明书附图中的附图标记包括:第一获取模块100、第二获取模块200、第一矫正模块300、第二矫正模块400、结果输出模块500。
[0043] 实施例1
[0044] 如附图1所示:一种小儿骨骼生长状态监测与预测系统,包括第一获取模块100、第二获取模块200、第一矫正模块300、第二矫正模块400和结果输出模块500。
[0045] 第一获取模块100用于获取监测与预测对象的基础信息,其中基础数据包括但不限于多角度的手部图像、生活年龄和性别。其中多角度的手部图像可采用普通相机拍摄的
方式,其作用在于了解监测与预测对象的手部的基本特征。其中生活年龄和性别通过用户
自主输入的方式,第一获取模块100将采集的多角度的手部图像和用户输入的生活年龄和
性别录入。
[0046] 其中生活年龄是指一个人的实际年龄,生活年龄与骨龄之间存在一定的相关性,但并不完全一致。若骨骼发育较快,骨龄可能比生活年龄要大,若骨骼发育较慢,骨龄可能
比生活年龄要小。因此,获取生活年龄的基础上进行骨龄检测可以帮助确定个体的骨骼发
育情况。
[0047] 其中男性和女性在骨骼发育上存在一些差异,通常情况下,女性的骨骼发育比男性早熟,因此女性的骨龄可能比同龄的男性要大。
[0048] 第二获取模块200用于在监测与预测对象的手部选取若干矫正点位,在矫正点位处添加标记形状,再获取监测与预测对象的手部X光片;其中矫正点位是根据监测与预测对
象的多角度的手部图像选取的,优选的,矫正点位选取于近节指骨、中节指骨和远节指骨中
部。
[0049] 标记形状可通过在监测与预测对象的近节指骨、中节指骨和远节指骨中部佩戴铅金属制成的不同形状的配件,在佩戴不同形状的铅金属配件下进行手部X光片采集,从而获
取到监测与预测对象带有标记形状下的手部X光片。
[0050] 第一矫正模块300用于获取手部X光片图像中标记形状的偏移量和畸变量,根据标记形状的偏移量和畸变量对手部X光片进行矫正,输出初矫正图像;具体的,根据多角度的
手部图像选取固定点位,根据固定点位预估手骨轮廓线,根据预估手骨轮廓线与手部X光片
图像中标记形状的位置差距,获取标记形状的偏移量;其中预估的手骨轮廓线为在监测与
预测对象手部上选取一个固定点位,基于固定点位手骨的延伸方向从而预估手骨轮廓线,
在拍摄手部X片后,手骨图像的实际位置会与预估手骨轮廓线存在偏移,因此对手骨图像位
置进行调整使其覆盖于预估手骨轮廓线上,从而能够获取到位置更加准确的手骨图像。
[0051] 并对比标记形状的原始形状与手部X光片图像中标记形状,获取标记形状的畸变量;具体的,根据各标记图像的畸变量对其覆盖的手部X光片图像中的手骨图像进行区域拉
伸矫正,使区域拉伸矫正后的标记形状与标记形状的原始形状匹配,输出初矫正图像。
[0052] 例如,标记形状为圆形时,若监测与预测对象拍摄X片时手骨略有弯曲,则生成的X片中标记形状则会改变,圆形可能会形变为椭圆形或者不规则的其他形状,根据标记形状
的原始形状,对形变后的标记形状和周围去的手骨图像进行拉伸,使标记形状逐渐恢复原
始形状,从而对拍摄X光片时手骨图像的弯曲等进行矫正,使手骨图像更接近于实际手骨图
像。
[0053] 第二矫正模块400用于根据矫正点位对监测与预测对象的手部进行多段超声扫描,获取超声扫描图像中矫正点位之间的距离量,根据矫正点位之间的距离量对初矫正图
像进行矫正,输出矫正图像;具体的,以矫正点位为节点,按照节点将监测与预测对象的手
部划分为多个超声扫描区域,依次对各超声扫描区域进行超声扫描,输出各区域的超声扫
描图像。
[0054] 根据各区域的超声扫描图像,依次获取各超声扫描图像中矫正点位之间的距离量,并获取初矫正图像中各矫正点位之间的距离量,基于各超声扫描图像中矫正点位之间
的距离量对初矫正图像中各矫正点位之间的距离量进行修正,输出矫正图像。
[0055] 例如,某一指骨上选取有三个矫正点位,依次对相邻两个矫正点位之间进行超声扫描,扫描的超声图像中识别相邻矫正点位间的距离以及结构,从而对初矫正图像中手骨
的结构也进行相应的补偿,使手骨的形状结构以及尺寸更加接近实际手骨。
[0056] 结果输出模块500用于根据矫正图像获取监测与预测对象的骨龄,基于监测与预测对象基础信息与骨龄的匹配度,输出当前骨骼生长状态,并预测未来骨骼生长状态。
[0057] 具体的,根据矫正图像获取骨骺发育情况,将骨骺发育情况与参考标准进行比对,获取监测与预测对象的骨龄;监测与预测对象的骨龄与其实际年龄之间的差异,并通过对
比标准骨龄图谱,确定监测与预测对象的当前骨骼生长状态和预测未来骨骼的生长趋势。
[0058] 通常情况下,骨龄与生活年龄一般相差±1.5岁为正常,当骨龄与生活年龄相差大于1.5岁,则获取监测与预测对象的当前骨骼生长状态过慢或过快,并预测之后监测与预测
对象的骨骼生长状态将会如何发展。
[0059] 对于结果输出模块500可采用建立机器学习模型的方式实现,通过采集历史检测的手骨图像和手骨图像对应的骨龄,以及手骨图像对应的个体基础信息作为训练集,选取
适宜的机器学习模型,如:logistic回归模型、SVM算法决策树模型等,训练完成后的机器
学习模型,通过直接获取第二矫正模块400输出的矫正图像,既能够输出监测与预测对象的
骨龄、当前骨骼生长状态和预测未来骨骼生长状态。
[0060] 实施例2
[0061] 如附图2所示:本实施例提供一种小儿骨骼生长状态监测与预测方法,适用于上述小儿骨骼生长状态监测与预测系统;包括如下步骤:
[0062] S1:获取监测与预测对象的基础信息;
[0063] S2:在监测与预测对象的手部选取若干矫正点位,在矫正点位处添加标记形状,再获取监测与预测对象的手部X光片;
[0064] S3:获取手部X光片图像中标记形状的偏移量和畸变量,根据标记形状的偏移量和畸变量对手部X光片进行矫正,输出初矫正图像;
[0065] S4:根据矫正点位对监测与预测对象的手部进行多段超声扫描,获取超声扫描图像中矫正点位之间的距离量,根据矫正点位之间的距离量对初矫正图像进行矫正,输出矫
正图像;
[0066] S5:根据矫正图像获取监测与预测对象的骨龄,基于监测与预测对象基础信息与骨龄的匹配度,输出当前骨骼生长状态,并预测未来骨骼生长状态。
[0067] 其中,监测与预测对象的基础信息包括但不限于多角度的手部图像、生活年龄和性别;手部X光片图像中至少包括腕骨、掌骨和指骨。
[0068] 以上所述的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明结构的前提下,还
可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实
施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书
中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。