《計算解剖學及其在人腦解剖定量分析中的套用》是依託中山大學，由唐曉穎擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：計算解剖學及其在人腦解剖定量分析中的套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：唐曉穎
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
量化人腦的解剖和功能有著巨大的科學意義和臨床必要性。在本項目中，我們創新性地提出“計算解剖學”來定量分析大腦解剖。在計算解剖學中，黎曼流形被用來模擬大腦解剖，從而量化其從整體到局部的各個特徵。微分同胚映射被用來聯接不同的解剖來實現大腦解剖及功能信息的傳遞、解析計算解剖之間的距離、以及量化解剖從整體到局部的相對形變。黎曼坐標系、解剖的距離度量、以及微分同胚變換構成了計算解剖學中的測地線定位系統。我們將結合統計分析、機率理論、以及機器學習的方法來實現對計算解剖學理論算法的進一步完善和實際的醫學臨床套用（包括：分析阿茲海默病對大腦解剖的時空影響機制，提取預測疾病狀態的生物指標，統計估計阿茲海默病解剖異常起始時間，量化大腦解剖與認知功能之間的統計關聯性，以及設計預防阿茲海默病的非藥物性方案）。本項目對阿茲海默病的輔助診斷和預防將帶來突破性的發展，所帶來的成果對其他腦科疾病也將有著極大的套用潛力。
結題摘要
量化人腦的解剖和功能有著巨大的科學意義和臨床必要性。在本項目中，我們創新性地提出“計算解剖學”來定量分析大腦解剖。在計算解剖學中，黎曼流形被用來模擬大腦解剖，從而量化其從整體到局部的各個特徵。微分同胚映射被用來聯接不同的解剖來實現大腦解剖及功能信息的傳遞、解析計算解剖之間的距離、以及量化解剖從整體到局部的相對形變。黎曼坐標系、解剖的距離度量、以及微分同胚變換構成了計算解剖學中的測地線定位系統。在該項目中，我們通過結合統計分析、機率理論、機器學習、以及最近迅猛發展的卷積神經網路等方法成功實現了對計算解剖學理論算法的進一步完善和大量實際的醫學臨床套用。由於該項目的支持，我們取得了以下成果：（1）發明並驗證了一種快速高度變形微分同胚度量映射算法，可以對磁共振腦圖像實現高精度配準。（2）發明並驗證了一種高精度高效率，基於磁共振圖像，針對大腦結構的全自動三維體積重建算法。（3）發明並驗證了一種高精度高效率針對大腦白質增強區域的自動分割算法。（4）發明並驗證了一種高精度高效率針對前列腺的自動分割算法。（5）在高度變形微分同胚度量映射針對二維表面的框架下，發明並驗證了一種高精度針對大腦皮層下結構以及側腦室的二維表面重建算法。（6）將計算解剖學成功套用於腦科學的多個不同研究方向，具體包括：對大腦結構由粗到細的異常量化分析，大腦解剖形態和大腦功能以及個體參數（如教育程度、每日運動量等）的關聯性分析，大腦功能網路的分析，大腦形態網路的分析，以及疾病的自動診斷和預測。（7）培養博士生3名（仍在讀），碩士生10名（畢業4名，6名在讀）。（8）發表國際期刊論文19篇（15篇已經發表出版，4篇投稿在審），發表國際會議論文12篇（已發表8篇，被接收4篇）。總結來說，該項目取得的研究成果遠遠超過預期目標。
