一种基于掩码的大脑年龄评估方法、系统及电子设备技术方案

本发明专利技术公开一种基于掩码的大脑年龄评估方法、系统及电子设备，涉及图像处理领域，该评估方法包括：对待评估大脑年龄对象的扩散加权成像影像中的缺血梗死灶进行分割，得到分割图像；对分割图像与待评估大脑年龄对象的T1权重结构磁共振影像应用线性配准，得到待评估大脑年龄对象的掩码影像；将所述待评估大脑年龄对象的掩码影像和所述待评估大脑年龄对象的性别输入到大脑年龄评估网络模型，得到大脑年龄评估结果，本发明专利技术能够提高缺血性脑卒中患者的大脑年龄的评估精度。大脑年龄的评估精度。大脑年龄的评估精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于掩码的大脑年龄评估方法、系统及电子设备


[0001]本专利技术涉及图像处理领域，特别是涉及一种基于掩码的大脑年龄评估方法、系统及电子设备。

技术介绍

[0002]随着全球人口老龄化问题的日益严重，与老化有关的大脑疾病正在给社会造成越来越大的负担。而人类的大脑会随着年龄的增长而在结构上发生一些微妙的变化，这些变化会导致大脑在正常功能上产生退化，并与神经退行性等脑部疾病呈现出显著的相关性。基因、环境、疾病或受伤等原因可能会导致大脑的老化速率有显著的加快，需要有方法来量化这种异常的大脑衰老速度，评估当前大脑所处的衰老阶段。
[0003]目前基于结构磁共振影像预测大脑年龄的方法，以卷积神经网络为主，其主要思想是使用大规模健康人的结构磁共振影像，通过卷积神经网络建模，建模完成后，对待评估样本进行大脑年龄的预测。这种方法可用于一般的神经退行性疾病的患者进行大脑年龄评估。然而，针对脑血管疾病患者，尤其是缺血性脑卒中患者，其结构磁共振影像常会受到缺血性卒中病灶的影响，即病灶区域产生水肿或者肿胀，导致使用常规大脑年龄评估方法得到的大脑年龄存在偏差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于掩码的大脑年龄评估方法、系统及电子设备，能够提高缺血性脑卒中患者的大脑年龄的评估精度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种基于掩码的大脑年龄评估方法，所述评估方法包括：
[0007]对待评估大脑年龄对象的扩散加权成像影像中的缺血梗死灶进行分割，得到分割图像；
[0008]对所述分割图像与所述待评估大脑年龄对象的T1权重结构磁共振影像应用线性配准，得到待评估大脑年龄对象的掩码影像；
[0009]将所述待评估大脑年龄对象的掩码影像和所述待评估大脑年龄对象的性别输入到大脑年龄评估网络模型，得到大脑年龄评估结果；其中，所述大脑年龄评估网络模型是通过以健康人样本的性别和结构磁共振影像为输入，以对应的真实年龄为输出对卷积神经网络进行训练得到的；所述结构磁共振影像包括无掩码T1权重结构磁共振影像和配准的掩码T1权重结构磁共振影像。
[0010]可选地，所述对待评估大脑年龄对象的扩散加权成像影像中的缺血梗死灶进行分割，得到分割图像，具体包括：
[0011]将待评估大脑年龄对象的扩散加权成像输入nnUNet模型，得到分割图像。
[0012]可选地，所述卷积神经网络包括第一卷积块、第二卷积块、第三卷积块、第四卷积块、第五卷积块、全局平均池化层、第一全连接层、第二全连接层和第三全连接层；所述第一
卷积块的输入为结构磁共振影像；所述第一卷积块的输出为第一影像特征；所述第二卷积块的输入为结构磁共振影像和所述第一影像特征；所述第二卷积块的输出为第二影像特征；所述第三卷积块的输入为结构磁共振影像、所述第一影像特征和所述第二影像特征；所述第三卷积块的输出为第三影像特征；所述第四卷积块的输入为结构磁共振影像、所述第一影像特征、所述第二影像特征和所述第三影像特征；所述第四卷积块的输出为第四影像特征；所述第五卷积块的输入为结构磁共振影像、所述第一影像特征、所述第二影像特征、所述第三影像特征和所述第四影像特征；所述第五卷积块的输出为第五影像特征；所述全局平均池化层的输入为所述第五影像特征；所述全局平均池化层的输出为第一特征向量；所述第一全连接层的输入为第一特征向量；所述第一全连接层的输出为第二特征向量；所述第二全连接层的输入为性别；所述第二全连接层的输出为第三特征向量；所述第二特征向量和所述第三特征向量拼接后输入第三全连接层；所述第三全连接层的输出为大脑年龄评估结果。
[0013]可选地，所述第一卷积块、所述第二卷积块、所述第三卷积块、所述第四卷积块和所述第五卷积块均包括多个非对称卷积单元和一个最大池化层；每个所述非对称卷积单元包括多个卷积层。
[0014]可选地，所述大脑年龄评估网络模型的训练过程包括：
[0015]将健康人样本的性别和无掩码T1权重结构磁共振影像输入卷积神经网络，得到无掩码大脑年龄；
[0016]将健康人样本的性别和配准的掩码T1权重结构磁共振影像输入卷积神经网络，得到掩码大脑年龄；
[0017]对所述掩码大脑年龄和所述无掩码大脑年龄，应用一致性损失函数，得到一致性损失均方误差；
[0018]计算所述掩码大脑年龄和对应的真实年龄的第一均方误差；
[0019]计算所述无掩码大脑年龄和对应的真实年龄的第二均方误差；
[0020]根据所述一致性损失均方误差、所述第一均方误差和所述第二均方误差，应用反向传播和梯度下降算法，对所述卷积神经网络进行训练，得到大脑年龄评估网络模型。
[0021]可选地，执行所述“将健康人样本的性别和无掩码T1权重结构磁共振影像输入卷积神经网络，得到无掩码大脑年龄”之前，还包括：
[0022]获取健康人样本的无掩码T1权重结构磁共振影像和性别；
[0023]在所述健康人样本的无掩码T1权重结构磁共振影像中生成矩形掩码，得到健康人样本的配准的掩码T1权重结构磁共振影像。
[0024]可选地，所述评估方法还包括：
[0025]计算当前大脑年龄评估结果和所述待评估大脑年龄对象的真实年龄的差值，得到当前差值；
[0026]计算设定时间段内的多个大脑年龄评估结果和对应的所述待评估大脑年龄对象在所述设定时间段内的真实年龄的差值，得到多个历史差值；
[0027]根据所述历史差值和所述当前差值，计算所述当前差值的变化量；
[0028]当所述当前差值的变化量大于等于设定变化量阈值时，生成报警信息。
[0029]一种基于掩码的大脑年龄评估系统，应用于上述的基于掩码的大脑年龄评估方
法，所述评估系统包括：
[0030]分割模块，用于对待评估大脑年龄对象的扩散加权成像影像中的缺血梗死灶进行分割，得到分割图像；
[0031]配准模块，用于对所述分割图像与所述待评估大脑年龄对象的T1权重结构磁共振影像应用线性配准，得到待评估大脑年龄对象的掩码影像；
[0032]评估模块，用于将所述待评估大脑年龄对象的掩码影像和所述待评估大脑年龄对象的性别输入到大脑年龄评估网络模型，得到大脑年龄评估结果；其中，所述大脑年龄评估网络模型是通过以健康人样本的性别和结构磁共振影像为输入，以对应的真实年龄为输出对卷积神经网络进行训练得到的；所述结构磁共振影像包括无掩码T1权重结构磁共振影像和配准的掩码T1权重结构磁共振影像。
[0033]一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的基于掩码的大脑年龄评估方法。
[0034]可选地，所述存储器为可读存储介质。
[0035]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0036]本专利技术提供了一种基于掩码的大脑年龄评估方法，通过由健康人群数据集和健康人群数据集模拟病灶掩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于掩码的大脑年龄评估方法，其特征在于，所述评估方法包括：对待评估大脑年龄对象的扩散加权成像影像中的缺血梗死灶进行分割，得到分割图像；对所述分割图像与所述待评估大脑年龄对象的T1权重结构磁共振影像应用线性配准，得到待评估大脑年龄对象的掩码影像；将所述待评估大脑年龄对象的掩码影像和所述待评估大脑年龄对象的性别输入到大脑年龄评估网络模型，得到大脑年龄评估结果；其中，所述大脑年龄评估网络模型是通过以健康人样本的性别和结构磁共振影像为输入，以对应的真实年龄为输出对卷积神经网络进行训练得到的；所述结构磁共振影像包括无掩码T1权重结构磁共振影像和配准的掩码T1权重结构磁共振影像。2.根据权利要求1所述的基于掩码的大脑年龄评估方法，其特征在于，所述对待评估大脑年龄对象的扩散加权成像影像中的缺血梗死灶进行分割，得到分割图像，具体包括：将待评估大脑年龄对象的扩散加权成像输入nnUNet模型，得到分割图像。3.根据权利要求1所述的基于掩码的大脑年龄评估方法，其特征在于，所述卷积神经网络包括第一卷积块、第二卷积块、第三卷积块、第四卷积块、第五卷积块、全局平均池化层、第一全连接层、第二全连接层和第三全连接层；所述第一卷积块的输入为结构磁共振影像；所述第一卷积块的输出为第一影像特征；所述第二卷积块的输入为结构磁共振影像和所述第一影像特征；所述第二卷积块的输出为第二影像特征；所述第三卷积块的输入为结构磁共振影像、所述第一影像特征和所述第二影像特征；所述第三卷积块的输出为第三影像特征；所述第四卷积块的输入为结构磁共振影像、所述第一影像特征、所述第二影像特征和所述第三影像特征；所述第四卷积块的输出为第四影像特征；所述第五卷积块的输入为结构磁共振影像、所述第一影像特征、所述第二影像特征、所述第三影像特征和所述第四影像特征；所述第五卷积块的输出为第五影像特征；所述全局平均池化层的输入为所述第五影像特征；所述全局平均池化层的输出为第一特征向量；所述第一全连接层的输入为第一特征向量；所述第一全连接层的输出为第二特征向量；所述第二全连接层的输入为性别；所述第二全连接层的输出为第三特征向量；所述第二特征向量和所述第三特征向量拼接后输入第三全连接层；所述第三全连接层的输出为大脑年龄评估结果。4.根据权利要求3所述的基于掩码的大脑年龄评估方法，其特征在于，所述第一卷积块、所述第二卷积块、所述第三卷积块、所述第四卷积块和所述第五卷积块均包括多个非对称卷积单元和一个最大池化层；每个所述非对称卷积单元包括多个卷积层。5.根据权利要求3所述的基于掩码的大脑年龄评估...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，刘子阳，周宏宇，程健，荆京，刘浩，李子孝，姜勇，孟霞，王拥军，
申请(专利权)人：首都医科大学附属北京天坛医院，
类型：发明
国别省市：