CN119326377B - 一种基于影像的认知水平评估方法 - Google Patents
一种基于影像的认知水平评估方法Info
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Abstract
本发明提供了一种基于影像的认知水平评估方法，属于认知水平检测技术领域，包括以下步骤：步骤S1、通过MRI获取患者的大脑影像数据；步骤S2、使用影像处理软件工具测量第四脑室的夹角；步骤S3、基于步骤S2测得的第四脑室夹角值，通过评分计算公式将第四脑室夹角值映射到相应的认知水平评分；步骤S4、根据认知水平评分判断认知功能。本发明采用上述的一种基于影像的认知水平评估方法，避免了复杂的后处理步骤，通过直接测量夹角并映射到预设的评分系统，旨在简化影像学评估，使得临床医生能够快速、客观地评估认知状态，作为传统认知量表的有效补充或替代。
Description
技术领域
本发明涉及认知水平检测技术领域，尤其是涉及一种基于影像的认知水平评估方法。
背景技术
在临床中，认知水平的评估主要依赖于认知功能量表，如简易精神状态检查（MMSE）和蒙特利尔认知评估（MoCA）。这认知功能些量表通过患者的主观回答和医生的评分来评估认知功能，尽管使用方便，但其结果往往受到主观因素的影响，可能导致评估结果的准确性不足，尤其在早期认知功能下降的筛查中，量表的敏感性和特异性较低。
近年来，研究已证实脑室形态学变化与认知功能之间存在潜在关系。脑室形态的变化，尤其是脑室的扩张或萎缩，可能与认知功能的下降相关。此外，复杂的脑网络连接性和纤维束的变化也逐渐成为认知障碍研究的重要领域。通过扩散张量成像（DTI）等技术对大脑纤维束进行追踪和量化，可以揭示大脑不同区域间的连接性变化，这些变化对于理解认知功能的衰退至关重要。然而，这些方法通常都涉及大量的后处理步骤和复杂的图像分析算法，不仅需要高水平的专业知识，还极大增加了临床应用中的工作量和时间成本。因此，这些基于影像的评估方法难以在临床实践中得到广泛应用。
为了解决这一问题，急需开发一种能够快速、准确评估个体的认知水平的方法。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种基于影像的认知水平评估方法，避免了复杂的后处理步骤，通过直接测量夹角并映射到预设的评分系统，旨在简化影像学评估，使得临床医生能够快速、客观地评估认知状态，作为传统认知量表的有效补充或替代。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于影像的认知水平评估方法，包括以下步骤：
步骤S1、通过MRI获取患者的大脑影像数据；
步骤S2、使用影像处理软件工具测量第四脑室的夹角；
步骤S3、基于步骤S2测得的第四脑室夹角值，通过评分计算公式将第四脑室夹角值映射到相应的认知水平评分；
步骤S4、根据认知水平评分判断认知功能。
优选的，步骤S1中，大脑影像数据的数据类型为3D-T1矢状位序列图像。
优选的，步骤S2中，使用影像软件工具测量第四脑室的夹角，具体操作为：
S21、将大脑影像数据加载到影像处理软件中；
S22、手动选择第四脑室的长轴和短轴所在的影像切片；
S23、利用影像处理软件标定长轴和短轴，并自动计算长轴、短轴之间的夹角。
优选的，步骤S3中，评分计算公式如下：
；
其中，为标准化后的认知评分，取值范围为[0，1]；为第四脑室的夹角，取值范围为[10，90]。
因此，本发明采用上述的一种基于影像的认知水平评估方法，有益技术效果如下：
（1）现有的影像评估方法依赖于复杂的后处理步骤，如脑网络分析、纤维束追踪和大脑体积测量等，涉及高水平的专业知识和复杂的图像分析算法，处理时需要耗费大量的时间。本发明通过测量第四脑室的夹角，直接生成标准化的认知评分，减少了临床医生在影像数据处理上的时间和工作量，操作简便易行；
（2）本发明无需复杂的图像分割或脑区划分，利用常规影像处理软件即可快速测量第四脑室的夹角，并生成认知评分。这使得临床医生可以在较短时间内完成评估，尤其在早期认知功能障碍的筛查中，能够提高筛查效率；
（3）本发明采用0到1的标准化评分体系，便于在不同的临床场景或自动化系统中使用。通过将夹角值映射到0到1的评分范围，不仅提高了评估的直观性，还为后续的机器学习、统计模型等分析提供了便捷的数据格式；
（4）本发明的评分体系基于两个不同规模的数据集进行了验证，分别为200人和2000人，验证了角度范围的适用性。评分系统可以应用于不同类型的患者群体，并且具有灵活的扩展性，能够适应未来更多的临床数据和应用场景；
（5）本发明采用影像数据直接生成评分的方式，避免了传统认知功能量表的主观性，评估结果更加客观。此外，评分标准明确且易于重复，具有较高的可靠性和一致性，不易受人为因素干扰。
附图说明
图1为本发明一种基于影像的认知水平评估方法的框架图；
图2为角度测量示意图；其中，图2中的（A）为健康对照的中矢状位T1加权磁共振图像；图2中的（B）为描绘并测量了FVRA的同一MR图像；图2中的（C）为MCI患者的中矢状T1加权磁共振图像；图2中的（D）为描绘和测量FVRA的同一MR图像；
图3为FVRA Score与MMSE Score相关散点图；
图4为ROC示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
需要说明的是，术语“包括”和“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1所示，本发明提供了一种基于影像的认知水平评估方法，包括以下步骤：
步骤S1、通过磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）获取患者的大脑影像数据；
大脑影像数据的数据类型为3D-T1矢状位（sagittal）序列图像。
步骤S2、使用影像处理软件（如ITK-SNAP或ImageJ等）工具测量第四脑室的夹角，具体包括如下步骤：
步骤一、将大脑影像数据加载到影像处理软件中，手动选择第四脑室的长轴和短轴所在的影像切片；
步骤二、利用影像处理软件标定长轴和短轴，并自动计算长轴、短轴之间的夹角。
步骤S3、基于步骤S2测得的第四脑室夹角值，通过评分计算公式将第四脑室夹角值映射到相应的认知水平评分；
评分计算公式如下：
；
其中，为标准化后的认知评分，取值范围为[0，1]；为第四脑室的夹角，取值范围为[10，90]。
本发明的夹角范围选择是基于临床数据的实际结果，通过两个数据集验证了夹角的范围，其中，数据集一包含200人，数据集二包含2000人，两个数据集的夹角范围均在10°至90°。
为了应对不同数据集可能的边界情况，引入弹性边界，允许角度小于10°或超过90°的情况。例如：
当角度小于10°时，将其映射为1分，表示认知功能最佳。
当角度大于90°时，将其映射为0分，表示认知功能最差。
弹性边界的引入可以确保评分系统在极端情况仍然有效，不会出现无法评估的情况。
步骤S4、根据认知水平评分判断认知功能。
下面通过一个具体实例来对本发明进行进一步说明。
在Philips 3.0T磁共振扫描仪（Ingenia，Philips Healthcare，Best，TheNetherlands）上使用32通道头线圈采集了受试者的MRI数据。通过对第四脑室夹角的测量（图2），进行了评分转换，并与MMSE评分进行了相关性分析。
实验结果显示，FVRA score（本发明）与MMSE评分呈显著正相关，具体如下：
相关系数r=0.6894，统计量t=7.9564，p值为3.5133×10−12（p<0.05），表明FVRAscore与MMSE之间存在显著的正相关关系（图3），随着FVRA score增加，MMSE评分也随之增加。这表明FVRA score和MMSE在评估认知水平时存在一致性。
为了进一步评估FVRA score的诊断能力，对FVRA score与其他指标（如灰质体积、白质体积、皮层厚度）进行了对比分析。通过ROC（受试者工作特征）曲线分析，结果表明（图4）：FVRA score在诊断认知功能障碍的表现上优于灰质体积、白质体积和皮层厚度等传统影像指标。
ROC分析表明，FVRA score在区分认知功能正常和认知水平下降的患者时，具有更高的诊断准确性和灵敏度。这进一步支持了FVRA score作为一种基于影像的简便认知评估工具的有效性。
因此，本发明采用上述一种基于影像的认知水平评估方法，避免了复杂的后处理步骤，通过直接测量夹角并映射到预设的评分系统，旨在简化影像学评估，使得临床医生能够快速、客观地评估认知状态，作为传统认知量表的有效补充或替代。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (2)
1.一种基于影像的认知水平评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、通过MRI获取患者的大脑影像数据；
步骤S2、使用影像处理软件工具测量第四脑室的夹角；
步骤S3、基于步骤S2测得的第四脑室夹角值，通过评分计算公式将第四脑室夹角值映射到相应的认知水平评分；
步骤S4、根据认知水平评分判断认知功能；
步骤S2中，使用影像软件工具测量第四脑室的夹角，具体操作为：
S21、将大脑影像数据加载到影像处理软件中；
S22、手动选择第四脑室的长轴和短轴所在的影像切片；
S23、利用影像处理软件标定长轴和短轴，并自动计算长轴、短轴之间的夹角；
步骤S3中，评分计算公式如下：
其中，S为标准化后的认知评分，取值范围为[0，1]；θ为第四脑室的夹角，取值范围为[10，90]；
当角度小于10°时，将其映射为1分，表示认知功能最佳；
当角度大于90°时，将其映射为0分，表示认知功能最差。
2.根据权利要求1所述的一种基于影像的认知水平评估方法，其特征在于，步骤S1中，大脑影像数据的数据类型为3D-T1矢状位序列图像。
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