An enhanced multi-modal brain graph network for classifying neuropsychiatric disorders

计算机科学 模式识别(心理学) 人工智能 邻接矩阵 图形 二元分类 机器学习 支持向量机 理论计算机科学
作者
Liangliang Liu,Yu‐Ping Wang,Yi Wang,Pei Zhang,Shufeng Xiong
出处
期刊:Medical Image Analysis [Elsevier]
卷期号:81: 102550-102550 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.media.2022.102550
摘要

It has been proven that neuropsychiatric disorders (NDs) can be associated with both structures and functions of brain regions. Thus, data about structures and functions could be usefully combined in a comprehensive analysis. While brain structural MRI (sMRI) images contain anatomic and morphological information about NDs, functional MRI (fMRI) images carry complementary information. However, efficient extraction and fusion of sMRI and fMRI data remains challenging. In this study, we develop an enhanced multi-modal graph convolutional network (MME-GCN) in a binary classification between patients with NDs and healthy controls, based on the fusion of the structural and functional graphs of the brain region. First, based on the same brain atlas, we construct structural and functional graphs from sMRI and fMRI data, respectively. Second, we use machine learning to extract important features from the structural graph network. Third, we use these extracted features to adjust the corresponding edge weights in the functional graph network. Finally, we train a multi-layer GCN and use it in binary classification task. MME-GCN achieved 93.71% classification accuracy on the open data set provided by the Consortium for Neuropsychiatric Phenomics. In addition, we analyzed the important features selected from the structural graph and verified them in the functional graph. Using MME-GCN, we found several specific brain connections important to NDs.
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