CN115064262A - 一种基于长短时记忆的阿尔兹海默症病程预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于长短时记忆的阿尔兹海默症病程预测方法,包括:对脑部影像数据进行脑区形态特征提取,得到特征预处理数据,然后将所述特征预处理数据进行时序预处理,得到时序预处理数据;将所述时序预处理数据按照病例进行分组,每一个分组包括同一个病例的多次检查的预处理数据并按时间顺序排序,得到时间序列特征数据;根据深度神经网络的方法通过所述时间序列特征数据中第N次和第N+1次的检查影像对第N+2次影像的状态预测。阿尔兹海默症发展的病程较长,随着时间的推移慢慢出现症状,疾病预测有利于早期的介入治疗,延缓疾病发展过程。本发明提供的方法解决了阿尔兹海默症病程的状态预测问题,为医生的影像诊断提供有效的预测诊断辅助。

Description

一种基于长短时记忆的阿尔兹海默症病程预测方法
技术领域
本发明涉及与阿尔兹海默症病程预测相关的人工智能模型技术领域,特别涉及一种基于长短时记忆的阿尔兹海默症病程预测方法。
背景技术
阿尔兹海默症是一种起病隐匿的进行性发展的神经系统退行性疾病。
现有的阿尔兹海默症病程预测相关的人工智能模型通过病人在发展的过程中保留的影像检测结果,对正常人与阿尔兹海默症患者的脑部影像的差异建立分类模型,通过将疾病状态分为可以转换及不能转换的状态区分,与正常人比较特定的脑区域是否出现萎缩现象,实现阿尔兹海默症患者未来疾病发展判断。
然而,现有方法无法判断未来某个时间段阿尔兹海默症病人的病程。
发明内容
本发明要解决的技术问题,在于提供一种基于长短时记忆的阿尔兹海默症病程预测方法,解决了阿尔兹海默症病程的状态预测问题。
为了解决上述技术问题,本发明实施例是这样实现的:
本发明提供了一种基于长短时记忆的阿尔兹海默症病程预测方法,包括:
步骤10、对脑部影像数据进行脑区形态特征提取,得到特征预处理数据,然后将所述特征预处理数据进行时序预处理,得到时序预处理数据;
步骤20、将所述时序预处理数据按照病例进行分组,每一个分组包括同一个病例的多次检查的预处理数据并按时间顺序排序,得到时间序列特征数据;
步骤30、根据深度神经网络的方法通过所述时间序列特征数据中第N次和第N+1次的检查影像对第N+2次影像的状态预测,其中,N为大于等于1的自然数。
进一步地,所述步骤10中,脑区形态特征提取包括头骨、配准、分割、标准化、平滑以及脑区特征提取;时序预处理包括脑区形态特征提取、类别重标记、特征数据插值、数据归一化及数据序列化。
进一步地,所述步骤20具体包括:
步骤21、将所述时序预处理数据按照病例进行分组,每一个分组包括同一个病例的多次检查的预处理数据;
步骤22、根据预测时间步长将每一个病例的多次检查的预处理数据分组,得到步长一致的时间序列分组数据。
进一步地,所述步骤30具体包括:
步骤31、根据前置全连接层算法与长短时记忆网络模型算法对第N次和第N+1次的时间序列分组数据进行时间特征选择,得到选择结果,即最相关特征;
步骤32、通过训练后置全连接层算法选择最好的特征组合的方法对时间序列特征数据进行预测,得到预测结果,即N+2影像的状态预测。
本发明实施例中提供的技术方案具有如下技术效果或优点:
通过对脑部影像数据进行数据预处理,能有效地标准化脑部影像数据;通过将预处理数据按病例分组,对第N次和N+1次的检查影像的方法以及时间序列处理时间序列数据,提高了时间序列数据的准确性;通过对深度神经网络的方法对时间序列特征数据进行预测,能够更好的提取疾病发展过程中与时间相关的特征,从而有效地预测阿尔兹海默症病程发展状态,与病理学解剖得到的脑萎缩的结论一致;能够作为辅助阿尔兹海默症疾病预测的重要指标,提高医生对病情的把控从而及早地制定诊断方案。与此同时,本发明能够保证稳定的性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例方法的流程图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种基于长短时记忆的阿尔兹海默症病程预测方法,解决阿尔兹海默症病程的状态预测问题。
本申请实施例中的技术方案,总体思路如下:
本发明的方法采用时间序列预测的方式,能够实现基于时间节点的阿尔兹海默症病程预测,采用长短时记忆阿尔兹海默症预测模型采用病例在不同时间的多次检查的影像数据,并基于该数据集利用长短时记忆神经网络模型的预测特性,尝试对时间序列的影像提取变化特征,为医生的影像诊断提供有效的预测帮助;阿尔兹海默症的早期预测能够减缓疾病的发展的进程,从而提高病人的存活率以及降低医疗成本。
实施例
本实施例提供一种基于长短时记忆的阿尔兹海默症病程预测方法,如图1所示,可以包括如下步骤:
步骤10、对脑部影像数据进行脑区形态特征提取,得到特征预处理数据,然后将所述特征预处理数据进行时序预处理,得到时序预处理数据。
脑区形态特征提取包括头骨、配准、分割、标准化、平滑以及脑区特征提取;首先将所有头骨从图像中剥离出来,然后将图像相互配准,对大脑的主要结构进行分割。然后,将所有图像归一化并平滑为标准大小,接着从阿尔兹海默症图像中抽取感兴趣区域的体积、皮层厚度和表面积特征,包括皮质厚度标准差、皮质厚度平均值、白质体积、皮层表面积以及皮层体积。
时序预处理包括脑区形态特征提取、类别重标记、特征数据插值、数据归一化及数据序列化。其中,类别重标记是将N类数据重新标记为M类数据;特征数据插值是通过插值的方式补充缺失数据;数据归一化则是将数据映射到[0,1]区间;数据序列化是将数据依据时间顺序排列。
对现有的类标进行重标记预处理,将病例检查结果重新标记为下一次检查的结果,并通过特征数据插值的方法补齐数据,而且需要将所有特征数据归一化。
通过对收集同一类型下的时间序列数据来对数据进行预处理,能有效地标准化脑部影像数据,形成医学形态特征序列。本实施例方法基于以上医学形态特征,分别分析各医学形态特征对阿尔兹海默症发展进程的标识能力。并通过时间序列数据处理,能够得到对模型更有效的时间序列数据,并且解决了数据取值范围不一致、特征数据缺失、存在状态转换类别等问题,提高了数据分布的均衡性,并提升了算法的性能。
步骤20、将所述时序预处理数据按照病例进行分组,每一个分组包括同一个病例的多次检查的预处理数据并按时间顺序排序,得到时间序列特征数据。
具体地,可以包括如下步骤:
步骤21、将所述时序预处理数据按照病例进行分组,每一个分组包括同一个病例的多次检查的预处理数据。
将病例通过病例序号分组,即将同一个病例的数据分成一组,并按照检查的时间顺序排列,以方便下一步的数据处理。以两次检查为例,由于两次检查的样本较多,时序数据预处理成两个步长的分组,即同一个病例的每两个相邻检查的医学形态特征预处理为一个小分组;
步骤22、根据预测时间步长将每一个病例的多次检查的预处理数据分组,得到步长一致的时间序列分组数据。
依据检查的时间先后顺序排序,时序数据预处理成两个步长的分组,即同一个病例的每两个相邻检查的医学形态特征预处理为一个小分组,得到分组数据;进一步的,设置记录步长,以两个步长为例(每一步长之间的检查的时间间隔为六个月)。当某个病例的检查数据较多超过步长两步的时候,将该病例的历次检查数据排序后,按照每两条一组的方式重新分组。得到得到病理分组数据。
将病例通过病例序号分组,即将同一个病例的数据分成一组,并按照检查的时间顺序排列分组,以方便下一步的数据处理。
步骤30、根据深度神经网络的方法通过所述时间序列特征数据中第N次和第N+1次的检查影像对第N+2次影像的状态预测,其中,N为大于等于1的自然数。
具体地,可以包括如下步骤:
步骤31、根据前置全连接层算法与长短时记忆网络模型算法对第N次和第N+1次的时间序列分组数据进行时间特征选择,得到选择结果,即最相关特征。前置全连接层包含全连接层和线性整流函数,通过前置全连接层将数据送入时间序列模型与疾病发展时间最相关的特征。
步骤32、通过训练后置全连接层算法选择最好的特征组合的方法对时间序列特征数据进行预测,得到预测结果,即N+2影像的状态预测。后置全连接层包含全连接层层和逻辑回归激活层,通过后置全连接层选择最好的特征组合实现阿尔兹海默症的预测。
通过对脑部影像数据进行数据预处理,能有效地标准化脑部影像数据;通过将预处理数据按病例分组,对第N次和N+1次的检查影像的方法以及时间序列处理时间序列数据,提高了时间序列数据的准确性;通过对深度神经网络的方法对时间序列特征数据进行预测,能有效地预测阿尔兹海默症病程发展状态;辅助医生对病情的把控从而及早地制定诊断方案。本发明专利主要设计了长短时记忆阿尔兹海默症预测模型的方法,提取医学意义上与疾病发展相关的医学形态特征,解决了阿尔兹海默症病程的状态预测问题,为医生的影像诊断提供有效的预测诊断辅助。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解,我们所描述的具体的实施例只是说明性的,而不是用于对本发明的范围的限定,熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化,都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (4)

1.一种基于长短时记忆的阿尔兹海默症病程预测方法,其特征在于,包括:
步骤10、对脑部影像数据进行脑区形态特征提取,得到特征预处理数据,然后将所述特征预处理数据进行时序预处理,得到时序预处理数据;
步骤20、将所述时序预处理数据按照病例进行分组,每一个分组包括同一个病例的多次检查的预处理数据并按时间顺序排序,然后在每一个分组内根据预测时间步长再次分组,得到时间序列特征数据;
步骤30、根据深度神经网络的方法通过所述时间序列特征数据中第N次和第N+1次的检查影像对第N+2次影像的状态预测,其中,N为大于等于1的自然数。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤10中,脑区形态特征提取包括头骨、配准、分割、标准化、平滑以及脑区特征提取;时序预处理包括脑区形态特征提取、类别重标记、特征数据插值、数据归一化及数据序列化。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤20具体包括:
步骤21、将所述时序预处理数据按照病例进行分组,每一个分组包括同一个病例的多次检查的预处理数据;
步骤22、根据预测时间步长将每一个病例的多次检查的预处理数据分组,得到步长一致的时间序列分组数据。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤30具体包括:
步骤31、根据前置全连接层算法与长短时记忆网络模型算法对第N次和第N+1次的时间序列分组数据进行时间特征选择,得到选择结果,即最相关特征;
步骤32、通过训练后置全连接层算法选择最好的特征组合的方法对时间序列特征数据进行预测,得到预测结果,即N+2影像的状态预测。
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