مجله علوم پزشکی صدرا

نرم‌افزار محاسبه‌ی زاویه‌ی کاب با استخراج انحنای ستون فقرات در تصاویر رادیوگرافی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

حسین پارسائی 1، 2
آمنه صفری 3
یلدا امیر معزی جهرمی 2، 3
بابک پورعباس 4
علی زمانی 1

1 دکترای تخصصی، استادیار، گروه فیزیک و مهندسی پزشکی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شیراز، شیراز، ایران

2 مرکز تحقیقات علوم اعصاب شیراز، دانشگاه علوم پزشکی شیراز، شیراز، ایران

3 کارشناسی ارشد، گروه فیزیک و مهندسی پزشکی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شیراز، شیراز، ایران

4 فلوشیپ جراحی ستون فقرات، استادیار، گروه ارتوپدی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شیراز، شیراز، ایران

https://doi.org/10.30476/smsj.2022.87546.1153
چکیده
مقدمه: رایج‌ترین شاخص ارزیابی اسکولیوز زاویه‌ی کاب است که معمولاً با استفاده از تصویرهای رادیوگرافی ستون فقرات اندازه‌گیری می‌شود؛ ولی، این اندازه‌گیری با روش دستی معایبی چون وابستگی به تجربه‌ی کاربر، تکرارپذیری پایین و پراکندگی مقادیر ‌به‌دست‌آمده در آزمایش‌های مختلف دارد. هدف از این مطالعه، امکان‌سنجی ارائه‌ی یک نرم‌افزار برای رفع این مشکلات است.
روش‌ها: در این پژوهش، نرم‌افزاری با کمک ابزارهای پردازش تصویر، مدل‌سازی و هندسه‌ی تحلیلی برای محاسبه‌ی زاویه‌ی کاب با استفاده از تصاویر رادیوگرافی ستون فقرات ارائه شده است. انحنای ستون فقرات با استخراج ناحیه‌ی مربوط به ستون فقرات در تصویر پردازش‌شده و مدل‌سازی نقاط درون این ناحیه به ‌دست می‌آید و زاویه‌ی کاب از روی این منحنی محاسبه می‌شود. برای ارزیابی الگوریتم از سی تصویر رادیوگرافی استفاده شد. اندازه‌گیری و مقایسه‌ی زاویه‌ی کاب از روی این تصاویر با روش مرسوم زیر نظر متخصص ارتوپدی مجرب، به همراه یک کاربر و با استفاده از الگوریتم پیشنهادی  انجام شد.
یافته‌ها:  اختلاف معناداری بین میانگین زاویه‌ی کاب گزارش‌شده‌ توسط یک جراح خبره (º30/20 ± º95/53) و محاسبه‌شده با الگوریتم (º95/19 ± º41/56) وجود نداشت، اما همبستگی معناداری بین زاویه‌ی تخمین‌زده‌شده با کمک الگوریتم پیشنهادی و مقادیر مرجع (93 /0 = ضریب همبستگی) وجود داشت (8-10P<).
نتیجه‌گیری: روش‌های کامپیوتری می‌توانند در محاسبه‌ی زاویه‌ی کاب با استفاده از تصویر رادیوگرافی ستون فقرات و کاهش مشکلات مربوطه مفید باشند؛ ولی قبل از استفاده در محیط بالینی باید با استفاده از داده‌های بیشتری ارزیابی شوند.

کلیدواژه‌ها

اسکولیوز
انحنای ستون فقرات
اندازه گیری انحنای ستون فقرات
پردازش تصاویر  با کمک کامپیوتر
اندازه گیری زاویه‌ی کاب
مدل‌سازی داده
  1. Adam C, Dougherty G. Applications of Medical Image Processing in the Diagnosis and Treatment of Spinal Deformity. In 2011. p. 227–48.
  2. Jaeger UE, Koenig RS, Gieseke J, Wagner U, Kandyba J, Ostertun B. MR total spine projection in juvenile scoliosis: an alternative to radiographic follow-up. InRadiology 1998 Nov 1 (Vol. 209, pp. 402-402). 20th and Northampton STS, Easton, PA 18042 USA: radiological soc north amer.
  3. Benli IT, Akalin S, Aydin E, Baz A, Çitak M, Kiş M, et al. Isola spinal instrumentation system for idiopathic scoliosis. Arch Orthop Trauma Surg. 2001;121(1–2):17–25.
  4. Gstoettner M, Sekyra K, Walochnik N, Winter P, Wachter R, Bach CM. Inter- and intraobserver reliability assessment of the Cobb angle: Manual versus digital measurement tools. Eur Spine J. 2007 Oct;16(10):1587–92.
  5. Carman DL, Browne RH, Birch JG. Measurement of scoliosis and kyphosis radiographs. Intraobserver and interobserver variation. The Journal of bone and joint surgery. American volume. 1990 Mar;72(3):328-33.
  6. Koenig R, Jaeger U, Ostertun B, Kandyba J, Wagner U, Gieseke J, Schild HH. MR whole-spine recording: computer-assisted simulation of the conventional x-ray technic. RoFo: Fortschritte auf dem Gebiete der Rontgenstrahlen und der Nuklearmedizin. 1999 Mar;170(3):258-61.
  7. Morrissy RT, Goldsmith GS, Hall EC, Kehl D, Cowie GH. Measurement of the Cobb angle on radiographs of patients who have. J Bone Joint Surg Am. 1990;72(3):320-7.
  8. Kundu R, Chakrabarti A, Lenka PK. Cobb angle measurement of scoliosis with reduced variability. arXiv preprint arXiv:1211.5355. 2012 Nov 22.
  9. Facanha-Filho FA, Winter RB, Lonstein JE, Koop S, Novacheck T, L’Heureux EA, Noren CA. Measurement accuracy in congenital scoliosis. JBJS. 2001 Jan 1;83(1):42.
  10. Oda M, Rauh S, Gregory PB, Silverman FN, Bleck EE. The significance of roentgenographic measurement in scoliosis. Journal of Pediatric Orthopaedics. 1982 Oct 1;2(4):378-82.
  11. Allen S, Parent E, Khorasani M, Hill DL, Lou E, Raso JV. Validity and reliability of active shape models for the estimation of Cobb angle in patients with adolescent idiopathic scoliosis. Journal of Digital Imaging. 2008 Jun 1;21(2):208-18.
  12. Jeffries BF, Tarlton M, De Smelt AA. Computerized measurement and analysis of scoliosis. A more accurate representation of the shape of the curve. Radiology. 1980;134(2):381–5.
  13. Rosenfeldt MP, Harding IJ, Hauptfleisch JT, Fairbank JT. A comparison of traditional protractor versus Oxford Cobbometer radiographic measurement: intraobserver measurement variability for Cobb angles. Spine. 2005 Feb 15;30(4):440-3.
  14. Chockalingam N, Dangerfield PH, Giakas G, Cochrane T, Dorgan JC. Computer-assisted Cobb measurement of scoliosis. European Spine Journal. 2002 Aug 1;11(4):353-7.
  15. Safari A, Parsaei H, Zamani A, Pourabbas B. A Semi-Automatic Algorithm for Estimating Cobb Angle. J Biomed Phys Eng. 2019 Jun 1;9(3):317–26.
  16. Zhang J, Lou E, Le LH, Hill DL, Raso JV, Wang Y. Automatic Cobb measurement of scoliosis based on fuzzy Hough transform with vertebral shape prior. Journal of Digital Imaging. 2009 Oct 1;22(5):463.
  17. Omoto E, Wakamatsu O, Sanada S. Development of software for automatic measurement of Cobb angle and quantitative assessment method for follow-up in radiographs of patients with scoliosis.
  18. Duong L, Cheriet F, Labelle H. Automatic detection of scoliotic curves in posteroanterior radiographs. IEEE transactions on biomedical engineering. 2010 Feb 5;57(5):1143-51.
  19. Andrews HC. Digital Image Processing. Vol. 7, Computer. 1974. p.17–19
  20. Chockalingam N, Dangerfield PH, Giakas G, Cochrane T, Dorgan JC. Computer-assisted Cobb measurement of scoliosis. Eur Spine J. 2002;11(4):353–7.
  21. Tanure MC, Pinheiro AP, Oliveira AS. Reliability assessment of Cobb angle measurements using manual and digital methods. The Spine Journal. 2010 Sep 1;10(9):769-74.
  22. Kundu R, Lenka P, Kumar R, Chakrabarti A. Cobb angle quantification for scoliosis using image processing techniques. Proceedings of the International Journal of Computer Applications. 2012 Apr:6-11.
  23. Alharbi RH, Alshaye MB, Alkanhal MM, Alharbi NM, Alzahrani MA, Alrehaili OA. Deep Learning Based Algorithm For Automatic Scoliosis Angle Measurement. In2020 3rd International Conference on Computer Applications & Information Security (ICCAIS) 2020 Mar 19 (pp. 1-5). IEEE.
  24. Papaliodis DN, Bonanni PG, Roberts TT, Hesham K, Richardson N, Cheney RA, Lawrence JP, Carl AL, Lavelle WF. Computer assisted Cobb angle measurements: a novel algorithm. International Journal of Spine Surgery. 2017 Jan 1;11(3).
  25. Gstoettner M, Sekyra K, Walochnik N, Winter P, Wachter R, Bach CM. Inter- and intraobserver reliability assessment of the Cobb angle: Manual versus digital measurement tools. Eur Spine J. 2007 Oct;16(10):1587–92.
  26. Tanure MC, Pinheiro AP, Oliveira AS. Reliability assessment of Cobb angle measurements using manual and digital methods. Spine J. 2010 Sep 1;10(9):769–74.
مجله علوم پزشکی صدرا
دوره 10، شماره 1
دی 1400
صفحه 1-12

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

راهنمای داوران

تماس با ما