本文關鍵詞：輕度認知障礙患者腦結構MRI分析與分類研究　出處：《華南理工大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一種多發(fā)于老年人的神經(jīng)退行性病變,輕度認知障礙(mild cognitive impairment,MCI)具轉化為AD的高風險性,它包括穩(wěn)定型MCI(stable MCI,s MCI)和轉化型MCI(converted MCI,c MCI)。分析s MCI、c MCI患者的腦結構異同,以及它們和正常老年人、AD患者的區(qū)別,對揭示MCI的轉化規(guī)律與過程,控制和干預疾病進程,具有十分重要的意義。本研究選取225人的腦結構MR影像,其中包括72例正常老年人作為對照組(normal control,NC)、46例s MCI、40例c MCI和67例AD。每一組人群均在基線期(初次檢查)、基線期后12個月和24個月,共采集三次MR影像。首先,對數(shù)據(jù)進行預處理并計算其腦皮層特征(皮層厚度、灰質體積、表面積和平均曲率),隨后,應用雙樣本T檢驗法,比較NC、s MCI、c MCI和AD組間腦皮層特征差異。為了更有效地區(qū)分不同人群,根據(jù)不同腦皮層特征、腦皮層的基線和縱向變化特征,分別采用遞歸特征消除法(RFE)和稀疏約束降維法(SCDR)兩種方法進行降維,再利用支持向量機(SVM)進行自動分類。將SVM分別與RFE、SCDR結合,得到SVM-RFE模型和SVM-SCDR模型。最后,對不同皮層特征、兩個模型的分類性能進行比較和分析。結果發(fā)現(xiàn),從NC發(fā)展為AD的過程中,患者的腦皮層、表面積和腦溝(平均曲率表征腦溝)是一個漸進性變化的過程。AD腦結構變化的關鍵腦葉是顳葉,顳葉腦區(qū)的皮層厚度和平均曲率在s MCI時期已發(fā)生顯著變化,其灰質體積顯著減小是在c MCI時期,表面積變化在AD階段逐漸明顯,而顳葉的腦結構變化隨著病程進展而逐步加重。從s MCI開始,患者的腦結構變化逐漸擴散到額葉、頂葉、枕葉等腦葉的大部分腦區(qū)和扣帶回,至AD階段,腦結構萎縮擴展到各腦葉的重要腦區(qū)。在組間分類性能方面,對分類最有效的皮層特征是皮層厚度和灰質體積,表面積和平均曲率次之;尤其多皮層特征,以及基線與縱向變化特征融合,顯著提高分類性能。其中,SVM-RFE模型的分類性能優(yōu)于SVM-SCDR。研究結果說明,NC、s MCI、c MCI和AD的腦皮層特征及其變化,存在顯著差異,其結構萎縮是一個漸進的過程,腦皮層特征可作為區(qū)分AD不同階段、評估MCI轉化風險的重要指標。
[Abstract]:Alzheimer's disease (Alzheimer 's disease, AD) is a multiple of senile neurodegenerative disease, mild cognitive impairment (mild cognitive, impairment, MCI) has transformed into the high risk of AD, which includes a stable type MCI (stable MCI, s MCI) and MCI (converted MCI, into C MCI). Analyzing the similarities and differences of brain structure in patients with s MCI and C MCI and their difference from normal elderly patients and AD patients is very important for revealing the transformation rule and process of MCI, controlling and interfering in the course of disease. The study selected 225 people's brain structure MR images, including 72 normal aged people as the control group (normal control, NC), 46 cases of s MCI, 40 cases of C MCI and 67 cases of AD. Three MR images were collected at baseline (first examination), 12 months after baseline and 24 months in each group. First, preprocessing the data and calculate the cerebral cortex characteristics (cortical thickness, gray matter volume, surface area and mean curvature), then test using two sample T, NC, MCI, s difference between C MCI and AD groups of cortex. In order to more effectively distinguish different groups according to different characteristics of cerebral cortex cerebral cortex, baseline and longitudinal variation, respectively using recursive feature elimination (RFE) and sparse constraint dimensionality reduction (SCDR) to reduce the dimensions of the two methods, and then use the support vector machine (SVM) classification. The SVM-RFE model and the SVM-SCDR model are obtained by combining SVM with RFE and SCDR respectively. Finally, the classification performance of different cortical features and two models was compared and analyzed. The results showed that the cerebral cortex, surface area and cerebral sulcus (mean curvature of the brain) were a gradual process during the development of NC to AD. The key of lobar AD structural brain changes is the temporal lobe cortex thickness and the average curvature of temporal lobe regions has changed significantly in s MCI period, the gray matter volume decreased significantly in C MCI period, changes in the surface area of AD phase gradually obvious, and structural brain changes in the temporal lobe with the course of development and gradually increase. From the beginning of s MCI, brain structure changes of patients gradually spread to most brain regions of the frontal lobe, parietal lobe and occipital lobe lobe and cingulate gyrus, to the stage of AD, atrophy of brain structure extended to brain area of each lobe. In terms of inter group classification performance, the most effective cortical characteristics of classification were cortical thickness and gray matter volume, surface area and mean curvature followed. In particular, multi cortical characteristics and baseline and vertical variation characteristics fusion significantly improved classification performance. Among them, the classification performance of SVM-RFE model is better than that of SVM-SCDR. The results showed that NC, s MCI, C MCI and AD had significant differences in their cerebral cortex characteristics and their changes, and their structural atrophy was a gradual process. Cerebral cortex characteristics can be used as an important index to distinguish AD from different stages and assess MCI transformation risk.
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R749.1

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