基于机器学习标准化积分面积算法的脊柱侧弯度量方法

作     者：张屹 韩殊曼 杨晨 韩晓楠 吴慧钊 曹磊 于宝海 吴文娟 ZHANG Yi;HAN Shuman;YANG Chen

作者机构：河北科技大学石家庄050051 河北医科大学第三医院放射科 

出 版 物：《临床放射学杂志》 (Journal of Clinical Radiology)

年 卷 期：2024年第43卷第3期

页      面：414-419页

学科分类：1002[医学-临床医学] 08[工学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 0811[工学-控制科学与工程] 10[医学] 

基　　金：河北省自然科学基金“乳腺癌多组学数据的整合分析算法研究”项目(编号:A2019208336) 河北省卫健委跟踪项目“应用脊柱矢状、冠状面平衡参数预测青少年胸廓、肋骨发育畸形”项目(编号:GZ2020050) 河北省医学科学研究课题“肌肉平衡与青少年特发性脊柱侧弯的相关性研究”项目(编号:20200082)。 

主　　题：脊柱侧弯度量 X线影像 机器学习 穷尽搜索算法 锚点 标准化面积 

摘      要：目的 基于机器学习算法搜索全脊柱X线影像的行最大像素和像素局部极值,开发一种自动度量脊柱侧弯程度的计算机视觉评估方法。方法 搜集129例特发性脊柱侧弯患者全脊柱正位X线影像,行直方图均衡后使用对称叠加阈值算法凸显出非对称像素,搜寻每行中最大亮度的像素点作为全局最大像素点,搜寻每行像素中比两侧3~5个像素点高的局部极值点,以两种点的交集作为候选锚点。从最上面的候选锚点开始向第二行的候选锚点连直线,如连线斜率绝对值1则第二行的点即作为精细锚点。所有精细锚点用3次样条算法进行拟合得到脊柱的近似曲线,以曲线与脊柱首尾相连的直线之间的标准化积分面积对脊柱侧弯程度进行度量。以人工测量Cobb角值为标准,评价人工测量Cobb角与积分面积算法度量的相关性,使用受试者工作特征曲线分析积分面积算法度量的曲线下面积。结果 人工测量Cobb角与积分面积算法度量呈正相关(r=0.658,P0.001),积分面积算法度量中度、重度侧弯的受试者工作特征曲线下面积分别为0.889、0.862。结论 本方法快速、高效地从全局角度评估脊柱侧弯的程度,适合于大面积脊柱侧弯程度评估的筛查,可作为脊柱侧弯角度精细测量的有益补充。