寧波大學鄒爐琳獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉寧波大學申請的專利一種基于深度學習的脊柱側彎Cobb角自動評估的方法獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN114881957B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-12發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202210463222.1,技術領域涉及:G06T7/00;該發明授權一種基于深度學習的脊柱側彎Cobb角自動評估的方法是由鄒爐琳;郭立君;張榮設計研發完成,并于2022-04-28向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種基于深度學習的脊柱側彎Cobb角自動評估的方法在說明書摘要公布了:本發明涉及一種基于深度學習的脊柱側彎Cobb角自動評估的方法,通過具有HRNet?18編碼單元和分辨率等價融合模塊的解碼單元構成的網絡模型,將X線片圖像中椎骨中心點坐標和椎骨傾斜向量進行預測,消除了現有工作中基于點預測Cobb角間接產生的誤差,實現Cobb角的高精度自動評估;同時將椎骨中心點坐標和椎骨傾斜向量結合通過OpenCV可視化,實現視覺可解釋性。
本發明授權一種基于深度學習的脊柱側彎Cobb角自動評估的方法在權利要求書中公布了:1.一種基于深度學習的脊柱側彎Cobb角自動評估的方法,其特征在于,包括: 步驟1、采集若干張X線片圖像,并計算線片圖像中的椎骨中心點和椎骨傾斜向量作為標簽,作為訓練樣本集; 步驟2、基于訓練樣本集構建用于得到預估椎骨中心點和預估椎骨傾斜向量的網絡模型,所述網絡模型包括編碼單元和解碼單元,所述編碼單元包括HRNet-18,用于輸出4層特征圖,所述解碼單元包括多分辨率等價融合模塊,用于將低分辨率下具有強語義信息的特征圖和高分辨率下具有豐富空間信息的特征圖進行特征融合,得到特征圖像; 步驟3、基于特征圖像解碼得到預估椎骨中心點和預估椎骨傾斜向量; 步驟4、根據步驟3計算得到的椎骨中心點和椎骨傾斜向量與步驟2輸出的預估椎骨中心點和預估椎骨傾斜向量構建總體損失函數,優化網絡模型;具體包括: 步驟401、構建總體損失函數: ; 式中,用于優化預測中心點高斯熱圖;用于優化椎骨傾斜向量預測特征圖;其中: 采用椎骨定位加權MSE優化預測中心點高斯熱圖: ; ; 式中,和是超參數,當接近0時,權重W接近,當靠近中心點接近1時,權重W接近; 優化椎骨傾斜向量預測特征圖: ; 是步驟1計算的椎骨傾斜向量的值,是步驟3輸出的預估椎骨傾斜向量的值,M是樣本數,N是椎骨數量; 步驟5、構建用于計算Cobb角的合理角矩陣;具體包括: 步驟501、基于節椎骨構建用于存儲所有可以構成Cobb角的椎骨組合的角矩陣: ; 分別指的是第個椎骨和第椎骨的傾斜度; 步驟502、基于椎骨傾斜向量計算椎骨的傾斜角: ; 式中,為第節椎骨; 步驟503、基于椎骨的傾斜角依次判斷每節椎骨的傾斜方向: A1.判斷第節椎骨的傾斜角,; A2.第節椎骨的傾斜角是否小于-3°,若是,則,并進入A3;否則,判斷第節椎骨的傾斜角是否滿足-3°≤≤3°,若是,則,并進入A3;否則,第節椎骨的傾斜角大于3°,,進入A3; A3.; A4.判斷是否滿足,若是,則返回A1;否則,進入步驟504; 步驟504、基于臨床規定Cobb角的椎骨斜率正負變化規則,獲取合理矩陣: B1.,用于記錄Cobb角中上椎骨的傾斜方向;并定義用于記錄椎骨傾斜方向是否發生變化,默認狀態下為,及椎骨傾斜方向沒有發生變化;當椎骨傾斜方向沒有發生變化時,; B2.判斷是否滿足==0,若是,則進入B3,若否,則進入B6; B3.找下一個傾斜方向不為0的椎骨,; B4.判斷是否等于0,若是,則進入B5,若否,則與的傾斜方向一致,并進入B6; B5.,并返回B4; B6.定位下椎骨;; B7.判斷是否滿足;若是,進入B8,若否,則進入B11; B8.判斷下椎骨的傾斜方向是否滿足,若是,則表示第節椎骨和第節椎骨能夠構成Cobb角,并進入B10;若否,則進入B9; B9.判斷上椎骨和下椎骨的傾斜方向是否滿足;若是,則輸出,并進入B10,若否,則判斷是否滿足,若是,則第節椎骨和第節椎骨不能構成Cobb角,進入B11;若否,則進入B10; B10.第節椎骨和第節椎骨能夠構成Cobb角,,,并返回B7; B11.;;并判斷是否滿足,若是,則并返回B2;若否,則輸出合理矩陣,結束; 步驟505、基于合理矩陣與角矩陣點乘得到合理角矩陣,; 步驟6、基于網絡模型和合理角矩陣計算用于脊柱評估的Cobb角并通過OpenCV將Cobb角可視化,具體包括: 步驟601、計算用于評估脊柱側彎的前三個Cobb角、和: C1.從中篩選出最大的Cobb角: ; 和分別是構成接Cobb角的上椎骨和下椎骨; C2.得到未組成Cobb角的椎骨合理角; ; ; 接著,從剩余的中篩選出最大的Cobb角: ; C3.得到未組成Cobb角的椎骨合理角; ; ; 接著,從剩余中篩選出最大的Cobb角: ; 步驟602、基于上椎骨、和下椎骨、、對應的椎骨中心點以及椎骨傾斜向量,通過椎骨中心點得到椎骨中心點所在椎骨橫向中線的斜率;結合椎骨中心點的坐標獲取椎骨橫向中線的直線方程的偏移量:; 則椎骨橫向中線的直線方程為:; 步驟603、根據椎骨橫向中線的直線方程,采用OpenCV在X線片圖像中繪制組成Cobb角的橫向中心,使Cobb角可視化。
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