骨密度儀中基于稀疏表示的多參量骨質(zhì)疏松分類判決方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了骨密度儀中基于稀疏表示的多參量骨質(zhì)疏松分類判決方法，其步驟如下：步驟一、構(gòu)造大小為N的訓(xùn)練樣本庫(kù)W，測(cè)量訓(xùn)練樣本庫(kù)里每一個(gè)樣本的BMD，并測(cè)量MSS、BUC、BUA及SOS；步驟二、對(duì)訓(xùn)練樣本庫(kù)W的樣本按照量測(cè)BMD值由小到大進(jìn)行排序；步驟三、構(gòu)造其骨質(zhì)疏松特征參量集向量序列；步驟四、構(gòu)造骨質(zhì)疏松等級(jí)矩陣；步驟五、根據(jù)每個(gè)骨質(zhì)疏松等級(jí)矩陣量測(cè)數(shù)據(jù)，訓(xùn)練組量測(cè)詞典；步驟六、利用量測(cè)詞典對(duì)待測(cè)樣本稀疏表示系數(shù)進(jìn)行篩選，確定所屬骨質(zhì)疏松等級(jí)。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(gòu)造特征參量集，以該參量集為基礎(chǔ)進(jìn)行分類判決。本發(fā)明應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢測(cè)、特征分類領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】骨密度儀中基于稀疏表示的多參量骨質(zhì)疏松分類判決方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種骨質(zhì)疏松分類判決方法，尤其涉及一種基于稀疏表示的多參量骨 質(zhì)疏松分類判決方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 骨質(zhì)疏松是一種由于骨質(zhì)中的鈣質(zhì)流失導(dǎo)致的骨質(zhì)狀況惡化的現(xiàn)象。隨著骨內(nèi)鈣 質(zhì)流失的增加，骨礦密度（BMD)減少，骨骼內(nèi)孔隙增大，骨皮質(zhì)變薄，骨小梁變小甚至消失， 導(dǎo)致骨折風(fēng)險(xiǎn)增加。
[0003] 定量超聲技術(shù)（QUS)是利用超聲對(duì)骨礦密度及骨微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)損測(cè)量的超聲 技術(shù)的統(tǒng)稱，是商業(yè)應(yīng)用上較為成熟的骨質(zhì)疏松檢測(cè)技術(shù)。超聲在骨組織中傳播時(shí)，會(huì)由于 骨質(zhì)變化而導(dǎo)致超聲速度和衰減發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)聲速度和聲衰減，可以對(duì)骨質(zhì)健康狀 況作出評(píng)價(jià)。根據(jù)超聲檢測(cè)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(shù)可以獲取骨質(zhì)疏松特征參量為寬帶超聲衰減（BUA)及超聲透射速度（S0S)。由于骨 組織對(duì)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(xiàn)一定的相關(guān)性。 超聲背散射技術(shù)可以獲取的骨質(zhì)疏松特征參量為等效的平均散射子間距（MSS)和超聲背 散射系數(shù)（BUC)。MSS用來(lái)表征骨小梁間距，骨質(zhì)疏松程度越大，MSS越大；BUC測(cè)量了背散 射超聲在傳播中的衰減量，與BMD具有較強(qiáng)的相關(guān)性。
[0004] 然而目前的骨密度儀中對(duì)骨礦密度的評(píng)價(jià)采用的是單一參量評(píng)價(jià)方法，各參量之 間單獨(dú)進(jìn)行評(píng)價(jià)，精度較低（0. 7?0. 8)，評(píng)價(jià)結(jié)果不穩(wěn)定，不能準(zhǔn)確反映骨質(zhì)疏松程度。同 時(shí)，對(duì)骨礦密度的測(cè)量一般僅采用透射或背散射一種測(cè)量方式，在骨密度儀中也沒(méi)有有效 地利用能夠反應(yīng)骨組織微觀結(jié)構(gòu)的MSS參量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決骨密度儀中評(píng)價(jià)骨質(zhì)疏松等級(jí)時(shí)采用的參量單一、精度低、穩(wěn)定性不足 的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種骨密度儀中基于稀疏表示的多參量骨質(zhì)疏松分類判決方法，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(gòu)造特征參量集，以該參量集為基礎(chǔ) 進(jìn)行分類判決。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案驟實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種骨密度儀中基于稀疏表示的多參量骨質(zhì)疏松分類判決方法，利用骨質(zhì)疏松超 聲背散射及透射參量構(gòu)造特征參量集，然后采用稀疏表示的思想對(duì)骨質(zhì)疏松程度進(jìn)行評(píng) 價(jià)，具體步驟如下：
[0008] 步驟一、構(gòu)造大小為N的訓(xùn)練樣本庫(kù)W，測(cè)量訓(xùn)練樣本庫(kù)里每一個(gè)樣本的骨礦密度 (BMD)，并測(cè)量平均散射子間距（MSS)、背散射系數(shù)（BUC)、寬帶超聲衰減（BUA)及超聲透射 速度（S0S) 4個(gè)表征骨質(zhì)疏松程度的參數(shù)；
[0009] 步驟二、對(duì)訓(xùn)練樣本庫(kù)W的樣本按照量測(cè)BMD值由小到大進(jìn)行排序（BMD-1? BMD-N)，得到BMD升序樣本序列w2, . . .，wN ;
[0010] 步驟三、針對(duì)每一個(gè)樣本W(wǎng)i(i = 1，2，...，N)，構(gòu)造其骨質(zhì)疏松特征參量集向量序 列：
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種骨密度儀中基于稀疏表不的多參量骨質(zhì)疏松分類判決方法，其特征在于所述骨 質(zhì)疏松分類判決方法步驟如下： 步驟一、構(gòu)造大小為N的訓(xùn)練樣本庫(kù)W，測(cè)量訓(xùn)練樣本庫(kù)里每一個(gè)樣本的BMD，并測(cè)量 MSS、BUC、BUA及SOS 4個(gè)表征骨質(zhì)疏松程度的參數(shù)； 步驟二、對(duì)訓(xùn)練樣本庫(kù)W的樣本按照量測(cè)BMD值由小到大進(jìn)行排序，得到BMD升序樣本 序列 Wp w2, · · ·，wN ; 步驟三、針對(duì)每一個(gè)樣本W(wǎng)i，i = 1，2, . . .，N，構(gòu)造其骨質(zhì)疏松特征參量集向量序列：
其中，311，512,5"，514分別為表征1^5、8此、8說(shuō)、505的參量； 步驟四、將特征參量集向量序列Si等分為Μ等份，構(gòu)造骨質(zhì)疏松等級(jí)矩陣： Pi = {Si s2 …SQ} 一 {SQ+1 Sq+2 …S2q} ? Pm - S(M_!) . Q+2**· SM . Q}； 表示將骨質(zhì)疏松程度分為M個(gè)等級(jí)，每個(gè)骨質(zhì)疏松等級(jí)矩陣包含Q = N/M個(gè)骨質(zhì)疏松 特征參量集向量； 步驟五、根據(jù)每個(gè)骨質(zhì)疏松等級(jí)矩陣量測(cè)數(shù)據(jù)，訓(xùn)練Μ組量測(cè)詞典Φρ i = 1，2,...， Μ ； 步驟六、當(dāng)?shù)玫揭粋€(gè)新的待測(cè)樣本骨質(zhì)疏松特征參量集向量r的時(shí)候，計(jì)算參量集向 量在每一個(gè)量測(cè)詞典下的稀疏表示系數(shù)Xi，i = 1，2, . . .，M，對(duì)稀疏信號(hào)進(jìn)行篩選，確定該 待測(cè)樣本所屬骨質(zhì)疏松等級(jí)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨密度儀中基于稀疏表示的多參量骨質(zhì)疏松分類判決方法， 其特征在于所述步驟一中，BMD的測(cè)量采用CT進(jìn)行測(cè)量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨密度儀中基于稀疏表示的多參量骨質(zhì)疏松分類判決方法， 其特征在于所述步驟一中，MSS、BUA的測(cè)量采用超聲背散射技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，BUA、SOS采用超 聲透射技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨密度儀中基于稀疏表示的多參量骨質(zhì)疏松分類判決方法， 其特征在于所述步驟一中，測(cè)量設(shè)備采用單通道超聲收發(fā)儀，發(fā)射頻率0. 5?2 MHz可調(diào)， 超聲探頭采用單陣元聚焦超聲換能器，統(tǒng)一目標(biāo)測(cè)量部位為跟骨。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨密度儀中基于稀疏表示的多參量骨質(zhì)疏松分類判決方法， 其特征在于所述步驟三中，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(quán)系數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨密度儀中基于稀疏表示的多參量骨質(zhì)疏松分類判決方法， 其特征在于所述步驟五中，量測(cè)詞典的構(gòu)造采用K-SVD方法，獲得每個(gè)骨質(zhì)疏松等級(jí)矩陣 對(duì)應(yīng)的量測(cè)詞典Φρ
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨密度儀中基于稀疏表示的多參量骨質(zhì)疏松分類判決方法， 其特征在于所述步驟六中，求得新的待測(cè)樣本骨質(zhì)疏松特征參量集向量r在各量測(cè)詞典下 的稀疏信號(hào)的表達(dá)式為r= = 1，2，...，M，該樣本屬于最稀疏信號(hào)所對(duì)應(yīng)的骨質(zhì) 疏松等級(jí) r e 仍 | i = arg min 〇，（i = 1，2, · · ·，M)}。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨密度儀中基于稀疏表示的多參量骨質(zhì)疏松分類判決方法， 其特征在于所述樣本數(shù)量N > 1000。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1、6或7所述的骨密度儀中基于稀疏表示的多參量骨質(zhì)疏松分類判決 方法，其特征在于所述Μ > 30。
【文檔編號(hào)】A61B8/08GK104146732SQ201410366117
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】沈毅, 潘文磊, 金晶, 王艷, 章欣 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)