使用深度学习和不同频率维度的脑功能性连接对轻微认知障碍的诊断
2021-03-07孔伶旭吴海锋陆小玲
孔伶旭,吴海锋,2*,曾 玉,2,陆小玲
(1.云南民族大学电气信息工程学院,昆明 650500;2.云南省高校智能传感网络及信息系统科技创新团队(云南民族大学),昆明 650500)
(*通信作者电子邮箱whf5469@gmail.com)
0 引言
阿尔兹海默症(Alzheimer’s Disease,AD)是最常见的一种老年痴呆症[1],且至今没有有效药物可以阻止或逆转其发展,只有在AD 早期时通过一些治疗来改善症状和干预其进一步的恶化[2],从而减轻患者的病情和延长存活时间。对于AD 患者,往往会经历轻微认知障碍(Mild Cognitive Impairment,MCI)[3],且患有MCI 的患者会有更大概率发展成为AD[4-6]。因此准确诊断MCI对AD的预防和治疗十分关键。
目前使用深度学习对MCI 的辅助诊断研究,常基于静息态功能核磁共振成像(resting-state functional Magnetic Resonance Imaging,rs-fMRI)的脑功能性连接(Functional Connectivity,FC),重点都在不同的深度学习模型上,而FC 的计算还是使用传统的皮尔逊(Pearson)相关法或加窗的皮尔逊(Window Pearson,WP)相关法。
皮尔逊相关法是研究FC 的常用方法[7-9],它从若干兴趣区(Region Of Interest,ROI)中提取血氧水平依赖(Blood Oxygenation Level Dependent,BOLD)信号,然后计算它们之间的皮尔逊相关系数,以衡量连接强度和构建网络。该方法计算简单,可操作性强,但若BOLD 信号呈现出非平稳特性时,皮尔逊相关就难以反映动态特性。为此,可在BOLD 信号上加上若干时间窗后计算窗口内的皮尔逊系数[10];然而,窗口的大小会对非平稳信号的相关系数计算带来影响[11],窗口大则时间分辨率降低,窗口小则相关系数本身分辨率降低。
另外更重要的是,无论是皮尔逊相关还是加窗的皮尔逊相关,虽然在一些深度学习模型中有着不错的表现,但这两种FC 的研究更多关注在时间维度上。……
