Skip navigation

DSpace

機構典藏 DSpace 系統致力於保存各式數位資料(如:文字、圖片、PDF)並使其易於取用。

點此認識 DSpace
DSpace logo
English
中文
  • 瀏覽論文
    • 校院系所
    • 出版年
    • 作者
    • 標題
    • 關鍵字
    • 指導教授
  • 搜尋 TDR
  • 授權 Q&A
    • 我的頁面
    • 接受 E-mail 通知
    • 編輯個人資料
  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 電機資訊學院
  3. 資料科學學位學程
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/97929
標題: 整合基因多型性和大腦磁振造影進行阿茲海默症的分類和高風險族群的識別
Integration of Genetic Polymorphisms and Brain MRI in Alzheimer’s Disease Classification and High-Risk Subgroups Identification
作者: 馬培峰
Pei-Feng Ma
指導教授: 楊欣洲
Hsin-Chou Yang
共同指導教授: 王偉仲
Wei-Chung Wang
關鍵字: 阿茲海默症,單一核苷酸多型性,磁振造影,多基因風險分數,整合風險分數,深度學習,卷積神經網路,極限梯度提升,
Alzheimer’s Disease,Single Nucleotide Polymorphism,Magnetic Resonance Imaging,Polygenic Risk Score,Integrated Risk Score,Deep Learning,Convolution Neural Network,XGBoost,
出版年 : 2024
學位: 碩士
摘要: 阿茲海默症 (Alzheimer’s Disease, AD) 是老年人最常見的神經退化性疾病之一,影響全世界約 65 歲以上人口的 4%。在臨床診斷過程中,遺傳因子與腦部醫學影像皆為關鍵參考依據。本研究提出一個結合遺傳資訊與大腦的結構性磁振造影 (structural MRI, sMR) 的雙階段多模態分類模型,分別利用卷積神經網路(Convolutional Neural Network, CNN) 對大腦影像進行特徵萃取,並採用eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) 進行分類。
本研究使用Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative Phase 1 (ADNI 1) 資料,共納入 421 位受試者 (其中 AD 病患 192 位,認知正常對照組 229 位)。分析資料包括 620,901 個單核苷酸多型性 (Single Nucleotide Polymorphism, SNP) 標記、1,450 張標準化的 1.5 T 腦部 MRI 影像,以及人口統計變項 (年齡、性別與家族病史)。模型效能的評估是基於5-fold cross validation和以受試者為依據的資料切分 (Subject-level data split),並以 AUROC作為主要評估指標。實驗的結果顯示,整合遺傳與腦影像特徵的模型達到最佳 AUROC 為 0.91,優於僅使用遺傳資訊 (AUROC = 0.86) 或僅使用影像特徵 (AUROC = 0.88) 之模型。
此外,我們分別以多基因風險分數 (Polygenic Risk Score, PRS) 與整合風險分數 (Integrated Risk Score, IRS) 進行高風險子群的識別,成功辨識AD高風險之子族群。最後,針對資料洩漏問題的分析顯示,當洩漏程度增加時模型效能亦會被高估,顯示在醫學影像相關研究中防止資料洩漏的重要性。
本研究的結果顯示,結合基因體與腦部影像資料進行整合式分析,對於阿茲海默症之高風險族群之識別與精準健康之推動具有高度應用潛力。
Alzheimer’s Disease (AD) affects approximately 4% of the population above 65 years old. Both genetic factors and medical images play a major role in providing information during the diagnosis process for the patient. In this study, we propose a two-stage multimodal classification model based on the genetics and structural MRI data using the Convolutional Neural Network (CNN) and eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) models. The study was conducted based on 421 subjects (192 AD cases and 229 non-AD controls) from the Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative Phase 1 (ADNI 1). Our analysis included 620,901 single nucleotide polymorphism (SNP) markers from the Illumina Human610-Quad BeadChip genotyping platform, 1,450 1.5T brain structure magnetic resonance imaging (MRI) from ADNI 1 Standardized MRI Collections, and demographic variables, including age, sex, and AD family history. The performance was evaluated using AUROC (Area Under the Receiver Operating Characteristic Curve) on a 5-fold cross-validation with a subject-level data split. The result showed that the model integrating genetics and brain MRI features achieved a best AUROC of 0.91, outperforming the models considering only genetics (AUROC = 0.81) or brain MRI features (AUROC = 0.88). Furthermore, the high-risk subgroup was identified using the Polygenic Risk Score (PRS) and the Integrated Risk Score (IRS) calculated from SNP data and MRI-extracted features. Last, the analysis of the data leakage problem reveals an inflation of model performance as the severity of leakage increases, highlighting the importance of data leakage prevention in medical image-related studies. The integrative analysis of genomics and brain MRI has great potential to facilitate the identification of high-risk populations and accelerate the advancement of precision health in AD.
URI: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/97929
DOI: 10.6342/NTU202501302
全文授權: 同意授權(全球公開)
電子全文公開日期: 2027-07-01
顯示於系所單位:資料科學學位學程

文件中的檔案:
檔案 大小格式 
ntu-113-2.pdf
  此日期後於網路公開 2027-07-01
4.95 MBAdobe PDF
顯示文件完整紀錄


系統中的文件,除了特別指名其著作權條款之外,均受到著作權保護,並且保留所有的權利。

社群連結
聯絡資訊
10617臺北市大安區羅斯福路四段1號
No.1 Sec.4, Roosevelt Rd., Taipei, Taiwan, R.O.C. 106
Tel: (02)33662353
Email: ntuetds@ntu.edu.tw
意見箱
相關連結
館藏目錄
國內圖書館整合查詢 MetaCat
臺大學術典藏 NTU Scholars
臺大圖書館數位典藏館
本站聲明
© NTU Library All Rights Reserved