关键词:
MR脑图像
微分同胚配准
注意力机制
阿尔茨海默病
脑解剖结构
摘要:
目的提出一种基于交叉双流的多尺度注意力特征融合网络(命名为MAFF-Net),用于脑图像微分同胚配准,以实现阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)相关的脑结构标签的快速提取和分析。方法首先利用交叉双流网络推断图像对之间的相互映射关系,并通过引入注意力机制融合多尺度特征信息;然后利用微分同胚配准增强形变场的连续性和全局平滑性提高配准质量;最后,在自采集、OASIS-AD与OASIS-Health数据集上进行脑图像配准实验,采用Dice相似性系数(Dice similarity coefficients,DSC)、召回率(recall)、平均表面距离(average surface distance,ASD)及雅克比行列式(Jacobian determinant)验证MAFF-Net模型的性能,并进一步分析OASIS数据集的脑结构标签提取结果。结果脑图像配准实验结果显示,MAFF-Net算法在三个测试集上DSC分别为0.832、0.853和0.865,负雅可比行列式体素比例分别为0.027%、0.192%和0.089%,召回率分别为0.924、0.909和0.920,ASD分别为0.447 mm、0.387 mm和0.345 mm,除召回率外其余指标均优于对比算法。OASIS数据集的脑结构标签分析结果表明,大脑皮质、海马体和杏仁核的体积和表面积与年龄和健康状态存在密切联系。结论本文提出的MAFF-Net模型可以获得脑MR图像精确的配准性能和标签提取结果,通过AD相关的脑结构形态学特征分析,为AD早期诊断提供辅助参考价值。