基于ANN的頸脊髓損傷和股骨轉(zhuǎn)子間骨折預后預測研究.pdf

1、近年來，醫(yī)學工學結(jié)合進行診療研究引起了越來越多科研人員的關(guān)注，逐漸成為科學研究的熱點。本文緊隨醫(yī)學工學交叉研究的步伐，挖掘醫(yī)工交叉研究的結(jié)合點，以遼西某三甲醫(yī)院為依托合作單位，順應醫(yī)患雙方對于疾病預后預測的強烈需求，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(ArtificialNeuralNetwork，ANN)對骨科損傷預后預測問題展開深入研究。鑒于骨科損傷預后情況的廣泛性和復雜性，課題選擇頸脊髓損傷和股骨轉(zhuǎn)子間骨折（簡稱轉(zhuǎn)子間骨折）預后問題為研究對象，

2、由點及面地對骨科損傷預后預測中涉及到的關(guān)鍵問題和優(yōu)化過程做深入分析，并通過研發(fā)推廣骨科損傷預后預測系統(tǒng)體現(xiàn)了醫(yī)學工學交叉結(jié)合的實際價值。
　　頸脊髓損傷和轉(zhuǎn)子間骨折損傷預后具有鮮明的非線性特點，很難建立準確的預后數(shù)學模型，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有優(yōu)良的非線性擬合和逼近能力，非常適合解決這一類非線性預測問題。因此本文首次將ANN用于骨科損傷的預后預測領(lǐng)域并開展了深入系統(tǒng)的研究工作。
　　首先，選擇誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(BackP

3、ropagation，BP)和概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ProbabilisticNeuralNetwork，PNN)作為預測工具，同時基于模糊三角數(shù)的層次分析法建立了骨科損傷預后預測模型的指標評價體系，對性能指標進行了權(quán)重排序，并充分對比分析了BP網(wǎng)絡(luò)和PNN網(wǎng)絡(luò)的各自優(yōu)缺點，結(jié)合指標評價體系為使用者提供了選擇恰當神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預測模型的標準和方法。
　　其次，使用傳統(tǒng)的BP網(wǎng)絡(luò)和PNN網(wǎng)絡(luò)進行了骨科損傷預后預測前期試驗，結(jié)合相關(guān)文獻充分分析了前

4、期試驗預測精度較低的原因，發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的自身缺陷。進而針對PNN網(wǎng)絡(luò)的平滑參數(shù)間缺乏差異性，無法滿足預測模型自適應要求的缺陷，利用變慣性權(quán)重的粒子群算法(IPSO)優(yōu)化其平滑參數(shù);針對BP網(wǎng)絡(luò)收斂速度慢且容易陷入局部極值的缺點，利用改進的遺傳算法(PGA)優(yōu)化其隱層節(jié)點數(shù)和連接權(quán)值。并在優(yōu)化算法基礎(chǔ)上建立了IPSO-PNN預測模型和PGA-BP預測模型進行骨科損傷預后預測。
　　再次，輸入大量具有統(tǒng)計學意義的訓練樣本訓練

5、IPSO-PNN預測模型和PGA-BP預測模型以得到準確的預測輸出，并輸入大量的檢測樣本來檢驗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預測模型的泛化能力，仿真結(jié)果表明，優(yōu)化后的預測模型的預測精度、穩(wěn)定性和泛化能力都有了很大的改善和提高。在仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上，本文對比了幾種不同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預測模型的輸出特性，呼應預測模型指標評價體系的性能權(quán)重排序，匯總了BP預測模型和PNN預測模型的優(yōu)缺點和各自優(yōu)勢領(lǐng)域。同時將優(yōu)化的ANN預測模型與醫(yī)學常用的logistic回歸模型進行對比分