本项技术涉及图像处理领域,旨在通过脑部T1w和DTI图像的分析预测个体脑龄。该方法包括获取脑部T1w和DTI图像,并对这些图像进行预处理,以实现脑部年龄的准确预测。
背景技术
正常衰老可以被认为是沿着时间轨迹的进展。个体的生理年龄随时间呈线性增长,然而,通过使用机器学习和深度学习技术从神经成像内表型中获取的大脑预测年龄可能是非线性的,因为它们取决于遗传、环境及其相互作用。大脑预测的年龄差距(大脑预测年龄-生理年龄)反映了在特定疾病下大脑偏离正常衰老轨迹的程度。大脑预测的年龄差距的增加表明大脑衰老轨迹加快,并表明神经退行性变和其他与年龄相关问题的风险增加,这在神经疾病中已被广泛揭示。对脑龄的研究同时也有助于临床上相关疾病的诊治以及预防,例如,通过脑龄预测,可以及早发现个体认知功能的衰退或异常,有助于进行早期干预和治疗,延缓认知功能下降的进程。并且可以帮助识别患有认知障碍和神经退行性疾病风险较高的人群,有助于预防和减少患病风险。此外,脑龄预测可以用作评估治疗效果的指标,监测治疗过程中认知功能的改善情况,有助于调整治疗方案和提高治疗效果。因此建立足够精确的模型来预测脑龄具有重要的神经科学和临床价值。
磁共振成像具有分辨率高、信息丰富以及无电离辐射损伤等优点,从而被广泛应用于医疗诊断中。在脑龄预测中,T1w模态图像因具有高空间分辨率,能够细致地体现出了大脑内解剖结构的形态学特征(例如皮层厚度,各主要脑区体积等),从而被广泛应用。扩散张量成像(DTI)由于能够提供关于白质微结构的信息,如纤维束的方向、连通性和完整性,有助于研究脑部神经纤维的组织结构。并且通过分析白质纤维束的变化有助于帮助早期诊断和筛选神经退行性疾病,如阿尔茨海默病、帕金森病等。同时DTI可用于研究神经发育和学习过程中白质微结构的变化,有助于了解大脑发育和学习机制。此外,这些形态学特征具有良好的临床可解释性并可以指征神经退行程度与大脑老化进程。
在近些年来,许多研究基于T1w和DTI图像通过使用机器学习的方法获得了具有较高预测准确性的大脑年龄。使用这些方法来确定大脑衰老模式可以帮助识别和量化不同条件下(如创伤性脑损伤、精神分裂症和阿尔茨海默病等)大脑结构和功能的病理变化。
当前的机器学习方法通常需要专门且复杂的预处理过程,如偏差校正、分割、可变形配准和扫描仪之间的协调。这些预处理步骤在不同的扫描仪、人群队列和MRI采集协议中也不容易重复。机器学习方法还依赖于从复杂且耗时的图像特征提取中获得的大脑区域的描述性特征,因此导致现有的机器学习方法预测时间过长。
实现思路