骨密度儀中基於稀疏表示的多參量骨質疏鬆分類判決方法
2023-04-27 17:54:31 1
骨密度儀中基於稀疏表示的多參量骨質疏鬆分類判決方法
【專利摘要】本發明公開了骨密度儀中基於稀疏表示的多參量骨質疏鬆分類判決方法，其步驟如下：步驟一、構造大小為N的訓練樣本庫W，測量訓練樣本庫裡每一個樣本的BMD，並測量MSS、BUC、BUA及SOS；步驟二、對訓練樣本庫W的樣本按照量測BMD值由小到大進行排序；步驟三、構造其骨質疏鬆特徵參量集向量序列；步驟四、構造骨質疏鬆等級矩陣；步驟五、根據每個骨質疏鬆等級矩陣量測數據，訓練組量測詞典；步驟六、利用量測詞典對待測樣本稀疏表示係數進行篩選，確定所屬骨質疏鬆等級。該判決方法綜合利用了超聲透射及背散射中的多種參量構造特徵參量集，以該參量集為基礎進行分類判決。本發明應用於醫學檢測、特徵分類領域。
【專利說明】骨密度儀中基於稀疏表示的多參量骨質疏鬆分類判決方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種骨質疏鬆分類判決方法，尤其涉及一種基於稀疏表示的多參量骨 質疏鬆分類判決方法。
【背景技術】
[0002] 骨質疏鬆是一種由於骨質中的鈣質流失導致的骨質狀況惡化的現象。隨著骨內鈣 質流失的增加，骨礦密度（BMD)減少，骨骼內孔隙增大，骨皮質變薄，骨小梁變小甚至消失， 導致骨折風險增加。
[0003] 定量超聲技術（QUS)是利用超聲對骨礦密度及骨微觀結構進行無損測量的超聲 技術的統稱，是商業應用上較為成熟的骨質疏鬆檢測技術。超聲在骨組織中傳播時，會由於 骨質變化而導致超聲速度和衰減發生變化，通過檢測聲速度和聲衰減，可以對骨質健康狀 況作出評價。根據超聲檢測方式的不同，可分為超聲透射和超聲背散射兩種方式。超聲透 射技術可以獲取骨質疏鬆特徵參量為寬帶超聲衰減（BUA)及超聲透射速度（S0S)。由於骨 組織對超聲存在吸收和散射，BMD越高，聲衰減值和聲速度值越大，BMD呈現一定的相關性。 超聲背散射技術可以獲取的骨質疏鬆特徵參量為等效的平均散射子間距（MSS)和超聲背 散射係數（BUC)。MSS用來表徵骨小梁間距，骨質疏鬆程度越大，MSS越大；BUC測量了背散 射超聲在傳播中的衰減量，與BMD具有較強的相關性。
[0004] 然而目前的骨密度儀中對骨礦密度的評價採用的是單一參量評價方法，各參量之 間單獨進行評價，精度較低（0. 7?0. 8)，評價結果不穩定，不能準確反映骨質疏鬆程度。同 時，對骨礦密度的測量一般僅採用透射或背散射一種測量方式，在骨密度儀中也沒有有效 地利用能夠反應骨組織微觀結構的MSS參量。
【發明內容】
[0005] 為了解決骨密度儀中評價骨質疏鬆等級時採用的參量單一、精度低、穩定性不足 的問題，本發明提供了一種骨密度儀中基於稀疏表示的多參量骨質疏鬆分類判決方法，該 判決方法綜合利用了超聲透射及背散射中的多種參量構造特徵參量集，以該參量集為基礎 進行分類判決。
[0006] 本發明的目的是通過以下技術方案驟實現的：
[0007] -種骨密度儀中基於稀疏表示的多參量骨質疏鬆分類判決方法，利用骨質疏鬆超 聲背散射及透射參量構造特徵參量集，然後採用稀疏表示的思想對骨質疏鬆程度進行評 價，具體步驟如下：
[0008] 步驟一、構造大小為N的訓練樣本庫W，測量訓練樣本庫裡每一個樣本的骨礦密度 (BMD)，並測量平均散射子間距（MSS)、背散射係數（BUC)、寬帶超聲衰減（BUA)及超聲透射 速度（S0S) 4個表徵骨質疏鬆程度的參數；
[0009] 步驟二、對訓練樣本庫W的樣本按照量測BMD值由小到大進行排序（BMD-1? BMD-N)，得到BMD升序樣本序列w2, . . .，wN ;
[0010] 步驟三、針對每一個樣本Wi(i = 1，2，...，N)，構造其骨質疏鬆特徵參量集向量序 列：
[0011]
【權利要求】
1. 一種骨密度儀中基於稀疏表不的多參量骨質疏鬆分類判決方法，其特徵在於所述骨 質疏鬆分類判決方法步驟如下： 步驟一、構造大小為N的訓練樣本庫W，測量訓練樣本庫裡每一個樣本的BMD，並測量 MSS、BUC、BUA及SOS 4個表徵骨質疏鬆程度的參數； 步驟二、對訓練樣本庫W的樣本按照量測BMD值由小到大進行排序，得到BMD升序樣本 序列 Wp w2, · · ·，wN ; 步驟三、針對每一個樣本Wi，i = 1，2, . . .，N，構造其骨質疏鬆特徵參量集向量序列：
其中，311，512,5"，514分別為表徵1^5、8此、8說、505的參量； 步驟四、將特徵參量集向量序列Si等分為Μ等份，構造骨質疏鬆等級矩陣： Pi = {Si s2 …SQ} 一 {SQ+1 Sq+2 …S2q} ? Pm - S(M_!) . Q+2**· SM . Q}； 表示將骨質疏鬆程度分為M個等級，每個骨質疏鬆等級矩陣包含Q = N/M個骨質疏鬆 特徵參量集向量； 步驟五、根據每個骨質疏鬆等級矩陣量測數據，訓練Μ組量測詞典Φρ i = 1，2,...， Μ ； 步驟六、當得到一個新的待測樣本骨質疏鬆特徵參量集向量r的時候，計算參量集向 量在每一個量測詞典下的稀疏表示係數Xi，i = 1，2, . . .，M，對稀疏信號進行篩選，確定該 待測樣本所屬骨質疏鬆等級。
2. 根據權利要求1所述的骨密度儀中基於稀疏表示的多參量骨質疏鬆分類判決方法， 其特徵在於所述步驟一中，BMD的測量採用CT進行測量。
3. 根據權利要求1所述的骨密度儀中基於稀疏表示的多參量骨質疏鬆分類判決方法， 其特徵在於所述步驟一中，MSS、BUA的測量採用超聲背散射技術進行測量，BUA、SOS採用超 聲透射技術進行測量。
4. 根據權利要求1所述的骨密度儀中基於稀疏表示的多參量骨質疏鬆分類判決方法， 其特徵在於所述步驟一中，測量設備採用單通道超聲收發儀，發射頻率0. 5?2 MHz可調， 超聲探頭採用單陣元聚焦超聲換能器，統一目標測量部位為跟骨。
5. 根據權利要求1所述的骨密度儀中基於稀疏表示的多參量骨質疏鬆分類判決方法， 其特徵在於所述步驟三中，Sn = α · MSS = 0· 4 · MSS，Si2 = β · BUC = 0· 1 · BUC，Si3 = κ · BUA = 0· 25 · BUA，Si4 = λ · SOS = 0· 25 · SOS，α、β、κ、λ 分別為 MSS、BUC、BUA、 SOS的加權係數。
6. 根據權利要求1所述的骨密度儀中基於稀疏表示的多參量骨質疏鬆分類判決方法， 其特徵在於所述步驟五中，量測詞典的構造採用K-SVD方法，獲得每個骨質疏鬆等級矩陣 對應的量測詞典Φρ
7. 根據權利要求1所述的骨密度儀中基於稀疏表示的多參量骨質疏鬆分類判決方法， 其特徵在於所述步驟六中，求得新的待測樣本骨質疏鬆特徵參量集向量r在各量測詞典下 的稀疏信號的表達式為r= = 1，2，...，M，該樣本屬於最稀疏信號所對應的骨質 疏鬆等級 r e 仍 | i = arg min 〇，（i = 1，2, · · ·，M)}。
8. 根據權利要求1所述的骨密度儀中基於稀疏表示的多參量骨質疏鬆分類判決方法， 其特徵在於所述樣本數量N > 1000。
9. 根據權利要求1、6或7所述的骨密度儀中基於稀疏表示的多參量骨質疏鬆分類判決 方法，其特徵在於所述Μ > 30。
【文檔編號】A61B8/08GK104146732SQ201410366117
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】沈毅, 潘文磊, 金晶, 王豔, 章欣 申請人:哈爾濱工業大學