阿爾茲海默癥(Alzheimer's Disease,AD)是目前最難以治愈的老年性疾病之一,嚴(yán)重影響了老年人及其家屬的生活質(zhì)量。輕度認(rèn)知障礙(Mild Cognitive Impairment,MCI)是AD早期的一種狀態(tài),通常會(huì)被誤認(rèn)為是正常衰老的表現(xiàn)而錯(cuò)過了最佳的治療時(shí)機(jī),因此準(zhǔn)確地診斷出MCI對(duì)AD的早期發(fā)現(xiàn)和早期治療至關(guān)重要。本文提出了一個(gè)模擬臨床醫(yī)生診斷過程的AD早期輔助診斷深度學(xué)習(xí)模型。神經(jīng)影像學(xué)是診斷患者大腦結(jié)構(gòu)性和功能性改變的重要方法,對(duì)AD的早期診斷和預(yù)測(cè)具有重要作用。本文利用臨床診斷AD常用的PET和MRI影像,通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練出識(shí)別PET和MRI圖像準(zhǔn)確率較高的模型。首先在相似的數(shù)據(jù)集上進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練,將訓(xùn)練好的模型參數(shù)遷移到新的網(wǎng)絡(luò)中。在ADNI(Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative,ADNI)數(shù)據(jù)集上,采用兩個(gè)獨(dú)立的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(VGGNet-16),并對(duì)網(wǎng)絡(luò)原始的激活函數(shù)ReLU改進(jìn)采用PReLU函數(shù),分別學(xué)習(xí)PET影像和MRI影像特征,訓(xùn)練出AD影像診斷模型。本文在不更改樣本類別的前提下,通過旋轉(zhuǎn)、縮放、灰度對(duì)比度調(diào)節(jié)等方法對(duì)圖像進(jìn)行處理以擴(kuò)充數(shù)據(jù)集,彌補(bǔ)不同姿態(tài)樣本數(shù)少的問題。采用數(shù)據(jù)擴(kuò)增的方法增大數(shù)據(jù)量,解決了類間不平衡的問題,并在數(shù)據(jù)擴(kuò)增前后數(shù)據(jù)集上實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析,說明了采用數(shù)據(jù)擴(kuò)增的方法,起到一定正則化的作用,提高了模型的識(shí)別效果。不同模態(tài)數(shù)據(jù)反映不同的病理,AD的診斷需要結(jié)合不同診斷方式才能得出確切的診斷結(jié)果,單一模態(tài)數(shù)據(jù)在信息表示方面不具有代表性,往往采用多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合診斷。臨床醫(yī)生診斷AD時(shí)通常既要參考多種神經(jīng)影像檢查結(jié)果,也要參考基本的神經(jīng)心理學(xué)檢查結(jié)果。本文將MRI影像、PET影像、MMSE量表和CDR量表臨床認(rèn)知測(cè)試數(shù)據(jù)相融合,首先訓(xùn)練出識(shí)別準(zhǔn)確率高的MRI和PET影像診斷模型,然后利用相關(guān)分析的方法將多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像輔助診斷結(jié)果與臨床評(píng)估量表相結(jié)合,最后得到整合了患者病理和心理的綜合評(píng)判結(jié)果。實(shí)驗(yàn)表明,本文方法提高了診斷的準(zhǔn)確率,在多項(xiàng)指標(biāo)上優(yōu)于其它計(jì)算機(jī)輔助診斷模型,為阿爾茲海默癥多模態(tài)診斷提供了新的思路。
【學(xué)位單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP391.41;R749.16;TP183
【部分圖文】：

圖 2-2 CDR 測(cè)試圖2.1.2 醫(yī)學(xué)影像檢查人類的認(rèn)知功能也是大腦神經(jīng)中樞系統(tǒng)的功能，神經(jīng)影像學(xué)是診斷患者大腦結(jié)構(gòu)性和功能性改變的重要方法，對(duì) AD 的早期診斷和預(yù)測(cè)具有重要作用。隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，各種影像技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于腦部疾病的診斷和研究，比如：正電子斷層掃描(PET)，磁共振成像(MRI)，彌散張量成像(DTI)等醫(yī)學(xué)影像技術(shù)[23]。通過采用醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和相應(yīng)的分析方法，發(fā)現(xiàn)患者腦部組織結(jié)構(gòu)的異常。（1） 正電子斷層掃描檢測(cè)正電子發(fā)射斷層掃描檢測(cè)發(fā)射的是成對(duì)伽馬射線，放射性示蹤劑進(jìn)入生物活性分子體內(nèi)。通過計(jì)算機(jī)分析，建立人體內(nèi)示蹤劑濃度的三維圖像。在進(jìn)行 PET 掃描之前，給患者注射造影劑（含有示蹤劑），造影劑擴(kuò)散到整個(gè)大腦，并與異常蛋白質(zhì)（β 淀粉樣蛋白和 tau 蛋白）結(jié)合，這使得研究人員能夠追蹤這些蛋白質(zhì)的濃度。根據(jù)所測(cè)量的

元細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的活動(dòng)，如食物加工和廢物清除。即將死亡的神經(jīng)元會(huì)出現(xiàn)新，因此 FDG-PET 是神經(jīng)變性的一個(gè)指標(biāo)，可用于測(cè)量細(xì)胞代謝[24]。PET 測(cè)量提供大腦中分子水平行為過程的信息，是檢測(cè) AD 中常用的影像模 AD 和 MCI 患者在腦組織明顯地萎縮之前，某些區(qū)域的葡萄糖代謝能力會(huì) PET 可以檢測(cè)出人體內(nèi)葡萄糖的代謝情況。正常人腦部各結(jié)構(gòu)如大腦皮質(zhì)構(gòu)及小腦等在 PET 影像中顯像劑呈現(xiàn)對(duì)稱、均勻分布。MCI 患者葡萄糖代域有后扣帶回、海馬-杏仁核復(fù)合體、頂葉、雙側(cè)顳葉和前丘腦等。AD 患者雙側(cè)頂葉、海馬、顳葉和額葉等部分腦區(qū)存在葡萄糖代謝降低的現(xiàn)象，而且的左側(cè)降低區(qū)域大于右側(cè)[26]。圖 2-3 所示是認(rèn)知正常受試者（左）、輕度認(rèn)）和阿爾茲海默�。ㄓ遥┑姆撗跗咸烟牵‵DG）PET 圖像。與認(rèn)知正常的，阿爾茲海默癥受試者的頂葉區(qū)域（白色箭頭）的代謝降低。

從 MRI 影像中可以觀察到 MCI 患者相比正常衰老同齡人的海馬和內(nèi)度更加明顯，AD 患者大腦皮層灰質(zhì)、內(nèi)側(cè)顳葉萎縮較為明顯[28]。如圖 2縮發(fā)生前的 MRI 掃描。B 圖受試者是因患 AD 而嚴(yán)重萎縮的 MRI 掃描，腦中看到，彩色區(qū)域圈起來的深灰色物質(zhì)結(jié)構(gòu)中，紅色區(qū)域的是海馬體，內(nèi)鼻甲皮質(zhì)，綠色區(qū)域的是鼻周皮質(zhì)，在疾病早期這些區(qū)域會(huì)發(fā)生萎縮用于測(cè)量萎縮程度和跟蹤 AD 的進(jìn)展。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2816272