（生物医学工程专业论文）基于人工神经网络的足月胎儿体重预测.pdf

毕于人t 神锌删络的足月胎儿体萝预测验证组预测符合率达7 6 1 9 ，平均绝对误差1 9 0 8 4 克，平均相对误差5 6 0 。表明神经网络预测胎儿体重方法十分有效，准确性高于回归方程。在预测参数选择上，通过实验发现以为天为单位的孕龄与超声参数相结合，预测效果更好。最后，基于v c + 十开发了具有可视化界面的w i n d o w s 应用程序，为临床胎儿预测提供一种使用便捷，操作简单，可靠性高的应用软件系统。关键词：超声孕龄胎儿体重预测回归分析人工神经网络四j i l 大学颁十学位论直e s t i m a t i o no ff e t a lw e i g h tb a s e do na r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r kmsc a n d i d a t e ：j u nw us u p e r v i s o r ：t i a n f uw a n gd e y ul ia b s t r a c tt h eu l t r a s o n i ce s t i m a t i o no ff e t a lw e i g h tb e f o r ed e l i v e r yi sv e r yi m p o r t a n to no b s t e t r i c a lc l i n i c ，e s p e c i a l l yi nm a k i n gs u r ew h e t h e rt h ef e t a lb e l o n g st oi u g r ，l g ao rn o r m a lf e t a l ，c h o o s i n gd e l i v e r ys c h e m ea n dr e d u c i n gc o m p l i c a t i o n ss i n c et h ee n do f19 7 0 s ，t h em e a s u r e m e n t sb yu l t r a s o u n dh a db e e na p p l i e dt oo b s t e t r i c a ld e p a r t m e n t m e a s u r i n gf e t a lb i o l o g i c a lp a r a m e t e r sb yu l t r a s o u n di sav e r yi m p o r t a n tm e t h o dt oe s t i m a t ef e t a lw e i g h t s o m er e s e a r c h e r sh a v ed o n el a r g eo fi n v e s t i g a t i o no ne s t i m a t i o no ff e t a lw e i g h t ，m o s tp a r to ft h e mm a k i n gu s eo fs t a t i s t i cm e a n s ，n a m e l yr e g r e s s i o na n a l y s i s b u tv e r a c i t yo fr e g r e s s i o ne q u a t i o ni sl o wa n dh a v i n gs o m ed i s a d v a n t a g eo fu n r e l i a b i l i t y i nr e c e n ty e a r s ，a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r kh a sb e e nw i d e l ya p p l i e dt or e s o l v ec o m p l i c a t e dm e d i c a li n f o r m a t i o n ，a c c o r d i n g l yp r o c e s s i n ga n a l y s i s 、c o n s e q u e n c ea n df o r e c a s ti nt h i ss t u d y ，t h eb a c kp r o p a g a t i o n ( b p ) n e u r a ln e t w o r kw a su s e dt oe s t i m a t ef e t a lw e i g h ti n s t e a do fr e g r e s s i o ne q u a t i o n a tf i r s t ，10 9c a s ed a t ao fs t y l e b o o ka c q u i r e df r o mf u n c t i o n a ld e p a r t m e n to ft h es e c o n dh u a x ih o s p i t a lw e r ev a r i o u s l ya n a l y z e db yu s i n gr e g r e s s i o n i th a sb e e nf o u n dt h a tf o u rr e g r e s s i o ne q u a t i o n sh a v eb e a e ra c c o r dr a t e ，e v e na c h i e v i n g7 5 t h ep a r a m e t e r so ft h ee q u a t i o n sd e s c r i b et h ec o u r s eo ff e t a lu p g r o w t h ：i n c l u d i n gf e t a lh e a d 、l i m b 、a b d o m e n 、f a t t i n e s sa n dg l y c o g e n i ne x p e r i m e n to fa p p l y i n gt h eb a c kp r o p a g a t i o nn e u r a ln e t w o r kt or e s e a r c ht h o s es t y l e b o o k s ，r a t h e ri d e a lr e s u l t so fe s t i m a t i o nh a v eb e e na c h i e v e db yt h r e et e s t i n gm e t h o d s a l la c c o r dr a t e sc a nr e a c h8 0 ，t h et o pb e i n g9 5 i ng r o u p i n go f甚于人工神绎网络的足月胎儿体重预测t r a i n i n ga n dv a l i d a t i n g ，t h ea c c o r dr a t ei s8 9 7 7 a n d7 6l9 ；a v e r a g e l ya b s o l u t ee r r o ri s1 0 4 2 2 9a n d1 9 0 8 4 9 ；a v e r a g e l yr e l a t i v ee r r o ri s3 2 4 a n d5 6 i ts h o w st h mn e u r a ln e t w o r ki sm o r ev a l i d a t et h a nr e g r e s s i o n m o r e o v e r ，t h eu l t r a s o u n dp a r a m e t e r sh a v eb e e nc o m p a r e dt of i n do u tt h eb e s tp a r a m e t e rc o m b i n a t i o ng ai sav a l u a b l ep a r a m e t e rw h e ng ai sm e a s u r e di nd a yr a t h e rt h a nw e e ki nc o m p a n yw i t ho t h e ru l t r a s o u n dp a r a m e t e r s a tl a s t t h es o f t w a r eb a s e do nv i s u a lc + + i sd e v e l o p e df o rc l i n i cf e t a lp r e d i c t i o nu s i n gb a c kp r o p a g a t i o nn e u r a ln e t w o r k t h es t u d yi st h eb a s eo fm a k i n gp r e d i c t i o ne q u a t i o n sm o r ea c c u r a t ea n dr e f o r mt h ec r i t e r i o no ff e t a lg r o w i n g k e yw o r d s ：u l t r a s o u n dg e s t a t i o n a la g ef e t a lw e i g h te s t i m a t i o nr e g r e s sa n a l y s i sa n i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k- i v -叫川大学硕十学位论文1 文献综述及研究设想优生优育是我国的一项基本国策。在孕期多种因素，如妊高症、糖尿病等，均可致使胎儿宫内发育不良，导致出生体重低下或是体重异常增加，胎j l 体重是了解胎儿宫内生长发育情况的重要指标之一：另一方面，胎儿体重异常( 体重低下或超重) ，与该小孩远期某些疾病相关，如高血压、冠心病等，同时直接影响新生儿的喂养及护理等：出生体重低下或极度低下的新生儿，生长发育不良较常见，并可致其后的认知、语言、行动及生长发育迟缓。有研究报道，出生至生后1 8 2 2 月时，仍有4 0 的婴幼儿的体重、身长及头田低于同年龄的1 0个百分位。同时生长发育不良使神经系统发育不良的风险增加。新生儿出生体重是胎儿生长发育的最终直接指标，是估计胎儿宫内生长发育、珍断胎儿发育异常的重要参考资料之。1 1 医学背景预测胎儿体重是产前监护的一项重要内容，胎儿体重与胎儿成熟度之阳j 有着十分密切的关系，应用超声进行有选择的产科生物学测量已成为判断胎儿生长异常及其类型的有效手段，产前准确估计j 抬jl , 体重对于选择分娩方式以获得良好的围生结局，具有重要的意义。在超声检查广泛应用以前，通常根据孕妇的宫高和腹围来做粗略的判断，由于宫高和腹围受到腹壁厚度、子宫张力、羊水量、胎位等多种因素的影响，这种方法估计胎儿体重不够准确，现代产科更多地应用超声检查来估计胎儿体重的大小，其准确性有了明显的提高。标有l o 余种，其中较常用的有双顶径、下组织厚度、肝脏长度。文献中超声测量预测胎儿体重的生理指双颊径、股骨长、腹围、头围、股骨皮无论是胎儿宫内生长( 发育) 迟缓还是巨大胎儿，胎儿的发病率及死亡率均明显高于正常胎儿。胎儿宫内生长( 发育) 迟缓( i u o r ) 是指胎儿体重低于同龄平均体重的两个标准差，或同龄体重的第1 0 百分位以下，世界卫生组织将出生体重在2 5 0 0 9 以下的新生儿定为低体重儿。i u g r 儿田产期发病率和死亡率比_ ： 三常儿高6 8 倍。巨大胎j l ( l o a ) 系指胎儿体重超过4 0 0 0 9 ，常与营养过剩、遗传因素、糖尿病及过期妊娠有关。孕期预测胎儿体重的生长发育趋势及足月妊娠时胎儿体重大小直接影响到基于人工种雏尉络的足f ) 胎儿体重预测产科处理和分娩方式的选择。当超声预测胎儿体重在正常范田，胎位诈常且无其它产科异常及合并症，可选择自然分娩；胎位不正时，可根据具体情况选择自然分娩或剖腹产。当预测胎儿体重2 5 0 0 克时，根据胎龄及其它情况具体分析，使胎儿发育成熟，不宜过早实施分娩干预，尽量减少低体重儿的出生率及围产期死亡率；当预测胎儿体重 4 0 0 0 克时，应选择合适的分娩时机及安全的分娩方式。有不少学者认为自然分娩方式优于剖腹产，而产i u 正确预测胎儿体重可以减少因胎儿体重估计不准确导致的剖腹产的发生。临床上对巨大胎儿体重的预测比正常胎儿体重预测更重要，因为巨大儿经阴道分娩胎儿产伤，窒息及产妇的产科并发症增多，增加手术产机会，胎体过大是难产因素之一，常致分娩异常和并发症，如宫缩乏力、肩性难产、臀位的胎肩、胎头娩出困难及产后出血等。若处理不当造成严重的母婴危害，因此产前检测出巨大儿有重大意义。1 11 超声影像技术在产科的应用产科是超声诊断应用最广泛的领域之一。自从1 9 5 8 年英国的d a n a h 和m a v c a r 等首先用手动复合式超声显像仪观察妊娠子宫以来，超声渗断技术在产科的应用价值不断提高，它避免了x 射线对孕妇和胎儿的不良影响。而且超声显像不仅能进行形态学观察及测量，还能获得胎儿呼吸、循环、泌尿系统等生理、病理方面的多种信息，以评价胎儿的发育及生理功能的变化。利用b 超预测胎儿体重是种安全、无痛苦、无损伤、简便、易行的方法f 2 l 。如果能在分娩前较准确估计胎儿体重有利于采取正确的分娩方案，从而提高母婴的安全性。目前，我国剖腹产率在逐年上升，掘安徽合肥市第二人民医院报道，1 9 9 2 年以前在此医院进行生产的孕妇中，剖腹产率在3 0 以下，1 9 9 3 年以后逐渐上升，最高达到4 6 2 9 ”j 。实际上体重合适的胎儿可以自然分娩。另外，在围产期，利用b 超检测胎儿体重，可以及时了解胎儿富内生长情况，从而对胎儿的发育作出合理的指导，对胎儿生长迟缓等进行及时的治疗，大大减少了产科并发症。因此，准确预测胎儿体重在围产医学中有着非常重要的意义。早在7 0 年代，国内外就开始了这项研究。近年来，随着超声技术的普及和应用，越来越多的科研者在研究可用来监测胎儿宫内生长发育的生长指标。四川i 大学坝l 学位论文11 2 胎儿生长发育过程妊娠第8 周以后为胎儿期。按受精龄计算此期为8 3 8 阁，按月经龄计算为1 0 一4 0 周，临床妊娠期常以月经龄计算。8 周末胎儿头、躯干、胎体、四肢已具雏形，心脏搏动明显。1 0 周胎儿主要器官均己形成。1 2 周外生殖器已初步发育，四肢活动明显，身长7 9 c m ，体重15 3 0 9 。1 6 周从外生殖器可确定胎儿性别，胎动更加频繁，m j l 开始呼吸运动。尚无皮下脂肪。身长5 一1 7 c m ，体重l o o 一1 2 0 9 。2 0 周胎动加剧，胎心跳动显著。皮下脂肪开始储积，身长约2 5 c m 体重约3 0 0 9 。2 4 周各器官均已发育，皮下脂肪沉积，身长2 8 3 2 c m ，体重约6 0 0 9 。2 8 周皮肤有皱纹、身长约3 5 c m ，体重约1 0 0 0 9 。3 2 周胎儿发育基本完善。身长约4 0 c m ，体重约17 0 0 9 。3 6 周皮下脂肪发育良好，身长约4 5 c m 体重约2 5 0 0 9 。3 8 4 0 周胎儿成熟，身长约5 0 c m ，体重约3 0 0 0 9 。通过对各孕周超声图像的分析运算，从而获得胎儿在各孕期的生理指标，以判断月f i j l 的发育状况是否良好，同时将这些指标作为参数，传统上采用回归分析等方法，获得胎儿体重这一具体、直观的指标( 如图1 1 ) 。图1 1 到图1 6 均来自网址：h t t p ：w w w s h i n o z u k a c o m u s i n d e x 0 1 h t m l图11 孕1 6 周胎儿超声影像基于人工神经喇络的足月胎儿体重项测超声测量的胎儿生理指标最常用的是胎儿的双顶径( b p d ) 、股骨长( f l ) 、腹围( a c ) 、头围( h c ) 。如图1 2 所示：图1 2 胎儿各生物指标的测量1 1 3 胎儿生长发育的重要生理指标胎儿在各孕周各主要生理指标的平均值，如表1 1 所示表11 各孕周各主要生理指标平均值孕取顶径c m腹c m股骨k 崖c l r l孕双顶径c m妲c i n股骨k 度周t | 2 爿1 325 2 士02 569 0 = 匕i6 5】1 7lo3 l2 76 9 8i j0 5 72 】8 l2l2j 1 0 ，【04 11 428 3 士05 77 7 7 士l8 2l3 8 士04 82 872 4 上06 52 28 6 士24 】53 5 。05 51 532 3 士05 19 1 3 ：已l5 6i7 4l ：05 82 975 0 卜0 6 52 37 il j l5 056 1 04 41 636 2 士0 5 81 0 3 2 士1 9 22 1 0 士05 l3 07 8 3 士o 6 22 48 8 卜20 357 7 卜04 71 739 7 士0 4 41 1 4 9 士16 22 5 2 士0 4 43 l8 0 6 士o6 02 57 8 卜23 260 3 七03 81 84 2 5 士05 31 2 4 l 士i 8 927 i 士04 63 29 1 7 士0 6 52 62 0j 一23 364 3l04 91 945 2 士05 31 35 9 士2 3 030 3i j0 5 03 385 0l j04 72 77 8 。23 064 204 62 048 8 上05 81 48 0 上l8 933 5i 04 73 486 106 32 79 925 566 204 32 152 2 士04 21 56 2 士1 8 436 4 04 03 58 7 0i + 05 52 87 4 卜28 867 l l04 52 254 5l0 5 71 67 0f ：2 2 338 2l j04 73 68 8 il 05 72 94 4 卜28 369 5i + 04 72 358 0 士0 4 41 7 9 0 士1 8 542 l 上04 i3 790 0 士06 33 0 l4i 2 l77 】0j 05 22 46 0 5 士o5 01 87 4 | 22 343 6 卜0 5 l3 89 0 8lo5 93 0 6 3l 。28 372 0i 04 32 56 3 9 士07 01 9 6 4 1 。2 2 046 si 04 23 992 1 卜05 93 13 4 卜3 1273 405 3凹川大学硕 学位论文目前常用的超声测量指标：i 双顶径( b i p a r i e t a ld i a m e t e rb p d )胎儿双顶颈是b 超最早用于预测胎儿大小的指标，双顶径是指胎头的最大横径，超声下在丘脑平面( 标准平面) 测得的最大横径即b p d 。双项径测量是在胎头横断面上，显示脑中线，左右对称的脑组织及靠近脑中线两旁的丘脑声像图由一侧颅骨的外侧缘至对侧颅骨的内侧缘，与脑中线相垂直的距离。由于胎位、胎儿头型的个体差异、操作技术等原因使得在测量b p d 时取不到标准平面而在非标准平面上测量，产生不可避免的测量误差。正常胎头在妊娠1 2 3 0 周，持别是妊娠1 2 2 0 周时，生长的变异性较少，每周增长3 m m ，生长曲线近似直线。而3 0 周以后，生长曲线变平坦，3 0 3 6周期间，每周增长1 5 m m ，3 6 周以后，每周增长l m m ，b p d 值8 7 c m 为胎儿成熟的标志之- - 4 1 。双顶径b p d 与胎龄( 孕周) g a 的关系如图1 3 ：b p d讫s 一咛“n 优口h叶卜 _ _ m 一i 【：hh 、一+ 卜卜i _ n j 斟刊乍0 u f l 一lu 卜k 参劓二# 卞。r一卜l 。多书专哥卜二妒+。【一j 彤书f。一| _老考奠：“ 一1 ，乡盘z j j 一l老z多辱七步争：一一多辱 一一十r卜a 幅c aj 肿e k s图13 横坐标b p d ，纵坐标g ai i 小脑横径( t r a n s v e r s ec e r e b e l l a rd i a m e t e rt c d )小脑位于后颅窝内，不受外力影响、不因胎头变形而改变，b p d 不能满意测量时t c d 尚能显示清楚，但若孕妇肥胖或胎儿为枕后位时小脑可能显示不清。基于人3 - 冲经网络的足月胎儿体重预测1 9 9 2 年关步云等人1 5j 首次报道，t c d 与胎儿体重呈高度相关，提出t c d 可作为预测胎儿体重的可靠指标。l i i 头围( h e a dc i r c u m f e r e n c eh c )由于胎头形状存在着差异，h c 受胎头形状的影响较b p d 显著为小。因此是估测胎儿体重的良好指标，其变异范围与双顶径相同。h a d l o c k 等认为，头围的测量较双顶颈更能准确地代表胎头大小。h c 是孕晚期推测胎龄的一项有用指数，其测量准确性较b p d 高，但孕晚期胎儿主要是腹腔和胸腔内器官的发育、增大，h c 的增长率明显低于腹围和胸固的增长率，虽三者生长曲线基本呈平行关系且与胎龄正相关，单用h c 不能全面的反映胎儿宫内生长反映情况。i v 腹围( a b d o m i n a lc i r c u m f e r e n c ea c )腹围的大小直接反映了胎儿内脏器官的发育情况，尤其是胎儿肝脏的发育情况，代表了胎儿的营养状况。a c 的生长曲线与胎儿孕龄呈丁f 相关，目前被公认为反映胎儿宫内生长发育情况的良好指标1 6j 。超声测量a c 的标准平面上包括了肝脏、脊柱、胃泡和脐静脉四项内容。有学者认为 7 ，在妊娠晚期3 6 4 2 周时，胎儿体重的增加主要与脂肪的堆积及肝糖原的存储有关，超声显像表现为腹围增加而非股骨长度和双顶颈的增加。a c 恰好能反映这两个过程。皮下脂肪含量的差异，在糖尿病患者的新生儿中尤其明显。在临床上经常可以看到双顶颈相同的新生儿体重差异。妊娠晚期胎儿股骨生长速度减慢，削弱了股骨长与胎儿体重的相关性。而胎儿腹围在妊娠晚期不受这些因素的影响，可以较准确的测量。腹囝检测要选取肝脏和脐静脉水平断面，此平面在胎心的尾侧、胎肾的头例，同时显示胃泡，脐静脉的长度约为胎腹前后径的1 3 为宜。测量时沿胎腹外缘进行，即包括胎儿皮下组织。l a n d o n 等对7 9 例糖尿病孕妇的胎儿作腹围增长速度测定，当增长速度兰每周1 2 c m 时，其巨大儿诊断的灵敏度及特异性均高于8 0 ，认为在孕3 3 周后连续测定腹围有利于巨大儿的早期预测，发现9 8 1 的巨大j l 的a c _ 3 5 c m 。当a c 3 8 c m 时诊断巨大儿的阳性预测值达到了1 0 0 。因此，a c 对分娩前检出巨大胎儿意义重大，尤其对那些具有i 临界骨盆或属于高危妊娠的孕妇更有意义，如果发现巨大胎儿，则可以避免不成功的阴道分娩口1 。四川i 大学颁十学位论文计算公式：腹围= ( d 1 十d 2 ) 1 5 7 ( o m ) ：式中，d 1 为胎腹横断面的前后径，d 2 为胎腹横断面的横径腹围a c 与胎龄( 孕周) 0 a 的关系如图14 所示：。a cn ，s h i 一。，u k am ，口，一。_f ；，。7，二，一j 。：1 i，j j y。一：一f 一_ _z j4一j 母“膏7考二j 。：! ：= = ：j o；一f 一】“= ：j ：；zz2 1，ri】。l 一-一一，二妻二筮；f ，叠二奉j r二一g 蛐n a lh e e * s图14 横坐标a c ，纵坐标g av 股骨长度( f e m u rl e n g t hf l )测量孕期各个阶段j 眙j i , 的肢体，对于估计胎龄及发现h 台, j d 有无短肢畸形具有实用价值。孕1 5 周后，胎儿多数骨骼可被显示，因股骨显示容易，可作为胎儿肢体生长的间接指标，故应用较多，现已列为产前超声检查的常规内容之一。测量方法是找出股骨最长轴，自远侧骨骺端至近端斜面中点之间的距离。有研究表明，单- - n 量f l 不能稳定可靠的反映胎儿宫内生长发育情况n从胚胎发育角度看，胎儿上、下肢随孕龄增长的生长曲线不完全是线性或近似线性的，其增长曲线在2 0 周后呈波浪形下降，并出现交叉，说明四肢长度在发育过程中有快慢交替现象，因此，f l 不能稳定的反映孕龄阶段：从测量的准确性看，a l o n s o k l i o l 等人通过对2 5 0 名2 1 2 6 周因各种原因行引产术的健康胎儿的超声检查和尸检结果表明超声t n 量的f l 明显低于胎儿股骨的实际长度，它基十人_ = 神经网络的足月胎儿体萝预洲不能稳定可靠的反映胎儿宫内生长发育情况。因此，f l 只能作为参考指标而不能单独用其评估孕龄及估测胎儿体重。股骨长度f l 与胎龄( 孕周) g a 的关系如图1 5 所示：f l睨s * 。 “能j d一一二i，r，一一旁4二j j 一7：，? j 一j 步ry，：= = ，乒彳。冀聋芳j ，!。，扩多式一爿7g e s t 址i o n a lv c e e k $图1 、5 横坐标f l ，纵坐标g av i 股骨皮下组织厚度( f e t a lt h i g hs o f tt i s s u et h i c k n e s sf s t t )在妊娠晚期，胎儿体重的增加主要与脂肪的堆积及肝糖原的存储有关。胎儿脂肪储存量随孕龄增加而增多，孕2 8 周占体重的4 0 ，4 0 周占1 4 ，所占比例虽不多，但引起的体重变化几乎占5 0 0 a , 。而超声能直接测量皮下脂肪，并可清晰直观的观察到胎儿皮下脂肪的消长状况，胎儿皮下组织厚度包括了脂肪层这一参数，反映了胎儿皮下脂肪的存储量。而股骨皮下组织厚度在妊娠晚期不受外界影响，测量平面容易寻找，测量简便而且不发生变形，准确率高。f s t t 测量方法：探头声束垂直于殷骨长轴沿脊柱走行在胎儿两俄处找到回声增强的股骨断面，然后探头沿股骨断面慢慢旋转显示股骨长轴后，可见靠近腹壁侧的股骨干表面至皮肤外表面垂直的距离就是股骨皮下组织厚度。在文献 7 中报道，用f s t t 可初步估计胎儿的体重范围，以f s t t 1 3 5 r a m作为预测胎儿体重3 0 0 0 9 截断值，以f s t t i 1 6 5 r a m 作为预测胎儿体重m 阳锄加柚旧川1 人学颁卜学位论文3 5 0 0 9 的截断值，以f s t t 1 9 5 m m 作为预测胎儿体重4 0 0 0 9 最佳截断值。v i i 肝脏长度( 1 i v e rl e n g t hl l )胎儿期各重要器官的生长、发育状况是胎儿成熟程度的重要标志。二维超声可清晰的胎儿部分内脏的形态及界限，如j j f i jl 肾脏、肝脏、心脏、小脑等，许多学者通过测量j 1 台jl , 内脏器官的某些径线( 长、宽、厚) 观察其与孕龄及胎儿体重的相关性并希望找到诊断i u g r 、l g a 或其它先天异常较为敏感的测量指标。肝脏是胎儿物质转化及代谢的中心，随着孕周的增加肝脏的体积逐渐增大”“，当胎儿营养过剩时，肝脏将营养物质转化为糖原储存在肝细胞内，造成肝细胞体积增大，肝脏也相应增大 1 3 j ；如果f l f i j i , 营养不足，肝细胞将分解储存的糖原以保证大脑及心脏等更为重要的器官的营养。有研究表明胎儿肝脏长度与胎儿体重有着良好的相关性，但其测量误差较大。v i n t z i l e o s 等人【| 5 】的研究显示，r 台jl , 肝脏长度在妊娠3 0 周后增长速度明显大于3 0 周前，因此，在妊娠晚期，根据胎儿肝脏增长速度的规律，可以判断胎儿宫内生长发育情况。刘智、常才等人卅用二维超声分别测量妊娠1 8 4 2 周的3 0 5 例正常, q 台j b 及2 4 例i u g r 、1 0 例妊娠期糖尿病( g d m ) 、1 6 例母儿血型不和的妊娠的妇女的胎儿肝脏长度，发现肝脏长度与孕周密切相关，正常胎儿孕2 8 周前其增长速度为1 0 0 m m 周，孕2 8 周后为1 7 6 m m 周，认为妊娠晚期用肝脏的长度评价胎儿宫内发育状况较为敏感，该研究还得出i u g r 患者在妊娠晚期肝脏增长速度为1 1 9 m m 周，显著的低于正常j j d j d 、g d m 、母儿血型不合的肝脏长度。v i i i 孕龄( g e s t a t i o n a la g eg a )孕龄与胎儿体重关系非常密切，随着胎龄的增大，胎儿体重也逐渐增大。根据s a b b a g h a 等人【l7 】的研究报道胎龄在预测胎儿体重方面是一个非常重要的因素，因为在不同的孕周，胎儿的密度及形念学特征都随之发生变化，而孕周作为胎儿生长发育过程的一个宏观指标，必然会对胎儿的体重起到重要的作用。从医学临床知识可知，胎儿在子宫的生长发育特点是起初胎儿体重增长速度是缓慢的，妊娠1 3 周前无明显变化。妊娠1 3 周后体重增长速度逐渐加快，妊娠中期胎儿体重迅速增加，各项生物指标增加的速度也很明显，到了妊娠晚期增长速度又趋于平缓，具有增长的极限。有研究表明，在孕期的第三个月，拱于人工神经唰络的足月胎儿体重预测胎儿体重的增加与孕周是一线性函数的关系。胎龄( 孕周) o a 与胎儿体重的关系如图16 所示ge f w刀s 石“吁“如彤口v 3 2 周，无并发症，在测量一周内分娩的单胎胎儿b p d 、a c 、c c d 的测量发现，b p d 、a c 联合c c d 的公式：叫川i 大学颂士学位论文e f r z ( g ) = 1 0 6 5 + 8 4 5 x b p d ( c m ) + 4 1 2 9 a c ( c m ) + 1 1 1 0 x c c d ( c m )( 卜1 2 )预测出生体重的准确性有所提高，但未达到统计学意义，而在巨大儿的预测上，其表现处明显的优越性，阳性预测值为9 5 5 。k a a i j m w 等人【2 8 】在对l o o 名2 4 3 4 周出体重小于1 0 0 0 9 的胎儿( 包括i u g r )的回顾性研究发现：孕龄平均为2 8 1 士2 周的胎儿平均体重为7 4 2 17 3 9 ，而超声下根据b p d 和a c 估计的胎儿体重平均为7 8 0 士1 8 5 9 ，显著的高于实际出生体重；另外，据调查【2 ，超声对巨大j l ( l g a ) 的诊断结果中有1 3 的胎儿预计体重超过4 0 0 0 9 而娩出后低于此值，另有1 0 的预测体重低于4 0 0 0 9 的胎儿娩出时超过此值。因此，多参数测量综合分析虽比单项指标预测孕龄、体重的准确性上有一定的提高，但现有的超声估测方法在诊断i u g r 和l g a 的准确性上还有待于进一步提高。1 3 回归方法预测胎儿体重存在的问题般来说，胎儿身长、体重随孕龄的增长而增加，因此，通常情况下超声测量各项“外围径线”及内脏器官，综合分析基本上可了解胎儿宫内发育的概貌。但这种增长规律常因个体差异、各种妊娠并发症等因素受到不同程度的影像，使胎儿出生体重与胎龄不相符合。例如，母亲患有糖尿病等代谢障碍时，出生体重超过据孕龄推算的正常值( 包括大于胎龄儿l g a ) ，而严重营养不良则相反。其它如慢性心、肾疾患、妊高症等因缺氧造成胎儿宫内发育障碍，体重均可低于相应胎龄之f 常值( 包括宫内生长受限儿i u g r ) 。此现象在临床上通常表现为许多体重低于2 5 0 0 9 的新生儿不一定都是未成熟儿，而体重在2 5 0 0 9 左右的新生儿，可能是3 5 3 6 周的早产儿，也可能是发育已较好的足月儿( 小于胎龄儿s g a ) 。由此，如何寻找多个敏感的指标来具体评价胎儿富内生长发育状况成为较迫切的课题。许多学者发现每个回归方程式预测某一人群组的胎儿体重有其良好的相关性而其重复性很差。这是由于超声显像预测胎儿体重受着许多因素的影响。首先是人群因素，不同人群受其地理环境。种族差异、遗传、营养状况等影响，胎儿的骨骼大小及肌肉，脂肪多少和分布不同，肢体与驱干的比例不同。因此每一公式仅适合某一人群组，其次是对胎儿生长参数的测量误差也影响各体重公式应用的准确性，包括测量标准断面和测量参数的f 确选择，测量技术和操甚于人t 神经恻络的足t r 胎儿体重预测作者的经验等。多项生长参数的测量虽可抵消或平衡各参数削的误差，但也存在着平均误差的偏高或偏低的可能。其三，孕妇及胎儿的疾病( 如糖尿病、i u g r 、染色体异常) 将使胎儿不能以正常生长曲线发育，而目前的多数体重公式都来源于正常胎儿组，因此，对发育异常的胎儿体重的预测误差较大。在实际工作中，要对不同的体重公式重新证实，找出适合本地人群的正常或异常胎儿的不同体重公式。目前，许多超声显像机上都带有自动计算胎儿体重的程序，使其操作计算更为简单、迅速，但要注意体重计算程序的来源，并加以校正，以减少误差。近年来，国内学者研究出我国胎儿生长的体重公式，但同样存在重复应用达不到预期准确性的问题。1 4 研究设想：用神经网络方法代替回归方程预测胎儿体重目前，四川大学华西第二医院( 妇女儿童医院) 采用的仍是( 即四川i 省各地区采用的标准) 9 0 年代初的标准。2 0 0 0 年，医院功能科与妇产科合作，罗红，杨太珠等人1 3 叫为获得易于临床实际操作的预测胎儿体重方法，比较了多个回归方程，并新建了胎儿t c d 、l l 、f s t t 和肾脏长径( k l 的) 四元线性回归方程：髓= 一1 0 0 奠9 1 4 + 3 孤1 3 0 3 脚丁十3 5 4 0 6 8 2 尬+ 2 孤8 4 8 4 儿十1 住7 3 8 4 7 ( 卜1 3 )但依然存在预测准确性不高，重复性差的问题。人工神经网络是最近几年发展起来的项新技术，是模仿生物神经系统中神经元的一种数学处理方法口”。由于它的并行处理方式、自学习能力、记忆能力、预测事件发展能力，因而可以起到专家系统的作用，特别在分类、珍断以及基于分类的智能控制和优化求解方面，神经网络专家系统比传统的专家系统( 指上述用概率统计法，数学模型建立的专家系统) 有更优越的性能。1 9 9 2 年美国f a r m e r 等人p2 j 最先采用了人工神经网络方法来预测胎儿体重，建立了一个三层b p 网络。在国内，刁晓娣等人【3 3 】应用神经网络法预测足月胎儿体重，其符合率达8 0 9 。我们的研究的目的就是希望通过人工神经网络的方法代替回归分析的方法，找到适合于四川地区人群的预测模型，为胎儿生长发育新标准的建立奠定基础。四川夫学础! i 。学位论文2 回归分析预i n 胎) l 体重21 回归模型介绍”4 12 1 1 一元线性回归模型f y = 口+ b x + fl 占n ( 0 ，盯2 )( 2 一1 )称y 与x 之间存在线性回归关系，其中参数a 、b 称为一元线性回归的回归系数，回归估计误差s ，刻画了因变量y 的取值改变由其与除自变量x 以外的其它所有未进入该模型或未知但可能与y 有关的随机和非随机因素共同引起的部分，仅由随机因素导致，它可正、可负，因此，可以假设它服从以下正态分布，即s n ( 0 ，2 )回归系数a 、b 的最小二乘估计：已知观测值x i 。将它代人回归模型中有如下关系y ，= 口+ 氓其中i 2 1 ，2 ，n( 2 2 )采用最小二乘法，使观测值m 与期望值y ，的离差平方和最小，“n q ( 以6 ) ，2 渺叶氓) 】2( 2 _ 3 )采用样本测量数据估计b 的算法如下：( 一一i ) ( 只一歹)b = 掣一( - z ) ( y ，一歹)。( 一) ( m )擎圹彳一= 二l 二一。( 一) 2萋x 卜t _f z l“：生 x x因为理想直线必然经过样本均数( i ，可) ，因此，d = 萝一b 2( 2 - 4 )基于人工神绎网络的足月胎儿体重预测相关性分析：相关系数( c o f f e l a t l o r c o e f f i c i e n t ) 为t 与v 的协方差，= ；= = = = = = = ；= = = = = = ；= = = = = = = = 一x 的协方差y 协方差( 2 - 5 )它是反映随机变量x 与y 呈线性关系程度的一个度量指标r 的取值范围是h 1 ，当i r l 接近于1 时，变量x 与y 呈密切线性相关；当5 r j 接近于0 时，变量x 与y 非线性相关计算r 需要用到两个变量( x ，y ) 的联合分布函数，而往往事先并不知道它们的分布规律，因此，需用样本相关系数去估计r ，样本相关系数的计算公式如下三( x 。一i ) ( 只一萝)r y= = = = = 一n jyyx 与y 的离均差积和t ，= ( 一一i ) ( 只一矿)石的离均差平方和t 。= ( 一i ) 2：iy 的离均差平方和，= ( h - y ) 22 1 2 多元线性回归模型多元线性回归模型的形式及假设：y = p o + $ i x 、+ _ 十p 。x ，。+ 8l n ( o ，盯2 )关于回归系数属，崩，成，的确定( 2 - 6 )( 2 - 7 )( 2 - 8 )( 2 - 9 )( 21 0 )叫川犬学顺卜学位论殳根据样本数据( x 。x 。，x 。，y ，) ，i = 1 , 2 ，”，要确定偏回归系数风，届，方法仍然是最小二乘法：y l = 卢o + 卢l x l l + _ + p 。x m + qy 。= 卢。十1 x + + 。，x 啪+ 。建立优化目标函数：m i n q ( f l o ，- ，屈，) = s ? = z i y ，一( 成+ 届x 。+ + 属，z 。) 】2j = 1i = l由此建立多元线性回归方程：多，= 风+ 层t 。+ 段x ，：+ + x 。复相关系数：r( 2 1 4 )2 1 3 多元非线性回归模型j y = 几一，十5 ( 2 - 1 5 )ls n ( 0 ，盯2 )函数f ( x ，x ：，x 。) 为非线性函数形式，可以想象对该模型进行统计分析较为困难若己知函数形式如指数函数、分式函数等，则问题转换为确定某些参数问题。2 2 单参数回归分析与讨论2 2 1 研究对象研究对象为1 9 9 9 年2 月至2 0 0 0 年4 月在四川i 大学华西第二医院( 妇女儿童医院) 就诊住院的足月待产妇女共1 0 9 例，孕龄在3 6 周4 l 周，如图2 1 所示末次月经确切，月经周期规律，孕期无内外科合并症，胎儿均系单胎，外观正常，无畸形。超声检查后7 2 小时内分娩。超声图像来源于日本a l o k as s d 6 3 0 型超声实时显像仪，线阵式探头，频率为3 5 m h z 。s i u ic t s 2 8 5 超声实时显像仪，善形探头，频率35 m h 7 。鼬州镥纠摧十八工神经网络的足_ r 胎儿体重预删图2 110 9 例数据样本按孕周分布情况2 22 超声参数对胎儿体重的影响对所有数据，即1 0 9 组数据进行单参数线性回归分析得到相应的元线性回归方程，计算相关系数，找出与胎儿体重相关性最好的参数。对1 0 9 组数进行相关性分析，得表2l 所示结果：表2 1 相关系数表作胎儿实际体重与各超声参数关系散点图，除去干扰点( 即横坐标值相同时取相对应的体重的平均值) ，结果如下图所示：p q 川人学坝i 学位论义实际体重与敢顶径顶径摩际体重与小麟撒径小脑艟让图22 双顶径与实际体重关系图23 小脑横径与实际体重关系实际体重与j 件脏长度肝脏长度篓际体暄j 股骨k 度l i ! * k 地图2 4 肝脏长度与实际体重关系图25 股骨长度与实际体重关系实际体重与股骨下软组i ： 厚度实际1 丰蕈与愎m ：，图2 6f s t t 与实际体重关系图2 7 腹围与实际体重关系- 1 9 璀于人工神经例络的足月胎儿作审顺测可见，与胎儿体重相关性最好的超声参数是腹围( a c ) 股骨长度( f l ) ，双顶径( b p d ) ，而其中以股骨长度和腹围较优。而且，它们之间的关系也并非纯粹的线性关系，或多或少存在一定的非线性关系，这个结果与前述的文献报道相符合。223 预测体重值的评价绝对误差= l 预测体重一实际体重i相对误差= ( 1 预测体重一实际体重j ) 实际体重x 1 0 0 符合率：指胎儿体重预测值与新生儿出生时体重之差不大于2 5 0 克所占的百分比23 回归分析预 i j i , i l t l 台) l , 体重利用s p s s l l 0 1 3 6 l 和m a t l a b 6 5 软件包 3 7 1 对采集到的1 0 9 组数据进行线性和非线性分析，所得结果如下。2 3 ，1 一元线性回归方程将相关性较好的双顶径、股骨长度、腹围三个参数分别进行回归分析，得到表2 2 所示结果：表22 一元线性分析结果( 1 0 9 组)从表2 2 我们可以看出，在单参数的回归分析中，腹围这一指标其预测效果远远高于其它参数，达到了6 6 的符合率，在有文献报道的大部分预测胎儿体重的回归方程中，腹围都是一个必不可少的预测参数，这也同时从侧面反映了在妊娠晚期胎儿体重中，脂肪的堆积是其主要因素。另外，股骨长度与双顶径又分别代表了胎儿四肢与头部的发育情况，也不失为较为理想的预测参数。塑型查兰型! 土堂篁笙兰一2 3 、2 多元线。 生回归方程将相关性较好的双顶径、股骨长度、腹围、股骨皮下脂肪厚度四个参数分别进行三元回归分析，得到表23 所示结果：表2 3 多元线性分析结果( 1 0 9 组)显然，与表2 2 比较，多参数线性回归方程的准确性远高于单参数线性回归方程，平均高出1 0 个百分点。2 3 3 非线性回p j 方程表2 4 列出了目前医院使用和文献上报道的常用的胎儿体重预测方程，各方程的系数经过了1 0 9 例数据的拟合。表24 各种预测胎儿体重的回归方程组别表达式h a d l o e k 方程l o g l o f w = - 13 0 4 3 + 0 1 2 7 2 8 + a c + 05 7 2 3 3 + f l + 0 0 3 1 7 5 6 + b p d o0 1 5 9 5 9 a c + f ls h e p a r d 方程l o g l o f w = - 3 9 3 9 2 + 07 0 3 8 + b p d + 0 0 6 i8 9 1 + f l + 02 1 0 8 2 + a c 一0 0 2 】1 3 2 + a c + b p dw a r s o f 方程l o g lo f w = 一18 9 7 + 0 5 5 9 2 7 + b p d + 0 0 8 2 1 9 7 + a c 一00 0 0 7 7 4 7 2 + a c 4