一种识别主观认知下降的方法及电子设备技术

本发明专利技术公开了一种识别主观认知下降的方法及电子设备，用于对主观认知下降患者的结构磁共振图像进行识别，前期预处理只需要在体数据上进行，原始结构影像经过图像格式转换、图像校正、图像分割和基于指数化李代数的微分解剖配准四个步骤，然后基于所分割出的灰质和白质体数据进行三维分形分析，最终得到当前被试的脑部结构磁共振成像数据是否出现主观认知下降情况，本发明专利技术前期预处理所需步骤简单、方便且快速。可以对全脑结构进行整体的三维分形计算，也能针对不同大小的脑区自适应地进行三维分形分析。维分形分析。维分形分析。

【技术实现步骤摘要】
一种识别主观认知下降的方法及电子设备


[0001]本专利技术属于医学图像分析领域，具体涉及一种识别主观认知下降的方法及电子设备。

技术介绍

[0002]阿尔茨海默病是最常见的老年痴呆症，主观认知下降是迄今所知的阿尔茨海默病的最早期可干预阶段。主观认知下降患者在数年或十数年后，可能会向轻度认知障碍阶段或阿尔茨海默病阶段转变。及早诊断并及时干预，对于延缓阿尔茨海默病至关重要。由于主观认知下降患者的临床认知量表得分范围仍在正常范围内，因此目前医生对于主观认知下降的诊断依据，还主要依赖于患者主诉记忆力出现明显下降，尚缺乏有效的客观量化指标。结构磁共振成像技术因其无创、无辐射且空间分辨率高的优势，已成为有效探测主观认知下降阶段患者脑结构异常的影像检查手段。
[0003]目前对于主观认知下降患者的结构磁共振成像分析仍主要沿用传统的几何度量方法，如脑区的体积、皮层表面积和皮层厚度等。然而这类特征只能概要描述磁共振图像信号强度的简单几何特性，因而在现有的工作中只能获得群组层级上主观认知下降组相对于健康老化对照组的脑结构异常差异。由于研究结果无法推广到个体层级，因此使得这些特征的临床应用受限。此外，要获得准确的脑区体积、皮层表面积和皮层厚度特征，需要特定的高性能计算机进行基于皮层重建的图像预处理步骤，该步骤耗时费力，迟滞了医务人员的工作效率，也延长了患者等待结果的时间。所以，探究客观有效的量化指标，是当前主观认知下降患者诊断中亟需解决的问题。
[0004]针对结构磁共振图像纹理内在波动模式的异质特性，采用分形维度特征可以更好地捕捉主观认知下降患者脑结构复杂度的细微变化，进而可对主观认知下降患者进行识别。在三维分形维度计算中，计盒维数法原理简单且计算便捷，已获得广泛应用。如Ruiz de Miras等人提出了UJA
‑
3DFD方法，在结构磁共振图像上计算了人脑的整体结构和立体骨架的分形维度。J. Jimenez等人开发了网页版平台，用于计算脑结构磁共振数据的三维分形维度。Chritopher R. Madan等人提供了计算基于脑皮层的三维分形分析工具箱。值得注意的是，上述平台和工具箱中采用的计盒维数的核心算法中都只考虑了基于2
i
的盒子尺寸划分策略，且只计算整数盒子个数。使用这种算法的前提是，要分析的区域大小必须满足2
i
的整数次划分，因此无法普遍适用于形态各异的被试脑结构分析。更重要的是，这种只能基于2
i
的划分策略既无法直接计算体积较小的脑区（如负责记忆功能的海马、杏仁核等皮下核团区域），也会造成其他非2
i
划分方案下的关键信息丢失。此外，对于特定尺寸下的覆盖盒子计数只能采用整数值的这一限制，也会极大地影响最终所求分形维度的准确性。综上所述，挖掘三维分形维度特征可以为主观认知下降患者的临床诊断提供重要帮助，而当前所用的基于计盒维数法的三维分形分析策略仍需加以改进，以获得更为准确的分形维度特征。

技术实现思路

[0005]为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了一种识别主观认知下降的方法及电子设备。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种识别主观认知下降的方法，包括以下步骤：S1、输入被试的脑部结构磁共振成像数据，基于体数据进行预处理后得到脑灰质和脑白质的体数据；S2、根据步骤S1得到的脑灰质和脑白质的体数据，利用脑模板提取灰质脑区体数据和白质脑区体数据；S3、对单个脑区体数据在整数比例参数r的可选范围内逐步选取不同的盒子尺寸，并统计每个盒子尺寸下对应的盒子个数B
r
；S4、循环选取不同的r值，并得到相应的B
r
值，在坐标轴上画出(ln(r),ln(B
r
))点对；对上述点对的直线段部分采用最小二乘拟合法计算出该直线段的斜率，此斜率即为该脑区的分形维度D；S5、对其他的脑区重复上述步骤S3和步骤S4，得到所有脑区上的三维分形维度，并组成三维分形维度向量；S6、对所有被试的脑部结构磁共振成像数据重复上述步骤S1
‑
S5；将得到的所有三维分形维度向量进行合并得到数据集；S7、基于机器学习算法并结合特征选择和交叉验证策略，利用步骤S6得到的数据集进行主观认知下降患者的个体识别；识别的结果表示当前被试的脑部结构磁共振成像数据是否出现主观认知下降情况。
[0007]优选地，步骤S1具体指： 原始结构磁共振成像数据下载自公开的ADNI数据库， 对于每个被试原始结构磁共振成像数据的预处理，采用DPABI软件中的DPARSF Advanced Edition模块进行，选取该模块中的VBM New Segment and DARTEL功能进行图像格式转换、图像校正、图像分割和DARTEL配准四个预处理步骤；在生成的结果文件夹中，wc1*.nii和wc2*.nii文件即为分割和配准好的灰质和白质体数据文件。
[0008]优选地，步骤S2具体指：基于Brainnetome脑模板，将被试的脑灰质部分划分为246个脑区；基于JHU白质纤维束成像模板，将被试的脑白质部分划分为48个脑区。
[0009]优选地，步骤S3具体指：对于一个M
×
N
×
K的三维体，首先计算出整数比例参数r的取值范围为2≤r≤min{}；对于一个给定的r值，假设单位网格块尺寸为m
×
n
×
k，其中，且；根据M、N和K是否能被r整除选择不同的体素块覆盖三维体；随后求得特定整数比例参数r情况下对应的盒子总数；其中V(i，j，k)表示覆盖的体素块大小。
[0010]优选地，步骤S3中根据M、N和K是否能被r整除选择不同的体素块覆盖包括如下结果：（i）当M=mr, N=nr且K=kr时：三维体用r
×
r
×
r个m
×
n
×
k大小的体素块覆盖；（ii）当M=mr, N=nr且K＞kr时：三维体用r
×
r
×
（r+1）个体素块覆盖，其中包括r
×
r
×
r个m
×
n
×
k大小的体素块和r
×
r
×
1个m
×
n
×
（K
‑
kr）大小的体素块；（iii）当M=mr, N＞nr且K=kr时：三维体用r
×
（r+1）
×
r个体素块覆盖，其中包括r
×
r
×
r个m
×
n
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k大小的体素块和r
×1×
r个m
×
（N
‑
nr）
×
k大小的体素块；（iv）当M＞mr, N=nr且K=kr时：三维体用（r+1）
×
r
×
r个体素块覆盖，其中包括r...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种识别主观认知下降的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、输入被试的脑部结构磁共振成像数据，基于体数据进行预处理后得到脑灰质和脑白质的体数据；S2、根据步骤S1得到的脑灰质和脑白质的体数据，利用脑模板提取灰质脑区体数据和白质脑区体数据；S3、对单个脑区体数据在整数比例参数r的可选范围内逐步选取不同的盒子尺寸，并统计每个盒子尺寸下对应的盒子个数N
r
；S4、循环选取不同的r值，并得到相应的N
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值，在坐标轴上画出(ln(r),ln(N
r
))点对；对上述点对的直线段部分采用最小二乘拟合法计算出该直线段的斜率，此斜率即为该脑区的分形维度D；S5、对其他的脑区重复上述步骤S3和步骤S4，得到所有脑区上的三维分形维度，并组成三维分形维度向量；S6、对所有被试的脑部结构磁共振成像数据重复上述步骤S1
‑
S5；将得到的所有三维分形维度向量进行合并得到数据集；S7、基于机器学习算法并结合特征选择和交叉验证策略，利用步骤S6得到的数据集进行主观认知下降患者的个体识别；识别的结果表示当前被试的脑部结构磁共振成像数据是否出现主观认知下降情况。2.根据权利要求1所述一种识别主观认知下降的方法，其特征在于，步骤S1具体指： 原始结构磁共振成像数据下载自公开的ADNI数据库， 对于每个被试原始结构磁共振成像数据的预处理，采用DPABI软件中的DPARSF Advanced Edition模块进行，选取该模块中的VBM New Segment and DARTEL功能进行图像格式转换、图像校正、图像分割和DARTEL配准四个预处理步骤；在生成的结果文件夹中，wc1*.nii和wc2*.nii文件即为分割和配准好的灰质和白质体数据文件。3.根据权利要求1所述一种识别主观认知下降的方法，其特征在于，步骤S2具体指：基于Brainnetome脑模板，将被试的脑灰质部分划分为246个脑区；基于JHU白质纤维束成像图谱模板，将被试的脑白质部分划分为48个脑区。4.根据权利要求1所述一种识别主观认知下降的方法，其特征在于，步骤S3具体指：对于一个M
×
N
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K的三维体，首先计算出整数比例参数r的取值范围为2≤r≤min{}；对于一个给定的r值，假设单位网格块尺寸为m
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n
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k，其中，且；根据M、N和K是否能被r整除选择不同的体素块覆盖三维体；随后求得特定整数比例参数r情况下对应的盒子总数；其中V(i，j，k)表示覆盖的体素块大小。5.根据权利要求4所述一种识别主观认知下降的方法，其特征在于，步骤S3中根据M、N和K是否能被r整除选择不同的体素块覆盖包括如下结果：（i）当M=mr, N=nr且K=kr时：三维体用r
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r
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r个m
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k大小的体素块覆盖；（ii）当M=mr, N=nr且K＞kr时：三维体用r
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kr）大小的体素块；（iii）当M=mr, N＞nr且K=kr时：三维体用r
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r个体素块覆盖，其中包括r
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k大小的体素块和r
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k大小的体素块；（iv）当M＞mr, N=nr且K=kr时：三维体用（r+1）
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r个体素块覆盖，其中包括r
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k大小的体素块；（v）当M=mr, N＞nr且K＞kr时：三维体用r
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（r+1）个体素块覆盖，其中包括r
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kr）大小的体素块；（vi）当M＞mr, N=nr且K＞kr时：三维体用（r+1）
×
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（r+1）个体素块覆盖，其中包括r
×
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r个m
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k大小的体素块，r
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r
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1个m
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪黄晶，秦姣龙，王俊，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：