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基于卷积循环神经网络的阿尔茨海默症早期诊断*

2020-10-20曾安黄殷潘丹SONGXiaowei

生物医学工程研究 2020年3期
关键词:模态分类特征

曾安,黄殷,潘丹,SONG Xiaowei

(1.广东工业大学计算机学院,广州 510006;2.广东省大数据分析与处理重点实验室,广州510006;3.广东建设职业技术学院现代教育技术中心,广州510440;4.广州市大智网络科技有限公司,广州 510000;5.西蒙弗雷泽大学影像技术实验室,温哥华V6B 5K3)

1 引 言

阿尔茨海默症(Alzheimer′s disease,AD)是一种不可逆转的脑退行性疾病,以目前的增长速度预计,至 2040 年全球病例数将高达八千多万例[1]。早期准确诊断和提前干预可减缓疾病发展的进程,改善患者的生活质量。

AD会引起大脑的某些变化[2],如脑区萎缩或脑区代谢活性的变化,这些变化可以通过磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)测量和正电子发射断层扫描(positron emission tomography,PET)[3-5]获取。轻度认知障碍(mild cognitive impairment,MCI)通常被认为是AD的临床前期,MCI是从正常对照(normal control,NC)到AD痴呆的过渡状态[6]。

MRI通常用于非侵入性地捕获区域性脑萎缩,帮助理解大脑解剖学变化,因此,被广泛用于AD诊断的模式识别方法研究[7-10]。此外,PET是一种功能性医学成像模式,也可以帮助医生诊断AD[11]。包括MRI和PET在内的多模态图像提供强大的成像模式,帮助理解与AD相关的解剖学和神经变化[12-15],近期研究表明,多模态特征的组合可以提高分类性能[15-16]。

深度学习方法在医学图像特征提取方面的研究取得的了很大进展[17],卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)是深度学习的经典模型,与基于先验知识提取特征方法不同,CNN可以通过将特征提取结合到任务学习过程中,来发现数据中固有的判别表示。Adrien等[18]提出了一种基于深度学习的分类算法,用于结构MRI的AD早期诊断。另一种比较流行的深度学习模型循环神经网络(recurrent neural network, RNN)常用于含有时序的任务,Liu等[19]使用RNN来预测基于过去天气和辐射数据的背景辐射水平。……

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