基于迁移学习算法对新生儿大脑3D T1WI的灰白质分割及其发育量化研究

作者：李贤军; 陈健; 夏菁; 王苗苗; 李梦轩; 王利; 李刚; 沈定刚; 杨健

来源：磁共振成像, 2019, 10(10): 736-742.

• 磁共振成像
• 新生儿
• 脑皮层发育
• 图像分割
• 机器学习

目的基于机器学习实现新生儿脑T1WI图像分割,并量化评估早产与足月新生儿脑皮层结构的发育状态。材料与方法纳入西安交通大学第一附属医院MRI未见异常的早产新生儿、校正至足月期的早产儿、足月新生儿共计50例。基于外部数据库中的相似数据集,对密集卷积神经网络图像分割模型进行初步训练。然后随机从本地数据中抽取25例作为训练集对模型进行二次训练。同时,基于验证集(样本量:10)的分割效果调整模型参数。最终在15例测试集数据中采用Dice系数对模型分割效果进行评价。基于皮层重建提取双侧大脑半球皮层表面积、厚度以及容积等指标。运用Spearman偏相关分析各指标与校正胎龄的相关性;利用Mann-Whitney U检验进行组间差异分析。结果图像分割模型可有效地实现新生儿脑灰质、白质、脑脊液的分割,Dice系数范围为0.93～0.99。双侧大脑半球皮层表面积、容积与校正胎龄呈正相关(P<0.05);皮层厚度随校正胎龄的变化在左右大脑半球间存在不对称性。除了皮层厚度未见组间差异外,早产新生儿双侧大脑半球皮层表面积、容积均低于足月新生儿(P<0.001)。结论通过对密集卷积神经网络训练,可有效地实现新生儿脑T1WI图像分割;基于图像分割与皮层重建可量化评估新生儿脑皮层的发育水平,早产儿双侧大脑半球皮层发育落后于足月儿。

• 单位
  福建工程学院; 西安交通大学第一附属医院