R.노두현정형외과와 연구 이야기
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AI와 영상 검사 · 2025

척추가 휘어도 AI가 각도를 잴 수 있을까요?

허리와 골반의 각도를 자동으로 측정한 연구입니다. 오차가 작은 사례와 큰 사례를 함께 살펴봅니다.

The Spine Journal · Dong-Ho Kang, Ye-Jin Jeong, Sung Taeck Kim et al. · Du Hyun Ro

척추·골반 각도를 읽는 측면 X-ray

CONNEVO SPIN 제품 자료의 척추·골반 측정 예시그림 크게 보기

LL·PI·PT·SS와 기준점을 표시한 측면 X-ray입니다.

CONNECTEVE · CONNEVO SPIN · Owner-supplied product brochure

근거·원문그림 이용조건
01

척추 사진에서는 골반도 함께 봅니다

허리가 얼마나 휘어 보이는지만 재는 것은 아닙니다. 요추의 곡선과 골반의 방향을 함께 확인해야 몸이 어떤 자세로 균형을 유지하는지 이해할 수 있습니다. 이 논문은 요추 전만, 골반 입사각, 골반 경사와 천골 경사를 자동으로 측정하는 방법을 다룹니다. 무릎 영상 AI에서 출발한 측정 연구를 척추·골반으로 넓힌 작업입니다.

02

AI가 뼈의 영역과 기준점을 차례로 찾았습니다

기립 요추 측면 영상 1,011장을 사용했습니다. 먼저 뼈의 영역을 나누고, 각도를 계산하는 데 필요한 기준점을 찾게 했습니다. 시험 자료는 113명이었고 그중 39명은 퇴행성 요추 측만증이 있었습니다. 전문의가 정한 기준값과 비교하면서 자동 측정이 반복해도 같은 결과를 내는지, 실제 차이는 얼마나 되는지 함께 평가했습니다.

03

정확한 사례와 틀린 사례를 같이 보여드립니다

원문 Figure 3의 A는 자동 측정과 기준값의 차이가 작은 사례입니다. B는 오차가 크게 난 사례입니다. 사람보다 빠르고 일관되게 재는 것만으로는 충분하지 않습니다. 겹쳐 보이는 뼈, 흐릿한 대퇴골두, 변형된 척추에서도 기준점을 제대로 잡는지 확인해야 합니다. 이런 그림을 함께 보는 편이 평균 성능 숫자만 읽는 것보다 이해하기 쉽습니다.

연구 수치로 읽는 결과

시험군 113명 중 퇴행성 측만증 환자는 39명이었습니다. LL·PI·PT·SS 측정은 분류 진단과 다른 과제입니다. 같은 영상의 반복 ICC 1.00과 전문의 기준값과의 일치도를 구분해야 합니다.그림 크게 보기

시험군 113명 중 퇴행성 측만증 환자는 39명이었습니다. LL·PI·PT·SS 측정은 분류 진단과 다른 과제입니다. 같은 영상의 반복 ICC 1.00과 전문의 기준값과의 일치도를 구분해야 합니다.

The Spine Journal (2025). DOI: 10.1016/j.spinee.2025.01.020 · Original explanatory chart based on reported data

04

반복해서 같은 답이 나와도 오차는 남습니다

반복 측정의 일치도는 1.00이었고 기준값과의 일치도는 높았습니다. 같은 입력에 같은 답을 내는 능력과 실제 각도를 맞히는 능력은 다릅니다. Bland–Altman 그림에서는 가운데 선뿐 아니라 점이 퍼진 범위를 봅니다. 평균 오차가 작은 모델도 일부 영상에서 큰 차이를 낼 수 있기 때문입니다.

05

진단과 수술 결정까지 자동화한 연구는 아닙니다

이 연구가 확인한 것은 영상의 각도 측정 성능입니다. 어떤 환자가 수술을 받아야 하는지, 수술 후 통증이 좋아지는지를 시험한 연구가 아닙니다. 다른 기관과 장비의 영상에서도 성능을 확인해야 합니다. 진료에서는 자동 결과와 원래 사진을 함께 보며 측정이 적절한지 확인한 뒤 증상과 검사 결과를 종합합니다.

연구 숫자 다시 보기

1,011분석한 측면 영상
113시험군
39시험군의 측만증 환자
RESEARCH FINDING영상

연구 대상의 구성

분석한 측면 영상
1,011
0581.321,162.65
연구에 포함된 자료의 수입니다. 치료의 효과나 개인의 위험 확률을 나타내지 않습니다.

많이 묻는 질문

이 결과를 개인의 치료에 바로 적용할 수 있나요?

이 연구가 확인한 것은 영상의 각도 측정 성능입니다. 어떤 환자가 수술을 받아야 하는지, 수술 후 통증이 좋아지는지를 시험한 연구가 아닙니다. 다른 기관과 장비의 영상에서도 성능을 확인해야 합니다. 진료에서는 자동 결과와 원래 사진을 함께 보며 측정이 적절한지 확인한 뒤 증상과 검사 결과를 종합합니다.

연구 방법과 수치 자세히 보기

Automated measurement of pelvic parameters using convolutional neural network in complex spinal deformities: overcoming challenges in coronal deformity cases

대상과 방법

기립 요추 측면 방사선 1,011장. 시험군 113명 중 퇴행성 요추 측만증 39명(34.5%).

U-Net segmentation과 Keypoint R-CNN을 결합해 LL, PI, PT, SS를 계산했습니다. 전문의 기준값·두 판독자와 비교하고 Bland–Altman, ICC 및 5-fold cross-validation을 시행했습니다.

논문에 보고된 결과

  1. 반복 측정 ICC는 모든 각도에서 1.00이었습니다. 기준값과의 일치도 및 교차검증 ICC는 0.96–0.99였습니다.
  2. 시험군의 Figure 2 평균 오차는 PI 0.23°, LL 0.05°, SS 0.03°, PT 0.20°였으나 개별 오차의 범위는 각도별로 달랐습니다.
  3. 퇴행성 측만증 하위군에서는 오차와 일치도가 일반군과 달랐습니다. Figure 3에는 정확한 사례와 오차가 큰 사례를 함께 제시했습니다.

해석의 범위

후향적 단일 기관 연구로 다른 장비·기관에서의 외부 검증이 필요합니다. 반복 ICC 1.00은 같은 입력에 같은 결과가 나온다는 뜻이며, 모든 영상에서 실제 각도를 정확히 맞힌다는 뜻이 아닙니다. 시험군 측만증 39명의 평균 Cobb angle은 14.8°였습니다. 모든 중증 변형이나 수술 후 영상으로 일반화할 수 없습니다.

Keywords · 주제어

Abstract · 원문 초록

Dong-Ho Kang, Ye-Jin Jeong, Sung Taeck Kim, Younguk Kim, Bong-Soon Chang, Hyoungmin Kim, Sam Yeol Chang, Du Hyun Ro. Automated measurement of pelvic parameters using convolutional neural network in complex spinal deformities: overcoming challenges in coronal deformity cases. The spine journal : official journal of the North American Spine Society. 2025;25(8):1688-1697. doi:10.1016/j.spinee.2025.01.020.

BACKGROUND CONTEXT

Accurate and consistent measurement of sagittal alignment is challenging, particularly in patients with severe coronal deformities, including degenerative lumbar scoliosis (DLS).

PURPOSE

This study aimed to develop and validate an artificial intelligence (AI)-based system for automating the measurement of key sagittal parameters, including lumbar lordosis, pelvic incidence, pelvic tilt, and sacral slope, with a focus on its applicability across a wide range of deformities, including severe coronal deformities, such as DLS.

DESIGN

Retrospective observational study.

PATIENT SAMPLE

A total of 1,011 standing lumbar lateral radiographs, including DLS.

OUTCOME MEASURE

Interclass and intraclass correlation coefficients (CC), and Bland-Altman plots.

METHODS

The model utilizes a deep-learning framework, incorporating a U-Net for segmentation and a Keypoint Region-based Convolutional Neural Network for keypoint detection. The ground truth masks were annotated by an experienced orthopedic specialist. The performance of the model was evaluated against ground truth measurements and assessments from two expert raters using interclass and intraclass CC, and Bland-Altman plots.

RESULTS

In the test set of 113 patients, 39 (34.5%) had DLS, with a mean Cobb's angle of 14.8°±4.4°. The AI model achieved an intraclass CC of 1.00 across all parameters, indicating perfect consistency. Interclass CCs comparing the AI model to ground truth ranged from 0.96 to 0.99, outperforming experienced orthopedic surgeons. Bland-Altman analysis revealed no significant systemic bias, with most differences falling within clinically acceptable ranges. A 5-fold cross-validation further demonstrated robust performance, with interclass CCs ranging from 0.96 to 0.99 across diverse subsets.

CONCLUSION

This AI-based system offers a reliable and efficient automated measurement of sagittal parameters in spinal deformities, including severe coronal deformities. The superior performance of the model compared with that of expert raters highlights its potential for clinical applications.