专利名称：骨痂生长及骨矿物密度的定量分析方法及x线机图像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及骨痂生长及骨矿物密度的定量分析方法及X线机，特别是一种能对骨折对象的骨痂生长、骨矿物质密度及骨质疏松者的骨矿物质密度进行定量分析的方法及使用该方法所需的X线机图象系统。
使用X线机观察骨折情况及恢复程度，国内外骨科、放射科多年来一直沿用至今，但由于骨折对象骨折后拍片观察的日期前后相差较长，拍片时所使用的机器、曝光及冲洗条件也不可能一致，故仅凭肉眼判定，误差很大，定量分析更是难以进行;对于各种骨质疏松症中的骨矿物质密度下降，X线片上同样难以精确认别，近年来已使用于骨质疏松症骨量测量的光子吸收技术及X线CT，各有其优点与限制，但仪器及检查费用高昂，且目前尚不能用于骨折后骨痂生长情况的定量分析观察。
本发明为克服上述不足，提供一种用于观察骨痂生长及骨矿物质密度的定量分析方法及完成该方法所使用的X线机图像系统。
本发明依据骨折愈合时，随骨痂生长，骨含量(骨密度)增加，骨折部位在X线下衰减系数出现变化及骨质疏松者骨质疏松时，骨矿物质含量下降，疏松部位在X线下衰减系数同样出现变化这一特征，设计了如下方法1、选定与人或动物骨密度及平均原子序数相近的标准铝楔作为骨的对比物，将其置于X线机的图像增强器(影像增加器)前;
2、为排除活体软组织在骨量测量中的干扰，对软组织在X线下的衰减系数所产生的灰度值予以扣除，求出纯骨的灰度值;
3、在同一对象的各幅K线图像上，以骨折线为中心，划定能全部包括或基本包括骨折线的前后X线图像相一致的测量区域;
4、在上述区域内分别测出整个断端区的纯骨平均灰度及断骨相近处基本相同厚度正常骨质对比区的纯骨平均灰度，求出二者的骨质灰度比，若断骨间隙中有血肿、肌肉存在，则减去血肿、肌肉灰度后再求灰度比;
5、在上述区域内测出断端区纯骨平均灰度及正常骨质对比区的纯骨平均灰度，再在标准铝楔(相似于人或动物骨密度)上分别找出与上两区域相同灰度值的铝楔厚度，通过已知的铝楔厚度换算出被测部分的骨矿物质密度及断端区与正常区的骨矿物质密度比;
6、在骨质疏松者骨质疏松区或骨折对象骨折附近易于发生骨质疏松区测量一前后X线图像衡定区域，或者易与不易发生骨质疏松区各测量一衡定区域，通过前后不同日期所摄X线图像疏松区骨矿物质密度的递减变化，或两区域的比例增减，分析出患者骨质疏松或继发性骨折疏松情况。
7、在不具有摄片参数记忆功能的X线机上使用时，对不同拍摄日期、拍摄条件的X线图像进行归一化，以克服X线图像灰度的不一致，使图像与图像间具有可比较性。
为完成上述方法，编制了相应的计算机软件，并设计了X线机图像系统，该系统由X射线发生器、带有摄象机的图像增强器(影像增加器)、A/D变换器、图像帧存储器及微机组成，当患者置于X射线发生器与图像增强器之间时，与同时置于图像增强器前的标准铝楔在X射线照射下，同步产生X线图像，经图像增强器、摄象机、A/D变换器后，可形成具有256级的骨灰度图象输入并存储于图象帧存储器及微机中，供测量时调用，并由微机的监视器及打印机显示或打印。本系统可在现有具有电视屏的X光机上运用，只要在X光机的图象增强器与电视屏之间设置一接口，由此接口接出A/D变换器，图象帧存储器及微机即可。
下面结合附图及实施例对上述方法及设备作进一步说明。
1、选用超硬铝合金制成的铝楔如
图1，铝楔可制成阶梯形可分16级，最薄级为0.5mm，最厚级为8mm，每级厚0.5mm。
2、消除软组织影响的具体做法是在患者所摄X线图像上，先测出正位像测量区骨与软组织重叠区的灰度，再测测量区附近一纯软组织区的灰度，然后根据测位像纯软组织区厚度，算出骨折对象被测纯软组织区在上述X线下的衰减系数，根据该软组织在X线下的衰减系数及骨与软组织重叠区侧位象上软组织厚度，算出该重叠区软组织的相应灰度并予以扣除，就求出了测量区纯骨的灰度。
3、归一化的方法可先在X线图像上选定一个与骨折有关联的区域，通过一个变换函数，然后分别将所要测量的同一患者不同时期所摄X线图像全部变换到一个实现了灰度分布划一的新图像上。
4、测量骨干骨折时，由于骨干骨折外骨痂生长明显增多，测量时，骨断端区可适当向软组织区扩展，扩展部分消除软组织灰度影响后计算。
为实现上述方法所使用的X线机图像系统方框图如图2所示。X射线发生器、图象增强器、A/D变换器、图象帧存储器及微机均可采用市售产品，也可将A/D变换器及图象帧存储器(二者统称为“图像板”)装入微机中成为一体。(有些型号的微机中就设有图象板插口)，微机的监视器可采用彩色或黑白显示。在具有电视屏的X光机上运用本图像系统时，可在X光机的图象增强器与电视屏之间设置一接口，由此接口接出A/D变换器、图象帧存储器及微机，接口处还可设置一转换开关，需要定量分析时，将转换开关拨至A/D变换器支路，不需定量分析时，将转换开关拨至用原X光机显示屏档，和原X光机一样使用。如果在接口处接出的图像板同时具有D/A变换装置，则可利用原X光机的显示屏作图像显示，可省去微机的监视器。运用本图像系统也可对原X光机所摄X光片进行定量分析，只需将X线片置于摄象机下的光盒上即可。
使用上述方法及X线机图像系统，解决了国内外至今未能解决的X光机对骨痂生长、骨质疏松情况进行定量分析的难题，为各种促进骨痂生长及骨质疏松观察的临床与实验研究，提供了先进可靠的高精度的方法与工具，为X线机的更新换代，提供了可能性。
权利要求
1.一种对骨折对象的骨痂生长、骨矿物质密度及骨质疏松者骨矿物质密度进行定量分析的方法，其特征是该方法包括以下步骤a.选定与人或动物骨密度及平均原子序数相近的标准铝楔作为骨的对比物，将其置于X线机的图象增强器前；b.对软组织在X线下的衰减系数所产生的灰度值予以扣除，求出纯骨的灰度值；c.在同一对象的各幅X线图像上，以骨折线为中心，划定能全部包括或基本包括骨折线的前后X线图像相一致的测量区域；d.在上述区域由分别测出整个断端区的纯骨平均灰度及断骨相近处基本相同厚度正常骨质对比区的纯骨平均灰度，求出二者的骨质灰度比；e.在标准铝楔(相当于人或动物骨密度)上找出d中测出的断端区及对比区的二个纯骨平均灰度值，通过这二个灰度值下的铝楔厚度，换算出被测部分的骨矿物质密度及断端区与正常区的骨矿物质密度比；f.在骨质疏松者骨质疏松区或骨折对象骨折附近易于发生骨质疏松区测量一前后X线图像衡定区域，或者易与不易发生骨质疏松区各测量一衡定区域，通过前后不同日期所摄X线图像疏松区骨矿物质密度的递减变化，或两区域的比例增减，分析出患者骨质疏松或继发性骨折疏松情况。g.在不具有摄片参数记忆功能的X线机上使用时，对不同拍摄日期，拍摄条件的X线图像进行归一化。
2.根据权利要求1所述的定量分析方法，其特征是标准铝楔为超硬铝合金制成的阶梯形，分16级，最薄级为0.5mm，最厚级为8mm，每级厚0.5mm。
3.根据权利要求1或2所述的定量分析方法，其特征是消除软组织影响，是在骨折对象所摄X线图像上，先测出正位像测量区骨与软组织重叠区的灰度，再测测量区附近一纯软组织区的灰度，然后根据侧位像纯软组织区厚度，算出骨折对象被测纯软组织区在上述X线下的衰减系数，根据该软组织在X线下的衰减系数及骨与软组织重叠区侧位像上软组织厚度，算出该重叠区软组织的相应灰度并予以扣除，就求出了测量区纯骨的灰度。归一化是在X线图像上选定一个与骨折有关联的区域，通过一个变换函数，然后分别将所要测量的同一患者不同时期所摄X线图象全部变换到一个实现了灰度分布划一的新图像上。
4.根据权利要求1或2所述的定量分析方法，其特征是测量骨干时，由于骨干骨折外骨痂生长明显增多，测量时，骨断端区可适当向软组织区扩展，扩展部分消除软组织灰度影响后计算。
5.根据权利要求3所述的定量分析方法，其特征是测量骨干时，由于骨干骨折外骨痂生长明显增多测量时，骨断端区可适当向软组织区扩展，扩展部分消除软组织灰度影响后计算。
6.一种对骨折对象的骨痂生长、骨矿物质密度及骨质疏松者的骨矿物质密度进行定量分析所使用的X线机图象系统，包括X射线发生器及带有摄像机的图像增强器，其特征是在图像增强器后还依次接有A/D变换器、图像帧存储器及带有显示器和打印机的微机。
7.根据权利要求6所述的X线机图像系统，其特征是在具有电视屏的现有X光机的图像增强器与显示屏之间设置一接口，通过此接口依次接出A/D变换器、图象帧存储器及带有显示器和打印机的微机，接口处设有一转换开关。
全文摘要
本发明提供了一种对骨折对象的骨痂生长、骨矿物质密度及骨质疏松者的骨矿物质密度进行定量分析的方法及使用该方法的X线机图像系统，该方法用标准铝楔作为人和运物骨的对比物，将骨折对象置于X线发生器与带有摄象机的图像增强器之间，与铝楔同步产生图像，经A/D变换，图像帧存储在微机上显示图像或打印输出，消除软组织影响及图象灰度归一化处理由计算机软件完成，可利用现有X光机改造使用，成本低、效果好，为X线机的更新换代，提供了可能性。
文档编号G03B42/02GK1068200SQ9210760
公开日1993年1月20日 申请日期1992年6月15日 优先权日1992年6月15日
发明者黄伯灵 申请人:南京市中医院