推薦學(xué)校：

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)（蓋章）

項目名稱：

機(jī)器學(xué)習(xí)在腦卒中檢測中的應(yīng)用

項目編號：

項目層次：

R 重點項目

□ 一般項目

所屬一級學(xué)科名稱：

計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)

項目負(fù)責(zé)人：

*棵

聯(lián)系電話：

指導(dǎo)教師：

*寶鋼

聯(lián)系電話：

申報日期：

2021年12月20日

項目名稱

機(jī)器學(xué)習(xí)在腦卒中檢測中的應(yīng)用

項目關(guān)鍵詞

機(jī)器學(xué)習(xí)；面部識別；卒中檢測；分類

項目所屬

一級學(xué)科

計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)

項目層次

（?? √? ）重點項目?????? （ ?????）一般項目

項目實施時間

起始時間：2022年1月?? 完成時間：2023年6 月

項目簡介

(200字以內(nèi)）

根據(jù)臨床研究，年齡在60至79歲之間的人患中風(fēng)的風(fēng)險很高。中風(fēng)最明顯的面部特征是雙眼不對稱和口部的歪斜。在本研究中，我們提出了一種幫助患者進(jìn)行自我判斷的面部中風(fēng)識別系統(tǒng)。采用回歸樹方法跟蹤面部標(biāo)志。計算了左右兩側(cè)眼睛與口部左右兩側(cè)的面積比和距離比得到對稱指數(shù)。之后采用支持向量機(jī)進(jìn)行分類。

申請人或申請團(tuán)隊

姓名

年級

學(xué)號

所在院系

/專業(yè)

聯(lián)系電話

E-mail

主

持

人

*棵

19級

19101190**

信管學(xué)院/數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)

19級

信管學(xué)院/數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)

成

員

19級

信管學(xué)院/數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)

19級

信管學(xué)院/數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)

19級

信管學(xué)院/數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)

20級

信管學(xué)院/數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)

指? 導(dǎo)? 教? 師

第一指導(dǎo)教師

姓名

單位

信息與管理科學(xué)學(xué)院

年齡

專業(yè)技術(shù)職務(wù)

副教授

主要成果

共發(fā)表論文30余篇，論文獲省第自然科學(xué)學(xué)術(shù)獎二等獎1次，三等獎2次；主持省科技廳成果鑒定1項：P2P網(wǎng)絡(luò)中文件共享傳播、數(shù)據(jù)信任傳輸及激勵機(jī)制研究，參與成果鑒定5項；主持省科技攻關(guān)計劃項目：基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的河南農(nóng)業(yè)信息資源共享服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用。作為主要完成人獲得河南省科技進(jìn)步二等獎1項，教育廳科技成果一等獎2項。副主編本科教材兩部。主持產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目1項。

主持完成軟件著作權(quán)4項：中原農(nóng)村信息港數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、遠(yuǎn)程教育在線考試管理系統(tǒng)、電測及熱工管理系統(tǒng)、車輛費用管理系統(tǒng)。作為主要完成人完成發(fā)明專利2項，實用新型專利2項。

指? 導(dǎo)? 教? 師

第二指導(dǎo)教師

姓名

單位

資源與環(huán)境學(xué)院

年齡

專業(yè)技術(shù)職務(wù)

講師

主要成果

致力于健康城鄉(xiāng)的研究，研究方向主要為城鄉(xiāng)公共設(shè)施公平性，城市形態(tài)及其環(huán)境效應(yīng)。在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊共發(fā)表論文20余篇，其中以第一作者和通訊作者身份發(fā)表論文9篇。2018年在國際地理學(xué)權(quán)威期刊《Applied Geography》發(fā)表的“Inequality of public health and its role in spatial accessibility to medical facilities in China”論文入選ESI高被引論文，2018年在國際知名期刊《Science of the Total Environment》（SCI二區(qū)TOP）發(fā)表“Effects of urban form on the urban heat island effect based on spatial regression model”論文入選ESI高被引論文。

一、申請理由

團(tuán)隊成員具有熟練使用Python語言、Java語言、C++語言的能力，對算法、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)及圖片識別方向頗感興趣。在算法領(lǐng)域團(tuán)隊組員曾獲藍(lán)橋杯及CCPC多項榮譽(yù)；在深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域，團(tuán)隊組員曾獲全國高校計算機(jī)能力挑戰(zhàn)賽多項榮譽(yù)。項目方面，團(tuán)隊成員已完成基于無人機(jī)視覺的油菜苗期田間雜草識別研究、傾斜照片扶正研究。

二、項目方案

具體內(nèi)容包括：

1、項目研究背景

腦卒中是我國成年人致死、致殘的首位病因，具有發(fā)病率高、致殘率高、死亡率高和復(fù)發(fā)率高的特點。2016 年全球疾病負(fù)擔(dān)（GBD）數(shù)據(jù)顯示，腦卒中是造成我國壽命年損失（YLL）的第一位病因。《2018 中國衛(wèi)生健康統(tǒng)計提要》數(shù)據(jù)顯示，2017 年腦血管病占我國居民疾病死亡比例在農(nóng)村人群為23.18%、城市人群為 20.52%，這意味著每 5 位死亡者中就至少有 1 人死于腦卒中。

過去 30 年里，我國腦卒中發(fā)病率持續(xù)增長，隨著社會老齡化和城市化進(jìn)程的不斷加快，居民不健康生活方式流行，腦卒中危險因素普遍暴露，腦卒中發(fā)病率急劇攀升，我國腦卒中的疾病負(fù)擔(dān)有爆發(fā)式增長的態(tài)勢，并呈現(xiàn)出低收入群體中快速增長、性別和地域差異明顯以及年輕化趨勢。據(jù)推測，2030 年我國腦血管病事件發(fā)生率將比 2010 年升高約 50%。

??? 不僅如此，腦卒中還會給家庭帶來重大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，《2017中國衛(wèi)生和計劃生育統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)顯示，我國 2005~2016 年腦出血與腦梗死的出院人數(shù)及人均醫(yī)藥費用均呈增長態(tài)勢，尤其是腦梗死住院患者人數(shù)呈爆發(fā)式增長。到 2016 年，我國抽樣綜合醫(yī)院中腦出血、腦梗死患者的出院總?cè)藬?shù)近 360 萬余，相比 2010年分別增長 48.6%、147.0%；2016 年我國腦出血與腦梗死患者住院人均費用分別為 17 787.0、9387.0元，相比 2010 年分別增長 61.4%、31.4%。

??? 腦卒中有很多的癥狀，主要是身體各個方面不受大腦的控制，如渾身無力，肢體不靈活，癱瘓，語言不清，意識模糊，視力障礙，頭暈，走路左右搖擺，劇烈的頭痛惡心，口眼歪斜等等癥狀，其中面部特征的變化是最明顯的。

Lancet神經(jīng)病學(xué)子刊發(fā)表的2016全球疾病負(fù)擔(dān)研究一項分析顯示。2016年全球1370萬人新發(fā)生中風(fēng)，中國就占了40%，為551萬人；全球550萬人因中風(fēng)死亡，中國占1/3，為179萬人；全球中風(fēng)所致傷殘調(diào)整生命年（DALY）為1.164億，中國占1/3（3862萬）。2016年，中風(fēng)是僅次于缺血性心臟病的全球第二大死因，也是第二大致殘原因。《中國腦卒中防治報告2018》指出，中風(fēng)仍為我國成年人致死和致殘的首位原因。

早期識別和快速應(yīng)對不僅可以大大降低中風(fēng)病人的死亡率，而且還可減少中風(fēng)后遺癥的發(fā)生。缺血性腦卒中再灌注時間每延誤30分鐘，90天良好預(yù)后的可能性就下降12%。可見，時間就是生命，時間拯救大腦。因此本項目基于的機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以快速檢測面部特征用于診斷卒中的發(fā)病，有較強(qiáng)的社會意義和應(yīng)用前景。

2、項目研究目標(biāo)及主要內(nèi)容

現(xiàn)有研究：本項目主要研究目標(biāo)是開發(fā)一套基于面部特征的卒中自動識別系統(tǒng)，針對卒中高風(fēng)險人群進(jìn)行二級預(yù)防，減少卒中治療的院前時間。

現(xiàn)實場景中人的情緒是復(fù)雜多變的，也因此會展現(xiàn)不同表情。因此，對于卒中高風(fēng)險人群進(jìn)行識別時，應(yīng)當(dāng)考慮不同表情情況下的卒中面容特征，從而增加系統(tǒng)的現(xiàn)實可適用性。同時，也可以通過不同表情的卒中面容特征來識別來進(jìn)一步提高卒中面容識別的準(zhǔn)確性。因此，本研究主要研究以下四種表情情況下的卒中特征，包括：（1）平靜表情（無表情）；（2）微笑表情；（3）抬額表情；（4）閉眼表情。

3、項目創(chuàng)新特色概述

（1）綜合、優(yōu)化了基于人臉68點關(guān)鍵點檢測和基于人臉58點關(guān)鍵點檢測應(yīng)用于識別卒中人臉的算法，大大提高了識別正確率。

（2）實現(xiàn)區(qū)分人臉的正臉與側(cè)臉，而選用不同算法的優(yōu)化。

（3）實現(xiàn)多人臉同時檢測，提高算法輸出效率。

4、項目研究技術(shù)路線

該人臉關(guān)鍵點檢測系統(tǒng)由五個主要模塊組成：（1）人臉檢測，（2）人臉標(biāo)志定位，（3）面部特征計算，（4）特征選擇，和（5）分類，如圖1所示。在人臉檢測中該算法采用HOG特征與SVM相結(jié)合的方法跟蹤人臉。檢測到的人臉后，進(jìn)一步調(diào)整大小為100*100。提出了一種基于ERT的局部人臉檢測方法。然后，計算眼睛的坡度和角度，以調(diào)節(jié)面部。在特征提取中，我們計算了不對稱指數(shù)從面部的點和區(qū)域的結(jié)構(gòu)相似性特征，為了計算結(jié)構(gòu)之間的相似性左側(cè)和右側(cè)、局部三元模式和Gabor過濾器用于提取區(qū)域的文本特征。在特征選擇中，我們修改了原始特征選擇方法，并使用SVM、RF和貝葉斯作為分類器用于培訓(xùn)。最后，選擇特定的特征集進(jìn)行測試。

5、研究進(jìn)度安排

（1）2022年1月——2022年3月：查找相關(guān)資料，咨詢專業(yè)人士，實地調(diào)研。

（2）2022年4月——2022年7月：根據(jù)收集的資料，分析問題，指定方案。

（3）2022年8月——2023年1月：根據(jù)指定的方案，進(jìn)行算法編寫以及中風(fēng)檢測網(wǎng)站開發(fā)。

（4）2023年2月——2023年5月：算法代碼與網(wǎng)站整體整合、調(diào)試、優(yōu)化。

（5）2023年6月：結(jié)題。

6、項目組成員分工

：查找資料、實地調(diào)研、論文閱讀、模型搭建、算法編寫、調(diào)試優(yōu)化、網(wǎng)頁制作、論文書寫。

：查找資料、實地調(diào)研、論文閱讀、模型搭建、算法編寫、調(diào)試優(yōu)化、論文書寫。

：查找資料、實地調(diào)研、論文閱讀、數(shù)據(jù)采集、模型搭建、專利申請。

：查找資料、實地調(diào)研、論文閱讀、設(shè)備采購、經(jīng)費管理、模型測試、報告書寫。

：查找資料、實地調(diào)研、論文閱讀、設(shè)備采購、模型測試、報告書寫。

：查找資料、實地調(diào)研、論文閱讀、設(shè)備采購、模型測試、報告書寫。

三、學(xué)校提供條件

1、機(jī)房實驗室。希望學(xué)校提供專門場地用于本團(tuán)隊研討。

2、配套經(jīng)費。希望學(xué)校提供配套經(jīng)費以輔助本團(tuán)隊進(jìn)行調(diào)研、實驗等活動。

3、相關(guān)扶持政策。希望學(xué)校提供本團(tuán)隊線下、線上對醫(yī)院、醫(yī)療科研單位等場所進(jìn)行調(diào)研、采集數(shù)據(jù)、問卷調(diào)查的權(quán)利，使本項目的數(shù)據(jù)更富有真實性、可靠性和相關(guān)性。

四、預(yù)期成果

1、基于面部識別的腦卒中檢測網(wǎng)站平臺開發(fā)。

2、擬撰寫論文一篇，主題為《基于人臉檢測的腦卒中識別方法研究和應(yīng)用》。

3、擬申請新型專利一項。

五、經(jīng)費預(yù)算

合計：6000.00元

六、導(dǎo)師推薦意見

該團(tuán)隊具有扎實的理論基礎(chǔ)和豐富的動手實踐能力，做事踏實認(rèn)真，為人誠懇守信，具有團(tuán)隊協(xié)作精神和刻苦鉆研精神。

該科研項目具有極強(qiáng)的理論意義和現(xiàn)實意義，操作性強(qiáng)，可行性高。而且具有極強(qiáng)的創(chuàng)新性和創(chuàng)造性。目前，國內(nèi)外對人臉中風(fēng)檢測的研究還有很大空缺，應(yīng)該快速補(bǔ)填該方面的空缺及其實際應(yīng)用。

?????????? ?????????????????????導(dǎo)師簽名：

?????????? ????????????????????????????????????????年?? 月??? 日

七、系部推薦意見

院系負(fù)責(zé)人簽名：???????? 學(xué)院蓋章：

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八、學(xué)院推薦意見：

??????????????????????????? 學(xué)校負(fù)責(zé)人簽名：??????? 學(xué)校公章

年?? 月??? 日