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基于半月板MRI的3D卷积神经网络模型预测膝骨关节炎发生的研究

磁共振成像传媒  · 公众号  ·  · 2024-03-13 06:06

正文


来源:磁共振成像传媒

膝骨关节炎(knee osteoarthritis, KOA)是一种常见的慢性疾病,严重影响患者的生活质量,全球范围内患有KOA的人数不断增加。迄今为止,KOA的病理机制尚未完全阐明,其发生发展与膝关节多种结构损伤密切相关。半月板位于胫骨和股骨之间,主要功能为减少震荡和缓冲压力。先前研究表明,半月板的径向撕裂和压迫程度是未来发生KOA风险的关键风险因素,而且半月板损伤会加速KOA的发展,部分患者甚至需要进行全膝关节置换术。

MRI是目前检测半月板病变最重要的影像学方法,在MRI自旋回波(spin echo, SE)和梯度回波(gradient echo, GRE)序列中,正常半月板呈均匀的低信号,在矢状面成像时,两侧半月板在关节边缘层面上呈“蝴蝶结”状。KOA患者MRI中半月板形态及信号常发生变化,最常用的评估方法之一是MRI骨关节炎膝关节评分(MRI Osteoarthritis Knee Score, MOAKS)。然而,半定量评分系统很大程度上依赖于评估者的主观判断。

深度学习可自动高通量提取医学图像数据特征,已广泛应用组织结构分割、疾病诊断及预后预测。既往研究证实深度学习模型在半月板分割方面性能良好。然而,基于MRI自动分割半月板预测KOA发生的潜力尚不清楚。因此,中山大学电子与通信工程学院丘昌镇助理教授、南方医科大学第三附属医院(广东省骨科研究院)影像科张晓东教授团队此次研究旨在构建半月板MRI自动分割的深度学习模型基础上,进一步利用3D卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)构建半月板MRI预测KOA发生的模型,以探明半月板MRI深度学习模型预测KOA发生的潜能。

该项目受到南方医科大学第三附属医院院长基金项目(YM2021012)的资助。

【蒋可欣,谢雨含,李勉文,等.基于半月板MRI的3D卷积神经网络模型预测膝骨关节炎发生的研究[J].磁共振成像,2024,15(2):103-107,121.

DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2024.02.015

(作者:蒋可欣,谢雨含,李勉文,张志勇,陈少龙,丘昌镇,张晓东)

点击此处“ 阅读原文 ”可查看详细内容;关注“磁共振成像传媒”公众号与《磁共振成像》杂志共同成长!



丘昌镇 助理教授

丘昌镇, 博士、中山大学电子与通信工程学院助理教授。

专业特长: 主要从事光学成像自动目标识别、智能系统与模式识别、实时系统设计与实现技术等领域的基础理论攻关研究、先进技术应用等方面的教学、科研与人才培养工作。

获得基金项目资助情况: 作为负责人先后参加国家和军队等多个项目的研究工作,近5年科研经费超过1200万元。

学术成果: 近5年以通讯作者或者第一作者公开发表高水平学术论文10篇,申请专利4项。协助培养毕业博士研究生1名,硕士生6名。


张晓东 教授

张晓东, 南方医科大学第三附属医院医学影像科副主任、放射住培基地教学主任,主任医师、博士生导师、美国UCSD大学访问学者。

专业特长: 在各个系统疾病的医学影像诊断工作方面具有丰富的临床经验,尤其是肌骨关节系统,心血管系统及中枢神经系统等常见疾病及疑难疾病的诊断与鉴别诊断。擅长脊柱退行性疾病,骨关节炎,骨质疏松,运动损伤,小儿骨病,类风湿性关节炎及骨肿瘤等肌骨疾病的医学影像诊断与鉴别诊断。主要研究方向为:1)肌骨疾病定量影像研究:重点是MR新技术在肌骨关节疾病及肥胖/糖尿病/代谢综合征等相关代谢性疾病的应用;2)人工智能在肌骨系统影像方面的应用:主要是肌骨系统常见疾病的组学特征提取及人工智能辅助诊断系统的开发。

社会兼职: 中华医学会影像技术分会骨密度学组MR-US学组组长,中国老年学与老年医学学会骨质疏松分会影像学组委员,广东省医学会放射学分会骨关节学组委员,广东省生物医学工程学会智能医学影像分会常务委员,广东省女医师协会放射专业委员会常务委员,广东省医药质量管理协会放射诊断专业委员会常务委员,广东省抗癌协会影像专委会委员,广东医师协会毕业后教育专业组委员,中国抗癌协会肿瘤影像学会骨肉瘤影像学组委员,中国医药生物技术协会3D打印分会委员,中国医学救援学会影像专委会委员。

获得成果、奖项、荣誉等: 近三年主持、参与国家级、省级科研项目多项,其中主持省科技重大项目1项,国家自然科学青年基金1项。在专业学术期刊杂志发表论文30余篇,其中SCI收录10余篇;参与编著2部。以第二完成人获得地市级科技进步一等奖1项;广东省岭南名医影像诊断专家。



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