基于自适应序列罚权深度神经网络的 膝骨关节炎等级评分

膝骨关节炎(OA)是老年人活动受限和身体残疾的主要原因之一,对膝骨关节炎的早期发现和干预可以帮助病人减缓OA的恶化。目前膝骨关节炎的早期发现通过X光片进行诊断,参照Kellgren-Lawrence(KL)标准进行评分,但医师的评分相对主观,不同医生存在差异。膝骨关节炎的等级分类是个有序分类问题,序列罚权损失函数将距离真实类别越远的等级赋予了更高的罚权,因此它更适合于膝骨关节炎的等级分类。然而,已有工作中的罚权一旦给定,就不再变化,导致其训练模型常常达不到期望的结果。本文针对序列罚权损失的不足,提出一种自适应序列罚权调整策略,通过对每一个阶段(epoch)得到的混淆矩阵,反向指导惩罚权重进行微调,使得罚权矩阵能够自适应调整。进一步地,本文利用来自骨关节炎倡议组织(OAI)的X射线图像数据,在ResNet, VGG,DenseNet以及Inception等几种经典的CNN模型上验证该方法的性能。实验结果表明在膝骨关节炎KL分级任务上,本文提出的自适应序列罚权调整策略在初始罚权分差较小时,能够有效地提升模型分类精度(AC)与平均绝对误差(MAE)。

Grading scoring of knee osteoarthritis based on adaptive ordinal penalty weighted deep neural networks