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基于卷积神经网络的深度学习在X线图像上识别股骨内固定装置的模型开发与验证

摘要目的:<br>  准确识别髋部骨折内固定装置的品牌和型号,对于第二次手术至关重要。如果术前不能正确识别植入物的设计,会导致转诊、手术失败和医疗费用的增加,但获得第一次的手术记录并不是一件容易的事。本研究的目的是开发并验证一个深度卷积神经网络(Deep convolutional neural network,DCNN)模型,从前后位(Anteroposterior,AP)X光片中自动识别髋关节内固定装置的制造商和型号。<br>  方法:<br>  在这项回顾性研究中,我们从骨科中心收集了从2014年6月至2022年6月期间的1721张髋关节AP射线照片,包括1012名患者的6种内固定装置,以建立一个分类识别网络。这些图像被随机划分为训练集(1106张)、验证集(272张)和测试集(343张)。训练集的数据用于拟合模型的参数,验证集的数据用于验证拟合模型的效能和调整超参数,测试集的数据用于评估模型的最终性能。最终计算了模型的总体Top-1准确率以及每个内固定装置精确性、敏感性、特异性和F1得分,并绘制了接收者操作特征(Receiver operating characteristic,ROC)曲线来评估模型的性能。梯度加权类激活图(Gradient-weighted class activation mapping,Grad-CAM)图像被用来确定对DCNN决策最重要的图像特征。<br>  结果:<br>  1378张(80%)图像被用于模型开发,模型的准确率在343张(20%)图像的测试集中得到验证。TOP-1的总体准确率为98.5%。每个内固定模型的接受者操作特征曲线下的面积(Area under curve,AUC)值分别为1.000、1.000、0.980、1.000、0.999和1.000。梯度加权类激活图高亮显示了内固定装置的独特设计。<br>  结论:<br>  我们开发了一个深度卷积神经网络模型,可以从髋关节AP位X光片上识别髋关节内固定装置的制造商和型号。

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导师 聂涛
学位信息:
南昌大学医学部 临床医学 外科学(骨科)(硕士) 2023年
分类号 TP391.41
发布时间 2023-12-11
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