KR20160016357A - Pattern Classification Apparatus and Method for fMRI - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기능적 자기 공명 영상의 패턴 분류 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 다 범주 뇌 상태 해독을 위한 기능적 자기 공명 영상의 패턴 분류 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for pattern classification of functional magnetic resonance images, and more particularly, to an apparatus and method for pattern classification of functional magnetic resonance images for multi-category brain state decoding.
기능적 자기 공명 영상(functional Magnetic Resonance Imaging : 이하 fMRI)는 MRI 장치를 이용하여 뇌의 활성화 양상을 측정하는 방법으로 뇌가 활동할 때 혈류 안의 산소 수준(blood oxygenation level-dependent, BOLD)을 반복 측정하여 기능적으로 활성화된 정도를 측정하는 방법이다. 즉 뇌나 신경계에서 활성화되어 기능을 수행하고 있는 부분을 조명하여 보여준다.Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) is a method of measuring the activation pattern of the brain using an MRI device, which measures blood oxygenation level-dependent (BOLD) To measure the degree of activation. In other words, the part that is activated and functions in the brain or nervous system is illuminated and shown.
도1 은 피측정자에게 인가된 자극과 자극에 대응하여 fMRI에 의해 측정되는 BOLD 신호를 비교하여 나타낸 도면이고, 도2 는 BOLD 신호를 이용하여 획득된 2차원 단면 영상의 일예를 나타내며, 도3 은 도2 의 2차원 영상을 재구성한 3차원 영상의 일예를 나타낸다.FIG. 1 is a view showing a comparison of a BOLD signal measured by fMRI in response to a stimulus and a stimulus applied to a subject, FIG. 2 shows an example of a two-dimensional sectional image obtained using a BOLD signal, and FIG. 2 shows an example of a three-dimensional image reconstructed from the two-dimensional image.
뇌의 특정 부위에 활동이 많아져 신진대사가 증가하면 그 특정 조직의 모세혈관으로 혈류 공급이 증가하는데, 이때 혈류 속에 산소와 결합한 헤모글로빈의 비율이 과도하게 높아진다. 이 헤모글로빈은 산소를 빼앗긴 주변 조직의 헤모글로빈에 비해 높은 신호 강도를 갖는다. fMRI는 이 차이를 탐지하여 도1 에 도시된 바와 같이 BOLD 신호를 생성할 수 있다. 그리고 도2 에 도시된 바와 같이 BOLD 신호를 이용하여 복수개의 2차원 단면 영상으로 구성한다. 구성된 복수개의 2차원 단면 영상은 다시 삼차원 영상으로 재구성되어 원하는 두뇌 부위의 활성화 양상을 측정할 수 있도록 한다.Increased activity in certain areas of the brain increases metabolism, which increases blood flow to the capillaries of certain tissues, which in turn increases the rate of oxygen-bound hemoglobin in the bloodstream. This hemoglobin has a higher signal intensity than the hemoglobin of surrounding tissues deprived of oxygen. The fMRI can detect this difference and generate the BOLD signal as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the BOLD signal is used to construct a plurality of two-dimensional sectional images. A plurality of 2D cross-sectional images are reconstructed as a three-dimensional image so that activation patterns of the desired brain regions can be measured.
따라서 fMRI는 두개골을 절개하지 않고도 뇌의 상태를 2차원 및 3차원 영상 신호(이하 뇌 상태 신호)로 표시할 수 있으므로, 뇌와 인지 활동 사이의 관계를 연구할 수 있는 비침입적 방식을 가능하도록 함으로써, 뇌 연구 발전에 큰 계기를 마련하였다.Therefore, fMRI can display the state of the brain as a two-dimensional and three-dimensional image signal (hereinafter referred to as "brain state signal") without the incision of the skull, so that it enables the noninvasive method of studying the relationship between brain and cognitive activity , And has set a great momentum for the development of brain research.
현재 fMRI는 다양한 응용분야에서 진단과 치료를 목적으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, fMRI 기술은 뇌 활성화 신호로부터 뇌 상태(마음 작용)를 추론할 수 있는 수준까지 발전되었다. fMRI를 활용한 질병 등의 진단과 뇌 활성 패턴을 스스로 조절하여 신체의 기능을 정상화하는 뉴로피드백등 다양한 응용분야에 적용하기 위해서는 fMRI를 통해 획득한 뇌 상태 신호에 대한 패턴분류라는 기반 작업이 선행되어야 한다. fMRI의 패턴 분류는 fMRI가 감지한 뇌 상태 신호의 패턴을 분류하여 피측정자의 뇌의 상태를 구분하는 작업이다. 그러나 fMRI에서 감지되는 뇌 상태 신호의 패턴은 여러가지 조건(피측정자의 성별, 나이, 경험, 개인 성향, 주변 환경 등)에 따라 매우 다양한 형태로 나타날 수 있어, 일반적으로 데이터를 분류하는 논리를 적용하기 어렵다. 따라서 뇌 상태 해석을 위한 뇌 상태 신호에 대한 패턴 분류는 대부분 기계 학습 기법을 통해 학습된 패턴 분류기를 이용하여 수행된다.Currently, fMRI is being actively studied for diagnosis and treatment in various applications. In addition, fMRI technology has evolved from the brain activation signal to a level that can infer the brain state (mind action). In order to apply it to various application fields such as diagnosis of diseases using fMRI and neurofeedback to normalize the function of the body by controlling the brain activation pattern by itself, a basic task of pattern classification of the brain state signal acquired through fMRI should precede do. The fMRI pattern classification classifies the pattern of the brain signal detected by the fMRI to classify the state of the subject's brain. However, the pattern of the brain signal detected by the fMRI can vary widely depending on various conditions (gender, age, experience, personal preference, environment, etc.) of the subject, it's difficult. Therefore, pattern classification for brain state signals for brain state analysis is mostly performed using pattern classifiers learned through machine learning techniques.
그리고 패턴 분류기를 이용한 fMRI 신호 패턴 분류의 성능은 분류 대상이 되는 뇌 상태 신호가 인가되기 이전에 수행된 패턴 분류기의 기계 학습 상태에 따라 크게 달라지게 된다. 패턴 분류기의 기계 학습은 미리 획득된 다수의 뇌 상태 신호의 패턴이 이미 알려진 복수개의 범주(category) 중 대응하는 범주에 할당되도록 패턴 분류기의 파라미터를 최적화시키는 과정을 통해 수행된다. 이후 패턴 분류기는 최적화된 파라미터를 이용하여 새로이 인가되는 뇌 상태 신호를 변환하여 해당 범주의 패턴 분류기의 출력값이 최대가 되도록 패턴 분류한다. 여기서 뇌 상태 신호의 패턴은 전체 뇌 영역 중에서 활성화된 중요 영역의 복셀(voxel)의 신호값을 나타낸다.The performance of the fMRI signal pattern classification using the pattern classifier greatly depends on the machine learning state of the pattern classifier performed prior to the application of the brain state signal to be classified. The machine learning of the pattern classifier is performed through a process of optimizing the parameters of the pattern classifier such that a pattern of a plurality of brain state signals obtained in advance is assigned to a corresponding category among a plurality of already known categories. After that, the pattern classifier transforms the newly applied brain state signal using the optimized parameters and classifies the patterns so that the output value of the pattern classifier of the category is maximized. Here, the pattern of the brain state signal represents the signal value of the voxel in the active region of the entire brain region.
그러나 패턴 분류기의 기계 학습 기법을 이용한 뇌 상태 신호 패턴의 패턴 분류 기술은 현재까지 해결해야 하는 다양한 문제가 있으며, 이중에서도 부유(drift) 잡음에 의한 분류 정확도 감소 문제가 가장 먼저 해결되어야 할 문제로 지적되고 있다. 부유 잡음은 주로 장시간 fMRI 측정을 수행하는 경우에 fMRI의 주자기장에 의한 열이나 다른 기계적 이유에 의해 발생되는 것으로 고려되고 있으나, 피측정자의 생리적 적응이나 변화에 의해서도 발생될 수 있다.However, there are various problems to be solved by the pattern classification technique of the brain state signal pattern using the machine learning technique of the pattern classifier, and the problem of the reduction of the classification accuracy due to the drift noise is the first problem to be solved . Flooding noise is considered to be caused by heat due to the main magnetic field of fMRI or other mechanical reason when performing long time fMRI measurement, but it can also be caused by physiological adaptation or change of the subject.
부유 잡음은 기계 학습을 위해 사용되는 뇌 상태 신호 패턴과 새로이 획득된 뇌 상태 신호 패턴 사이의 공간적 패턴 형상을 상이하게 하여, 패턴 분류기가 기존에 학습된 뇌 상태 신호 패턴으로 새로이 입력되는 뇌 상태 신호 패턴을 분류할 수 없도록 하므로, 패턴 분류기의 성능을 크게 저하하는 요인이 된다. The floating noise makes the spatial pattern shape between the brain state signal pattern used for the machine learning and the newly obtained state signal pattern of the brain different from each other so that the pattern classifier generates the brain state signal pattern So that the performance of the pattern classifier is largely deteriorated.
부유 잡음을 제거하는 방법으로 종래에는 복수개의 뇌 상태 신호 패턴 각각을 공간적 평균 값으로 나누어 정규화하는 기법이 사용되었으나, 최근에는 각 복셀에 대한 시계열(time series) 정보를 기반으로 복셀의 선형적인 경향성(trend)을 제거하는 기법이 일반적으로 사용되고 있다. 그러나 경향성을 제거하는 기법은 각 복셀에 대한 부유 경향성(drift trend)을 추정하는 과정에서 불충분하고 잡음이 많이 포함된 자료를 사용할 수 밖에 없는 실시간 패턴 분류 환경에서는 추정치 오차가 발생할 수 있다. 그리고 이러한 추정치 오차는 공간적 패턴이 중요한 뇌 상태 해석 패턴 분류기의 기계 학습에 장애 요인이 된다. 이는 복셀별로 서로 다르게 부유 잡음을 추정하여 제거하기 때문에 공간적 패턴이 시간의 흐름에 따라 왜곡될 가능성이 높기 때문이다. 특히 패턴 분류를 복수개의 범주로 분류하는 경우, 공간 패턴의 왜곡은 패턴 분류기에 상당한 성능 저하를 유발한다.Conventionally, a technique of dividing each of a plurality of brain state signal patterns into a spatial average value and normalizing it has been used as a method of removing floating noise. Recently, a linear tendency of a voxel based on time series information for each voxel trend) is generally used. However, the technique of removing the tendency may cause an estimation error in a real-time pattern classification environment in which insufficient and noisy data can not be used in estimating the drift trend for each voxel. And this estimation error is an obstacle to the machine learning of brain state analysis pattern classifier in which spatial pattern is important. This is due to the fact that the spatial pattern is likely to be distorted with the passage of time because the voiced noise is estimated and removed differently for each voxel. Particularly, when the pattern classification is classified into a plurality of categories, the distortion of the spatial pattern causes a significant performance degradation to the pattern classifier.
따라서 기계 학습 방식의 패턴 분류기의 성능 향상을 위해서는 획득된 뇌 상태 신호 패턴을 다범주로 분류 시에 부유 잡음을 효과적으로 제거하여 공간적 왜곡을 최소화할 수 있는 기술이 요구되고 있다.Therefore, in order to improve the performance of the pattern classifier of the machine learning method, there is a demand for a technology capable of minimizing spatial distortion by effectively removing the floating noise when classifying the acquired brain state signal pattern into various categories.
한국 공개 특허 제10-2013-0051084호, "고차 확산자기공명 영상의 인공물 저감 장치 및 방법"(2013.05.20 공개)에는 MRI 영상에서 잡음과 같은 인공물을 저감하기 위한 기술이 개시되어 있으나, 이는 모션 보정을 위한 기술로서, 뇌 상태 신호 패턴을 다범주로 분류하기 위한 패턴 분류기의 성능 향상을 위해 적용하기에 적합하지 않다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2013-0051084 discloses a technique for reducing artifacts such as noise in MRI images in an apparatus and method for artifact reduction of high-order diffuse magnetic resonance imaging (published on May 20, 2013) As a technique for correction, it is not suitable for improving the performance of a pattern classifier for classifying brain state signal patterns into multiple categories.
본 발명의 목적은 뇌 상태 신호 패턴을 다범주로 분류하기 위한 패턴 분류기의 성능을 향상시킬 수 있는 기능적 자기 공명 영상의 패턴 분류 장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a pattern classification apparatus for functional magnetic resonance images capable of improving the performance of a pattern classifier for classifying brain signal patterns into multiple categories.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 기능적 자기 공명 영상의 패턴 분류 방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of classifying functional MRI images to achieve the above objects.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 기능적 자기 공명 영상의 패턴 분류 장치는 패턴 분류 장치의 기계 학습을 위해 미리 패턴의 범주가 분류된 복수개의 뇌 상태 신호를 획득하는 뇌 상태 신호 획득부; 상기 복수개의 뇌 상태 신호 각각에서 복수개의 특징점을 추출하여 복수개의 특징 벡터를 획득하는 특징점 추출부; 상기 복수개의 특징 벡터 각각에서 각 특징 벡터에 포함된 특징점들의 평균을 차감하여 부유잡음을 제거하는 정규화부; SVM 분류 기법을 이용하여 상기 복수개의 특징 벡터 각각에 대해 최대의 여백을 갖는 적어도 하나의 선형 판별 함수를 적어도 하나의 분류기로서 획득하고, 획득된 상기 적어도 하나의 분류기에 상기 복수개의 특징 벡터를 대입하여 분류기 출력값을 계산하는 SVM 분류부; 적어도 하나의 상기 분류기 출력값에서 시계열적 부유 잡음을 제거하는 출력 보정부; 및 상기 출력 보정부에 의해 보정된 상기 분류기 출력값을 분석하여 상기 뇌 상태 신호의 패턴을 대응하는 범주로 분류하는 상기 분류 판별부; 를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for classifying functional MRI images according to an exemplary embodiment of the present invention includes a brain state signal acquisition unit for obtaining a plurality of brain state signals, ; A feature point extracting unit for extracting a plurality of feature points from each of the plurality of brain state signals and obtaining a plurality of feature vectors; A normalization unit for subtracting an average of the feature points included in each feature vector from each of the plurality of feature vectors to remove floating noise; At least one linear discriminant function having a maximum margin for each of the plurality of feature vectors is obtained as at least one classifier using an SVM classification technique and the plurality of feature vectors are substituted into the obtained at least one classifier An SVM classifier for calculating a classifier output value; An output correction unit for removing time-series floating noise from at least one of the classifier output values; A classification discrimination unit for analyzing the classifier output value corrected by the output correcting unit and classifying the pattern of the brain state signal into a corresponding category; .
상기 SVM 분류부는 분류할 상기 범주의 개수에 대응하는 개수로 상기 선형 판별 함수를 획득하고, 상기 분류할 범주의 개수가 복수개이면, 일대 나머지 접근법을 이용하여 복수개의 상기 선형 판별 함수를 획득하는 것을 특징으로 한다.Wherein the SVM classifier obtains the linear discriminant function in a number corresponding to the number of categories to be classified and acquires a plurality of linear discriminant functions using a one-to-many residual approach when the number of categories to be classified is plural .
상기 분류 판별부는 상기 분류할 범주의 개수가 복수개이면, 복수개의 보정된 상기 분류기 출력값을 비교하여, 최대값을 갖는 상기 분류기 출력값을 분석하고, 상기 최대값을 갖는 분류기 출력값에 대응하는 분류기에 대응하는 범주로 상기 뇌 상태 신호의 패턴을 분류하는 것을 특징으로 한다.Wherein the classifying and discriminating unit analyzes the plurality of corrected classifier output values and analyzes the classifier output value having a maximum value if the classifying unit has a plurality of categories, And classifying the pattern of the brain state signal into categories.
상기 출력 보정부는 상기 적어도 하나의 분류기 출력값 각각에 대해 최소 제곱법을 이용하여 기울기 및 옵셋을 획득하고, 획득된 상기 기울기와 상기 옵셋을 이용하여 상기 시계열적 부유 잡음을 탐색하며, 상기 분류기 출력값에서 탐색된 상기 시계열적 부유 잡음을 차감하여 제거하는 것을 특징으로 한다.Wherein the output correction unit obtains a slope and an offset using the least squares method for each of the at least one classifier output values, searches the time-series floating noise using the obtained slope and the offset, And the time-dependent floating noise is subtracted and removed.
상기 특징점 추출부는 기설정된 뇌구조 영상을 기설정된 영역별로 분할하고, 상기 분할된 영역의 영상을 상기 뇌 상태 신호와 정합하며, 정합된 상기 영상을 마스크로 이용하여 상기 뇌 상태 신호의 특징점들을 추출하는 것을 특징으로 한다.The feature point extraction unit may divide a predetermined brain structure image by predetermined regions, match the image of the divided region with the brain state signal, and extract the feature points of the brain state signal using the matched image as a mask .
상기 fMRI의 패턴 분류 장치는 상기 뇌 상태 신호 획득부가 획득한 상기 복수개의 뇌 상태 신호에 대해 공간 정렬 및 평활화하여 상기 특징점 추출부로 전송하는 전처리부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the fMRI pattern classification apparatus comprises: a preprocessing unit for performing spatial alignment and smoothing on the plurality of brain state signals acquired by the brain state signal acquisition unit and transmitting the spatial state alignment and smoothing to the feature point extraction unit; And further comprising:
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 기능적 자기 공명 영상의 패턴 분류 방법은 뇌 상태 신호 획득부, 특징점 추출부, 정규화부, SVM 분류부, 출력 보정부 및 분류 판별부를 포함하는 fMRI의 패턴 분류 장치의 fMRI의 패턴 분류 방법에 있어서, 상기 뇌 상태 신호 획득부가 패턴 분류 장치의 기계 학습을 위해 미리 패턴의 범주가 분류된 복수개의 뇌 상태 신호를 획득하는 단계; 상기 특징점 추출부가 상기 복수개의 뇌 상태 신호 각각에서 복수개의 특징점을 추출하여 복수개의 특징 벡터를 획득하는 단계; 상기 정규화부가 상기 복수개의 특징 벡터 각각에서 각 특징 벡터에 포함된 특징점들의 평균을 차감하여 부유잡음을 제거함으로써 정규화하는 단계; 상기 SVM 분류부가 SVM 분류 기법을 이용하여 상기 복수개의 특징 벡터 각각에 대해 최대의 여백을 갖는 적어도 하나의 선형 판별 함수를 적어도 하나의 분류기로서 획득하는 단계; 상기 SVM 분류부가 획득된 상기 적어도 하나의 분류기에 상기 복수개의 특징 벡터를 대입하여 분류기 출력값을 계산하는 단계; 상기 출력 보정부가 적어도 하나의 상기 분류기 출력값에서 시계열적 부유 잡음을 제거하여 상기 분류기 출력값을 보정하는 단계; 및 상기 분류 보정된 상기 분류기 출력값을 분석하여 상기 뇌 상태 신호의 패턴을 대응하는 범주로 분류하는 단계; 를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for classifying a functional magnetic resonance image according to an embodiment of the present invention. The method includes classifying a fMRI including a brain state signal obtaining unit, a feature point extracting unit, a normalizing unit, an SVM classifying unit, A method for classifying an fMRI pattern of a pattern classification apparatus, the method comprising: acquiring a plurality of brain state signals in which categories of patterns are classified in advance for machine learning of the pattern classification apparatus; Extracting a plurality of feature points from each of the plurality of brain state signals to obtain a plurality of feature vectors; Normalizing the normalization by subtracting the average of the feature points included in each feature vector from each of the plurality of feature vectors by removing the floating noise; Acquiring, as at least one classifier, at least one linear discriminant function having a maximum margin for each of the plurality of feature vectors using the SVM classifier; Calculating a classifier output value by substituting the plurality of feature vectors into the at least one classifier obtained by the SVM classifier; The output correction unit corrects the classifier output value by removing time series floating noise from at least one classifier output value; And classifying the pattern of the brain condition signal into a corresponding category by analyzing the classifier output value classified and corrected; .
따라서, 본 발명의 기능적 자기 공명 영상의 패턴 분류 장치 및 방법은 fMRI의 패턴 분류 시에 다범주 패턴분류기의 출력값의 부유현상을 제거하여 패턴분류기 성능을 향상 시킬 뿐만 아니라 다범주 분류를 복수개의 이진 분류 방식으로 치환하여 개별적으로 선형 부유값을 제거한 후 최대 출력값을 내는 분류기에 대응하는 범주로 뇌 상태 신호의 패턴을 분류한다. 따라서 높은 정확도로 안정적인 패턴 분류 작업을 수행할 수 있도록 한다.Therefore, the apparatus and method for classifying functional magnetic resonance images of the present invention not only improves the performance of the pattern classifier by removing the floating phenomenon of the output value of the multi-category pattern classifier at the time of pattern classification of the fMRI, And the pattern of the brain state signal is classified into a category corresponding to the classifier which outputs the maximum output value after eliminating the linear floating value individually. Therefore, stable pattern classification can be performed with high accuracy.
도1 은 피측정자에게 인가된 자극과 자극에 대응하여 fMRI에 의해 측정되는 BOLD 신호를 비교하여 나타낸 도면이다.
도2 는 BOLD 신호를 이용하여 획득된 2차원 단면 영상의 일예를 나타낸다.
도3 은 도2 의 2차원 영상을 재구성한 3차원 영상의 일예를 나타낸다.
도4 는 본 발명의 일실시예에 따른 기능적 자기 공명 영상의 패턴 분류 장치를 나타낸다.
도5 는 본 발명의 일실시예에 따른 기능적 자기 공명 영상의 패턴 분류 방법을 나타낸다.FIG. 1 is a graph comparing BOLD signals measured by fMRI in response to a stimulus and a stimulus applied to a subject.
2 shows an example of a two-dimensional sectional image obtained using the BOLD signal.
FIG. 3 shows an example of a three-dimensional image reconstructed from the two-dimensional image of FIG.
FIG. 4 illustrates a pattern classification apparatus for a functional magnetic resonance image according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 illustrates a pattern classification method of a functional magnetic resonance image according to an embodiment of the present invention.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described. In order to clearly describe the present invention, parts that are not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings denote the same members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary. The terms "part", "unit", "module", "block", and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, And a combination of software.
도4 는 본 발명의 일실시예에 따른 기능적 자기 공명 영상의 패턴 분류 장치를 나타낸다.FIG. 4 illustrates a pattern classification apparatus for a functional magnetic resonance image according to an embodiment of the present invention.
도4 를 참조하면, 본 발명의 fMRI의 패턴 분류장치(100)는 뇌 상태 신호 획득부(110), 전처리부(120), 특징점 추출부(130), 정규화부(140), SVM 분류부(150), 출력 보정부(160) 및 분류 판별부(170)를 포함한다. 뇌 상태 신호 획득부(110)는 fMRI의 MR 스캐너(미도시)를 통해 뇌의 활성화된 상태를 나타내는 뇌 상태 신호를 2차원 및 3차원 영상으로 획득한다. 여기서 3차원 영상은 2차원 영상의 조합으로 획득될 수 있으므로, 본 발명에서는 뇌 상태 신호 획득부(110)가 2차원 영상으로 구성된 뇌 상태 신호를 획득하는 것으로 가정한다. 그리고 뇌 상태 신호 획득부(110)는 MR 스캐너에 의해 촬영된 뇌 상태 신호를 바로 획득하는 것이 아니라 기존에 촬영되어 저장된 뇌 상태 신호를 인가받을 수도 있다. 기존에 촬영되어 저장된 뇌 상태 신호는 패턴 분류 장치(100)의 기계 학습을 위한 데이터로 사용될 수 있다.4, the fMRI
전처리부(120)는 뇌 상태 신호 획득부(110)에서 획득된 뇌 상태 신호에서 피측정자의 머리 움직임에 의한 오차를 줄이기 위한 공간 정렬(realignment) 동작을 수행하고, 정렬된 뇌 상태 신호에서 복수개의 복셀들의 신호대 잡음비를 증가하기 위해 평활화(smoothing)하는 전처리 작업을 수행한다. 여기서 공간 정렬 과 평활화 작업은 공지된 기술이므로 여기서는 상세하게 설명하지 않는다.The preprocessing
전처리부(120)에 의해 뇌 상태 신호에 대한 전처리 작업이 완료되면, 특징점 추출부(130)가 뇌 상태 신호에서 특징점을 추출한다. 특징점 추출부(130)는 미리 저장된 고해상도의 T1 강조 뇌구조 영상(T1-weighted MRI)를 영역별로 분할(parcellation)하고, 분할된 영역의 영상을 전처리부(120)에서 인가되는 뇌 상태 신호와 정합(registration)시킨다. 그리고 정합된 영상을 마스크로 활용하여 뇌 상태 신호에서 관심 영역(Region Of Interest : ROI)의 복셀들을 특징점으로 추출한다. 여기서 T1 강조 영상은 fMRI의 반복 시간(repetition time : TR)과 에코 시간(Time Echo : TE)를 짧게 하여 빠르게 획득한 영상이다.When the preprocessing
추출된 모든 특징점을 패턴 분류 장치(100)의 기계 학습을 위해 사용할 수도 있으나, 이 경우 분석해야 할 특징점의 개수가 많아 패턴 분류 효율 및 정확성이 낮아지고, 실시간 처리가 어렵다. 이에 추출된 특징 점들 중 뇌 상태 해석에 중요하게 관여하는 특징점을 선별하는 특징점 선택 동작을 수행한다. 특징점 선택은 공지된 탐지 알고리즘(searchlight) 또는 분산 분석(ANalysis Of Variance : ANOVA) 알고리즘을 기반으로 수행될 수 있다.Although all the extracted feature points can be used for machine learning of the
그리고 특징점 추출부(130)는 선별된 d개(여기서 d는 자연수)의 특징점들로 각각의 뇌 상태 신호(t)에 대응하는 특징 벡터(Xt=(X1, …, Xd)t)를 구성한다. The feature
정규화부(140)는 부유 잡음을 제거하기 위해 수학식 1과 같이 각 특징 벡터에서 특징점들의 평균을 차감하는 정규화 작업을 수행하여 정규화된 특징 벡터(x')를 획득한다.The
SVM 분류부(150)는 선형 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine : 이하 SVM) 분류 기법을 이용하여 특징 벡터(x') 에 대해 최대의 여백(margin)을 갖는 선형 판별 함수를 획득한다. 여기서 선형 판별 함수는 수학식2 의 형태로 획득된다.The
(여기서 w는 결정 초평면의 가중치 벡터이고, b는 특징점들의 원점으로부터 결정 초평면을 이동시키는 편향값이다. 특징 벡터 x'j의 j는 뇌 상태 신호의 순서로서 자연수이다.)(Where w is the weight vector of the decision hyperplane, b is a bias value for moving the decision hyperplane of the feature point from the origin. Characteristic j of the vector x 'j is a natural number as the sequence of brain state signal.)
특징 벡터(x'j)는 정규화부(140)에서 이미 획득된 값이고, 기계 학습을 위해 수집된 뇌 상태 신호에 대한 특징 벡터(x'j)는 미리 패턴 분류가 수행되어 있으므로, SVM 분류부(150)는 분류된 패턴들 사이에 여백이 최대가 되는 선형 판별 함수(f(x'j))는 분류된 패턴의 특징값들의 거리로부터 용이하게 획득될 수 있다. 그리고 획득된 선형 판별 함수(f(x'j))에서 가중치 벡터(w)와 편향값(b)을 도출한다.Since the feature vector x ' j is a value already obtained in the
SVM 분류 기법은 분류 오류율을 최소화하기 위한 통상의 분류 기법과 달리 여백을 최대화하여 일반화 능력을 극대화하기 위해 고안된 분류 기법이다. SVM 분류 기법은 전체 특징 공간에서 특징점들을 최대의 여백으로 두 개의 영역으로 구분하는 결정 초평면을 수학식 2와 같은 선형 판별 함수(f(x'j))의 형태로 획득한다. 그리고 도출된 선형 판별 함수(f(x'j))에서 가중치 벡터(w)와 편향값(b)을 획득함으로써, 기계 학습을 수행한다. 그리고 이후 패턴 분류를 위해 인가되는 특징 벡터(x'j)를 수학식 2의 선형 판별 함수(f(x'j))에 대입하고, 특징 벡터(x'j)가 대입된 선형 판별 함수(f(x'j))의 값이 양의 값을 갖는지 음의 값을 갖는지에 따라 패턴을 분류한다. 즉 특징 벡터(x')의 복수개의 특징점에 대해 결정 초평면을 기준으로 일측 및 타측에 포함된 특징점으로 2진 분류 한다.The SVM classification scheme is a classification scheme designed to maximize the generalization ability by maximizing the margin, unlike the conventional classification scheme for minimizing the classification error rate. The SVM classification technique obtains a hyperplane of the feature that divides the feature points into two regions with the largest margin in the form of a linear discriminant function (f (x ' j )) as shown in Equation (2). Then, the machine learning is performed by obtaining the weight vector w and the deflection value b in the derived linear discriminant function f (x ' j ). And substituting, for (j linear discriminant function (f (x in equation (2) the feature vectors x) 'to be applied to the subsequent pattern classification to j)), and the feature vectors linearly (x' j) is assigned to determine the function (f (x ' j )) has a positive value or a negative value. That is, a plurality of feature points of the feature vector x 'are binarized into feature points included in one side and the other side with respect to the crystal hyperplane.
만일 SVM 분류부(150)가 다범주 분류를 수행하는 경우, 분류되는 다범주가 M개이라고 하면, SMV 분류부(150)는 일대 나머지 접근법을 적용한다. 일대 나머지 접근법을 사용하는 경우, 가중치 벡터(w)와 편향값(b)는 M개로 획득된다. 여기서, M개의 가중치 벡터(w)와 편향값(b)가 적용된 M개의 선형 판별 함수(f(x')) 각각을 개별적인 분류기로 볼 수 있다.If the
일대 나머지 접근법은 분류해야 하는 패턴의 범주가 복수개 일지라도, 분류하고자 하는 하나의 범주와 나머지 모든 범주로 구분하여 2진 분류를 수행한다. 즉 다범주 분류를 이진 분류 기법으로 치환하여 수행한다.The rest of the approach is to classify the categories into two categories, one for the category and the other for the classification, even if there are multiple categories of patterns to classify. That is, the multi-category classification is replaced with the binary classification method.
SVM 분류부(150)는 특징 벡터(x') 를 M개의 가중치 벡터(w)와 편향값(b)가 적용된 M개의 분류기에 대입하여, M개의 분류기 출력값()을 계산한다.The
이후 출력 보정부(160)는 M개의 분류기의 출력값 각각에 대해 최소 제곱법을 사용하여 기울기(α)와 옵셋(β)을 획득하고, 획득된 (α)와 옵셋(β)을 이용하여 시계열적 부유 잡음을 탐색하여, 대응하는 분류기의 출력값에서 탐색된 부유 잡음을 감산함으로써, 분류기의 출력값에서 부유 잡음을 선형적으로 제거한다.The
일예로 출력 보정부(160)는 M개의 다범주 중에서 c 범주(여기서 c는 M 이하의 자연수)를 구분하는 분류기의 출력값(fc(x't))의 부유 잡음을 선형적으로 제거하기 위해 수학식 3을 사용한다.For example, the
(여기서 gc(x't)는 c 범주에 대해 보정된 특징 벡터이며, αc와 βc는 각각 c 범주에 대한 기울기와 옵셋이다.)(Where g c (x ' t ) is the corrected feature vector for category c, and α c and β c are the slope and offset for category c , respectively).
수학식 3 에서 αc와 βc는 최소 제곱법에 따라 각각 수학식 4 및 5 에 의해 계산될 수 있다.In Equation (3), α c and β c can be calculated by equations (4) and (5) according to the least squares method, respectively.
분류 판별부(170)는 출력 부(160)에 의해 부유 잡음이 제거된 M개의 분류기의 출력값들을 서로 비교하여 출력값이 최대인 분류기를 판별하고, 특징 벡터(x)를 판별된 분류기에 대응하는 패턴으로 분류한다.The classifying / discriminating
분류 판별부(170)는 수학식 6 에 따라 패턴을 분류한다. The
(여기서 Mn은 M개의 분류기 중 n번째 분류기를 의미한다.)(Where M n means the n th classifier of M classifiers).
즉 수학식 6 에 따르면, 분류 판별부(170)는 M개의 분류기 중 보정된 특징 벡터(gc(x't))가 최대가 되는 분류기를 획득하여 패턴을 분류한다.In other words, according to Equation (6), the
분류 판별부(170)가 출력값이 최대인 분류기를 판별하여 패턴을 분류하는 것은 SVM 분류부(150)가 다범주 분류를 수행할 때, 다수개의 2진 분류기로 치환되어 구현됨에 따라 특징 벡터(x')가 다 범주에 분류된 상태이기 때문이다. 즉 다수개의 2진 분류기에 의해 특징 벡터(x')가 여러 범주에 포함되어 있으므로, 이 중 가장 적합한 하나의 패턴을 판별해야하며, 분류 판별부(170)은 출력값이 최대인 분류기를 분석하여 특징 벡터(x')가 포함되어야 하는 하나의 패턴을 판별한다.When the
상기에서 정규화 기법으로 부유 잡음을 제거하는 정규화부(140)는 출력 보정부(160)에서 선형 부유 잡음을 제거하므로, 생략될 수도 있다. 그러나 패턴 분류의 정확성을 높이기 위해서는 최대한 부유 잡음을 제거해야 하므로, 본 발명에서는 정규화부(140)가 포함되는 것으로 도시하였다.In this case, the
도5 는 본 발명의 일실시예에 따른 기능적 자기 공명 영상의 패턴 분류 방법을 나타낸다.FIG. 5 illustrates a pattern classification method of a functional magnetic resonance image according to an embodiment of the present invention.
도4 를 참조하여, 도5 의 fMRI의 패턴 분류 방법을 설명하면, 우선 뇌 상태 신호 획득부(110)가 뇌 상태 신호를 획득한다(S10). 여기서 획득되는 뇌 상태 신호는 패턴 분류기의 기계 학습을 위해 미리 저장된 뇌 상태 신호로서, 분류되어야 하는 패턴이 지정되어 있다.Referring to FIG. 4, the fMRI pattern classification method of FIG. 5 will be described. First, the brain state
뇌 상태 신호가 획득되면, 전처리부(120)가 획득된 뇌 상태 신호에 대해 전처리 작업을 수행한다(S20). 여기서 전처리 작업은 복수개의 뇌 상태 신호에서 피측정자의 머리 움직임에 의한 뇌 상태 신호간 오차를 줄이기 위한 공간 정렬 및 정렬된 뇌 상태 신호에서 복수개의 복셀들의 신호대 잡음비를 증가하기 위해 평활화 작업이 포함될 수 있다.When the brain state signal is obtained, the
특징점 추출부(130)는 전처리된 뇌 상태 신호에서 특징점을 추출한다(S30). 특징점 추출은 T1 강조 뇌구조 영상와 뇌 상태 신호를 정합한 후, 정합된 뇌 상태 신호의 영상을 마스크로하여 관심 영역의 복셀들을 특징점으로 추출한다. 그리고 탐지 알고리즘이나 분산 분석 알고리즘을 추출된 특징점들에 대해 적용함으로써, 특징점을 선별하여 특징 벡터(xt=(x1, …, xd)t)를 획득한다.The feature
정규화부(140)는 획득된 특징 벡터(xt=(x1, …, xd)t)에서 특징점의 평균을 수학식 1과 같이 차감하여 정규화된 특징 벡터(x')을 획득한다. 이후 SVM 분류부(150)는 정규화된 특징 벡터(x')의 특징점들을 미리 지정된 기설정된 개수(여기서는 M개)의 범주에 따라 분류하고, 분류된 패턴 사이의 여백이 최대가 되도록 하는 선형 판별 함수를 선형 SVM 기법으로 획득한다(S50). 여기서 M이 복수인 다범주이면, SVM 분류부(150)는 일대 나머지 접근법을 이용하여 M개의 선형 판별 함수를 획득한다. 그리고 획득된 M개의 선형 판별 함수 각각이 이후 패턴 분류를 위해 사용되는 기준인 M개의 분류기로 활용된다. 그리고 SVM 분류부(150)는 정규화된 특징 벡터(x')를 획득된 M개의 분류기 각각에 대입하여 분류기의 출력값()을 계산한다(S60).The
출력 보정부(160)는 M개의 분류기 각각에서 계산된 출력값 각각에 대해 부유 잡음을 선형적으로 제거하여 보정한다(S70). 여기서 출력값의 보정은 분류기의 출력값에 대해 최소 제곱법을 사용하여 기울기(α)와 옵셋(β)을 획득하고, 획득된 기울기(α)와 옵셋(β)을 이용하여 시계열적 부유 잡음을 탐색하며, 분류기의 출력값에서 탐색된 부유 잡음을 감산하여 수행할 수 있다.The
출력 보정부(160)에 의해 출력값이 보정되면, 분류 판별부(170)는 M개의 분류기 각각에서 출력되고 보정된 M개의 출력값 중 최대 출력값을 판별한다(S80). 그리고 획득된 뇌 상태 신호를 M개의 분류기 중 판별된 최대 출력값을 출력한 분류기에 대응하는 범주로 패턴을 분류한다(S90).When the output value is corrected by the
도5 는 실질적으로 fMRI의 패턴 분류기를 위한 기계 학습 방법으로서, 기계 학습 종료 후 인가되는 뇌 상태 신호의 패턴을 분류하는 경우에는, 도5 의 방법에서 선형 판별 함수 획득 단계(S50)를 제외하고 나머지 단계에 대해 동일한 방식으로 수행함으로써, 패턴을 분류할 수 있다. 여기서 선형 판별 함수 획득 단계(S50)를 제외하는 것은 기계 학습 방법에서 선형 판별 함수가 이미 획득되었기 때문이다.FIG. 5 is a machine learning method for a fMRI pattern classifier substantially. In the case of classifying a pattern of brain state signals applied after the end of the machine learning, except for the linear discriminant function acquisition step (S50) in the method of FIG. 5, By performing the same procedure for the step, the pattern can be classified. Here, the linear discriminant function acquisition step (S50) is excluded because the linear discriminant function has already been obtained in the machine learning method.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 fMRI의 패턴 분류 시에 다범주 패턴분류기의 출력값의 부유현상을 제거하여 패턴분류기 성능을 향상 시킬 뿐만 아니라 다범주 분류를 복수개의 이진 분류 방식으로 치환하여 개별적으로 선형 부유값을 제거한 후 최대 출력값을 내는 분류기에 대응하는 범주로 뇌 상태 신호의 패턴을 분류한다. 따라서 높은 정확도로 안정적인 패턴 분류 작업을 수행할 수 있도록 한다.As described above, in the present invention, not only the performance of the pattern classifier is improved by removing the floating phenomenon of the output value of the multi-category pattern classifier at the time of pattern classification of the fMRI, but also the multi-category classification is replaced with a plurality of binary classification methods, And classifies the pattern of the brain state signal into a category corresponding to the classifier that outputs the maximum output value. Therefore, stable pattern classification can be performed with high accuracy.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The method according to the present invention can be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and a carrier wave (for example, transmission via the Internet). The computer-readable recording medium may also be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (12)
상기 복수개의 뇌 상태 신호 각각에서 복수개의 특징점을 추출하여 복수개의 특징 벡터를 획득하는 특징점 추출부;
상기 복수개의 특징 벡터 각각에서 각 특징 벡터에 포함된 특징점들의 평균을 차감하여 부유잡음을 제거하는 정규화부;
SVM 분류 기법을 이용하여 상기 복수개의 특징 벡터 각각에 대해 최대의 여백을 갖는 적어도 하나의 선형 판별 함수를 적어도 하나의 분류기로서 획득하고, 획득된 상기 적어도 하나의 분류기에 상기 복수개의 특징 벡터를 대입하여 분류기 출력값을 계산하는 SVM 분류부;
적어도 하나의 상기 분류기 출력값에서 시계열적 부유 잡음을 제거하는 출력 보정부; 및
상기 출력 보정부에 의해 보정된 상기 분류기 출력값을 분석하여 상기 뇌 상태 신호의 패턴을 대응하는 범주로 분류하는 상기 분류 판별부; 를 포함하는 fMRI의 패턴 분류 장치.A brain state signal acquisition unit for acquiring a plurality of brain state signals in which categories of patterns are classified in advance for machine learning of the pattern classification apparatus;
A feature point extracting unit for extracting a plurality of feature points from each of the plurality of brain state signals and obtaining a plurality of feature vectors;
A normalization unit for subtracting an average of the feature points included in each feature vector from each of the plurality of feature vectors to remove floating noise;
At least one linear discriminant function having a maximum margin for each of the plurality of feature vectors is obtained as at least one classifier using an SVM classification technique and the plurality of feature vectors are substituted into the obtained at least one classifier An SVM classifier for calculating a classifier output value;
An output correction unit for removing time-series floating noise from at least one of the classifier output values; And
A classification discriminating unit for analyzing the classifier output value corrected by the output correcting unit and classifying the pattern of the brain condition signal into a corresponding category; And the fMRI pattern classification device.
분류할 상기 범주의 개수에 대응하는 개수로 상기 선형 판별 함수를 획득하고, 상기 분류할 범주의 개수가 복수개이면, 일대 나머지 접근법을 이용하여 복수개의 상기 선형 판별 함수를 획득하는 것을 특징으로 하는 fMRI의 패턴 분류 장치.The apparatus of claim 1, wherein the SVM classification unit
Wherein the linear discriminant function is obtained by a number corresponding to the number of categories to be classified and a plurality of linear discriminant functions are obtained using a one-to-many residual approach if the number of categories to be classified is plural Pattern classification device.
상기 분류할 범주의 개수가 복수개이면, 복수개의 보정된 상기 분류기 출력값을 비교하여, 최대값을 갖는 상기 분류기 출력값을 분석하고, 상기 최대값을 갖는 분류기 출력값에 대응하는 분류기에 대응하는 범주로 상기 뇌 상태 신호의 패턴을 분류하는 것을 특징으로 하는 fMRI의 패턴 분류 장치.3. The apparatus of claim 2, wherein the classification /
Wherein when the number of categories to be categorized is plural, the plurality of corrected classifier output values are compared to analyze the classifier output value having a maximum value, and the classifier corresponding to the classifier corresponding to the classifier output value having the maximum value, And classifying the pattern of the status signal.
상기 적어도 하나의 분류기 출력값 각각에 대해 최소 제곱법을 이용하여 기울기 및 옵셋을 획득하고, 획득된 상기 기울기와 상기 옵셋을 이용하여 상기 시계열적 부유 잡음을 탐색하며, 상기 분류기 출력값에서 탐색된 상기 시계열적 부유 잡음을 차감하여 제거하는 것을 특징으로 하는 fMRI의 패턴 분류 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the output correction unit
Obtaining a slope and an offset by using a least squares method for each of the at least one classifier output values, searching for the time-series floating noise using the obtained slope and the offset, And removing the floating noise by subtracting the noise from the fMRI pattern.
기설정된 뇌구조 영상을 기설정된 영역별로 분할하고, 상기 분할된 영역의 영상을 상기 뇌 상태 신호와 정합하며, 정합된 상기 영상을 마스크로 이용하여 상기 뇌 상태 신호의 특징점들을 추출하는 것을 특징으로 하는 fMRI의 패턴 분류 장치.The apparatus of claim 1, wherein the feature point extracting unit
Wherein the method comprises the steps of: dividing a predetermined brain structure image by predetermined regions, matching an image of the divided region with the brain state signal, and extracting the feature points of the brain state signal using the matched image as a mask fMRI pattern classification device.
상기 뇌 상태 신호 획득부가 획득한 상기 복수개의 뇌 상태 신호에 대해 공간 정렬 및 평활화하여 상기 특징점 추출부로 전송하는 전처리부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 fMRI의 패턴 분류 장치.The apparatus of claim 1, wherein the fMRI pattern classification apparatus
A pre-processing unit for performing spatial alignment and smoothing on the plurality of brain state signals acquired by the brain state signal acquisition unit and transmitting the spatial state alignment and smoothing to the feature point extraction unit; Wherein the fMRI pattern classification apparatus further comprises:
상기 뇌 상태 신호 획득부가 패턴 분류 장치의 기계 학습을 위해 미리 패턴의 범주가 분류된 복수개의 뇌 상태 신호를 획득하는 단계;
상기 특징점 추출부가 상기 복수개의 뇌 상태 신호 각각에서 복수개의 특징점을 추출하여 복수개의 특징 벡터를 획득하는 단계;
상기 정규화부가 상기 복수개의 특징 벡터 각각에서 각 특징 벡터에 포함된 특징점들의 평균을 차감하여 부유잡음을 제거함으로써 정규화하는 단계;
상기 SVM 분류부가 SVM 분류 기법을 이용하여 상기 복수개의 특징 벡터 각각에 대해 최대의 여백을 갖는 적어도 하나의 선형 판별 함수를 적어도 하나의 분류기로서 획득하는 단계;
상기 SVM 분류부가 획득된 상기 적어도 하나의 분류기에 상기 복수개의 특징 벡터를 대입하여 분류기 출력값을 계산하는 단계;
상기 출력 보정부가 적어도 하나의 상기 분류기 출력값에서 시계열적 부유 잡음을 제거하여 상기 분류기 출력값을 보정하는 단계; 및
상기 분류 보정된 상기 분류기 출력값을 분석하여 상기 뇌 상태 신호의 패턴을 대응하는 범주로 분류하는 단계; 를 포함하는 fMRI의 패턴 분류 방법.A fMRI pattern classification method of an fMRI pattern classification apparatus including a brain state signal acquisition unit, a feature point extraction unit, a normalization unit, an SVM classification unit, an output correction unit, and a classification discrimination unit,
Obtaining a plurality of brain state signals in which the category of the pattern is classified in advance for the machine learning of the pattern classification apparatus;
Extracting a plurality of feature points from each of the plurality of brain state signals to obtain a plurality of feature vectors;
Normalizing the normalization by subtracting the average of the feature points included in each feature vector from each of the plurality of feature vectors by removing the floating noise;
Acquiring, as at least one classifier, at least one linear discriminant function having a maximum margin for each of the plurality of feature vectors using the SVM classifier;
Calculating a classifier output value by substituting the plurality of feature vectors into the at least one classifier obtained by the SVM classifier;
The output correction unit corrects the classifier output value by removing time series floating noise from at least one classifier output value; And
Analyzing the classification-corrected output of the classifier to classify the pattern of the brain condition signal into a corresponding category; / RTI > a method for classifying an fMRI pattern.
기설정된 뇌구조 영상을 기설정된 영역별로 분할하는 단계;
상기 분할된 영역의 영상을 상기 뇌 상태 신호와 정합하는 단계;
정합된 상기 영상을 마스크로 이용하여 상기 뇌 상태 신호의 특징점들을 추출하는 단계;
기설정된 탐지 알고리즘 또는 분산 분석 알고리즘 중 하나를 이용하여 상기 추출된 특징점들 중 일부 특징점을 선별하는 단계; 및
선별된 상기 특징점들을 상기 특징 벡터로 획득하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 fMRI의 패턴 분류 방법.8. The method of claim 7, wherein obtaining the feature vector comprises:
Dividing a predetermined brain structure image into predetermined areas;
Matching an image of the divided region with the brain state signal;
Extracting feature points of the brain state signal using the matched image as a mask;
Selecting some of the extracted minutiae using one of a predetermined detection algorithm or a variance analysis algorithm; And
Obtaining the selected feature points with the feature vector; Wherein the fMRI pattern classification method comprises:
분류할 상기 범주의 개수를 판별하고, 상기 분류할 범주의 개수가 복수개이면, 일대 나머지 접근법을 이용하여 복수개의 상기 선형 판별 함수를 획득하는 것을 특징으로 하는 fMRI의 패턴 분류 방법.8. The method of claim 7, wherein acquiring as the classifier comprises:
And if the number of categories to be categorized is plural, a plurality of the linear discriminant functions are obtained using the one-to-many residual approach.
상기 분류할 범주의 개수가 복수개이면, 복수개의 보정된 상기 분류기 출력값을 비교하여, 최대값을 갖는 상기 분류기 출력값을 분석하는 단계; 및
상기 최대값을 갖는 분류기 출력값에 대응하는 분류기에 대응하는 범주로 상기 뇌 상태 신호의 패턴을 분류하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 fMRI의 패턴 분류 방법.10. The method of claim 9, wherein the correcting the classifier output value comprises:
Comparing the plurality of corrected classifier output values to analyze the classifier output value having a maximum value if the number of categories to be classified is plural; And
Classifying the pattern of the brain condition signal into a category corresponding to the classifier corresponding to the classifier output value having the maximum value; Wherein the fMRI pattern classification method comprises:
상기 적어도 하나의 분류기 출력값 각각에 대해 최소 제곱법을 이용하여 기울기 및 옵셋을 획득하는 단계;
획득된 상기 기울기와 상기 옵셋을 이용하여 상기 시계열적 부유 잡음을 탐색하는 단계; 및
상기 분류기 출력값에서 탐색된 상기 시계열적 부유 잡음을 차감하여 제거하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 fMRI의 패턴 분류 방법.8. The method of claim 7, wherein the step of correcting the output value comprises:
Obtaining a slope and an offset using a least squares method for each of the at least one classifier output values;
Searching the time series floating noise using the obtained slope and the offset; And
Subtracting the time-lapse floating noise detected in the classifier output value; Wherein the fMRI pattern classification method comprises:
상기 뇌 상태 신호 획득부가 획득한 상기 복수개의 뇌 상태 신호에 대해 공간 정렬하고, 상기 공간 정렬된 상기 복수개의 뇌 상태 신호 각각에 포함된 복수개의 복셀들의 신호대 잡음비를 증가하기 위해 평활화하는 전처리 단계; 를 더포함하는 것을 특징으로 하는 fMRI의 패턴 분류 방법. 8. The method of claim 7, wherein the fMRI pattern classification method comprises:
A pre-processing step of spatially aligning the plurality of brain state signals acquired by the brain state signal acquisition unit and smoothing to increase a signal-to-noise ratio of a plurality of voxels included in each of the plurality of spatially aligned brain state signals; The method of claim 1, further comprising:
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