【区域脑图论文笔记】BrainNetCNN：第一个专门为脑网络连接体数据设计的深度学习框架

信息概览与提炼

• 原名: BrainNetCNN: Convolutional neural networks for brain networks; towards predicting neurodevelopment
• 论文链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1053811916305237
• 代码链接:
  • 官方提供：http://www.BrainNetCNN.cs.sfu.ca
  • https://github.com/furtherAdu/BrainNetCNN_Personality
  • https://github.com/jeremykawahara/ann4brains/blob/master/ann4brains
  • https://github.com/nicofarr/brainnetcnnVis_pytorch
• 来源: NeuroImage
• 任务: cognitive scores认知得分, motor scores运动得分, 图回归, 年龄预测
• year: 2017
• 数据格式: DTI（结构数据）
• 数据集: 早产儿-DTI-温哥华BC115（年龄：为24至32周PMA，数量168, 115名主体）
• 构图模式: 区域脑图，单模，同构图, 静态，全连接，有向，加权
• 方法关键词: edge-based, 图结构学习，CNN，区域脑图，单模态
• 主要贡献点总结: BrainNetCNN，这是第一个用于连接组数据的CNN回归器。设计了三种专门的卷积层类型，旨在利用加权大脑网络中固有的结构。
• 其他辅助信息：BrainNetCNN的官方网站：https://brainnetcnn.cs.sfu.ca/About.html，包括模型的简介和软件等

采用的数据与结果

数据集

1. 文章源话

   • 27 and 46 weeks gestational age
   • The data for this study is from a cohort of infants born very preterm, between 24 and 32 weeks PMA （postmenstrual age）, and imaged at BC Children’s Hospital in Vancouver, Canada.
   • scans of 115 infants were used. Roughly half of the infants were scanned twice…for a total of 168 scans.
   • Using a neonatal atlas of anatomical regions from the University of North Carolina (UNC) School of Medicine at Chapel Hill
   • a weighted, undirected network was constructed from each scan
   • 90 x 90 symmetric adjacency matrix with zeros along the diagonal and is scaled to [0,1]

2. 早产儿/婴幼儿年龄概念【医学概念知识拓展】

   • Gestational age (completed weeks): time elapsed between the first day of the last menstrual period and the day of delivery. If pregnancy was achieved using assisted reproductive technology, gestational age is calculated by adding 2 weeks to the conceptional age.
     孕龄（完整周数）：末次月经第一天与分娩日之间的时间。如果妊娠是通过辅助生殖技术实现的，孕龄的计算方法是在受孕年龄上加2周。
   • Chronological age (days, weeks, months, or years): time elapsed from birth.
     实足年龄（日、周、月或年）：从出生开始经过的时间。
   • Postmenstrual age (weeks): gestational age plus chronological age.
     经后年龄（周）：胎龄加实际年龄。
   • Corrected age (weeks or months): chronological age reduced by the number of weeks born before 40 weeks of gestation; the term should be used only for children up to 3 years of age who were born preterm.
     校正年龄（周或月）：实际年龄减去妊娠40周前出生的周数;该术语仅适用于3岁以下早产的儿童。
   • During the perinatal period neonatal hospital stay, “postmenstrual age” is preferred to describe the age of preterm infants. After the perinatal period, “corrected age” is the preferred term.
     在围产期新生儿住院期间，首选“经后年龄”来描述早产儿的年龄。在围产期之后，“校正年龄”是首选术语。

3. 总结

   • 主体数目：115
   • 总图像数：168（约有一半的婴儿接受了两次扫描）
   • 主体年龄信息：24-32周（早产儿）
   • 模态类型：DTI
   • 图谱：UNC
   • 节点数：90
   • 连接矩阵信息：对称，对角线为0，归一化
   • 脑图：90节点，加权图，同构图，初始特征在边上，有向图（从代码和公式上来看）

结果概览一眼

这里先了解一下论文的总体结果（其他结果在下面的笔记）

• 实验设置：3折交叉验证
• 年龄任务：MAE为2.17周（或总年龄范围的11.1%），SDAE为1.59周。预测年龄和真实年龄之间的相关性为0.864。
  • 文章源话：
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