三维超声胎儿标准切面自动定位及胎儿姿势标准化头臀长智能测量方法研究

摘要

目的　　通过定位胎儿正中矢状面关键点，探索其判断胎儿姿势包括过伸、过屈、自然仰卧位的可靠性。探讨三维容积自动测量系统在11～13周+6天胎儿正中矢状面的获取及胎儿头臀长测量的准确性及稳定性。　　资料与方法　　(1)第一阶段：二维量化胎儿自然仰卧位姿势　　1.选取2018年1月～2019年1月广东省某产前诊断中心的孕11～13周+6天NT(Nuchal translucency)二维图像1000张；　　2.由3位高年资医师(从事产科超声工作5年以上并具有英国胎儿医学基金会NT测量证书)分析图片是否合格；　　3纳入3位医师均认定为合格的NT图像，共≥300张NT图像；　　4.将纳入研究范围316张NT图像交由2名工作人员使用Photoshop软件角度测量(上颌骨与颈项透明层平行线角度、丘脑-颈-前胸壁角度)；　　5.每位工作人员每张图像测量2次，分别记录图1—316角度；　　6.进行结果统计，制定胎儿自然仰卧位95%参考值范围，角度小于该范围即过屈位，大于该范围即过伸位。　　(2)第二阶段：三维超声标准切面自动定位　　1.收集600例早孕期三维容积数据(45mm≤头臀长(Crown-RumpLength,CRL)≤84mm)；　　2.标注：由3位有10年产科超声经验的超声专家于离线状态利用三维容积关键点面标注软件进行胎儿解剖关键22点及胎儿正中矢状面的定位；　　3.训练模型：连续选取400例三维容积标注数据进行三维容积自动测量系统的模型建立及训练；　　4.测试模型：选取200例三维容积标注数据进行三维容积自动测量系统的测试，由两位有产科筛查经验的超声医师(A、B)对系统自动获取的胎儿正中矢状面与标注切面进行对比，分析自动切面定位的准确性。　　结果　　(1)第一阶段研究结果：　　1.上颌骨与颈项透明层平行线角度(∠A)、丘脑-颈-前胸壁角度(∠B)的相关测量数据均服从正态分布，选用组内相关系数对操作者内和操作者间包括工作人员甲∠A前后两次测量、工作人员乙前后两次测量、甲乙间四次测量分别进行可靠性分析ICC和95%可信区间分别为0.803(95%CI 0.760-0.839)、0.828(95%CI 0.790-0.860)、0.810(95%CI 0.780-0.838)，一致性检验有统计学意义(p=0.000)。对操作者内和操作者间包括工作人员甲∠B前后两次测量、工作人员乙前后两次测量、甲乙间四次测量分别进行可靠性分析ICC分别为0.867(95%CI 0.837-0.892)、0.886(95%CI 0.860-0.908)、0.880(95%CI 0.859-0.899)，一致性检验有统计学意义(p=0.000)。测量∠A、∠B组内及组间相关性好。　　2.测量者内及测量者间对∠A测量均值差异均无统计学意义，甲前后两次测量∠A均数差异没有统计学意义(t=1.315，p=0.189)，乙前后两次测量∠A均数差异没有统计学意义(t=0.138，p=0.890)，工作人员甲、乙之间∠A均数差异没有统计学意义(p＞0.05)。测量者内对∠B测量均值差异均无统计学意义，甲前后两次测量∠B均数差异没有统计学意义(t=0.054，p=0.957)，乙前后两次测量∠B均数差异没有统计学意义(t=0.257，p=0.797)，工作人员甲、乙之间∠B均数差异有统计学意义(p＜0.05)，其中，工作人员乙两次测量结果均值较甲测量大。　　3.∠A为45.94±5.698(°)，估计胎儿11～13+6孕周自然仰卧位∠A参考值范围是(37.77,57.11)°。(甲∠B)为87.44±6.090(°)。(乙∠B)为87.87±6.231(°)，估计胎儿11～13+6孕周自然仰卧位(甲∠B)参考值范围是(75.50,99.38)°，(乙∠B)参考值范围是(75.66,100.08)°。　　(2)第二阶段研究结果：　　1.超声医师A、B对标注组、AI组评分的组内相关系数(ICC)分别为0.469、0.733，一致性检验有统计学意义(p=0.000)，超声医师A、B对标注组及AI组评分的组内相关系数较好，一致性较好。　　2.超声医师A对标注组及AI组评分差异由Wilcoxon秩和检验有统计学意义(Z=3.44，p=0.001)；超声医师B对标注组及AI组评分差异由Wilcoxon秩和检验有统计学意义(Z=2.67，p=0.007)。两位超声医师对标注组与AI组获取正中矢状面的准确度进行评分，结果均显示标注组及AI组的得分有差异。标注组与AI组正中矢状面的获取率差异有统计学意义(x2=12.96，p=0.000)，AI组的获取率(160/200)高于标注组(141/200)。　　3.138/200例数据的标注组、AI组均获得正中矢状面，其标注组与AI组在测量CRL上差异没有统计学意义(t=0.520，p=0.604)。　　结论　　(1)定位11～13+6孕周胎儿标准正中矢状面相关解剖结构，测量相关交叉角度，可量化11-13+6孕周胎儿过伸、过屈及自然仰卧位。其中，∠A的重复性较∠B更好，不同工作背景的测量人员均中能取得均值差异较小的测量结果。　　(2)计算机胎儿关键点模型自动获取胎儿正中矢状面中获取率高，但准确性不及专业医生手动定位。　　(3)在标注组与AI组均获得胎儿正中矢状面前提下，胎儿头臀长的智能化自动测量与标注医生手动测量结果均值差异小，模型测量头臀长准确性高。

目录

声明

前言

1.医学影像学近年发展概况

2.早孕胎儿测量评估

3.超声智能测量发展概况

第一部分 胎儿11-13+6孕周产前超声检查姿势量化分析

资料与方法

1.1 研究对象

1.2仪器与软件

1.3研究过程

1.4统计学方法

结果

2.1∠A、∠B正态性检验结果

2.2∠A、∠B测量的重复性比较

2.3建立胎儿11～13+6孕周自然仰卧位∠A、∠B的参考值范围

讨论

3.1胎儿11～13+6孕周自然仰卧位标准切面及未来展望

3.2∠A、∠B测量的重复性分析

3.3 胎儿11～13+6孕周自然仰卧位∠A、∠B参考值范围分析

3.4 本研究阶段不足之处

结论

第二部分 基于三维超声胎儿标准切面自动定位及头臀长自动测量研究方法

资料与方法

1.1研究对象

1.2仪器与软件

1.3研究过程

1.4统计学方法

结果

2.1超声医师A、B评分的一致性检验

2.2两位超声医师A、B对两组正中矢状面的评分差异分析

2.3标注组与人工智能(Artificial Intelligence, AI)组正中矢状面的获取率的差异

2.4标注组与AI组CRL测量结果差异分析

讨论

3.1 胎儿11～13+6孕周三维自动化测量初步探索及未来展望

3.2 标注组与AI组标准正中矢状切面对比

3.3自动化测量头臀长度（Crown-Rump Length，CRL）准确性

3.4本研究阶段不足之处

结论

参考文献

附录

在校期间发表论文清单

致谢