[發明專利]一種檢測APOE e4基因型對默認模式網絡影響的持久同調方法

在審

• 申請號: 202110462041.2
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113205879A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 況立群;賈嘉瑩;熊風光;韓燮
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G16H50/20
• 分類號: G16H50/20;G16B20/20;G16B40/00
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

本發明屬于計算機視覺技術領域，公開了一種檢測APOE e4基因型對默認模式網絡影響的持久同調方法，解決了現有的默認模式網絡研究中APOE e4基因型的動力學研究的不足。首先，構建原始加權網絡以及多尺度網絡，多尺度腦網絡包括左腦和右腦以及全腦，并對這些網絡進行圖論指標分析；其次，采用基于持久同調指標的分析方法對腦網絡進行分析，并與圖論指標進行對比；最后對默認模式網絡的左右腦進行差異性分析。結果表明，持久同調指標更具有魯棒性和穩定性，適用于任何老年人未患病時的早期診斷與預防，可應用于醫學，生物學，基因學等領域的研究。

技術領域

本發明屬于計算機視覺技術領域，具體為一種檢測APOE e4基因型對默認模式網絡影響的持久同調方法。

背景技術

視覺是人類感知和認識世界的重要手段。計算機視覺技術通過模擬人類的視覺讓計算機對圖像進行獲取、處理、分析和識別以實現對現實世界的認識。默認模式網絡(DMN)是阿爾茨海默病等神經退行性疾病的主要變異子網絡。最近的研究表明默認模式網絡與進行性腦功能障礙有關，并且容易受到APOE e4基因型的影響。

APOE e4基因型是淀粉樣蛋白β積累的主要遺傳因素，淀粉樣蛋白β的積累會導致神經元萎縮以及突觸之間神經連接的永久性丟失，因此APOE e4基因型的研究對于阿爾茨海默病(AD)等神經退行性疾病的早期標志物檢測具有一定的研究價值。

目前，圖論逐漸成為研究腦網絡拓撲特征的主要框架，其核心思想是在區域連接水平和全腦連接水平上，利用腦區節點之間的功能連接(FC)作為重要的生物標志物可以識別與阿爾茨海默病生理病理學相關的早期腦功能連接的改變。但是，該方法在APOE e4基因型的研究中存在研究結果不一致性現象。

發明內容

針對上述問題本發明提供了一種檢測APOE e4基因型對默認模式網絡影響的持久同調方法。

為了達到上述目的，本發明采用了下列技術方案：

本發明提供一種檢測APOE e4基因型對默認模式網絡影響的持久同調方法，包括以下步驟：

步驟1，對大腦靜息態功能磁共振圖像(rs-fMRI)數據集進行預處理，為進一步種子點選取和全腦網絡分析做準備；

步驟2，使用標準的自動解剖圖譜(AAL)將步驟1預處理后圖像中的大腦分為90個腦區(AAL90)，提取其中13個左腦區，13個右腦區以及由上述13 個左、右腦區組成的全腦區作為默認模式網絡的感興趣區(ROI)，分割腦區提取時間序列；

步驟3，使用步驟2提取的時間序列構建全腦和左、右腦的多尺度加權腦網絡；

步驟4，采用持久同調的方法對步驟3構建的腦網絡進行衡量；

步驟5，對認知未受損個體(APOE e4非攜帶者(APOE4-))和有認知障礙個體(APOEe4攜帶者(APOE4+))的網絡指標結果進行統計分析，得出APOE e4基因型對默認模式網絡的影響。

進一步，所述步驟1中的數據集包括認知未受損個體和有認知障礙個體的大腦靜息態功能磁共振圖像數據。

所述步驟1中預處理采用的SPM8工具箱、DPARSF和REST，具體為，在時間校正和空間歸一化之前，刪除了前十個時間點，然后依次進行圖像平滑，線性趨勢調整和帶通濾波。

所述步驟2中提取的26個默認模式網絡的感興趣區(ROI)具體包括(表 1)：

表1 26個默認模式網絡的感興趣區

所述步驟3中多尺度加權腦網絡構建的步驟為：

使用pearson相關來定義血氧水平依賴時間序列，采用基于pearson相關的方法來計算邊權i，