关键词:
发育性髋关节发育不良
骨盆
放射摄影术
人工智能
深度学习
摘要:
目的探讨人工智能(artificial intelligence,AI)模型在骨盆X线片上测量髋关节关键角的准确性,并评价AI模型对成人发育性髋关节发育不良(developmental dysplasia of the hip,DDH)和临界型DDH(borderline developmental dysplasia of the hip,BDDH)的诊断效能。方法回顾性分析来源于解放军总医院第四医学中心放射科1029例可疑DDH患者的病历资料,男273例、女756例,年龄(57.01±18.16)岁(范围12~88岁)。随机分配到训练集720例、测试集206例和验证集103例。由两名放射科医生在骨盆正位X线片上确定并标记髋关节关键解剖点,应用训练集进行深度学习,构建定位髋关节关键解剖点的AI模型,AI模型基于髋关节关键解剖点自动测量并计算Sharp角、Tönnis角和中心边缘(center-edge angle,CE)角。将放射科医生测量结果与AI模型自动测量结果进行比较,用于评估AI模型对测试集测量结果的准确性。验证集用于优化模型参数,测试集用于评估DDH的诊断性能。绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic curve,ROC)曲线,计算ROC曲线下面积(area under roc curve,AUC)评价AI模型对DDH和BDDH的诊断效能。结果AI模型测量髋关节左侧Sharp角、Tönnis角及CE角诊断DDH的准确率分别为89.8%、86.8%、90.1%,右侧的准确率为93.7%、80.5%、92.2%,人工测量平均值和AI模型测量的Sharp角、Tönnis角和CE角的差异均无统计学意义(P>0.05)。AI模型与人工测量Sharp角、Tönnis角和CE角的相关性检验及一致性分析结果显示r值及组内相关系数(intraclass correlation coefficient,ICC)均>0.75。AI模型测量用时(1.7±0.1)s,较放射科医生人工测量用时的(88.1±8.4)s和(90.3±7.4)s更短(P<0.05)。AI模型测量得到的Sharp角、Tönnis角、CE角诊断DDH的AUC分别为0.883、0.908、0.922(左侧)和0.924、0.922、0.871(右侧);AI模型测量左、右侧CE角诊断BDDH的AUC分别为0.787和0.676。AI模型和人工测量诊断DDH和BDDH与临床最终诊断结果一致性的Kappa检验结果显示,CE角(AI模型C)的κ=0.663,而Sharp角AI模型、Tönnis角AI模型及人工测量结果诊断的κ值均>0.800。结论基于深度学习的卷积神经网络AI模型可以实现自动测量Sharp角、Tönnis角和CE角,辅助诊断DDH和BDDH具有较高的诊断效能。