基于结构MRI和机器学习的阿尔茨海默病病

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来源:磁共振成像传媒

阿尔茨海默病(Alzheimersdisease,AD)是一种具有记忆障碍和认知衰退特征的神经退行性疾病。现有的治疗只能暂时帮助缓解记忆和认知问题,不能根治。为了获得疾病的控制治疗,迫切需要对AD病程进行分类,以便早期准确诊断,及时治疗。国内外大量研究人员通过研究AD患者脑神经影像学结构和功能的变化,试图寻找能够有助于AD临床诊断的生物标志物,为早期诊断提供价值。

结构磁共振成像(structuralmagneticresonanceimaging,sMRI)由于其无创性和高普及性的优点,广泛应用于AD早期诊断。近年来,随着科学技术的发展,大量结合机器学习的医学图像数据被用于AD的分类预测,如何选择特征选择算法对疾病预测至关重要。目前,在影像学的AD研究中常采用主成分分析法、偏最小二乘法等进行降维,使用支持向量机(supportvectormachine,SVM)、逻辑回归(logisticregression,LR)、随机森林(randomforest,RF)等各种分类模型来验证和评估提取的特征是否具有良好的分类性能。这些研究证实,基于图像结构信息的疾病分类技术对临床诊断更有帮助。然而,MRI原始图像维数高,早期AD结构变化不明显以及研究样本总数的限制使得AD早期评估和诊断的发展受到限制,并且由于不同的实验条件导致研究结果的不同,至今很难有高效准确的算法能够应用于临床。

山西医科大学范炤教授团队基于sMRI数据和患者临床信息特征[年龄、性别、教育水平、简易智力状态检查(Mini-MentalStateExamination,MMSE)评分]提出一种L1-SVM特征选择法,通过与SVM、RF、LR、误差逆传播(backpropagation,BP)神经网络这4种分类算法结合建立并选出最合适的预测模型,并创造性地针对每一阶段病程转化给出具体的生物标志物。

该研究受到山西省重点研发计划国际合作项目(D),山西省留学回国人员科技活动择优资助项目()两项项目资助。

(作者:姚丽丽,范炤)

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