中文题名: | 基于多模态磁共振图像和脑网络建模的个体脑龄预测研究 |
姓名: | |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | 中文 |
学科代码: | 081203 |
学科专业: | |
学生类型: | 硕士 |
学位: | 工学硕士 |
学位类型: | |
学位年度: | 2022 |
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学院: | |
研究方向: | 神经影像计算 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
提交日期: | 2022-06-18 |
答辩日期: | 2022-06-18 |
外文题名: | Prediction of individual brain age based on multimodal magnetic resonance images and brain network modeling |
中文关键词: | |
外文关键词: | MRI ; Multimodal brain network ; GCN ; Brain age ; "One-stop" software |
中文摘要: |
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)技术的快速发展,为研究活体人脑结构和功能提供了重要技术手段。随着神经影像大数据的出现,结合神经影像和机器学习的个体脑龄预测为实现老年脑健康智能评估提供了新颖的思路,然而目前的脑龄预测研究主要基于局部脑影像特征,忽略了不同脑区之间结构和功能连接的信息。通过神经影像人脑连接组学方法可从全脑系统水平对宏观尺度下大脑结构和功能网络进行建模,进一步提取对年龄敏感的脑连接特征进行个体脑龄预测。特别图卷积神经网络(Graph Convolutional Network, GCN)作为一种基于图结构的深度学习算法,可充分利用脑区连接信息,自主学习脑网络特征。因此,本研究通过利用多模态脑网络数据,结合GCN算法,构建个体脑龄预测模型,并在传统GCN模型中加入注意力机制,对用于聚合节点信息的邻接矩阵进行参数化,构建了图注意神经网络(Graph Attention Network, GAT);进一步,我们基于多模态脑网络数据融合,构建多通道脑龄预测模型,并系统比较单一模态脑网络数据以及多模态脑网络融合对脑龄预测精度的影响;此外,对比了卷积神经网络(Convolutional neural network, CNN)、GCN和GAT三种不同深度学习算法的预测性能。
通过对比多种预测模型,实验结果发现基于白质结构脑网络的预测精度要高于功能脑网络,且多模态脑网络融合的预测精度高于任意单模态数据,表明了白质结构脑网络包含了更多对年龄敏感的拓扑特征,而且不同模态影像可提供有利于脑龄预测的特异性互补信息。对比不同的深度学习算法,我们发现GAT模型(r=0.756, 最后,对上述研究中使用的基于MRI数据的多模态脑网络建模方法,局部和全局脑网络特征提取和基于机器学习的分类预测算法进行整合,开发了一款基于MATLAB的“一站式”脑网络建模和个体预测软件(BCMIP),对不同模态的MRI数据处理提供了统一的输入输出数据格式,能够自动构建多模态脑网络,从而增进对多模态影像信息的应用;联合不同模态的影像信息,基于支持向量机等一系列高效、前沿的机器学习算法,对特定问题进行拆分训练、构建预测模型。该软件的开发方便了神经影像人脑连接组的计算建模和大数据挖掘,今后可应用脑健康智能评估,脑疾病智能诊断等多种问题的分类预测研究中。 |
外文摘要: |
The development
The experimental Finally, by integrating the multimodal brain network modeling method based on MRI data, local and global brain network feature extraction and machine learning-based classification prediction algorithm used in the above research, we developed a MATLAB-based "one-stop" software(Brain Network Modeling and Individual Prediction, BCMIP). The development of this software facilitates the computational modeling and big data mining of neuroimaging human brain connectomes, and can be applied to the classification and prediction research of various problems such as intelligent assessment of brain health and intelligent diagnosis of brain diseases in the future. |
参考文献总数: | 71 |
开放日期: | 2023-06-18 |