[發(fā)明專利]基于磁共振和孿生圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的腦圖譜個(gè)體化方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210296098.4
• 申請(qǐng)日: 2022-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN114376558B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張瑜;邱文淵;李軍;陳子洋;孫超良;李勁松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 之江實(shí)驗(yàn)室
• 主分類號(hào): A61B5/055
• 分類號(hào): A61B5/055;A61B5/245;A61B5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

本發(fā)明公開了一種基于磁共振和孿生圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的腦圖譜個(gè)體化方法及系統(tǒng)；首先，對(duì)靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)（rs?fMRI）利用基于感興趣區(qū)域的功能連接提取特征，同時(shí)對(duì)該特征進(jìn)行費(fèi)雪變換和指數(shù)變換；其次，對(duì)該數(shù)據(jù)集中T1加權(quán)的磁共振數(shù)據(jù)提取對(duì)應(yīng)鄰接矩陣；然后，以變換之后的特征和鄰接矩陣作為輸入，以組圖譜標(biāo)簽和采樣掩膜作為輸出，設(shè)計(jì)孿生圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試。相比于其他的rs?fMRI個(gè)體化圖譜方案，本發(fā)明利用rs?fMRI和組圖譜的數(shù)據(jù)特點(diǎn)設(shè)計(jì)的孿生網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和中心采樣模式所重建的個(gè)體化腦圖在任務(wù)態(tài)磁共振數(shù)據(jù)上的激活分布更加均勻，同時(shí)具有更短的重建時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域和深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于磁共振和孿生圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的腦圖譜個(gè)體化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

大腦皮層為人體感知，運(yùn)動(dòng)和其他認(rèn)知功能提供了重要基礎(chǔ)。神經(jīng)科學(xué)中，腦分區(qū)對(duì)于大腦功能的認(rèn)知，定位和分析具有十分重要的意義。

大腦皮層區(qū)域展現(xiàn)出不同功能、構(gòu)造、連接關(guān)系和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因而可以通過聚類的手段進(jìn)行腦分區(qū)。目前已經(jīng)有相當(dāng)多的非侵入方法來(lái)獲取大腦皮層中的相關(guān)信息，如磁共振（MRI）、腦磁圖（MEG）等等。其中，MRI由于具有相對(duì)較高的時(shí)空分辨率，無(wú)輻射等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為廣泛使用的成像技術(shù)。靜息態(tài)功能磁共振成像（rs-fMRI）, 能夠反應(yīng)受試者在無(wú)任務(wù)狀態(tài)下大腦血氧信號(hào)的變化情況，這些變化的相關(guān)關(guān)系能夠?yàn)榇竽X皮層分區(qū)提供充足的依據(jù)，因而是研究腦分區(qū)的主要手段之一。進(jìn)一步地，由rs-fMRI計(jì)算獲得的靜息態(tài)功能連接（RSFC）能夠反應(yīng)腦區(qū)fMRI信號(hào)的同步性，因而能可靠的反應(yīng)皮層頂點(diǎn)間的相關(guān)關(guān)系。不僅如此，RSFC是可遺傳的，與皮層的基因表達(dá)相關(guān)，能夠預(yù)測(cè)個(gè)體間的行為差異。因此許多腦圖譜的構(gòu)建都是利用RSFC信號(hào)對(duì)腦區(qū)進(jìn)行聚類分割，并在受試者中進(jìn)行平均的結(jié)果。這種基于大量受試者平均的腦圖，即組圖譜（參考文獻(xiàn)：Schaefer, A., Kong, R., Gordon,E. M., Laumann, T. O., Zuo, X., and Holmes, A. J., et al. (2018). Local-global parcellation of the human cerebral cortex from intrinsic functionalconnectivity MRI. Cereb. Cortex. 28(9), 3095-3114.）可以為人體大腦宏觀的組織結(jié)構(gòu)提供重要的觀測(cè)指標(biāo)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。然而，這種腦圖往往缺乏對(duì)個(gè)體間差異的體現(xiàn)，尤其是在腦區(qū)尺寸，空間位置與排列方式等有顯著變化的區(qū)域。因此，如果行為預(yù)測(cè)或疾病診斷與這些差異相關(guān)，就難以被準(zhǔn)確檢測(cè)出來(lái)。這樣的組圖譜在構(gòu)建生物指紋特征的過程中具有比較大的局限性。因此，個(gè)體化腦圖在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域與臨床研究中占據(jù)越來(lái)越重要的地位，它不僅可以預(yù)測(cè)人的認(rèn)知，行為，情感等，而且能捕獲人體大腦拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的個(gè)體差異性，并能對(duì)這些差異進(jìn)行基因分析。更重要的是的，它能生成個(gè)體大腦的生物指紋特征，在腦退行性疾病（如阿爾茲海默癥，帕金森癥）預(yù)測(cè)和診斷方面有著重要作用。