基于图卷积神经网络的脑胶质瘤分级方法研究

来源 :郑州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:frgverger343
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
脑胶质瘤是最常见的中枢神经系统肿瘤,具有较高的发病率和死亡率。脑胶质瘤通常被分为低级别脑胶质瘤和高级别脑胶质瘤,不同级别的脑胶质瘤患者的治疗方案和预后不同。在脑胶质瘤患者开展治疗之前进行精准分级有助于临床中的治疗决策和预后评估。磁共振(Magnetic resonance,MR)成像是脑胶质瘤最常用的影像检查方式,能够产生多参数的影像数据,影像科医生通常会对不同参数的MR影像进行综合分析后再做出相应的诊断。基于卷积神经网络的预测模型通过挖掘MR影像中的深层次特征,辅助影像科医生更准、更快地对脑胶质瘤进行分级。然而卷积神经网络对多参数MR影像间的互补信息利用尚不充分,对数据间的感知能力有限,无法充分发挥多参数MR影像的辅助诊断价值。针对以上问题,本文基于图卷积神经网络对脑胶质瘤多参数MR影像辅助分级开展以下研究工作:(1)针对二维卷积神经网络中无法同时融合MR影像中切片上下文信息和不同参数MR影像间互补信息的问题,本文提出了一种基于图卷积神经网络的多参数 MRI 信息融合(Multiparameter-MRI information fusion based on graph convolutional neural network,MMIF-GCN)模型。该模型根据多参数MR影像的特点将信息设计成图,图中的节点信息定义为卷积神经网络从不同参数同一位置的影像切片中提取的特征,边反映了切片之间是否位置临近。通过图卷积操作进行相邻节点之间的信息交互和融合。使用常见的卷积神经网络作为特征提取模型,在公开数据集BraTS2020和内部数据集GliommaHPPH2018上分别进行多参数MR影像分析。实验结果表明,MMIF-GCN模型能够有效融合影像中切片上下文信息和多参数MR影像间的互补信息,提升模型的分类性能。(2)针对三维卷积神经网络中忽略了相似患者多参数MR影像间存在潜在关系信息的问题,本文提出了一种基于图卷积神经网络的多参数MRI相似感知(Multiparameter-MRI similarity-aware based on graph convolutional neural network,MMSA-GCN)模型。该模型将图中的节点信息定义为从每位患者每个参数MR影像中提取的特征。设计了三个包含疾病状态信息的感受野用于考虑数据中患者的疾病状态信息,利用余弦相似性和疾病状态信息计算节点间信息的相似度。根据节点间信息的相似度和多参数MR影像间的联系构建边。通过图卷积操作进行节点间的相似感知和多参数MR影像间的信息融合。在公开数据集BraTS2020和内部数据集GliomaHPPH2018上进行实验,MMSA-GCN模型中受试者工作特性曲线下面积分别为0.970和0.988,准确率分别为94.7%和93.6%。实验结果表明,MMSA-GCN模型可以准确捕获影像间的相似性信息和多参数MR影像间的互补信息,优于传统的多参数融合方法。
其他文献
光催化技术是一项具有很大潜力能够达成“碳达峰”与“碳中和”目标的新技术,其核心是开发高效的光催化剂材料。TiO2作为一种廉价、稳定的半导体纳米材料,对于设计高效的光催化体系具有现实意义。然而,TiO2还是具有超高的载流子复合效率、极低的太阳光利用率、传统的改性策略效果有限以及机制单一等问题,极大地阻碍了其进一步发展。经研究证明,构建一种多效应协同催化且具有高本征活性的复杂TiO2结构是一种有效的策
学位
随着社会的进步,人类对能源的需求愈加迫切,现在的储能系统已经逐渐不能满足日常生活中电子器件的使用。锂硫电池(LSBs)因其较高的理论能量密度(2600 Wh kg-1),丰富的资源储量,较低的成本效益和环境友好性而被认为是替代锂离子电池的下一代储能装置。然而,锂硫电池的商业化进程也面临了许多挑战,诸如正极硫在反应前后的剧烈体积变化,以及反应物和生成物的绝缘性,可溶性多硫化物引起的穿梭效应等。因此,
学位
神经退行性疾病在老年人群中发病率较高,会导致认知和运动功能的严重损伤,对身体和心理健康造成负面影响。尽管人们对此已进行了大量研究,但目前仍无治愈方法。目前,世界人口老龄化形势严峻,这也给有效应对神经退行性疾病带来巨大的挑战。预计到2040年,神经退行性病变将会是导致人类死亡的主要疾病因素。谷氨酸是一种内源性的神经系统兴奋性氨基酸,由于其浓度异常积累造成的细胞氧化毒性和兴奋性毒性被认为与多种神经退行
学位
异噁唑是一类重要的杂环芳香化合物,具有良好的生物活性和药理活性。是多种天然产物和药用化合物中的重要组成部分,广泛地应用于药物化学等各个领域,比如在镇痛消炎、抗菌、抗病毒、抗癌、治疗阿尔兹海默症、治疗糖尿病等方面都起着重要的作用。最近的研究表明在异噁唑环上引入不同的取代基可以有效的提高异噁唑的生物活性,这对于寻找新的、有效的治疗性药物是十分有意义的。目前有很多合成异噁唑的方法被报道,但是这些合成方法
学位
酰基基团的迁移是生物体内能量传递与物质合成的重要过程,也是化学合成中的一种非常重要的反应。比如生物体内能量的传递需要依靠ATP磷酰基的转移来完成。生物体内存在各种酰基转移酶来完成生物体内各种酰化反应,从而维持正常的生命运动。在化学合成中,化学家通过酰基化与脱酰基化对官能团进行保护。本文介绍了一种双核锌协同催化的不对称酰基迁移反应,通过该反应可以高效的完成1-茚酮2位的官能团化反应,产物具有两个连续
学位
苯并氧杂磷杂环戊烯类化合物是有机磷化学研究中一类重要的含磷杂环化合物,由于其空间立体和电子结构易调控等特点,该类化合物可以作为配体参与过渡金属催化的反应,并在反应中发挥了重要的作用,因此探索高效简便合成该类化合物的方法一直是研究的重点之一。本文介绍了一种合成苯并氧杂磷杂环戊烯类化合物的新方法:在对甲苯磺酸的作用下,以易得的邻羟基苯基膦和具有不同取代基的芳香醛为底物一锅法合成苯并氧杂磷杂环戊烯。该反
学位
酮类化合物是有机化学中最基础的几类化合物之一,在有机合成中有重要地位。酮羰基作为酮类化合物的官能团不仅广泛存在于天然产物和药物中,更是许多化学反应的原料和底物,如亲核加成、还原和氧化过程等,从而获得有价值的衍生物。因此,酮类化合物的合成具有十分重要的意义。碳-碳键的构建是有机合成化学的核心。通过碳碳键的构建合成酮类化合物在有机化学中一直都是热点所在。传统的通过金属有机试剂构建碳-碳键的方法,是通过
学位
随着ERP系统不断发展,机械加工企业使用ERP系统能够实现企业的自动化、数字化办公,从而向智能化转型。现有ERP系统存在成本高、配置复杂、不适合多数机械加工企业特定的生产要求和发展模式等问题。为了更好满足企业自身的个性化需求,符合企业的实际生产管理方式,本文从权限管理、库存管理、审核管理三个方面进行研究,并开发一套适合机械加工企业使用的ERP系统,从而优化企业管理流程、提高管理效率。本文以某机械加
学位
金属卤化物钙钛矿材料是一种性能优异的光电功能材料,其载流子迁移率高,带隙可调,在高性能光电器件领域有着重要的应用前景。自钙钛矿太阳能电池首次报道以来,基于钙钛矿的各种光电器件都得到了飞速的发展。然而,受限于钙钛矿界面结晶的有效调控,制备高质量的钙钛矿薄膜和稳定的钙钛矿光电器件依然面临着挑战。本论文针对目前钙钛矿光电转换器件中晶体薄膜质量低和稳定性不足两大问题开展研究,聚焦钙钛矿界面结晶调控,通过界
学位
近年来,我国高校在校人数显著增加,学术交流及大型活动频繁,这使得校园安全事件发生的概率有所增加,在校师生的工作学习存在安全隐患。利用人群疏散仿真模型模拟行人个体在应急疏散中的运动过程,可以为真实场景中的人群疏散提供应急预案,以便更好的应对和处理紧急突发事件的发生,进一步为校园安全提供依据和保障。本文主要工作如下:(1)针对突发事件发生时,场景中行人个体情绪变化对其下一步运动决策的影响,本文提出一种
学位