[發(fā)明專利]神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其訓(xùn)練方法、預(yù)測方法、設(shè)備及存儲介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910368965.9
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110265147B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張小燕;劉賢強
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50;G06F18/213;G06F18/21;G06N3/0464;G06N3/08
• 代理公司: 深圳青年人專利商標代理有限公司 44350
• 代理人: 吳桂華

本發(fā)明適用計算機技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其訓(xùn)練方法、預(yù)測方法、設(shè)備及存儲介質(zhì)，主要構(gòu)建一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用其中的全連接網(wǎng)絡(luò)對預(yù)測用數(shù)據(jù)進行處理，得到關(guān)節(jié)接觸壓力編碼，再利用其中的反卷積網(wǎng)絡(luò)，對關(guān)節(jié)接觸壓力編碼進行處理，得到關(guān)節(jié)接觸壓力分布。這樣，相對于現(xiàn)有的FEM進行關(guān)節(jié)接觸壓力分布的分析，更為快速、及時，從而能高效服務(wù)于臨床應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計算機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其訓(xùn)練方法、預(yù)測方法、設(shè)備及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

髖關(guān)節(jié)因在人們?nèi)粘；顒又谐惺苌眢w重量而具有重要作用，健康的髖關(guān)節(jié)每天能夠承受數(shù)以千次的、超過身體重量幾倍的高壓力的作用。由于髖關(guān)節(jié)頻繁受到高壓力的作用，所以容易遭受許多疾病的困擾。髖關(guān)節(jié)炎是最常見的肌肉骨骼疾病之一，因此，如果能找到髖關(guān)節(jié)炎形成的原因，則可以采取措施遠離此疾病。髖關(guān)節(jié)炎成因中，髖關(guān)節(jié)接觸壓力的異常是最顯著的一個方面，所以，日常活動中髖關(guān)節(jié)接觸壓力的量化，對髖關(guān)節(jié)炎相關(guān)的臨床防治方面具有重要的指導(dǎo)作用。由于人體髖關(guān)節(jié)具有復(fù)雜的生理結(jié)構(gòu)以及對于實驗者不能進行傷害性實驗，現(xiàn)有基本都使用有限單元法(Finite?Element?Method，F(xiàn)EM)在模擬的計算機模型上，進行髖關(guān)節(jié)接觸壓力的分析。

但是，由于基于FEM求解髖關(guān)節(jié)接觸壓力分布需要較長的時間，從而在時間敏感的臨床應(yīng)用中，不能把分析結(jié)果及時反饋給臨床醫(yī)師，尤其當需要批量進行處理時，及時性無法滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其訓(xùn)練方法、預(yù)測方法、設(shè)備及存儲介質(zhì)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的、因采用FEM求解關(guān)節(jié)接觸壓力分布而導(dǎo)致的效率低下的問題。

一方面，本發(fā)明提供了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練方法，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括：基于分層結(jié)構(gòu)的全連接網(wǎng)絡(luò)及基于低秩近似法的反卷積網(wǎng)絡(luò)，所述訓(xùn)練方法包括：

以關(guān)節(jié)接觸壓力分布樣本數(shù)據(jù)作為第一樣本數(shù)據(jù)，利用所述低秩近似法對所述第一樣本數(shù)據(jù)進行處理，得到所述反卷積網(wǎng)絡(luò)的第一參數(shù)，以及關(guān)節(jié)接觸壓力樣本編碼；

以所述關(guān)節(jié)接觸壓力樣本編碼、各關(guān)節(jié)部位形狀樣本數(shù)據(jù)、關(guān)節(jié)部位之間距離樣本數(shù)據(jù)及關(guān)節(jié)部位中心點作用力樣本數(shù)據(jù)作為第二樣本數(shù)據(jù)，訓(xùn)練所述全連接網(wǎng)絡(luò)的第二參數(shù)。

進一步的，所述反卷積網(wǎng)絡(luò)包括：位于處理前端的、具有第一預(yù)設(shè)數(shù)目卷積核的第一反卷積層，以及位于處理后端的、具有第二預(yù)設(shè)數(shù)目卷積核的第二反卷積層。

進一步的，以關(guān)節(jié)接觸壓力分布樣本數(shù)據(jù)作為第一樣本數(shù)據(jù)，利用所述低秩近似法對所述第一樣本數(shù)據(jù)進行處理，得到所述反卷積網(wǎng)絡(luò)的第一參數(shù)，以及關(guān)節(jié)接觸壓力樣本編碼，具體包括：

采用所述第一樣本數(shù)據(jù)、第一右奇異向量以及對應(yīng)的第一特征值，得到作為第一左奇異向量的、所述第二反卷積層的第一子參數(shù)；

利用所述第一子參數(shù)對所述第一樣本數(shù)據(jù)進行卷積處理，得到中間樣本數(shù)據(jù)；

采用所述中間樣本數(shù)據(jù)、第二右奇異向量以及對應(yīng)的第二特征值，得到作為第二左奇異向量的、所述第一反卷積層的第二子參數(shù)；

利用所述第二子參數(shù)對所述中間樣本數(shù)據(jù)進行卷積處理，得到所述關(guān)節(jié)接觸壓力樣本編碼。

進一步的，所述全連接網(wǎng)絡(luò)包括：位于處理前端的、具有第三預(yù)設(shè)數(shù)目隱藏層的第一全連接子網(wǎng)絡(luò)，以及位于處理后端的、具有第四預(yù)設(shè)數(shù)目隱藏層的第二全連接子網(wǎng)絡(luò)，在訓(xùn)練時，所述第一全連接子網(wǎng)絡(luò)用于對所述關(guān)節(jié)部位形狀樣本數(shù)據(jù)進行降維處理，所述第二全連接子網(wǎng)絡(luò)用于由降維處理后的所述關(guān)節(jié)部位形狀樣本數(shù)據(jù)、所述關(guān)節(jié)部位之間距離樣本數(shù)據(jù)及所述關(guān)節(jié)部位中心點作用力樣本數(shù)據(jù)得到關(guān)節(jié)接觸壓力實時編碼，根據(jù)所述關(guān)節(jié)接觸壓力實時編碼以及所述關(guān)節(jié)接觸壓力樣本編碼所確定所述全連接網(wǎng)絡(luò)的迭代目標函數(shù)，迭代更新所述第一全連接子網(wǎng)絡(luò)的第三子參數(shù)以及所述第二全連接子網(wǎng)絡(luò)的第四子參數(shù)。