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面部运动障碍智能辅助诊断研究

面部运动障碍智能辅助诊断研究

作者：王思越东南大学

学位级别：硕士

随着人工智能的飞速发展,模式识别、计算机视觉等技术不断融入医疗健康产业,在智能辅助诊断等领域得到了成功应用。面部运动障碍作为常见的中老年神经系统疾病,其诊断和治疗通常依据医学专家的临床经验,通过观察患者面部的运动表现形式... 详细信息

随着人工智能的飞速发展,模式识别、计算机视觉等技术不断融入医疗健康产业,在智能辅助诊断等领域得到了成功应用。面部运动障碍作为常见的中老年神经系统疾病,其诊断和治疗通常依据医学专家的临床经验,通过观察患者面部的运动表现形式,较为直观地判断疾病类型和严重程度,需要医护人员投入较多的精力。将智能辅助诊断技术应用于面部运动障碍疾病,对降低误诊率、减轻医务人员诊断压力具有明显的积极作用。目前,医学领域的相关数据获取较为困难,且基于人工智能进行面部运动障碍辅助诊断的相关研究并不充分。本文基于计算机视觉、机器学习与深度学习相关技术,实现对面部运动障碍的识别与辅助诊断,主要工作如下:对运动障碍疾病、面部运动识别、人脸检测与人脸对齐的相关知识和现有成果进行梳理。对数据集的组成、筛选和构建方式进行了详细阐述,分别使用集成回归树(ERT)、卷积专家约束局部模型(CE-CLM)与级联深度神经网络(DAN)完成人脸对齐并进行对比分析,利用提取到的面部关键点,分割出感兴趣区域(ROI)图像序列作为研究对象,为进一步实现面部运动障碍识别奠定基础。设计了基于分层极限学习机的面部运动障碍识别算法。考虑到各种面部运动障碍的异常运动范围和特点,使用差分算子构造图像序列的差分能量图。针对各类型样本数量不均衡的非线性多分类任务,利用梯度方向直方图(HOG)特征描述子对差分能量图进行特征提取,在此基础上设计了加权核分层极限学习机(KWH-ELM)算法,对具有不同数据量的类型给予不同的惩罚系数,并引入高斯核函数来提高数据的可分性,增强网络的稳定性。实验结果表明,该方法能够有效地识别涉及的各种面部运动障碍类型,识别准确率达0.9699,表明了算法应用于该类疾病辅助诊断的合理性和有效性。设计了基于深度学习模型的面部运动障碍识别算法。针对人工提取特征的方法容易丢失图像时间维度上的信息、获取的特征难以描述时序特性较强的输入图像的缺点,设计了两种深度学习融合模型自主学习灰度图像序列。首先利用深度残差网络(DRN)提取图像序列空间特征,长短期记忆神经网络(LSTM)处理时域特征,设计了34层DRN融合LSTM网络模型DRN-LSTM。考虑到DRN-LSTM需要单独训练两个模型,且LSTM的预测能力随着时间的增长逐渐退化,又设计了时间卷积神经网络(TCN)融合集成强分类器模型B-TCN来同时提取时空特征。实验结果表明,与DRN-LSTM模型以及其他卷积神经网络相比,引入膨胀卷积和残差模块的TCN模型训练速度更快,识别准确率提高约3%,且利用Bagging方法设计的集成强分类器对各类样本的泛化能力更强;相比于前一部分人工提取特征的方法能学习到更丰富的时空特征,有效地改善了算法在本文应用场景下的性能。

关键词：面部运动障碍人脸对齐加权核分层极限学习机(KWH-ELM) 长短期记忆神经网络(LSTM) 时间卷积神经网络(TCN)

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胃复安引起口腔颌面部运动障碍

华西口腔医学杂志 1999年第3期17卷 291-292页

作者：寿柏泉孟昭业杨震南京军区南京总医院口腔科

胃复安引起锥体外系反应近年来已有报道.作者于1994年1月至今,先后诊治12例胃复安引起口腔颌面部运动功能障碍的病例,现报道如下.

关键词：胃复安副作用病例甲氧氯普胺面部运动障碍口腔颌面部

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基于几何分析的面部运动障碍识别

基于几何分析的面部运动障碍识别

作者：李皓弘东南大学

学位级别：硕士

面部运动障碍疾病在临床上表现为不受自主意志控制的面部区域肌肉痉挛,其发病机制尚不明确,多在中老年群体中出现,该疾病的诊断通常以医生的经验性判断为主。由于患者面部视频数据具有很高的维度,使用计算机对其进行分析识别是一个值得... 详细信息

面部运动障碍疾病在临床上表现为不受自主意志控制的面部区域肌肉痉挛,其发病机制尚不明确,多在中老年群体中出现,该疾病的诊断通常以医生的经验性判断为主。由于患者面部视频数据具有很高的维度,使用计算机对其进行分析识别是一个值得探索的问题。本文使用几何分析方法,采用人脸对齐技术将患者面部视频特征稀疏化为面部关键点的坐标序列,之后通过计算与优化处理,提取能够反映面部异常运动模式的特征,并基于此很好地实现了面部运动障碍疾病表现的分型与严重程度评估。本文提出的几何分析方法与面部运动障碍疾病识别这一场景的结合,是本文的创新性所在。本文的主要工作如下:首先,考虑集成回归树（ERT）与卷积专家约束局部模型（CE-CLM）两种人脸对齐算法,用眼部相对开合值度量两者在本文数据集上的面部关键点定位误差。实验结果在说明定位算法有效性的同时,发现在眼部开合值较小的情况下,两种算法在眼部区域的定位误差不可忽视,需进行修正。针对关键点的定位误差,根据基于经验模态分解（EMD）的噪声统计特性去噪方法对眼部开合值波形进行修正,并提出了一种基于闭眼检测的波形修正方法。之后训练适用于本文数据集的眨眼检测器,从而基于眼部开合度波形、眨眼检测器与面部关键点序列,提取反映面部异常运动模式的几何特征。结合特征对比实验结果,说明了其合理性。然后,对于几何方法提取的运动特征与时序信息序列,使用机器学习模型实现三种疾病表现的分型识别。传统机器学习模型包括支持向量机（SVM）、随机森林、Ada Boost等,而深度学习模型参考了长短期记忆模型（LSTM）,同时提出了一个适用于本文数据的CNN+LSTM混合模型,可靠的实验结果说明了分类模型与几何分析方法的有效性。CNN+LSTM混合模型由于可发掘样本在时序上的局部特征与全局特征,故该模型能够胜任复杂测试集的分型任务。最后,对于几何方法提取的特征,使用Spearman秩相关系数来分析其与各疾病量表得分项之间的相关程度,从而进行特征选择,通过回归模型实现对疾病严重程度的评估。实验结果表明预测的得分在真实分数周围的波动较小,说明了几何方法提取的面部运动特征能够有效反映面部的异常运动模式,可作为疾病严重程度的分析依据。

关键词：面部运动障碍人脸对齐几何分析闭眼检测特征提取长短期记忆模型(LSTM)

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基于视频分析的面部运动障碍识别

基于视频分析的面部运动障碍识别

作者：韩欣雯东南大学

学位级别：硕士

面部运动障碍是一种面部肌肉不受自主意志控制而发生无目的运动的神经系统疾病,多发于中老年女性群体,给患者身心带来了极大痛苦。目前对该疾病的诊断与严重程度评估主要由医生跟患者面对面观察和交流一段时间,并根据相关量表进行评分,... 详细信息

面部运动障碍是一种面部肌肉不受自主意志控制而发生无目的运动的神经系统疾病,多发于中老年女性群体,给患者身心带来了极大痛苦。目前对该疾病的诊断与严重程度评估主要由医生跟患者面对面观察和交流一段时间,并根据相关量表进行评分,诊断与评估过程耗费时间长且具有较强的主观性,因此利用计算机技术对面部运动障碍进行自动识别与评估具有重要的研究价值。本文综合运用深度学习方法和计算机视觉技术对基于视频的面部运动障碍进行分析研究,主要工作如下:(1)建立面部运动障碍视频库。经过视频采集、帧数归一化、样本扩充等过程建立了适用于视频分析的面部运动障碍视频库,并基于人脸对齐算法和面部感兴趣区域分割算法对视频样本进行预处理,生成新的眼部区域图像序列作为研究对象。(2)提出了一种基于3D卷积神经网络与光流法的面部运动障碍识别方法,针对面部运动障碍变化细微的特点,使用光流法捕捉视频中的运动信息并将得到的光流序列与原灰度图像序列进行叠加作为网络输入,为了增强3D CNN对深层时空特征的提取能力,在3D CNN的基础上引入残差网络思想,利用三维卷积核合并与分解技术构建了一种新的三维残差模块以加深网络结构,此外在网络中应用注意力机制进一步挖掘具有识别力的特征,使模型重点关注视频特征的重要通道信息,实验结果表明本文提出的融合光流特征的SE-Res C3D模型在面部运动障碍视频数据集上能够取得较好的识别效果。(3)提出了一种基于深度学习回归模型的面部运动障碍严重程度评估算法,利用SE-Res C3D网络能够有效提取视频时空特征的能力,基于SE-Res C3D构建了一个回归模型并将其用于疾病严重程度评估,针对深度学习回归预测模型的输出没有上下界限制,输出不合理的问题,设计了一种新的回归预测层,该回归层使用softmax函数将特征提取层学习到的特征映射为归一化的概率值,再通过求解数学期望的方式得到量表预测得分,实验结果表明基于SE-Res C3D的回归模型预测的分值与样本真实得分值之间的误差较小,并且本文所设计的概率分布回归层比传统回归层的预测性能更好。

关键词：面部运动障碍深度学习 3D卷积神经网络光流法

励-协夫曼言语治疗对帕金森病患者言语障碍和面部运动障碍的疗效分析

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励-协夫曼言语治疗对帕金森病患者言语障碍和面部运动障碍的疗效...

作者：黄子洋杭州师范大学

学位级别：硕士

目的:据统计,帕金森病患者中至少有90%存在言语障碍,75%存在面部运动障碍,这些症状严重影响了患者的生活质量,目前帕金森病治疗以药物为主,但药物治疗不仅存在一定副作用,而且随着疗程增加疗效会逐渐减退。励-协夫曼言语治疗(Lee silver... 详细信息

目的:据统计,帕金森病患者中至少有90%存在言语障碍,75%存在面部运动障碍,这些症状严重影响了患者的生活质量,目前帕金森病治疗以药物为主,但药物治疗不仅存在一定副作用,而且随着疗程增加疗效会逐渐减退。励-协夫曼言语治疗(Lee silverman voice treatment,LSVT)作为一种针对帕金森病言语障碍的康复治疗方法已在国外被广泛使用,但在中国尚处于初步开展状态,本研究希望通过对中国帕金森病患者言语障碍的疗效及安全性进行分析,来评估LSVT对中国帕金森病患者的疗效,同时基于帕金森病言语与面部运动的相关性对LSVT治疗面部运动障的疗效进行分析。方法:本研究招募了2021年9月至2023年1月在杭州师范大学附属医院就诊的帕金森病患者49例,因分组情况,无法对受试者进行设盲,其中康复治疗组24人,对照组25人,在规范稳定的抗帕金森病药物治疗下,由专业康复治疗师对康复治疗组患者进行4周的LSVT治疗,在治疗前、治疗后由临床医生通过Praat语音分析软件进行包括发声时长和发声响度在内的声学分析,并进行嗓音障碍指数(Voice handicap index,VHI)对受试者进行言语功能评估,用多伦多面神经分级系统量表(Toronto facial grading system,TFGS)、眨眼频率、统一帕金森病评定量表UPDRS(Unified Parkinson’s disease rating scale,UPDRS)III(19项)对受试者进行面部运动功能评估,以此评估LSVT治疗帕金森病患者言语障碍及面部运动障碍的有效性。结果:(1)在言语方面,与对照组相比,康复治疗组患者在治疗后最大发声响度增加(P0.05),对照组则在上述指标无显著差异(P>0.05)。(2)在面部运动方面,康复治疗组在治疗后TFGS总分、随意运动及联动运动改善(P运动无显著差异(P>0.05),眨眼频率有一定改善(P0.05),对照组均在上述指标无显著差异(P>0.05)。(3)在组间疗效对比显示,LSVT在改善最大发声响度、最大发声时长增加、VHI、TFGS、眨眼频率上有一定效果(P障碍有一定的效果,可以在一定程度上提高患者发声响度、发声时长,并能够在一定程度上改善患者的情绪。(2)LSVT能给改善帕金森病患者面部运动功能,包括面部的动态运动和联动协调运动,同时对眼部活动也有一定改善作用。(3)LSVT为较安全的康复治疗方法,能够一定程度上改善患者生活质量,且未发现严重不良现象。

关键词：帕金森病言语障碍面部运动障碍励-协夫曼言语治疗

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基于运动能量图的面部运动障碍识别

工业控制计算机 2021年第6期34卷 43-45页

作者：李文慧金立左东南大学自动化学院江苏南京210096

面部运动障碍是指面部肌肉不能跟随意志自主运动或不受意志控制随意运动,在自然状态下面部形态呈现某些特定的规律。提出一种基于运动能量图的面部运动障碍识别方法,首先对图像序列中的人脸进行对齐,并基于关键点位置对人脸图像空间进... 详细信息

面部运动障碍是指面部肌肉不能跟随意志自主运动或不受意志控制随意运动,在自然状态下面部形态呈现某些特定的规律。提出一种基于运动能量图的面部运动障碍识别方法,首先对图像序列中的人脸进行对齐,并基于关键点位置对人脸图像空间进行分割;其次计算图像序列的运动能量图和积分平均图并提取HOG特征;最后设计SVM并联组合分类器,对面部运动障碍疾病类型进行分析和识别。

关键词：面部运动障碍人脸对齐运动能量图 SVM分类器

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面肌纤维颤搐的临床特点和A型肉毒毒素治疗

中风与神经疾病杂志 2023年第8期40卷 675-679页

作者：罗悯万新华中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院神经内科北京100730

目的探讨面肌纤维颤搐(facial myokymia,FM)的临床特点,并观察A型肉毒毒素治疗该病症的疗效,以期对该罕见病症的治疗提供临床借鉴。方法本文回顾性分析2018年3月-2023年3月于北京协和医院神经科运动障碍门诊就诊且诊断为面肌纤维颤搐或... 详细信息

目的探讨面肌纤维颤搐(facial myokymia,FM)的临床特点,并观察A型肉毒毒素治疗该病症的疗效,以期对该罕见病症的治疗提供临床借鉴。方法本文回顾性分析2018年3月-2023年3月于北京协和医院神经科运动障碍门诊就诊且诊断为面肌纤维颤搐或面肌蠕动的17例患者的临床资料,并随访A型肉毒毒素治疗疗效。结果17例面肌纤维颤搐患者中女性12例,男性5例;平均起病年龄(31.4±9.3)岁,病程1.5个月~22年不等;17例均为单侧起病;3例面肌纤维颤搐分别与外伤、极度疲劳相关,余无明显诱因;首发症状部位为下眼睑,颞肌,咬肌;6例进展至同侧下面部肌肉,1例累及对侧下眼睑;6例伴疼痛;9例有功能影响;12例分别因寒冷、紧张、激动或强光刺激加重;1例头部MRI:右侧岛叶异常信号,考虑先天发育所致(灰质异位?),1例头部MRI:脑内多发缺血灶。7例病程中服用卡马西平、奥卡西平、苯妥英钠、巴氯芬及尼麦角林症状可缓解;4例无疗效;6例未用药;10例BTX-A注射治疗,平均起效时间(5±2.7)d,平均达最佳疗效(8.5±4.9)d,平均改善率(78.5±15.8)%,平均维持时间(7.1±2.9)月;患者注射BTX-A后焦虑情绪及疼痛均缓解;5例规律接受BTX-A注射治疗,平均维持时间(6.3±3.4)月,平均改善率(85±13.7)%。结论面肌纤维颤搐为罕见病症,缺乏有效治疗共识,A型肉毒毒素注射是一种安全、有效的治疗方法,多种局灶性肌张力障碍的一线治疗手段,基于文献中少数病例报道以及我们的临床研究经验,推荐局部注射A型肉毒毒素对症治疗。

关键词：面肌纤维颤搐面部运动障碍 A型肉毒毒素

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舞蹈型棘细胞增多症——临床诊断线索

解放军医学院学报 1981年第S2期 5-6页

作者：周新富

舞蹈型棘细胞增多症(***)是一种家族性疾病,其特点是进行性舞蹈症,红细胞中棘细胞增多,无血β脂蛋白缺陷。关于本病,既往已有几组报告,它在许多方面与Bas-Sen-Kornzweig综合征不同。其主要的神经病学特征、发病年龄和在某些家族中的遗... 详细信息

舞蹈型棘细胞增多症(***)是一种家族性疾病,其特点是进行性舞蹈症,红细胞中棘细胞增多,无血β脂蛋白缺陷。关于本病,既往已有几组报告,它在许多方面与Bas-Sen-Kornzweig综合征不同。其主要的神经病学特征、发病年龄和在某些家族中的遗传类型与Huntington氏病者相似。再者曾有报告一例,其神经病理学变化与Huntington氏病者相似,因此本病的临床本质还不清楚。现又有4例进行性舞蹈症患者,伴有棘细胞增多症。这使作者对一些Huntington氏病患者重新加以考虑。本文

关键词：舞蹈样运动肢体患者口面面部运动障碍棘细胞神经源性舞蹈症