【摘要】：手腕部骨齡是評(píng)估青少年兒童生物年齡的主要方法。手腕骨骨齡的判讀方法一直以來采用人工判讀,判讀過程主觀性強(qiáng)、耗時(shí)費(fèi)力,因此自動(dòng)判讀算法研究成為熱點(diǎn),目前自動(dòng)骨齡判讀系統(tǒng)與專家判讀結(jié)果相比平均錯(cuò)誤率已低于0.6歲。但隨著機(jī)器學(xué)習(xí),特別是深度學(xué)習(xí)算法的發(fā)展,大量學(xué)者仍然在嘗試應(yīng)用新方法進(jìn)一步提高自動(dòng)判讀算法的準(zhǔn)確度。本研究基于中國應(yīng)用最廣泛的“中華05 RUS-CHN”人工記分法骨齡判讀標(biāo)準(zhǔn),以多種圖像處理算法、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、學(xué)習(xí)遷移等理論為基礎(chǔ),研究了多項(xiàng)生理學(xué)先驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)、多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法、以及算法調(diào)優(yōu)手段對判讀平均誤差(MAE,機(jī)器判讀:專家判讀)的影響。基于研究結(jié)果完成了一套自動(dòng)骨齡判讀模型的工程實(shí)現(xiàn),該模型判讀骨齡和專家判讀骨齡相比平均誤差僅為0.460歲�；谌斯す驱g判讀的先驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),本研究主要包括三方面重要算法的研究:1重要骨化中心識(shí)別算法、2各骨化中心發(fā)育水平評(píng)價(jià)算法、3根據(jù)骨化中心發(fā)育水平的骨齡計(jì)算算法。主要取得的理論研究成果如下所示:(1)為了準(zhǔn)確有效的從手腕骨X光片中提取各個(gè)骨化中心(ROI,中華05RUS-CHN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為13塊),本研究提出了一種基于手腕部生理結(jié)構(gòu)擬合和Gabor紋理分析的骨化中心提取算法。首先,針對手骨和軟組織分割的難點(diǎn),提出了基于兩者邊緣紋理和灰度特征的“骨-軟組織分割算法”。然后,基于手腕部骨生理結(jié)構(gòu),提出了手腕部骨結(jié)構(gòu)的骨架擬合算法。最后,提出了基于Gabor紋理分析,并結(jié)合小波濾波的多參數(shù)骨化中心識(shí)別算法。骨化中心識(shí)別分割算法的工程實(shí)現(xiàn)最終取得了99.2%的識(shí)別分割成功率。(2)在骨化中心發(fā)育水平評(píng)價(jià)的自動(dòng)算法研究中,針對骨化中心發(fā)育等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)模糊性,本研究對比了多種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)分類方法在骨化中心發(fā)育等級(jí)分類問題上的效果,同時(shí),針對骨齡圖片數(shù)據(jù)集的稀缺性問題,基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的遷移學(xué)習(xí)(CNN-TL)理論,創(chuàng)新性的提出了骨發(fā)育水平分類器的新訓(xùn)練方法。最終得到13塊重要骨的“骨發(fā)育中心發(fā)育等級(jí)分類器”,準(zhǔn)確率有顯著性提高。(3)鑒于由骨化中心發(fā)育水平計(jì)算骨齡的傳統(tǒng)記分法的操作復(fù)雜性,本研究提出了基于傳統(tǒng)記分方法的浮點(diǎn)化改良算法,以及生理發(fā)育異常骨的替代算法。比較無改進(jìn)骨齡計(jì)算方法,自動(dòng)判讀骨齡和專家骨齡的平均誤差降低了0.005歲。綜上所述,本研究通過Gabor紋理分析、多項(xiàng)式擬合、小波濾波等圖像處理算法提出了骨化中心識(shí)別分割算法;同時(shí)綜合運(yùn)用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)、遷移學(xué)習(xí)(Transfer Learning)等算法和理論,完成了骨化中心發(fā)育水平評(píng)價(jià)算法;并對傳統(tǒng)計(jì)分法骨齡計(jì)算進(jìn)行了發(fā)育異常骨的替換,使用上述多種方法降低了自動(dòng)識(shí)別算法的平均誤差率。平均誤差(MAE)0.46歲,均方誤差(MSE)0.451歲。
【圖文】：

圖 1.1 骨生長發(fā)育階段示意圖長發(fā)育過程是伴隨著人的生活年齡的不斷增長而發(fā)生過程可以清晰的從干骺、生長板處的圖像特征明顯的發(fā)育階段的干骺處圖片差異（從左到右，逐漸成熟）

圖 1.2 不同發(fā)育階段的干骺處圖片差異（從左到右，逐漸成熟）同時(shí)骨的生長也需要內(nèi)分泌、循環(huán)等多種身體系統(tǒng)的推動(dòng)和支持，因此全的生長發(fā)育狀態(tài)是和人的生物年齡高度相關(guān)的，因此骨齡這一概念就被提，用來描述人體的生長發(fā)育狀況，并最終成為兒童生長發(fā)育的金指標(biāo)。4 數(shù)字化骨齡 X 光片隨著生物醫(yī)學(xué)工程的科技水平的提高，手腕骨 X 光的拍攝方法也在逐漸進(jìn)
【學(xué)位授予單位】：北京體育大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP391.41;R816

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本文編號(hào)：2631411