一种基于多视图聚类的个体和群体脑图谱构建系统

技术特征：
1.一种基于多视图聚类的个体和群体脑图谱构建系统，其特征在于，包括：实验范式设计模块、图像处理模块、种子点获取模块、脑功能图谱构建模块和脑功能图谱实时显示模块；实验范式设计模块用于确定多个受试者参与的实验内容和流程，根据研究人员的实验目的进行设计；图像处理模块对采集到的结构磁共振图像和功能磁共振图像进行预处理并保存；种子点获取模块利用slic方法对每个受试者预处理后的功能磁共振数据进行重采样以提取种子点；脑功能图谱构建模块利用多视图聚类方法同时获得个体水平和群体水平的脑功能图谱；脑功能图谱实时显示模块将获得的图谱映射到皮层，以图像方式反馈给研究人员。2.如权利要求1所述的基于多视图聚类的个体和群体脑图谱构建系统，其特征在于，实验范式设计模块采用静息态扫描方式。3.如权利要求1所述的基于多视图聚类的个体和群体脑图谱构建系统，其特征在于，图像处理模块包括参数配置单元、图像读取单元、格式转换单元和图像预处理单元；参数配置单元用于确定磁共振图像的扫描参数；图像读取单元用于读取采集到的结构磁共振数据和功能磁共振数据；格式转换单元用于将磁共振数据从dicom数据格式转换为nifty数据格式；图像预处理单元用于对磁共振数据进行预处理，包括：头动校正、功能像与结构像的配准和功能图像的滤波和平滑操作。4.如权利要求1所述的基于多视图聚类的个体和群体脑图谱构建系统，其特征在于，种子点获取模块利用slic方法对每个受试者预处理后的功能磁共振数据进行重采样以提取种子点；slic算法根据功能相关性和空间邻近性将rs-fmri数据分割成子区域，该方法将搜索空间限制在聚类中心的邻域，同时通过整合空间距离和功能相关性来创建统一的距离度量函数；具体步骤如下：首先初始化k个聚类中心，设n表示体素数量，对于聚类中心周围3s*3s*3s区域中的每个体素，计算该体素与聚类中心之间的距离d：其中d
c
和d
g
分别对应于功能和空间距离度量，功能相似性通过皮尔逊相关性来度量，空间距离由沿皮质表面的几何距离来测量，近似为节点间最短路径长度，n
c
和n
g
表示归一化因子，该距离作为判断体素应该属于哪个簇的度量，如果与前一次迭代的结果相比，距离减小，则将该体素关联到当前聚类中心，重复上述分配和更新步骤，直到聚类中心的变化低于阈值ε，最终获得的k个聚类中心即为种子点。5.如权利要求1所述的基于多视图聚类的个体和群体脑图谱构建系统，其特征在于，脑功能图谱构建模块包括时间序列提取模块、个体相似度矩阵获取模块和一致相似度矩阵获取模块；时间序列提取模块用于提取种子点的时间序列；个体相似度矩阵获取模块用于构建每个受试者的个体相似度矩阵，通过对种子点的时间序列进行费雪变换，使其正态化，然后计算种子点的时间序列之间的皮尔森相关系数，得到个体相似度矩阵；一致相似度矩阵获取模块基于所构建的个体相似度矩阵，利用多视图聚类方法生成群体一致相似度矩阵。6.如权利要求5所述的基于多视图聚类的个体和群体脑图谱构建系统，其特征在于，一致相似度矩阵获取模块基于所构建的个体相似度矩阵，利用多视图聚类方法生成群体一致相似度矩阵，具体包括如下步骤：
步骤1、构建个体网络的谱嵌入矩阵，给定被试v，假设w
(v)
表示相似度矩阵，d
(v)
为对角矩阵，采用如下公式计算对应的谱嵌入矩阵h
(v)
：其中，a
(v)
＝d
(v)-1/2
w
(v)
d
(v)-1/2
，然后，将谱嵌入矩阵h
(v)
的行标准化得到归一化谱嵌入矩阵其中，步骤2、构建三阶张量并优化个体谱嵌入矩阵；给定被试v，假设节点个数为n，为格拉姆矩阵，将该矩阵重组为一个三阶张量采用如下公式优化个体谱嵌入矩阵：其中λ为平衡参数，τ为奇异值阈值，为张量，张量用于优化张量能够更好的捕获张量的主分量，其中，张量通过张量奇异值分解得到：其中，和是两个正交张量，是一个对角张量，t

＝max(t,0)，表示在上进行离散傅里叶变换(dft)的结果，即在等式(4)中，奇异值用相同的阈值τ进行收缩，引入一个加权张量核范数来提高其灵活性：其中，r是张量的秩，n是节点的数量，是奇异值的权重；步骤3、获得群体一致相似度矩阵；将步骤2获得的优化后的个体谱嵌入矩阵的行标准化得到归一化谱嵌入矩阵，个体格拉姆矩阵通过计算优化后的归一化谱嵌入矩阵的内积得到，由于格拉姆矩阵通过内积得到，其对角线元素可表示节点本身的特征，非对角线元素可表示节点之间的特征，因此使用格拉姆矩阵表示个体的特征，平均后的格拉姆矩阵即为群体一致相似度矩阵。7.如权利要求1所述的基于多视图聚类的个体和群体脑图谱构建系统，其特征在于，脑功能图谱实时显示模块用于将获得的图谱映射到皮层，以图像方式反馈给研究人员。

技术总结
本发明公开了一种基于多视图聚类的个体和群体脑图谱构建系统，包括：实验范式设计模块、图像处理模块、种子点获取模块、脑功能图谱构建模块和脑功能图谱实时显示模块；实验范式设计模块用于确定多个受试者参与的实验内容和流程，根据研究人员的实验目的进行设计；图像处理模块对采集到的结构磁共振图像和功能磁共振图像进行预处理并保存；种子点获取模块利用SLIC方法对每个受试者预处理后的功能磁共振数据进行重采样以提取种子点；脑功能图谱构建模块利用多视图聚类方法同时获得个体水平和群体水平的脑功能图谱；脑功能图谱实时显示模块将获得的图谱映射到皮层，以图像方式反馈给研究人员。本发明能够同时生成个体水平和群体水平的脑功能图谱。群体水平的脑功能图谱。群体水平的脑功能图谱。


技术研发人员：温旭云 杨梦婷 张道强
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2022.10.12
技术公布日：2022/12/30