CN108846407A - 基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法 - Google Patents

基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108846407A
CN108846407A CN201810357927.9A CN201810357927A CN108846407A CN 108846407 A CN108846407 A CN 108846407A CN 201810357927 A CN201810357927 A CN 201810357927A CN 108846407 A CN108846407 A CN 108846407A
Authority
CN
China
Prior art keywords
subgraph
formula
indicate
high order
feature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810357927.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108846407B (zh
Inventor
郭浩
郭涛
程忱
雷波
王恁
李瑶
李欣芸
孙超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN201810357927.9A priority Critical patent/CN108846407B/zh
Publication of CN108846407A publication Critical patent/CN108846407A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108846407B publication Critical patent/CN108846407B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F18/00Pattern recognition
    • G06F18/20Analysing
    • G06F18/24Classification techniques
    • G06F18/241Classification techniques relating to the classification model, e.g. parametric or non-parametric approaches
    • G06F18/2411Classification techniques relating to the classification model, e.g. parametric or non-parametric approaches based on the proximity to a decision surface, e.g. support vector machines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

本发明公开了基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法,涉及图像处理技术。先使用独立成分分析提取默认网络独立成分,接着在独立成分的时间序列上利用时间窗滑动的方法构建高阶功能连接网络,然后使用基于加权图的频繁子图挖掘和特征选择方法,最后以判别性子图作为特征对进行分类识别。该方法不需要依赖先验的脑图谱模板,充分考虑了扫描时间内的时变特性,且将频繁子图挖掘应用到了加权图上,呈现出了更高级、更复杂的大脑区域之间的相互作用。解决了传统的磁共振成像数据分类方法准确率低的问题。

Description

基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法
技术领域
本发明属于图像处理技术领域,特别是涉及一种基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法。
背景技术
人脑是一个高度复杂的系统,探索其内在的结构和功能是一项巨大的挑战。功能磁共振成像技术与复杂网络理论的结合,已成为脑科学领域的研究热点之一,并广泛应用在各项研究中。该方法在探索大脑区域间结构和功能的相互作用上取得许多令人惊喜的成果。然而,由于其自身原理和特点及方法论的限制,导致分类准确率低,严重影响了应用价值。
近年来大多数基于脑网络的研究,在定义网络节点时都是按照脑图谱模板定义的。只是这种节点的定义方法过于依赖先验的脑图谱模板,不同模板建立起来的网络可能会存在显著差异,从而严重影响了功能连接网络的分析结果。其次,传统的功能连接网络分析中忽略了大脑区域之间功能连接的动态变化,即边的高阶关系。然而已有研究发现这些高阶信息的损失对于疾病诊断可能是重要的。此外,目前大多数频繁子图挖掘的研究集中在确定图上,判别性子图特征的选择和各种属性的计算也都是基于确定图的。虽然确定图分析起来比较简单,但由于确定图忽略了脑网络功能的不确定性,不能全面准确地反映脑区之间的交互。
为了解决这些问题,本发明先使用独立成分分析选择静息态脑网络成分,然后在其上构建高序功能连接网络,最后对高序不确定功能脑网络进行频繁子图挖掘。这种方法可以更好地反映了全脑功能连接的时频特性,呈现了更高级、更复杂的大脑区域之间的相互作用,由此提高了分类准确率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法,分类准确率高。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是,基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法,按照以下步骤进行:
步骤S1:对静息态功能磁共振成像数据进行预处理,然后使用独立成分分析方法提取出各独立成分;
步骤S2:筛选出属于默认网络的独立成分,提取时间序列,并进行后处理;
步骤S3:选定长度固定的滑动窗口,按照1s的移动步长,划分默认网络独立成分的时间序列;
步骤S4:计算每个时间窗下默认网络成分的时间序列两两间的皮尔逊相关系数,得到低阶关联矩阵;
步骤S5:提取每个时间窗下低阶关联矩阵中的元素值,生成高阶关联矩阵;
步骤S6:构建高序不确定功能脑网络,节点之间全连接,节点之间边的权值即高阶关联矩阵中的元素;
步骤S7:对构建的全连接加权的脑网络进行频繁子图挖掘,得到加权的频繁子图模式;
步骤S8:计算基于动态规划的判别性函数的相关统计指标;
步骤S9:采用支持向量机分类算法,选择判别性子图特征作为分类依据,构建分类器,然后采用交叉验证方法进行检验;
步骤S10:采用互信息分析方法,量化所选判别性子图特征在分类器中的重要度和冗余度,然后根据量化结果对所选判别子图进行二次筛选,优化特征子集。
进一步的,所述步骤S1中,预处理步骤包括时间层校正,头部校正,空间标准化,平滑;然后,使用基于负熵最大的独立成分分析方法提取独立成分;其中,负熵的定义为:
Nh(Y)={E[h(Y)]-E[h(YGauss)]}2; (1)
公式(1)中,Y是源信号的随机变量,Nh(Y)为随机变量Y的负熵;YGauss是一与Y 具有相同方差的高斯随机变量;E为均值运算;h为非线性函数,这里
为使Y具有最大的非高斯性,即找到Y负熵的最大近似值,可通过对E{h(Y)}进行优化来获得,而E{h(Y)}的最适条件可通过下式获得:
Y=WTX
E{Xh(WTX)}+βW=0; (2)
公式(2)中,Y是源信号的随机变量;X是观测信号的随机变量;W是解混矩阵,WT是W的转置;E为均值运算;h为非线性函数;β是一个恒定值;
用牛顿迭代方法解此方程后,可以获得近似牛顿迭代公式,简化后就是独立成分分析方法的迭代公式:
W+=E{Xh(WTX)}-E{h′(WTX)}W; (3)
公式(3)中,h′是h的导数;W+是W的新值,W=W+/||W+||。
进一步的,所述步骤S2中,需要使用默认网络模板匹配的方法对独立成分进行筛选,接着对每个被试默认网络成分的时间序列进行后处理,包括去线性漂移和低通滤波,以去除线性漂移和高频生理噪声的影响。
进一步的,所述步骤S4中,计算每个时间窗下默认网络成分的时间序列两两间的皮尔逊相关系数,得到低阶关联矩阵的具体公式是:
公式(4)中,rij表示每个时间窗下关联矩阵中第i行第j列的元素,是默认网络成分成分i与j之间的皮尔逊相关系数;n表示时间点个数;xi(t)表示第i个默认网络成分的时间序列;表示第i个默认网络成分的平均时间序列。
进一步的,所述步骤S6中,在高阶关联矩阵上,将其边的权值按照如下公式进行处理,得到的即为高序不确定功能脑网络:
公式(5)中,bij表示高序不确定功能脑网络模型中第i行第j列的元素;rij表示高阶关联矩阵中第i行第j列的元素。
进一步的,所述步骤S7中,对构建的全连接加权的脑网络进行频繁子图挖掘,方法如下:
不确定图的频繁子图挖掘算法:
输入:不确定图数据集和阈值minsup,
输出:中的全部频繁子图模式集R,
首先,初始化结果集R为空,遍历得到中所有的1-子图模式g,新建空集M,
接着,对中的每个1-子图模式g,调用算法1,计算期望支持度如果子图的期望支持度就把它加入到集合M,R中,
然后,对M中的每一个1-子图模式,调用算法2,得到新的子图模式集合N,并使用算法1计算新子图模式的期望支持度F,如果新子图模式的期望支持度F≥minsup,就把它加入到集合R中;
最后,重复上步,直到没有满足条件的子图生成为止;
其中,
算法1:计算期望支持度
输入:子图模式g、不确定图数据集
输出:g在中的期望支持度;
首先,对中的每个不确定图按公式(6)计算g在中出现的概率
然后,按公式(7)计算g在中的期望支持度并输出
算法2:模式增长
输入:k-子图模式,1-子图模式集合M;
输出:(k+1)-子图模式结果集N;
首先,将k-子图模式所在子搜索空间标记为i;
然后,在1-子图模式集合M中找出标号>i的子图,将其添加到k-子图上,得到(k+1)- 子图,如果(k+1)-子图模式连通,则将其加入结果集N;
计算g在中出现的概率公式如下:
公式(6)中,表示不确定图包含一个子图g的概率;表示一个确定图G被不确定图所蕴含的概率;是示性函数,如果反之,若
计算g在中的期望支持度公式如下:
公式(7)中,表示g在不确定图集中的期望支持度;表示子图模式g在不确定图中的概率;n表示不确定图个数。
进一步的,所述步骤S8中,统计指标偏度的计算公式具体表示如下:
公式(8)中,表示的偏度;n+表示正样本的数目;表示子图模式 g在确定图正样本中出现的次数;表示子图模式g在不确定图中的概率;表示子图模式g在不确定图集中概率的平均值;
判别性函数G-test的计算公式具体表示如下:
公式(9)中,n+和n_分别表示正负样本的数目;分别表示子图模式g在确定图正负样本中出现的次数;在不确定图上计算时,需要将公式中的替换成
进一步的,所述步骤S9中,构建分类器的具体步骤包括:采用线性核函数,选择最具有判别性的子图特征出现的概率值作为分类特征,构建分类器;然后采用交叉验证方法进行检验,具体步骤为:从样本集中随机选择90%的样本作为训练集,剩余10%的样本作为测试集,然后进行分类测试并得到分类准确率;将分类测试重复进行100次后,平均所得到的分类准确率,将其作为分类器的分类准确率。
进一步的,所述步骤S10中,量化的公式具体表示如下:
公式(10)中:D表示所选特征在分类器中的重要度;S表示所有特征的集合;|S| 表示S中特征的个数;xi表示所选特征;c表示样本的类别标签;I(xi,c)表示所选特征与样本的类别标签c的互信息;
公式(11)中:R表示所选特征在分类器中的冗余度;S表示所有特征的集合;|S| 表示S中特征的个数;xi表示所选特征;xj表示其它特征;I(xi,xj)表示所选特征与其它特征的互信息。
进一步的,所述步骤10,二次筛选步骤具体包括:分别按照重要度大小和冗余度大小对所选特征进行排名,然后筛选出重要度较大且冗余度较小的特征。
本发明的有益效果:与传统磁共振影像数据分类方法相比,本发明的方法通过采用独立成分分析、时间窗划分方法、皮尔逊相关方法、频繁子图挖掘算法、判别性特征选择方法、支持向量机分类算法、交叉验证方法、互信息分析方法,实现了基于独立成分的高序不确定功能脑网络的描述,由此提高了分类准确率,从而使得应用价值更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的磁共振影像数据分类方法流程图。
图2是本发明与传统磁共振影像数据分类方法的对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法,流程如图1所示,按照以下步骤进行:
步骤S1:对静息态功能磁共振成像数据进行预处理,然后使用独立成分分析方法提取出各独立成分;
步骤S2:筛选出属于默认网络的独立成分,提取时间序列,并进行后处理;
步骤S3:选定长度固定的滑动窗口,按照1s的移动步长,划分默认网络独立成分的时间序列;
步骤S4:计算每个时间窗下默认网络成分的时间序列两两间的皮尔逊相关系数,得到低阶关联矩阵;
步骤S5:提取每个时间窗下低阶关联矩阵中的元素值,生成高阶关联矩阵;
步骤S6:构建高序不确定功能脑网络,节点之间全连接,节点之间边的权值即高阶关联矩阵中的元素;
步骤S7:对构建的全连接加权的脑网络进行频繁子图挖掘,得到加权的频繁子图模式;
步骤S8:计算基于动态规划的判别性函数的相关统计指标;
步骤S9:采用支持向量机分类算法,选择判别性子图特征作为分类依据,构建分类器,然后采用交叉验证方法进行检验;
步骤S10:采用互信息分析方法,量化所选判别性子图特征在分类器中的重要度和冗余度,然后根据量化结果对所选判别子图进行二次筛选,优化特征子集。
进一步的,步骤S1中,对静态功能磁共振成像数据进行预处理,以最大程度地去除采集过程中由于设备、头动、生物噪声等造成的干扰信号,完整地保留影像细节。预处理步骤包括时间层校正,头部校正,空间标准化,平滑。
然后,使用基于负熵最大的独立成分分析方法提取独立成分。其中,负熵的定义为:
Nh(Y)={E[h(Y)]-E[h(YGauss)]}2 (1)
公式(1)中,Y是源信号的随机变量,Nh(Y)为随机变量Y的负熵;YGauss是一与Y 具有相同方差的高斯随机变量;E为均值运算;h为非线性函数,这里取
独立成分分析方法是一种基于定点迭代结构的算法,目的是使Y具有最大的非高斯性,即找到Y负熵的最大近似值,其值可以通过对E{h(Y)}进行优化来获得,而E{h(Y)}的最适条件可通过下式获得:
Y=WTX
E{Xh(WTX)}+βW=0 (2)
公式(2)中,Y是源信号的随机变量;X是观测信号的随机变量;W是解混矩阵, WT是W的转置;E为均值运算;h为非线性函数;β是一个恒定值。
用牛顿迭代方法解此方程后,可以获得近似牛顿迭代公式,简化后就是快速独立成分分析方法的迭代公式:
W+=E{Xh(WTX)}-E{h(WTX)}W (3)
公式(3)中,h'是h的导数;W+是W的新值,W=W+/||W+||。
进一步的,步骤S1中,使用独立成分分析方法提取的独立成分既包括本文感兴趣的默认网络成分,也包括其它不相关成分。因此,步骤S2中,需要使用默认网络模板匹配的方法对这些独立成分进行筛选。接着还需要对每个被试默认网络成分的时间序列进行后处理,包括去线性漂移和低通滤波,以去除线性漂移和高频生理噪声的影响。
进一步的,步骤S4中,计算每个时间窗下默认网络成分的时间序列两两间的皮尔逊相关系数,得到低阶关联矩阵:
公式(4)中,rij表示每个时间窗下关联矩阵中第i行第j列的元素,是默认网络成分成分i与j之间的皮尔逊相关系数;n表示时间点个数;xi(t)表示第i个默认网络成分的时间序列;表示第i个默认网络成分的平均时间序列;xj(t)表示第j个默认网络成分的时间序列;表示第j个默认网络成分的平均时间序列。
进一步的,步骤S6中,在高阶关联矩阵上,将其边的权值按照如下公式进行处理,得到的即为高序不确定功能脑网络:
公式(5)中,bij表示高序不确定功能脑网络模型中第i行第j列的元素;rij表示高阶关联矩阵中第i行第j列的元素。
进一步的,步骤S7中,对构建的全连接加权的脑网络进行频繁子图挖掘,其基本的算法如下:
不确定图的频繁子图挖掘算法:
输入:不确定图数据集和阈值minsup,
输出:中的全部频繁子图模式集R,
首先,初始化结果集R为空,遍历得到中所有的1-子图模式g,新建空集M,
接着,对中的每个1-子图模式g,调用算法1,计算期望支持度如果子图的期望支持度就把它加入到集合M,R中,
然后,对M中的每一个1-子图模式,调用算法2,得到新的子图模式集合N,并使用算法1计算新子图模式的期望支持度F,如果新子图模式的期望支持度F≥minsup,就把它加入到集合R中;
最后,重复上步,直到没有满足条件的子图生成为止。
其中,
算法1:计算期望支持度
输入:子图模式g、不确定图数据集
输出:g在中的期望支持度;
首先,对中的每个不确定图按公式(6)计算g在中出现的概率
然后,按公式(7)计算g在中的期望支持度并输出
算法2:模式增长
输入:k-子图模式,1-子图模式集合M;
输出:(k+1)-子图模式结果集N;
首先,将k-子图模式所在子搜索空间标记为i;
然后,在1-子图模式集合M中找出标号>i的子图,将其添加到k-子图上,得到(k+1)- 子图,如果(k+1)-子图模式连通,则将其加入结果集N;
计算g在中出现的概率公式如下:
公式(6)中,表示不确定图包含一个子图g的概率;表示一个确定图G被不确定图所蕴含的概率;是示性函数,如果反之,若
计算g在中的期望支持度公式如下:
公式(7)中,表示g在不确定图集中的期望支持度;表示子图模式g在不确定图中的概率;n表示不确定图个数。
进一步的,步骤S8中,计算基于动态规划的判别性函数的相关统计指标。
统计指标偏度的计算公式具体表示如下:
公式(8)中,表示的偏度;n+表示正样本的数目;表示子图模式 g在确定图正样本中出现的次数;表示子图模式g在不确定图中的概率;表示子图模式g在不确定图集中概率的平均值。
判别性函数G-test的计算公式具体表示如下:
公式(9)中,n+和n-分别表示正负样本的数目;分别表示子图模式g在确定图正负样本中出现的次数;在不确定图上计算时,需要将公式中的替换成
进一步的,步骤S9中,构建分类器的具体步骤包括:采用线性核函数,选择最具有判别性的子图特征出现的概率值作为分类特征,构建分类器。
采用交叉验证方法进行检验,具体步骤为:从样本集中随机选择90%的样本作为训练集,剩余10%的样本作为测试集,然后进行分类测试并得到分类准确率;将分类测试重复进行100次后,平均所得到的分类准确率,将其作为分类器的分类准确率。
进一步的,步骤S10中,量化公式具体表示如下:
公式(10)中:D表示所选特征在分类器中的重要度;S表示所有特征的集合;|S| 表示S中特征的个数;xi表示所选特征;c表示样本的类别标签;I(xi,c)表示所选特征与样本的类别标签c的互信息。
公式(11)中:R表示所选特征在分类器中的冗余度;S表示所有特征的集合;|S| 表示S中特征的个数;xi表示所选特征;xj表示其它特征;I(xi,xj)表示所选特征与其它特征的互信息。
二次筛选步骤具体包括:分别按照重要度大小和冗余度大小对所选特征进行排名,然后筛选出重要度较大且冗余度较小的特征。
本发明在脑网络分析中,先使用独立成分分析提取默认网络独立成分,接着在独立成分的时间序列上利用时间窗滑动的方法构建高阶功能连接网络,然后使用基于加权图的频繁子图挖掘和特征选择方法,最后以判别性子图作为特征进行分类识别。如图2所示,本发明的分类准确率明显高于传统磁共振影像数据分类方法的分类准确率,从而使得应用价值更高。本发明克服了现有的磁共振影像数据分类方法的不足之处,适用于磁共振影像数据的分类。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于系统实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法,其特征在于,按照以下步骤进行:
步骤S1:对静息态功能磁共振成像数据进行预处理,然后使用独立成分分析方法提取出各独立成分;
步骤S2:筛选出属于默认网络的独立成分,提取时间序列,并进行后处理;
步骤S3:选定长度固定的滑动窗口,按照1s的移动步长,划分默认网络独立成分的时间序列;
步骤S4:计算每个时间窗下默认网络成分的时间序列两两间的皮尔逊相关系数,得到低阶关联矩阵;
步骤S5:提取每个时间窗下低阶关联矩阵中的元素值,生成高阶关联矩阵;
步骤S6:构建高序不确定功能脑网络,节点之间全连接,节点之间边的权值即高阶关联矩阵中的元素;
步骤S7:对构建的全连接加权的脑网络进行频繁子图挖掘,得到加权的频繁子图模式;
步骤S8:计算基于动态规划的判别性函数的相关统计指标;
步骤S9:采用支持向量机分类算法,选择判别性子图特征作为分类依据,构建分类器,然后采用交叉验证方法进行检验;
步骤S10:采用互信息分析方法,量化所选判别性子图特征在分类器中的重要度和冗余度,然后根据量化结果对所选判别子图进行二次筛选,优化特征子集。
2.根据权利要求1所述的基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法,其特征在于,所述步骤S1中,预处理步骤包括时间层校正,头部校正,空间标准化,平滑;然后,使用基于负熵最大的独立成分分析方法提取独立成分;其中,负熵的定义为:
Nh(Y)={E[h(Y)]-E[h(YGauss)]}2; (1)
公式(1)中,Y是源信号的随机变量,Nh(Y)为随机变量Y的负熵;YGauss是一与Y具有相同方差的高斯随机变量;E为均值运算;h为非线性函数,这里
为使Y具有最大的非高斯性,即找到Y负熵的最大近似值,可通过对E{h(Y)}进行优化来获得,而E{h(Y)}的最适条件可通过下式获得:
公式(2)中,Y是源信号的随机变量;X是观测信号的随机变量;W是解混矩阵,WT是W的转置;E为均值运算;h为非线性函数;β是一个恒定值;
用牛顿迭代方法解此方程后,可以获得近似牛顿迭代公式,简化后就是独立成分分析方法的迭代公式:
W+=E{Xh(WTX)}-E{h′(WTX)}W; (3)
公式(3)中,h′是h的导数;W+是W的新值,W=W+/||W+||。
3.根据权利要求1所述的基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法,其特征在于:所述步骤S2中,需要使用默认网络模板匹配的方法对独立成分进行筛选,接着对每个被试默认网络成分的时间序列进行后处理,包括去线性漂移和低通滤波,以去除线性漂移和高频生理噪声的影响。
4.根据权利要求1所述的基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法,其特征在于:所述步骤S4中,计算每个时间窗下默认网络成分的时间序列两两间的皮尔逊相关系数,得到低阶关联矩阵的具体公式是:
公式(4)中,rij表示每个时间窗下关联矩阵中第i行第j列的元素,是默认网络成分成分i与j之间的皮尔逊相关系数;n表示时间点个数;xi(t)表示第i个默认网络成分的时间序列;表示第i个默认网络成分的平均时间序列。
5.根据权利要求1所述的基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法,其特征在于:所述步骤S6中,在高阶关联矩阵上,将其边的权值按照如下公式进行处理,得到的即为高序不确定功能脑网络:
公式(5)中,bij表示高序不确定功能脑网络模型中第i行第j列的元素;rij表示高阶关联矩阵中第i行第j列的元素。
6.根据权利要求1所述的基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法,其特征在于:所述步骤S7中,对构建的全连接加权的脑网络进行频繁子图挖掘,方法如下:
不确定图的频繁子图挖掘算法:
输入:不确定图数据集和阈值minsup,
输出:中的全部频繁子图模式集R,
首先,初始化结果集R为空,遍历得到中所有的1-子图模式g,新建空集M,
接着,对中的每个1-子图模式g,调用算法1,计算期望支持度如果子图的期望支持度就把它加入到集合M,R中,
然后,对M中的每一个1-子图模式,调用算法2,得到新的子图模式集合N,并使用算法1计算新子图模式的期望支持度F,如果新子图模式的期望支持度F≥minsup,就把它加入到集合R中;
最后,重复上步,直到没有满足条件的子图生成为止;
其中,
算法1:计算期望支持度
输入:子图模式g、不确定图数据集
输出:g在中的期望支持度;
首先,对中的每个不确定图按公式(6)计算g在中出现的概率
然后,按公式(7)计算g在中的期望支持度并输出
算法2:模式增长
输入:k-子图模式,1-子图模式集合M;
输出:(k+1)-子图模式结果集N;
首先,将k-子图模式所在子搜索空间标记为i;
然后,在1-子图模式集合M中找出标号>i的子图,将其添加到k-子图上,得到(k+1)- 子图,如果(k+1)-子图模式连通,则将其加入结果集N;
计算g在中出现的概率公式如下:
公式(6)中,表示不确定图包含一个子图g的概率;表示一个确定图G被不确定图所蕴含的概率;是示性函数,如果反之,若
计算g在中的期望支持度公式如下:
公式(7)中,表示g在不确定图集中的期望支持度;表示子图模式g在不确定图中的概率;n表示不确定图个数。
7.根据权利要求1所述的基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法,其特征在于:所述步骤S8中,统计指标偏度的计算公式具体表示如下:
公式(8)中,表示的偏度;n+表示正样本的数目;表示子图模式g在确定图正样本中出现的次数;表示子图模式g在不确定图中的概率;表示子图模式g在不确定图集中概率的平均值;
判别性函数G-test的计算公式具体表示如下:
公式(9)中,n+和n_分别表示正负样本的数目;分别表示子图模式g在确定图正负样本中出现的次数;在不确定图上计算时,需要将公式中的替换成
8.根据权利要求1所述的基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法,其特征在于:所述步骤S9中,构建分类器的具体步骤包括:采用线性核函数,选择最具有判别性的子图特征出现的概率值作为分类特征,构建分类器;然后采用交叉验证方法进行检验,具体步骤为:从样本集中随机选择90%的样本作为训练集,剩余10%的样本作为测试集,然后进行分类测试并得到分类准确率;将分类测试重复进行100次后,平均所得到的分类准确率,将其作为分类器的分类准确率。
9.根据权利要求1所述的基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法,其特征在于:所述步骤S10中,量化的公式具体表示如下:
公式(10)中:D表示所选特征在分类器中的重要度;S表示所有特征的集合;|S|表示S中特征的个数;xi表示所选特征;c表示样本的类别标签;I(xi,c)表示所选特征与样本的类别标签c的互信息;
公式(11)中:R表示所选特征在分类器中的冗余度;S表示所有特征的集合;|S|表示S中特征的个数;xi表示所选特征;xj表示其它特征;I(xi,xj)表示所选特征与其它特征的互信息。
10.根据权利要求1所述的基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法,其特征在于:所述步骤10,二次筛选步骤具体包括:分别按照重要度大小和冗余度大小对所选特征进行排名,然后筛选出重要度较大且冗余度较小的特征。
CN201810357927.9A 2018-04-20 2018-04-20 基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法 Active CN108846407B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810357927.9A CN108846407B (zh) 2018-04-20 2018-04-20 基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810357927.9A CN108846407B (zh) 2018-04-20 2018-04-20 基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108846407A true CN108846407A (zh) 2018-11-20
CN108846407B CN108846407B (zh) 2022-02-08

Family

ID=64212258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810357927.9A Active CN108846407B (zh) 2018-04-20 2018-04-20 基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108846407B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111693311A (zh) * 2020-05-30 2020-09-22 杭州哲达科技股份有限公司 基于独立分量分析与相关性准则的旋转机械故障诊断方法
CN112741613A (zh) * 2021-01-13 2021-05-04 武汉大学 一种静息态人脑默认网络功能与结构耦合分析方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103440513A (zh) * 2013-09-17 2013-12-11 西安电子科技大学 基于稀疏非负张量分解的大脑特定视觉认知状态判定方法
CN103646183A (zh) * 2013-12-24 2014-03-19 张擎 一种基于人工神经网络和多模态mri的阿尔茨海默病智能判别分析方法
CN104459809A (zh) * 2014-10-30 2015-03-25 吉林大学 一种基于独立成分分析的全波核磁共振信号噪声滤除方法
CN104715261A (zh) * 2015-03-23 2015-06-17 南京工业大学 fMRI动态脑功能子网络构建及并联SVM加权识别方法
CN104850646A (zh) * 2015-05-28 2015-08-19 中国人民解放军国防科学技术大学 一种针对单个不确定图的频繁子图挖掘方法
CN106650818A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 太原理工大学 基于高阶超网络的静息态功能磁共振影像数据分类方法
CN107133651A (zh) * 2017-05-12 2017-09-05 太原理工大学 基于超网络判别子图的功能磁共振影像数据分类方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103440513A (zh) * 2013-09-17 2013-12-11 西安电子科技大学 基于稀疏非负张量分解的大脑特定视觉认知状态判定方法
CN103646183A (zh) * 2013-12-24 2014-03-19 张擎 一种基于人工神经网络和多模态mri的阿尔茨海默病智能判别分析方法
CN104459809A (zh) * 2014-10-30 2015-03-25 吉林大学 一种基于独立成分分析的全波核磁共振信号噪声滤除方法
CN104715261A (zh) * 2015-03-23 2015-06-17 南京工业大学 fMRI动态脑功能子网络构建及并联SVM加权识别方法
CN104850646A (zh) * 2015-05-28 2015-08-19 中国人民解放军国防科学技术大学 一种针对单个不确定图的频繁子图挖掘方法
CN106650818A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 太原理工大学 基于高阶超网络的静息态功能磁共振影像数据分类方法
CN107133651A (zh) * 2017-05-12 2017-09-05 太原理工大学 基于超网络判别子图的功能磁共振影像数据分类方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BIN WANG等: "Decreased Complexity in Alzheimer"s Disease: Resting-State fMRI Evidence of Brain Entropy Mapping", 《FRONT AGING NEUROSCI》 *
JIANWEN XIE等: "Decoding the Encoding of Functional Brain Networks: an fMRI Classification Comparison of Non-negative Matrix Factorization(NMF) Independent Component Analysis (ICA), and Sparse Coding Algorithms", 《ARXIV:1607.00435V1》 *
XIFENG YAN等: "gSpan: Graph-Based Substructure Pattern Mining", 《2002 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON DATA MINING, 2002. PROCEEDINGS》 *
董云云: "任务态和静息态fMRI数据独立成分分析方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库_医药卫生科技辑》 *
郭浩: "抑郁症静息态功能脑网络异常拓扑属性分析及分类研究", 《中国博士学位论文全文数据库_医药卫生科技辑》 *
陈俊杰等: "脑网络组学构建分析及应用研究", 《太原理工大学学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111693311A (zh) * 2020-05-30 2020-09-22 杭州哲达科技股份有限公司 基于独立分量分析与相关性准则的旋转机械故障诊断方法
CN111693311B (zh) * 2020-05-30 2022-05-10 杭州哲达科技股份有限公司 基于独立分量分析与相关性准则的旋转机械故障诊断方法
CN112741613A (zh) * 2021-01-13 2021-05-04 武汉大学 一种静息态人脑默认网络功能与结构耦合分析方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108846407B (zh) 2022-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110069958B (zh) 一种密集深度卷积神经网络的脑电信号快速识别方法
CN106796716B (zh) 用于为低分辨率图像提供超分辨率的设备和方法
CN108846426A (zh) 基于深度双向lstm孪生网络的极化sar分类方法
CN103886342B (zh) 基于光谱和邻域信息字典学习的高光谱图像分类方法
CN107133651A (zh) 基于超网络判别子图的功能磁共振影像数据分类方法
CN104239902B (zh) 基于非局部相似性和稀疏编码的高光谱图像分类方法
CN108198147A (zh) 一种基于判别字典学习的多源图像融合去噪的方法
CN104732240B (zh) 一种应用神经网络敏感性分析的高光谱影像波段选择方法
Ahishali et al. Advance warning methodologies for covid-19 using chest x-ray images
CN109766465A (zh) 一种基于机器学习的图文融合图书推荐方法
CN107016233A (zh) 运动行为和认知能力的关联分析方法及系统
CN109711401A (zh) 一种基于Faster Rcnn的自然场景图像中的文本检测方法
CN112418337B (zh) 基于脑功能超网络模型的多特征融合数据分类方法
CN106650818A (zh) 基于高阶超网络的静息态功能磁共振影像数据分类方法
CN105989336A (zh) 基于带权重的解卷积深度网络学习的场景识别方法
CN109344845A (zh) 一种基于Triplet深度神经网络结构的特征匹配方法
Han et al. LWCDNet: A lightweight fully convolution network for change detection in optical remote sensing imagery
CN110490894A (zh) 基于改进的低秩稀疏分解的视频前背景分离方法
CN108846407A (zh) 基于独立成分高序不确定脑网络的磁共振影像分类方法
Álvares et al. Exploring gravitational-wave detection and parameter inference using deep learning methods
CN112200123A (zh) 联合稠密连接网络和样本分布的高光谱开放集分类方法
CN108154511A (zh) 基于子模字典学习的sar图像分割方法
Guo et al. Dual-concentrated network with morphological features for tree species classification using hyperspectral image
Kamaruzaman et al. Systematic literature review: application of deep learning processing technique for fig fruit detection and counting
CN109271874A (zh) 一种融合空间和光谱信息的高光谱图像特征提取方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant