[发明专利]一种检测APOE e4基因型对默认模式网络影响的持久同调方法

说明书

本发明属于计算机视觉技术领域，公开了一种检测APOE e4基因型对默认模式网络影响的持久同调方法，解决了现有的默认模式网络研究中APOE e4基因型的动力学研究的不足。首先，构建原始加权网络以及多尺度网络，多尺度脑网络包括左脑和右脑以及全脑，并对这些网络进行图论指标分析；其次，采用基于持久同调指标的分析方法对脑网络进行分析，并与图论指标进行对比；最后对默认模式网络的左右脑进行差异性分析。结果表明，持久同调指标更具有鲁棒性和稳定性，适用于任何老年人未患病时的早期诊断与预防，可应用于医学，生物学，基因学等领域的研究。

技术领域

本发明属于计算机视觉技术领域，具体为一种检测APOE e4基因型对默认模式网络影响的持久同调方法。

背景技术

视觉是人类感知和认识世界的重要手段。计算机视觉技术通过模拟人类的视觉让计算机对图像进行获取、处理、分析和识别以实现对现实世界的认识。默认模式网络(DMN)是阿尔茨海默病等神经退行性疾病的主要变异子网络。最近的研究表明默认模式网络与进行性脑功能障碍有关，并且容易受到APOE e4基因型的影响。

APOE e4基因型是淀粉样蛋白β积累的主要遗传因素，淀粉样蛋白β的积累会导致神经元萎缩以及突触之间神经连接的永久性丢失，因此APOE e4基因型的研究对于阿尔茨海默病(AD)等神经退行性疾病的早期标志物检测具有一定的研究价值。

目前，图论逐渐成为研究脑网络拓扑特征的主要框架，其核心思想是在区域连接水平和全脑连接水平上，利用脑区节点之间的功能连接(FC)作为重要的生物标志物可以识别与阿尔茨海默病生理病理学相关的早期脑功能连接的改变。但是，该方法在APOE e4基因型的研究中存在研究结果不一致性现象。

发明内容

针对上述问题本发明提供了一种检测APOE e4基因型对默认模式网络影响的持久同调方法。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

本发明提供一种检测APOE e4基因型对默认模式网络影响的持久同调方法，包括以下步骤：

步骤1，对大脑静息态功能磁共振图像(rs-fMRI)数据集进行预处理，为进一步种子点选取和全脑网络分析做准备；

步骤2，使用标准的自动解剖图谱(AAL)将步骤1预处理后图像中的大脑分为90个脑区(AAL90)，提取其中13个左脑区，13个右脑区以及由上述13 个左、右脑区组成的全脑区作为默认模式网络的感兴趣区(ROI)，分割脑区提取时间序列；

步骤3，使用步骤2提取的时间序列构建全脑和左、右脑的多尺度加权脑网络；

步骤4，采用持久同调的方法对步骤3构建的脑网络进行衡量；

步骤5，对认知未受损个体(APOE e4非携带者(APOE4-))和有认知障碍个体(APOEe4携带者(APOE4+))的网络指标结果进行统计分析，得出APOE e4基因型对默认模式网络的影响。

进一步，所述步骤1中的数据集包括认知未受损个体和有认知障碍个体的大脑静息态功能磁共振图像数据。

所述步骤1中预处理采用的SPM8工具箱、DPARSF和REST，具体为，在时间校正和空间归一化之前，删除了前十个时间点，然后依次进行图像平滑，线性趋势调整和带通滤波。

所述步骤2中提取的26个默认模式网络的感兴趣区(ROI)具体包括(表 1)：

表1 26个默认模式网络的感兴趣区

所述步骤3中多尺度加权脑网络构建的步骤为：

使用pearson相关来定义血氧水平依赖时间序列，采用基于pearson相关的方法来计算边权i，