1.一种基于对称正定流形的解耦表征的脑网络分析方法,其特征在于,包括以下步骤:获取受试者静息状态下的功能磁共振脑影像数据,进行预处理,根据大脑结构的解剖学模板划分感兴趣区,得到每个感兴趣区的血氧水平依赖信号的时间序列;
通过计算成对感兴趣区之间皮尔逊相关系数,构建脑功能连接网络,生成位于SPD流形空间上的FC矩阵;
利用SPD流形编码器,初步提取FC矩阵中的特征信息,并使用SPD流形解码器进行重构;
将SPD流形编码器输出的特征送入解耦表征模块进行解耦,分离出站点无关和站点特定的SPD流形特征;
提取到的站点无关SPD流形特征投影回切平面空间,送入两层全连接层,并采用Softmax作为激活函数,得到分类结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于对称正定流形的解耦表征的脑网络分析方法,其特征在于,成对感兴趣区之间皮尔逊相关系数的计算公式为:式中,ρ(X,Y)表使脑区X与脑区Y之间的线性相关程度,其值为‑1到1之间;μX与μY为脑区X与脑区Y在时间序列上血氧水平依赖信号的平均值,X与Y代表脑区X和脑区Y在各个时间点上的时间序列上血氧水平依赖信号值。
3.根据权利要求1所述的一种基于对称正定流形的解耦表征的脑网络分析方法,其特征在于,SPD流形编码器包括三层,前两层各自包含一组BiMap层和RegEig层,最后一层只包含一个BiMap层;BiMap层将每个输入SPD特征进行维度变换;RegEig层通过对SPD矩阵中的特征值进行处理。
4.根据权利要求3所述的一种基于对称正定流形的解耦表征的脑网络分析方法,其特征在于,利用测地线距离对SPD流形编码器产生的中间特征进行度量,计算公式为:DLEM(Xi,Xj)=||log(Xj)‑log(Xi)||F式中, 为度量SPD流形编码器产生的中间特征的损失函数, 表示在编码过程中第k阶段的SPD矩阵,NB和NS分别表示批次的大小和阶段的数量,i是一个批次中数据的下标,a是选定为锚点样本的在批次数据中的下标;Npos为正类对的数量,Nneg为负类对的数量;L是病例的真实标签;DLEM为测地线距离;Xi和Xj代表需要计算测地线距离的两个SPD矩阵,下标F表示计算得到的矩阵的Frobenius范数。
5.根据权利要求3所述的一种基于对称正定流形的解耦表征的脑网络分析方法,其特征在于,使用SPD流形解码器对编码器最后一层输出进行重构,使用全局重构损失进行度量:其中, 为度量重构后的FC和原始输入的FC的损失函数,X,分别为最初通过计算皮尔逊相关系数得到的FC和最终利用SPD流形解码器重构后的FC。
6.根据权利要求5所述的一种基于对称正定流形的解耦表征的脑网络分析方法,其特征在于,通过域泛化损失和局部重构损失对解耦过程进行监督;
域泛化损失:
其中, 为监督域不变特征质量的损失函数, 为监督域特定特征质量的损失函数,co sp为监督上述两类特征质量的损失函数。X 和X 分别代表解耦出的站点无关和站点特定信息,S是站点标签;
局部重构损失:
to
其中, 为度量重构后的待解耦SPD特征和解耦前的SPD特征的损失函数,X‑disentagle
和 分别指的是解耦前的SPD特征和重构后的解耦前的SPD特征。
7.根据权利要求6所述的一种基于对称正定流形的解耦表征的脑网络分析方法,其特征在于,投影回切平面空间的公式为:T
P=log(X)=Φlog(Λ)Φ
式中,P为位于SPD流形空间上的矩阵特征X投影回到切平面空间上的矩阵特征,和 是通过对矩阵X进行特征值分解后得到特征值和特征向量矩阵,T
即X=ΦΛΦ。
8.根据权利要求6所述的一种基于对称正定流形的解耦表征的脑网络分析方法,其特征在于,使用交叉熵损失函数评估分类性能:其中, 为度量分类性能的损失函数,L指的是样本关于是否患有ASD的真实标签,p指的是模型得到的预测值,Log()为传统的在欧式空间上取对数的操作。
9.根据权利要求8所述的一种基于对称正定流形的解耦表征的脑网络分析方法,其特征在于,总体的损失函数如下:其中,α,β,λ为权衡模型在各类损失的权重系数,θ1,θ2为权衡模型在全局重构和局部重构任务间的系数。
10.一种基于对称正定流形的解耦表征的脑网络分析系统,其特征在于,包括:数据采集处理模块:获取受试者静息状态下的功能磁共振脑影像数据,进行预处理,根据大脑结构的解剖学模板划分感兴趣区,得到每个感兴趣区的血氧水平依赖信号的时间序列;
FC矩阵构建模块:通过计算成对感兴趣区之间皮尔逊相关系数,构建脑功能连接网络,生成位于SPD流形空间上的FC矩阵;
特征提取模块:利用SPD流形编码器,初步提取FC矩阵中的特征信息,并使用SPD流形解码器进行重构;
特征解耦模块:将SPD流形编码器输出的特征送入解耦表征模块进行解耦,分离出站点无关和站点特定的SPD流形特征;
以及,分析模块:提取到的站点无关SPD流形特征投影回切平面空间,送入两层全连接层,并采用Softmax作为激活函数,得到分类结果。