基于卷积神经网络的全髋关节置换术后参数测量与人工测量方法的比较研究

来源：中华骨科杂志2024年第20期北京时间：

作者：智信,刘星宇,宋平,张逸凌,柴伟

单位：中国人民解放军总医院第一附属医院,北京长木谷医疗科技股份有限公司,中国人民解放军总医院第一附属医院,北京长木谷医疗科技股份有限公司,中国人民解放军总医院第一附属医院

摘要：目的 探讨通过卷积神经网络测量全髋关节置换（total hip arthroplasty，THA）术后假体角度及双下肢长度差与人工测量的差异。方法 收集2024年1至3月，在解放军总医院第四医学中心骨科实施单侧THA患者100例，其中50例使用陶瓷内衬髋关节假体、50例使用聚乙烯内衬髋关节假体。男58例、女42例，年龄（51.6±12.71）岁，均为单侧，左侧45髋、右侧55髋。利用Attention UNet网络分割假体并识别关键点，计算髋臼假体外展角、前倾角和双下肢长度差。分别使用卷积神经网络和人工方法测量假体前倾角、外展角和双下肢长度差，并进行比较。采用Bland-Altman方法评估两种测量方法的一致性。结果 卷积神经网络测量100例假体的外展角、前倾角和双下肢长度差分别为40.55°±4.76°、21.5°（19.0°，27.0°）和3.6（1.7，6.8）mm，人工测量为40.58°±4.93°、21.0°（17.6°，23.2°）和3.0（2.0，7.0）mm。两种方法测量前倾角的差异有统计学意义（ =-2.189， =0.029），而外展角和双下肢长度差的差异无统计学意义（ >0.05）。卷积神经网络测量50例聚乙烯内衬假体的外展角和前倾角分别为40.31°±4.70°和20.0°（18.0°，22.0°），人工测量分别为40.49°±4.92°和20.0°（17.0°，21.5°），差异均无统计学意义（ >0.05）；卷积神经网络测量50例陶瓷内衬假体的外展角和前倾角分别为40.79°±4.86°和26.5°（20.8°，33.0°），人工测量分别为40.68°±4.98°和20.0°（18.0°，22.0°），两种方法测量假体前倾角的差异有统计学意义（ =-3.426， =0.001），而外展角的差异无统计学意义（ =0.994， =0.325）。Bland-Altman方法显示人工与卷积神经网络测量100例假体外展角的差值为0.0310°±1.091°[95% （-2.107°，2.169°）]，聚乙烯内衬假体的差值为0.178°±1.296°[95% （-2.362°，2.718°）]，陶瓷内衬假体的差值为-0.116°±0.825°[95% （-1.733°，1.501°）]；100例假体前倾角的差值为-3.280°±6.920°[95% （-16.840°，10.280°）]，聚乙烯内衬假体的差值为-0.002°±1.471°[95% （-2.885°，2.881°）]，陶瓷内衬假体的差值为-6.560°±8.523°[95% （-23.270°，10.150°）]；双下肢长度差的差值为（-0.101±0.947）mm[95% （-1.956，1.755）mm]。 结论 卷积神经网络测量THA术后髋臼假体外展角、聚乙烯内衬假体前倾角、双下肢长度差与人工测量值无差异，但测量陶瓷内衬假体前倾角与人工测量方法有差异。Bland-Altman分析表明两种测量方法在测量外展角、聚乙烯内衬假体前倾角和双下肢长度差时具有较好的一致性。

关键词：关节成形术，置换，髋;人工智能;神经网络，计算机;参数测量

基金资助：国家自然科学基金区域联合重点项目U22A20355