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磁共振成像  2024年7月第15卷第7期  Chin J Magn Reson Imaging, Jul, 2024, Vol. 15, No. 7  技术研究｜｜Technical Article


              涉及的形态指数，皮质表面积的细微差异在儿童中                               提取影像组学特征，将有效值点嵌入图像矩阵不可
              普遍存在，有研究发现多动症患儿的脑表面积值较                               避免地扩展了点的近邻关系，使其最多扩展为 8 连
                                                 [38]
              低主要集中在额叶、扣带回和颞叶区域 。较高水平                              通。这种连通性的改变既会增加特征的维度，也可
              的多动症症状则与尾中额叶、颞叶和枕叶区域较薄                               能会导致无效影像特征的产生。因此在后续的研究
                         [39]
              的皮质有关 。此外多种研究共同表明，多动症执行                              中可以在群论的理论基础上，对这种拓扑变化的同
              功能损伤与认知表现下降这些行为问题的神经性原                               伦群展开讨论和相关研究，评估它的具体后果。
              因来自于额纹状体和颞顶叶相关区域的活动性降
              低 [40-43] 。上述研究均与本文的结果相吻合，也证明了                       4 结论
              本研究设计的方法在临床疾病研究中的可行性。同                                   本研究利用大脑表面形态指数和DK脑图谱建立
              时，本研究设计的映射方法也可迁移至其他脑图谱，                              了一个从三维球面到二维图像矩阵完整有效的映射，
              为脑影像的研究提供新的方法与思路。                                    为提取大脑表面2D影像组学特征提供了一种新的方
              3.3 其他投影方法与本方法的对比                                    法。借助组内相关系数ICC评价提取特征的复测性作
                  本研究对比 PCA 方法与球面局部投影基于 DK                         为筛选冗余特征的指标，并发现不同形态指数在数据
              脑图谱的映射效果，发现随着脑区顶点数目的增多，                              一致性上表现出一定的差异。本研究还结合多动症数
              PCA 投影的重合点占比显著增大，对球面局部投影                             据集进行了多动症症状指标预测，预测结果与已有研
              的重合点占比则影响不大。而重合点占比的增加会                               究的成果高度吻合，这也证明了本研究设计的方法的
              从很大程度上降低投影坐标嵌入图像矩阵的效率，                               临床应用价值与可行性。这些工作将为理解与预测脑
              增加该工作的难度。另外，除了 PCA 投影，基于近邻                           疾病、研究脑结构提供方法学上的新建议。
              结构的流形学习方法局部线性嵌入（locally linear                           作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。
              embedding, LLE）也常可作为从三维到二维的映射方                           作者贡献声明：王训恒设计本研究的方案，对稿
                                                    [44]
              法，其由于从样本近邻点关系出发的特点 ，对完全                              件重要内容进行了修改；张之凡起草和撰写稿件，获
              定义了近邻关系的 DK 脑图谱是适用的。局部线性                             取、分析并解释本研究的数据；厉力华获取了本研究
              嵌入的方法本质上是求解近邻点的局部线性表示和                               的数据，并对稿件重要内容进行了修改；王训恒获得
                                       [45]
              低维空间中重构的优化问题 ，它首先整理一个近邻                              国家自然科学基金项目资助。全体作者都同意发表
              表，我们可以用 DK 脑图谱中定义的近邻关系与最大                            最后的修改稿，同意对本研究的所有方面负责，确保
              近邻数来代替 K-邻近，然后求解表示局部线性结构                             本研究的准确性和诚信。
                         [46]
              的权重矩阵 。此处当近邻点数量大于输入维数，定
                                      [47]
              义邻点的矩阵会发生秩亏 ，因此为解决正则化问                               参考文献[References]
              题 ，改 进 的 局 部 线 性 嵌 入（modified  locally  linear       [1]  FREEMAN M. The World Mental Health Report: transforming mental
                                                                       health for all[J]. World Psychiatry, 2022, 21(3): 391-392. DOI: 10.1002/
              embedding，MLLE）加入一个和局部权重矩阵协方差                            wps.21018.
              阵的迹相关的任意正则化参数，再作特征值分解求                               [2]  BRAMMER  M.  The  role  of  neuroimaging  in  diagnosis  and
                                                                       personalized medicine: current position and likely future directions[J].
              解最小特征值的特征向量实现降维 。即便如此，                                   Dialogues Clin Neurosci, 2009, 11(4): 389-396. DOI: 10.31887/DCNS.
                                               [48]
                                                                       2009.11.4/mbrammer.
              MLLE 的性能也仅在复杂空间拓扑结构上表现得更                             [3]  ASKEN B M, TANNER J A, GAYNOR L S, et al. Alzheimer's pathology
              好，对于相较规则的球面则容易在内部产生形变，拉                                  is  associated  with  altered  cognition,  brain  volume,  and  plasma  biomarker
                                                                       patterns  in  traumatic  encephalopathy  syndrome[J/OL].  Alzheimers  Res
              伸投影区域。                                                   Ther, 2023, 15(1): 126 [2023-12-24]. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/
                                                                       37480088/. DOI: 10.1186/s13195-023-01275-w.
              3.4 映射准确性                                            [4]  MEI  T,  LLERA  A,  FORDE  N  J,  et  al.  Gray  matter  covariations  in
                  为提取 2D 影像组学特征必须将三维脑表面降                               autism: out-of-sample replication using the ENIGMA autism cohort[J/OL].
                                                                       Mol Autism, 2024, 15(1): 3 [2024-03-05]. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.
              维至二维。而在顶点从高维空间投影到低维空间的                                   gov/38229192/. DOI: 10.1186/s13229-024-00583-8.
                                                                   [5]  BARON-COHEN  S,  WHEELWRIGHT  S,  SKINNER  R,  et  al.  The
              过程中，特征本身发生了变化，并伴随信息损失。本                                  autism-spectrum  quotient  (AQ):  evidence  from  Asperger  syndrome/
              研究对所有被试每个脑区映射前后 CT 均值的改变                                 high-functioning  autism,  males  and  females,  scientists  and
                                                                       mathematicians[J]. J Autism Dev Disord, 2001, 31(1): 5-17. DOI: 10.1023/
              计算了相关系数并验证了显著性，发现二者相关程                                   a: 1005653411471.
                                                                   [6]  JIAO Y, CHEN R, KE X Y, et al. Predictive models of autism spectrum
              度很高，说明在投影过程中形态特征的丢失较少。                                   disorder  based  on  brain  regional  cortical  thickness[J].  NeuroImage,
              不过，这种方式对映射准确性的检验并不深入，本研                                  2010, 50(2): 589-599. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2009.12.047.
                                                                   [7]  DESAI  R,  LIEBENTHAL  E,  POSSING  E  T,  et  al.  Volumetric  vs.
              究所设计的降维与插值方法对影像特征造成的改变                                   surface-based  alignment  for  localization  of  auditory  cortex  activation[J].
                                                                       Neuroimage, 2005, 26(4): 1019-1029. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2005.
              尚需进一步的研究与讨论。                                             03.024.
              3.5 本研究的不足之处                                         [8]  VAN ESSEN D C. Surface-based approaches to spatial localization and
                                                                       registration  in  primate  cerebral  cortex[J/OL].  Neuroimage,  2004,
                  本研究存在一定的局限性。首先，本研究纳入                                 23(Suppl 1): S97-S107 [2024-03-05]. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/
                                                                       15501104/. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2004.07.024.
              的样本量较少，未来将纳入更多被试，进一步验证本                              [9]  SUK  H  I,  LEE  S  W,  SHEN  D  G,  et  al.  Hierarchical  feature
              研究结果。此外，DK 脑图谱中一个点的邻点数最大                                 representation and multimodal fusion with deep learning for AD/MCI
                                                                       diagnosis[J/OL]. NeuroImage, 2014, 101: 569-582 [2024-03-05]. https://
              为 6，它们之间的关系以三角面片的形式表述，因此                                 pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25042445/. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2014.06.077.
                                                                   [10] SCHAER  M,  KOCHALKA  J,  PADMANABHAN  A,  et  al.  Sex
              在原本的定义中一个点最多表现为 6 连通。而为了                                 differences  in  cortical  volume  and  gyrification  in  autism[J/OL].  Mol

               https://www.chinesemri.com                                                                  ·149 ·
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