【摘要】：精神分裂癥(Schizophrenia,SZ)是一種嚴(yán)重的精神疾病,臨床癥狀主要包括幻覺、妄想、情感淡漠、注意力及工作記憶損害等。SZ的臨床診斷缺乏客觀生物標(biāo)記物,容易造成誤診、漏診。本文基于多模態(tài)磁共振影像(Magnetic resonance imaging,MRI)數(shù)據(jù)對SZ進(jìn)行自動(dòng)分類和個(gè)體化預(yù)測研究,系統(tǒng)比較了不同模式分類和模式回歸算法,同時(shí)對分類和預(yù)測時(shí)權(quán)重最大的腦區(qū)進(jìn)行分析及討論。本文的主要研究內(nèi)容如下:1)本研究采集了 61名首發(fā)精神分裂癥(First Episode Schizophrenia,FESZ)患者、79名慢性精神分裂癥(Chronic Schizophrenia,CSZ)患者和205名健康對照(Normal Controls,NC)的結(jié)構(gòu)MRI、靜息態(tài)功能MRI以及彌散張量成像(Diffusion Tensor Imaging),基于人類腦連接圖譜(Human Brainnettome Atlas)計(jì)算246個(gè)腦區(qū)的灰質(zhì)體積、白質(zhì)體積、度中心度、低頻振蕩振幅和局部一致性等,并基于白質(zhì)劃分圖譜(white matter parcellationmap)計(jì)算50個(gè)白質(zhì)區(qū)域的分?jǐn)?shù)各向異性、平均彌散率、軸向彌散率和徑向彌散率等九種腦影像特征。采用以上九種多模態(tài)腦影像特征作為分類器的輸入,基于嵌套交叉驗(yàn)證法評價(jià)k近鄰法、線性支持向量機(jī)、邏輯斯諦回歸、線性判別分析和隨機(jī)森林等五種模式分類算法研究SZ患者組/NC組和FESZ患者組/CSZ患者組的分類效果。我們發(fā)現(xiàn)相比于僅僅使用單個(gè)模態(tài)的分類器,結(jié)合三個(gè)模態(tài)特征的分類器有效地提高了分類的準(zhǔn)確率。而且發(fā)現(xiàn)線性支持向量機(jī)和隨機(jī)森林這兩個(gè)分類器的分類效果要優(yōu)于其他的分類器,最高準(zhǔn)確率為85%。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)腦功能影像特征在區(qū)分NC和SZ患者時(shí)貢獻(xiàn)較大,且腦結(jié)構(gòu)影像特征對于區(qū)分FESZ患者和CSZ患者時(shí)貢獻(xiàn)較大。2)采用和分類研究相同的特征,我們采用最小二乘回歸、嶺回歸、LASSO回歸、線性支持向量回歸和彈性網(wǎng)正則化線性回歸等五種模式回歸算法對SZ患者的陽性與陰性癥狀量表(Positive and Negative syndrome scales,PANSS)評分進(jìn)行個(gè)體化預(yù)測研究,結(jié)果表明基于彈性網(wǎng)正則化線性回歸預(yù)測得到的評分和實(shí)際評分相關(guān)程度最高(r=0.43),線性支持向量回歸和嶺回歸也都取得了顯著的預(yù)測結(jié)果。對預(yù)測貢獻(xiàn)最大的腦區(qū)主要集中在額葉和顳葉。本文基于多模態(tài)磁共振腦影像特征,對比了不同的模式分類和模式回歸算法,實(shí)現(xiàn)了對SZ患者較高的分類準(zhǔn)確率,同時(shí)對SZ患者PANSS總評分的預(yù)測具有顯著性。研究結(jié)果對于構(gòu)建SZ輔助診斷系統(tǒng)的算法選型提供一定的參考,為SZ患者在個(gè)體水平下疾病狀態(tài)的評估提供一定的參考。
【圖文】：

Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｔｈｅ邋ｆｌｏｗ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋ｆＭＲＩ邋ｄａｔａ邋ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．逡逑對于ｓＭＲＩ數(shù)據(jù)，本次研宄使用ＳＰＭ１２軟件中ＶＢＭ：工具包對每一個(gè)受試者的ｓＭＲＩ逡逑數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將大腦分割為灰質(zhì)、白質(zhì)和腦脊液。具體步驟如下（見圖２－２）：邋１）逡逑調(diào)整原點(diǎn)；為了更好地將圖像配準(zhǔn)到ＭＮＩ標(biāo)準(zhǔn)空間中，將所有的ｓＭＲＩ數(shù)據(jù)的原點(diǎn)調(diào)整逡逑到前聯(lián)合的位置；２）空間標(biāo)準(zhǔn)化：運(yùn)用氋維度的ＤＡＲＴＥＬ方法將圖像標(biāo)準(zhǔn)化到ＭＮＩ逡逑標(biāo)準(zhǔn)空間；３）分割：將空間標(biāo)準(zhǔn)化之后的圖像分割成灰質(zhì)，白質(zhì)和腦脊液；４）調(diào)制：逡逑分割后調(diào)制灰質(zhì)圖像，消除空何標(biāo)準(zhǔn)化過程中受試者大腦個(gè)體差異引起的體積變化；５）逡逑平滑：將分割和調(diào)制之后的圖像采用８ｍｍ的高斯核進(jìn)行平滑。逡逑１６逡逑

Ｆｉｇ．邋２－３邋Ｔｈｅ邋ｆｌｏｗ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋ＤＴＩ邋ｄａｔａ邋ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．逡逑態(tài)磁共振腦影像特征提取逡逑小節(jié)中，各個(gè)模態(tài)數(shù)據(jù)已經(jīng)進(jìn)行了預(yù)處理《接下來繼續(xù)進(jìn)行特征提取。逡逑腦連接圖譜逡逑接堘譜（Ｈｕｍａｎ邋Ｂｒａｉｎｎｅｔｔｏｍｅ邋Ａｔｌａｓ，邋ＢＮＡ，邋ｈｔｔｐ：／／ａｔｌａｓ．ｂｒａｉｎｎｅｔｏｍｅ．ｏｒｇ／）國科學(xué)院ｆｌ動(dòng)化研究所公布的，該圖譜將大腦劃分為２４６個(gè)]P域（每，包含２１０個(gè)皮層區(qū)域和３６個(gè)皮層下區(qū)域，并且提供每個(gè)腦ＪＫ詳細(xì)息以及功能特征，ＢＮＡ的腦區(qū)分布及具體腦區(qū)信息見圖２－４和附錄一些研宄用來劃分大腦進(jìn)行功能連接和腦網(wǎng)絡(luò)分析［５９］，在本研究中，，將大腦分割為２４６個(gè)Ｒ０Ｉ進(jìn)行特征提取。逡逑
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R445.2;R749.3;TP181

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4 劉f迢

本文編號：2699764