本發(fā)明涉及醫(yī)療，特別是涉及一種基于多模態(tài)mri和基因分析的wilson病腦損傷預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、wilson病(wd)，亦稱肝豆?fàn)詈俗冃裕且环N罕見(jiàn)的常染色體隱性遺傳病，主要由atp7b基因突變引起，導(dǎo)致銅運(yùn)輸?shù)鞍坠δ苷系K；這種功能障礙阻礙了銅離子的正常代謝與排泄，導(dǎo)致銅在肝臟、大腦等關(guān)鍵器官中積累，最終引發(fā)嚴(yán)重的肝病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病；由于銅的積聚，患者可能出現(xiàn)行為和認(rèn)知功能障礙、精神病性癥狀及運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)障礙；

2、盡管wilson病的病程可通過(guò)藥物和飲食調(diào)整得到有效控制，但其診斷挑戰(zhàn)在于需要在臨床癥狀顯著之前進(jìn)行早期識(shí)別和干預(yù)，當(dāng)前，wilson病的診斷主要依靠臨床癥狀、kayser-fleischer環(huán)的檢查、血液和尿液中銅含量及其衍生生化指標(biāo)的評(píng)估，然而，這些診斷手段在無(wú)癥狀或表現(xiàn)為輕微非特異性癥狀的早期階段往往不敏感，導(dǎo)致診斷滯后；

3、此外，雖然傳統(tǒng)的mri技術(shù)可用于評(píng)估腦部結(jié)構(gòu)變化，但其對(duì)早期微小病變的靈敏度和特異性不足，常在臨床癥狀顯現(xiàn)后才能檢測(cè)到顯著的腦損傷，基于這些限制，無(wú)法滿足對(duì)wd早期和無(wú)癥狀患者的有效監(jiān)測(cè)和干預(yù)需求；

4、基于此，需一種基于多模態(tài)mri和基因分析的wilson病腦損傷預(yù)測(cè)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：一種基于多模態(tài)mri和基因分析的wilson病腦損傷預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：s1、利用功能性磁共振成像(fmri)、擴(kuò)散張量成像(dti)和三維t1加權(quán)成像(3d-t1wi)進(jìn)行大腦結(jié)構(gòu)和功能的綜合掃描，應(yīng)用成像算法自動(dòng)檢測(cè)并校正由于患者頭部移動(dòng)造成的影像扭曲，具體方法如下：

2、利用一組基于歷史成像數(shù)據(jù)派生的頭部動(dòng)作參數(shù)，參數(shù)涉及頭部的常見(jiàn)移動(dòng)模式和幅度，用以設(shè)定檢測(cè)閾值和校正策略；

3、在mri掃描過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控患者頭部的位置和移動(dòng)，使用快速成像序列捕捉頭部狀態(tài)，每個(gè)序列之間的時(shí)間間隔極短，以追蹤快速移動(dòng)，通過(guò)與預(yù)設(shè)參數(shù)的比較，識(shí)別出任何超出常規(guī)范圍的頭部移動(dòng)；

4、檢測(cè)到異常移動(dòng)時(shí)，立即計(jì)算出必要的校正參數(shù)，包括調(diào)整mri掃描的角度、焦點(diǎn)及其它掃描參數(shù)，校正操作基于當(dāng)前頭部位置與預(yù)期掃描位置之間的偏差，并繼續(xù)監(jiān)控后續(xù)圖像的質(zhì)量；

5、s2、收集wd患者的atp7b基因突變數(shù)據(jù)，包括基因序列和表達(dá)水平，使用生物信息學(xué)工具預(yù)測(cè)基因突變對(duì)蛋白功能的具體影響，具體方法如下：

6、收集關(guān)于atp7b基因的突變數(shù)據(jù)，整合突變的位置、類型及其已知的臨床表現(xiàn)與公共數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和功能注釋，建立全面的數(shù)據(jù)集，使用已知基因突變與其對(duì)應(yīng)蛋白質(zhì)功能影響的數(shù)據(jù)訓(xùn)練循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)學(xué)習(xí)突變的生物化學(xué)特性與功能變化之間的復(fù)雜關(guān)系，優(yōu)化其預(yù)測(cè)能力；

7、對(duì)未充分研究的atp7b基因突變進(jìn)行功能影響預(yù)測(cè)，輸出每個(gè)突變導(dǎo)致的蛋白質(zhì)功能改變；

8、s3、收集并整合wd患者的基因表達(dá)數(shù)據(jù)和腦部mri影像數(shù)據(jù)，將基因表達(dá)模式與腦區(qū)網(wǎng)絡(luò)功能特征相關(guān)聯(lián)，構(gòu)建一個(gè)多層網(wǎng)絡(luò)，其中一層代表基因表達(dá)數(shù)據(jù)，另一層代表腦mri數(shù)據(jù)；通過(guò)分析兩層數(shù)據(jù)之間的交互和聯(lián)系，將基因表達(dá)模式與腦區(qū)網(wǎng)絡(luò)功能特征相關(guān)聯(lián)，識(shí)別出與wd病理過(guò)程相關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵生物標(biāo)記物；

9、s4、整合前所獲得的數(shù)據(jù)，通過(guò)構(gòu)建預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)wilson病患者的腦結(jié)構(gòu)及功能異常，并對(duì)潛在病理生理機(jī)制進(jìn)行深入分析，具體步驟如下：

10、利用s1、s2和s2中收集的多模態(tài)mri影像數(shù)據(jù)、基因突變數(shù)據(jù)及l(fā)eipzig評(píng)分系統(tǒng)的臨床數(shù)據(jù)，整合構(gòu)建數(shù)據(jù)集，通過(guò)空間相關(guān)分析方法對(duì)跨采樣點(diǎn)的基因表達(dá)和腦影像表型進(jìn)行分析，以提取關(guān)鍵的影像組學(xué)和基因組學(xué)特征；

11、采用遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)處理和分析集成的數(shù)據(jù)，通過(guò)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)捕捉數(shù)據(jù)中復(fù)雜的非線性關(guān)系，并從中識(shí)別出預(yù)測(cè)wilson病腦損傷的生物標(biāo)記物。

12、進(jìn)一步的，在所述s1中獲得的多模態(tài)mri數(shù)據(jù)包括功能性磁共振成像(fmri)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行時(shí)間序列分析，以識(shí)別靜息態(tài)下腦功能網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)模式，具體腦區(qū)包括基底神經(jīng)節(jié)、丘腦和小腦，這些腦區(qū)與wd患者的神經(jīng)精神癥狀密切相關(guān)，計(jì)算功能連接矩陣，分析不同腦區(qū)之間的功能耦合強(qiáng)度，識(shí)別功能連接異常的腦區(qū)對(duì)，具體包括基底神經(jīng)節(jié)與前額葉皮層的異常連接；再應(yīng)用圖論分析方法，評(píng)估腦功能網(wǎng)絡(luò)的小世界屬性，包括網(wǎng)絡(luò)效率、模塊化程度和節(jié)點(diǎn)中心性，以量化wd患者腦功能網(wǎng)絡(luò)的異常程度，比較wd患者與健康對(duì)照者的腦功能網(wǎng)絡(luò)特性，揭示wd患者腦功能網(wǎng)絡(luò)的特異性改變。

13、進(jìn)一步的，在所述s1中利用的擴(kuò)散張量成像(dti)數(shù)據(jù)，對(duì)此dti數(shù)據(jù)進(jìn)行纖維追蹤，構(gòu)建腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，具體腦區(qū)包括胼胝體、內(nèi)囊和丘腦，通過(guò)分析結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋵傩裕窂介L(zhǎng)度、聚類系數(shù)和全局效率，識(shí)別結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中異常連接的腦區(qū)，具體包括與wd患者認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)功能障礙相關(guān)的區(qū)域，通過(guò)比較wd患者與健康對(duì)照者的腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)屬性，揭示wd患者腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的特異性改變。

14、進(jìn)一步的，利用所述s1和所述s3中獲得的多模態(tài)mri數(shù)據(jù)和基因數(shù)據(jù)，執(zhí)行如下分析和預(yù)測(cè)過(guò)程：

15、結(jié)合從所述s1中獲得的功能性磁共振成像(fmri)和擴(kuò)散張量成像(dti)數(shù)據(jù)，以及所述s3中收集的atp7b基因突變數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計(jì)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，以識(shí)別與特定基因突變相關(guān)聯(lián)的腦影像表型特征，使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，將基因型數(shù)據(jù)作為輸入，預(yù)測(cè)與wilson病相關(guān)的腦影像表型，揭示基因表達(dá)如何影響腦結(jié)構(gòu)和功能的改變。

16、進(jìn)一步的，結(jié)合從所述s1中獲得的mri數(shù)據(jù)，所述s2中的基因突變數(shù)據(jù)，以及從臨床實(shí)踐中獲得的leipzig評(píng)分和其他相關(guān)的臨床表現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)室檢查結(jié)果，建立綜合診斷模型，通過(guò)roc曲線分析和敏感度－特異度分析，優(yōu)化診斷模型的閾值設(shè)定，平衡診斷的敏感性和特異性。

17、進(jìn)一步的，在所述s1步驟中，對(duì)wilson病患者在排銅治療前后進(jìn)行多次磁共振腦成像掃描，監(jiān)測(cè)治療對(duì)患者大腦功能和結(jié)構(gòu)的具體影響，具體包括如下步驟：

18、定期執(zhí)行功能性磁共振成像(fmri)、擴(kuò)散張量成像(dti)和三維t1加權(quán)成像(3d-t1wi)，以捕捉治療前后的腦結(jié)構(gòu)和功能的變化，分析治療前后的mri數(shù)據(jù)，包括腦區(qū)體積、功能連接和結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)屬性的影響，通過(guò)分析治療前后腦網(wǎng)絡(luò)屬性的變化，評(píng)估治療對(duì)腦功能恢復(fù)的影響，具體包括排銅治療對(duì)腦功能網(wǎng)絡(luò)異常的改善作用，結(jié)合臨床癥狀和實(shí)驗(yàn)室檢查結(jié)果，綜合評(píng)估治療效果。

19、進(jìn)一步的，所述s4步驟中進(jìn)一步包括長(zhǎng)期隨訪數(shù)據(jù)的收集和分析，具體步驟如下：定期收集wilson病患者的臨床癥狀、實(shí)驗(yàn)室檢查結(jié)果和多模態(tài)腦影像學(xué)數(shù)據(jù)，包括臨床癥狀、實(shí)驗(yàn)室檢查結(jié)果和腦影像學(xué)變化，構(gòu)建多維度的預(yù)后評(píng)估指標(biāo)，使用生存分析方法，構(gòu)建預(yù)后預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)患者的疾病進(jìn)展速度和生存期，通過(guò)外部驗(yàn)證和敏感性分析，評(píng)估預(yù)后模型的穩(wěn)定性和可靠性。

20、進(jìn)一步的，所述s2步驟中的基因突變分析具體包括對(duì)atp7b基因中常見(jiàn)的錯(cuò)義突變、無(wú)義突變和剪接位點(diǎn)突變進(jìn)行測(cè)序，通過(guò)高通量測(cè)序技術(shù)鑒定新的或已知的致病基因突變，并使用生物信息學(xué)工具進(jìn)行突變的功能預(yù)測(cè)，分析這些基因突變對(duì)蛋白功能的影響。

21、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

22、一、本發(fā)明通過(guò)結(jié)合多模態(tài)磁共振成像和基因分析，能夠顯著提高wilson病的早期診斷能力，多模態(tài)mri技術(shù)使得醫(yī)生能夠在微觀層面觀察大腦結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)微變化，此外，再結(jié)合atp7b基因突變的檢測(cè)，能夠在遺傳層面確認(rèn)疾病的存在，即使在癥狀尚未明顯之前，便捕捉到腦部微小結(jié)構(gòu)和功能的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)癥狀或輕微癥狀患者的有效識(shí)別，特別適用于那些表現(xiàn)不典型或遺傳背景復(fù)雜的病例，可以大大提前診斷時(shí)點(diǎn)，為患者提供及時(shí)的干預(yù)措施；

23、二、本發(fā)明通過(guò)精確分析患者的基因突變特征及其與腦部影像表型之間的相關(guān)性，不僅能預(yù)測(cè)疾病的進(jìn)展，還能輔助醫(yī)生為每位患者制定更為個(gè)性化的治療方案，通過(guò)利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)分析大量數(shù)據(jù)后，能夠識(shí)別出哪些基因突變與腦功能恢復(fù)和治療反應(yīng)密切相關(guān)，從而指導(dǎo)使用特定藥物和治療手段，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療，通過(guò)監(jiān)測(cè)治療前后患者的腦功能和結(jié)構(gòu)變化，能夠有效評(píng)估治療效果。