本技术公开了一种基于深度学习的儿童发育性髋关节发育不良辅助诊断系统,包括训练好的实例分割模型和特征点定位模型;实例分割模型用于从儿童骨盆影像中分割出双侧闭孔和髂骨;特征点定位模型用于从儿童骨盆影像中精确定位8个髋关节特征点;诊断步骤如下:将待诊断的儿童骨盆影像输入实例分割模型,分割出双侧闭孔和髂骨,获得闭孔和髂骨的最大横径、面积以及闭孔和髂骨的旋转指数、面积比,以判断骨盆影像的对称性;如果判定骨盆影像对称,则符合质控标准;质控流程结束后,选择将符合质控标准的影像或全部影像送入特征点定位模型进行特征点检测及IHDI分级。本发明可实现儿童发育性髋关节发育不良的快速、准确的影像质控与分级诊断。
背景技术
儿童发育性髋关节发育不良(Developmental Dysplasia of the Hip,DDH)是新生儿中相对常见的疾病,发生率约为每千名新生儿中有1至5例。患儿的髋关节长期受到异常应力可能导致其解剖结构发生改变,加速关节软骨的退化。在股骨部分脱位情况下,股骨头仅与髋臼外上缘接触,使软骨和盂唇不得不承受原本应分布在整个髋关节的力的冲击,使得髋臼外上缘变得圆钝或有缺损,加剧股骨头与髋臼的错位,最终导致骨关节炎的早发性病变、骨骼畸形及下肢功能障碍。股骨完全脱位的患儿,其髋臼缺乏来自股骨头适当的力学刺激,会导致髋臼骨质发育受限。髋关节脱位也可能造成全身性姿态与步态的异常,引发运动障碍,对患者的生活质量产生持久的负面影响。因此,异常的髋臼和股骨形态使得发育性髋关节发育不良的诊断变得愈发复杂。
深度学习正朝着精准诊断和个性化治疗方向快速推进。近年来,深度学习不仅仅用于医学成像报告生成、乳腺癌筛查与诊断等细分应用场景,更逐渐扩展至临床决策支持、药物研发、个体化治疗以及远程医疗等多方面。特别是在基于深度学习的算法中,系统能够处理和分析海量数据,挖掘出传统方法难以发现的潜在病理特征,同时也可以通过主动学习或交互式分割解决稀缺标签及弱标签造成的数据限制。深度学习还在推动医学研究的创新,通过整合基因组数据、影像数据和电子病历,实现跨领域、多维度的数据分析,进而提升诊疗效果。
深度学习在医学影像学及骨科辅助诊断中已有许多应用,例如Gaillochet M提出了一种改进的MRI图像重建方法,通过将无监督学习的重建算法与N4偏置场估计方法相结合,有效减少了偏置场对重建结果的影响,从而提升了重建质量,尤其在视觉效果和均方根误差(RMSE)方面表现显著。Larson等人利用非线性深度学习模型中的混杂变量估计儿童手部X线片的骨龄,达到了专家级效果。Zech等人使用利用目标检测框架,高精度地识别出包含小儿腕部骨折X线片。Zheng等人通过深度学习分割股骨和胫骨计算腿长并确定下肢长度差异(Limb Length Difference,LLD),该算法在大约1秒内测量了每位患者的腿长,且与放射科医生的评估结果无显著性差异。
在深度学习模型的帮助下,儿童发育性髋关节发育不良的诊断也逐步向半自动化甚至全自动化发展。深度学习技术正在逐步优化和重塑发育性髋关节发育不良的诊断流程,为更高效的医疗服务提供坚实的技术支持。但尚未有针对儿童发育性髋关节发育不良影像质控与诊断的全自动化系统被提出并且针对患儿开展持续而细致的评估,以最大程度地降低“晚期”脱位的潜在风险。
随着人们对儿童健康的关注度不断加强,初生儿童的疾病筛查需求也日益增加,医疗资源匮乏的现状也变得愈发严重。因此,迫切需要引入全自动化的影像质控与诊断方案,以缓解因体位误差和医疗资源不足导致的诊断不准确,提升诊断的一致性与可靠性。
实现思路