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关键词: 体层摄影术，X线计算机；自动数据处理
【摘要】 目的 旨在研究开发自动X线头影测量分析系统，实现X线头影测量分析的自动化。方法 应用计算机图象处理技术建立自动X线头影测量分析系统的方法，同时，对两种计算机X线头影测量分析系统进行了比较研究。结果 该系统对于软组织测量标志点的定位与测量优于采用人机交互式的计算机系统，并且避免了人工定位标志点产生的误差。结论 自动X线头影测量分析系统的应用为更准确的分析测量提供了可靠、有效的工具。
The study of antomatic cephalometric analysis system ZHANG Xiao, ZHANG Zhenkang, ZHANG Xien, et al. School of Stomatology, Beijing Medical University, Beijing 100081 【Abstract】 Objective To develop a system of automatic cephalometric analysis and compare the reliability of the computer software systems (ACAS and OSPES). Methods The establishment of the ACAS computer software system by image processing technique was introduced. 15 cephalogrames were used for comparing the reliability of ceph alometry between ACAS and OSPES. Results The results shown that the ACAS is more reliable for soft tissue profile measurement than OSPES. Conclusion The application of ACAS would supply a valuable measurement tool for orthodontics and orthognathic surgery. 【Key words】 Tomograph, X-Ray Computed Automatic data processing
X线头影测量分析技术自Broadbent首次应用到今天，已经成为正畸学、正颌外科学领域分析诊断牙颌面畸形的重要工具。其发展经历了从手工描绘头影图，手工测量分析到应用计算机技术进行头影测量分析的过程，从而迅速快捷，处理数据量大。尽管如此，在进行X线头影测量分析时，测量标志点的定点和输入，仍停留在手工定位的水平上，这不可避免地影响测量分析的准确性。国外有学者已开始探索自动X线头影测量分析的方法［1-4］。本研究的目的旨在研究开发自动X线头影测量分析系统，以实现X线头影测量分析的自动化，使得测量分析更快捷、准确。
材料和方法 一、自动X线头影测量分析系统的建立 硬件组成：①IBM 486/DX33计算机，4M内存，1.2M和1.44M软驱和200M硬盘；②CA540真彩色图像采集卡；③Sony Trinitron彩色监视器；④黑白、彩色摄像机；⑤键盘和鼠标。 软件组成：本研究通过图像采集系统获得图像，A(D)转换为数字图像，256级灰度，512×512空间分辨率，每帧采样时间为1/25秒，图象格式为BMP。 图像预处理：由于图象输入的质量决定最终获得的信息量，图象的灰度描述是图象感知的唯一信息。因此借助图象处理运算，可最大程度地获取图象信息。由于X线图象的灰度和实际情况不匹配，可通过灰度矫正的方法进行处理。对于曝光不足的图象，整幅图象的灰度变化很小，可行灰度变换增加图象的全部或局部的反差，使得原来反差很小的图象灰度层次变得丰富，达到图象增强的目的。 本研究对图象噪声的去除采用低通滤波的方法，同时采用取阈值的邻域平均法和保留边缘的空域平滑技术，以最大限度的保留边缘信息。 图象特征的提取处理：把具有所需特征经过运算的图象，以目标特征(如点、线等)为基准，进行归类、化简、识别及聚类，从而建立相应的特征描述。本研究分两步对X线图象进行特征提取：①图象边缘自动提取：由于颌面部软组织灰度变化远少于硬组织在X线图象上灰度变化，所以，在边缘检测时，需要进行多尺度的滤波通道分配，同时还要有空间的定向，最终得出一幅简洁的边缘素图。经过边缘检测所获得的图象边缘是具有一定宽度的像素点所构成的线条，必须做矢量化处理后，方可获得平滑的线条，这与我们手工描绘的头影图是一样的。②测量标志点的提取：在X线头颅影像中，测量标志点的选择一般是位于易于辨认的解剖结构上。多数标志点均与图象的边缘有关，或位于最凸点，或位于最凹点，或是几个解剖结构的交界点。因此只要能正确的定位特征边缘并根据点的几何特征，即可确定特征点的位置，对于特殊的点，则需给出特别的数学描述方可定位。 测量与分析：在建立了正确的标志点的集合后，任何几何测量分析均可完成，但在测量分析之前必须完成：①座标系的建立：本研究座标系是以N点原点，SN平面逆时针旋转8°作为X座标轴，通过N点做X座标轴的垂线作为Y轴，而建立的。②建立座标系后，系统将自动将已经定位的标志点进行校准、变换而获得各点的座标值。 二、自动X线头影测量分析系统可靠性检验 1.选择标准头颅侧位X线片15例：①应用本系统进行测量分析，获得各个标志点的座标值及各项测量参数值；②采用人机交互式计算机X线头影测量系统(orthognathic surgery prediction experts system, OSPES)进行测量分析，获得各个标志点的座标值和测量参数值。 2.测量标志点和测量项目：标志点：S，A，B，Pg，Me,Go,Gs,Ns,Prn,Sn,U1,L1,Pgs,Mes,Si。测量项目：∠SNA,∠SNB,∠ANB,∠NAPg，鼻唇角，颏唇沟角；N-Me，N-ANS，ANS-UIE，ANS-Me，UIE-Me，Gs-Mes，Gs-Sn，Sn-STS，Sn-EP，U1-EP，L1-EP。 3.统计学分析：采用配对t检验，计算均值、标准差、t值、确定差异有无显著性。
结果 经自动X线头影测量分析系统进行自动定位测量标志点及测量分析的过程，结果是满意的(图1～4)。图1 原始图像
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图2 原始图像的处理结果
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图3 原始图像经处理后,自动边缘提取
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图4 各标志点的定位均由计算机自动标定
表1、2显示人机交互式计算机与自动X线头影测量分析系统的比较，结果表明两种方法在统计学上差异无显著性(除个别测量项目间)。由此说明两种方法对于测量分析均是可靠的。
表1 ACAS*与OSPES**两种方法角度测量比较(±s)
测量项目
ACAS
OSPES
t值
P值 SNA
81.02±1.67
80.88±1.76
0.22
>0.05 SNB
79.87±2.83
77.22±2.28
2.82
<0.01 ANB
3.16±1.69
3.65±0.78
0.78
>0.05 NAPg
5.77±4.53
5.26±4.73
0.77
>0.05 鼻唇角
94.60±8.28
97.11±9.08
0.79
>0.05 颏唇沟角
132.23±17.76
126.42±11.04
1.07
>0.05
表2 ACAS*与OSPES**两种方法线距测量比较 测量项目
ACAS
OSPES
t值
P值 N-Me
126.57±6.30
126.42±4.69
0.07
>0.05 N-ANS
56.52±1.81
68.91±6.78
2.79
<0.01 ANS-UIE
31.24±2.36
31.26±1.92
0.03
>0.05 ANS-Me
70.04±5.33
67.52±3.38
1.54
>0.05 UIE-Me
38.80±3.54
38.26±4.65
1.17
>0.05 Gs-Mes
146.49±5.41
143.31±3.88
1.84
>0.05 Gs-Sn
75.78±1.33
74.02±2.78
2.21
<0.05 Sn-Stoms
22.44±2.17
22.76±2.08
0.24
>0.05 Sn-EP
11.73±1.70
10.96±2.21
1.06
>0.05 Ul-EP
1.86±1.84
1.20±0.83
1.26
>0.05 Ll-EP
1.69±1.96
0.82±1.10
1.50
>0.05
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