[發明專利]一種兒童髖關節發育不良診斷系統

有效

• 申請號: 202210404776.4
• 申請日: 2022-04-18
• 公開（公告）號: CN114795258B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 俞剛;齊國強;趙永根;李競;胡莎莎;趙國強;舒婷;舒強
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61B6/00
• 分類號: A61B6/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 彭劍

1.一種兒童髖關節發育不良診斷系統，包括計算機存儲器、計算機處理器以及存儲在所述計算機存儲器中并可在所述計算機處理器上執行的計算機程序，其特征在于：

所述計算機存儲器中存有訓練好的診斷識別模型，所述的診斷識別模型包括基于Mask-RCNN的兒童骨骼分割模塊、基于HRNet的關鍵點檢測模塊以及基于具有自動過擬合檢測的TO-ResNet的特征提取模塊；

基于TO-ResNet的特征提取模塊中，輸入特征層的維度為256，模型共使用64個1x1卷積核進行第1次卷積計算，這個過程中特征矩陣下降到64；再通過64個3x3卷積核進行第2次卷積計算，接下來通過256個1x1的卷積核進行第3次卷積計算，對特征矩陣進行降維，降到256；接下來將通過輸入的特征和通過上述3次卷積計算的特征矩陣相加；

訓練過程中，特征提取模塊通過驗證集正確率與隨機預測值的比對判斷是否出現過擬合現象，具體如下：

ResNet經過多次訓練得到分類的權重矩陣X，每個分類類別的正確率為r₀，則每個驗證樣本的得分矩陣為x_i，組合成總的得分矩陣為X₀[x₁,x₂,x₃,…x_n, i∈[0,n]]；每個驗證樣本預測得到的得分矩陣為y_i，組合成總的得分矩陣為Y₀[y₁,y₂,y₃,…y_n, i∈[0,n]]，x_i與y_i為一一對應關系，用來計算交叉熵損失函數，并對應得到r₀，將Y₀內的元素隨機打亂，形成新的隨機得分矩陣Y_i，i∈[0,10000]，將Y_i與X₀計算新的損失函數以及新的分類正確率r_i，若r_i-r₀0均成立，則判定不存在過擬合；否則判定為過擬合，重新調整網絡結構；

所述計算機處理器執行所述計算機程序時實現以下步驟：

對待檢測的兒童髖關節X射線影像進行預處理，預處理后輸入診斷識別模型，利用兒童骨骼分割模塊進行骨盆骨骼的實例分割，分割成髂骨、恥骨、坐骨和股骨頭；

分割后的影像輸入關鍵點檢測模塊以定位四個骨盆標志，包括髖臼上外側緣、三輻射軟骨中心、股骨頭中心和髖臼上緣的中點骨化股骨干骺端；

利用特征提取模型對分割定位后的感興趣區域進行特征提取，通過多任務分類的方式輸出中心棱角、髖臼指數、Shenton線、髖臼外側緣、髖臼源、T?nnis分類和IHDI分類七個參數。

2.根據權利要求1所述的兒童髖關節發育不良診斷系統，其特征在于，所述的預處理具體為：

將X 射線影像從DICOM格式轉換為PNG圖像；通過保持原始縱橫比并在較短的一側填充零，將圖像大小調整為1,333,800像素；通過應用對比度受限自適應直方圖均衡計算的窗口級別和窗口寬度，進一步增強被調整大小后的圖像。

3.根據權利要求1所述的兒童髖關節發育不良診斷系統，其特征在于，對診斷識別模型進行訓練時，采集兒童髖關節X射線影像標準如下：

納入標準為：（1）兒童年齡為6個月以上、3歲以下； (2) 獲得的X射線影像必須遵循標準指南； (3) 就診的主訴是檢查髖關節發育不良； (4) 需為髖關節發育不良患者首次治療前的X射線影像；

排除標準為：（1）髖關節發育不良患者接受過手術治療； (2)合并其他髖關節疾??；

X射線影像拍攝要求為： (1)檢查時下肢自然伸直，膝外側與肩齊平，臀部微屈，雙腳取15°；(2)雙側髂骨和閉孔大小對稱，髖臼前后緣重疊，X線片看不到髖臼后緣；并進一步對拍攝的X射線影像進行初步篩選、格式轉換、像素統一、尺寸調整。

4.根據權利要求3所述的兒童髖關節發育不良診斷系統，其特征在于，兒童骨骼分割模塊在訓練時，需要放射科醫生對兒童髖關節X射線影像樣本標注骨盆骨骼的輪廓，包括髂骨、恥骨、坐骨和股骨頭。