基于深度学习的腰椎稳定性自动诊断工具的研发及验证

来源 :中国修复重建外科杂志 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tangbao1006
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目的 基于深度学习研发腰椎稳定性自动诊断工具,并验证其诊断精度。方法 收集153例腰椎疾病患者术前腰椎过屈位、过伸位X线片,由3名骨科医师标注5个关键点,分别为L4后下角、前下角以及L5后上角、前上角、后下角,共获得三套标注结果。将306张腰椎X线片按照3:1:2比例随机分为训练集(n=156)、验证集(n=50)和测试集(n=100)。提出一种新的神经网络结构Swin-PGNet,使用已标注的X线片图像对其进行训练,使其能自动定位腰椎椎体关键点,并通过预测的关键点计算L4、5椎间Cobb角和椎体滑移距离。在关键点定位、L4、5椎间Cobb角测量和L4椎体滑移距离测量,以平均绝对误差、组内相关系数(intra-class correlation coefficient,ICC)比较医师标注与Swin-PGNet精度和信度之间的差异。同时以过屈位和过伸位X线片上,椎间Cobb角变化超过11°作为腰椎不稳判断标准,腰椎滑移距离超过3 mm作为腰椎滑脱判断标准,比较医师和Swin-PGNet判断腰椎不稳准确率。结果 (1) Swin-PGNet关键点定位平均误差为(1.407§0.939)mm,医师间平均误差为(3.049±2.681)mm。(2) Cobb角标注:Swin-PGNet平均误差为(2.062§1.352)°,医师间平均误差为(3.580§2.338)°;Swin-PGNet与3名医师间误差比较,差异均无统计学意义(P>0.05),但不同医师间误差比较差异有统计学意义(P<0.05)。(3)椎体滑移距离:Swin-PGNet平均误差为(1.656§0.878)mm,医师标注平均误差为(1.884§1.612)mm;Swin-PGNet与3名医师间误差比较以及不同医师间误差比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。Swin-PGNet腰椎不稳判断准确率为84%、医师为75.3%,腰椎滑脱判断准确率分别为71.3%、70.7%,Swin-PGNet与3名医师间误差比较以及不同医师间误差比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。(4)腰椎稳定性判定一致性分析:3名医师标注椎间Cobb角的ICC为0.913 [95%CI(0.898,0.934)](P>0.05),椎体滑移距离为0.741 [95%CI(0.729,0.796)](P>0.05),说明3名医师间标注具有一致性。Swin-PGNet-所有医师间椎间Cobb角ICC为0.922 [95%CI(0.891,0.938)](P>0.05),椎体滑移距离为0.748[95%(0.726,0.783)](P>0.05),说明SwinPGNet标注结果与医师标注具有一致性。结论 基于深度学习构建的腰椎不稳自动测量方法可准确、便捷实现腰椎不稳与滑脱的自动识别,可辅助临床进行诊断。
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