骨齡是反應(yīng)生物年齡最主要的評價(jià)指標(biāo)，不僅能集中反映全身骨骼生長和成熟情況，還可以幫助判斷兒童的生長發(fā)育潛力，因此，骨齡評價(jià)的準(zhǔn)確性非常重要。然而兒童生長發(fā)育存在種族差異，常用的G-P圖譜和TW3骨齡標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)歐美白人兒童樣本，不適用于中國兒童。
2005年，我國完成了《中國人手腕骨骨齡標(biāo)準(zhǔn)修訂》研究，提出了中華-05骨齡評定標(biāo)準(zhǔn)，建立的國內(nèi)規(guī)范化的骨齡評價(jià)體系。該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)當(dāng)代中國兒童大樣本，經(jīng)過多年的臨床檢驗(yàn)已證實(shí)其準(zhǔn)確性。
除此之外，以往通過人工評價(jià)骨齡依賴于評價(jià)方法和評價(jià)者的水平，具有較大的主觀性。近年來，得益于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，利用算法和模型的人工智能(AI)骨齡系統(tǒng)可大大提高骨齡評價(jià)的準(zhǔn)確率。
日前，安徽省兒童醫(yī)院影像科尹傳高教授團(tuán)隊(duì)與喜高科技創(chuàng)始人張淼等人聯(lián)合發(fā)表了最新研究成果《基于中華-05標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)骨齡評價(jià)系統(tǒng)》。臨床研究發(fā)現(xiàn)， GP圖譜和TW方法重復(fù)評價(jià)的平均骨齡差值范圍達(dá)到了-2.46 ~2.18歲，而這項(xiàng)基于國標(biāo)中華-05人工智能骨齡評估系統(tǒng)—“承影—05z“骨齡差值縮小至±0.5歲內(nèi)(包括0.5歲)，且整體準(zhǔn)確率達(dá)到93%以上。該研究成果近日已發(fā)表于國際權(quán)威期刊《Advances in Nano Research》(JCR一區(qū)，影響因子13.052)。
據(jù)悉，「承影-05z」是由喜高科技獨(dú)立研發(fā)，突破已有算力和模型發(fā)展限制，采用的AI算法技術(shù)—喜高”AI-China-05“，性能優(yōu)越，超過了國際其他自動化骨齡系統(tǒng)，達(dá)到業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。喜高“AI-China-05“具有準(zhǔn)確率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、速度快、自動學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，為中國兒童生長發(fā)育評價(jià)提供快速而準(zhǔn)確的骨齡。
準(zhǔn)確率高，總準(zhǔn)確率超93%，各年齡段均表現(xiàn)出色
為保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，喜高“AI-China-05”被“訓(xùn)練”更適用于中國兒童的骨發(fā)育狀況。 研究人員本次從當(dāng)代中國城市健康兒童中抽取累計(jì)共20394張左側(cè)手腕部X線片數(shù)據(jù)，作為AI的學(xué)習(xí)「樣本」，同時(shí)對標(biāo)注X線片人員讀片結(jié)果的可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)，證實(shí)其達(dá)到或超過了國際間報(bào)告的TW法可靠性的上限。
在測試集中，喜高“AI-China-05”在0~18歲各年齡段兒童青少年的骨發(fā)育等級評價(jià)中，均表現(xiàn)出極高準(zhǔn)確率，總準(zhǔn)確率達(dá)到了93%以上。
數(shù)據(jù)樣本大，覆蓋均勻，標(biāo)注質(zhì)量高，為喜高“AI-China-05”的準(zhǔn)確性提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
穩(wěn)定性好，拒讀率低
Son et al.應(yīng)用VGGNet研究了TW3法的自動骨齡系統(tǒng)，通過定位評價(jià)區(qū)域(ROI)提取關(guān)鍵骨骺，但這種方法易受背景干擾，導(dǎo)致拒讀率高，穩(wěn)定性弱，而喜高“AI-China-05”通過臨床驗(yàn)證了其穩(wěn)定性和可靠性。為驗(yàn)證喜高“AI-China-05”的運(yùn)行情況，本次團(tuán)隊(duì)納入了近2000張臨床X線片，X線片主要來自2020年1-8月安徽省兒童醫(yī)院放射科拍攝的X線片，年齡在1~18歲。
驗(yàn)證結(jié)果顯示，在所有驗(yàn)證的X線片中，拒讀率僅為0.15%，喜高“AI-China-05”在臨床研究中性能穩(wěn)定，與樣本測試集的檢驗(yàn)結(jié)果相差無幾。除本次臨床研究檢驗(yàn)，喜高“AI-China-05”在過去2年的臨床研究中，經(jīng)過了超62.1萬張臨床X線片的檢驗(yàn)，其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，得到了充分的臨床驗(yàn)證。
速度與準(zhǔn)確性并重，平均閱片速度0.76秒
喜高“AI-China-05”不僅保證了結(jié)果準(zhǔn)確性，還大幅度提升了AI閱片速度，真正實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確性和速度性的平衡。喜高“AI-China-05”的分類模型增加了卷積注意力機(jī)制模塊(CBAM)，大大提升了AI模型的分類性能。喜高「承影-05z」的研發(fā)過程中還采用遷移學(xué)習(xí)和更優(yōu)的損失函數(shù)，使結(jié)果更加精準(zhǔn)。
不僅如此，喜高“AI-China-05”模型在保留骨骺特征的前提下，使用了更小的輸入，可以在不影響準(zhǔn)確率的情況下，使運(yùn)算量更小、速度更快，達(dá)到平均0.76秒的閱片速度，大大降低了醫(yī)務(wù)人員的工作量和時(shí)間成本。
模型好，AI具有“舉一反三”的能力
喜高“AI-China-05”采用的是164層，參數(shù)量為54.3M的Inception-ResNet-V2模型，這種模型具有更寬和更深的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。Inception-ResNet-V2模型是AI-China-05的“大腦”，相比其他模型，具有更大的“腦容量”和”舉一反三“的自我學(xué)習(xí)能力，能學(xué)習(xí)到更豐富的骨成熟度特征和更加復(fù)雜的表達(dá)。
喜高「承影-05z」基于海量骨齡影像及深度學(xué)習(xí)技術(shù)，在精確度、穩(wěn)定性、判讀速度等多個(gè)領(lǐng)域均表現(xiàn)優(yōu)異。在實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)讀片的同時(shí)，也避免了醫(yī)生主觀因素對于結(jié)果的影響，顯著提升臨床醫(yī)生的閱片能力。在提高準(zhǔn)確率的同時(shí)，減少醫(yī)生的時(shí)間成本，將醫(yī)生從繁復(fù)的讀片壓力中解放出來，釋放更多醫(yī)療資源。
面對越來越多的兒童健康篩查和兒童全周期健康管理需求，喜高「承影-05」在保證骨齡判讀一致性的同時(shí)，還能快速滿足日益增長的骨齡判讀需要。隨著人工智能不斷進(jìn)化和學(xué)習(xí)，它將在完善中國兒童生長學(xué)關(guān)鍵指標(biāo)評估、建立骨齡評價(jià)國家標(biāo)準(zhǔn)的道路上發(fā)揮更重要的科研價(jià)值。
未來，喜高科技將繼續(xù)深耕兒童生長發(fā)育研究、骨齡評估和兒童健康管理領(lǐng)域，拓展平臺的科研服務(wù)能力和范圍，進(jìn)一步為醫(yī)療合作伙伴賦能，將中國兒童健康管理服務(wù)通過更多渠道輸送給更多有需求的醫(yī)生和家長，保障中國兒童健康成長。
注：以上部分資料和數(shù)據(jù)來源于《基于中華-05標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)骨齡評價(jià)系統(tǒng)》
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