基于深度学习的疾病患者识别与风险预测模型研究【附代码】
(1) 基于自注意力机制的抑郁症患者识别算法
抑郁症状普遍影响着人们的心理健康状况。严重威胁着患者的日常生活质量。及时发现并实施有效治疗对于缓解抑郁症状至关重要。现有使用的评估工具往往带有较强的主观色彩,并容易受到评估者个人经验及主观判断的影响而导致诊断结果不够准确。由此而言,在寻找一种客观且高效的方法来识别抑郁症状方面仍存在较大挑战。近年来,在医学影像与信号处理领域中应用日益广泛的深度学习技术为抑郁症的早期识别提供了新的可能性
本研究首次提出了一种基于自注意力机制的深度学习算法用于识别抑郁症患者。由于其在捕捉数据间相关性方面的优势显著突出,在分析脑电信号时表现出高度的有效性。该方法的核心步骤如下:第一步是利用多组并行执行的自注意力模块自动解析脑电图(EEG)信号中各通道间的关联关系;第二步是通过生成反映不同脑区互动情况的关键连接矩阵来辅助模型深入理解信号中的潜在信息;第三步则是将这些预处理得到的关键连接矩阵输入到设计精巧的双层卷积神经网络架构中以实现深入挖掘复杂的特征信息。
双分支卷积神经网络架构巧妙地实现了不同分支间复杂特征信息的有效整合,在对抑郁症患者与健康对照组进行有效区分的基础上实现了精准分类目标。通过巧妙地融合两个分支提取的关键特征信息并将其传递至全连接层完成二分类任务,在实验过程中采用了一种高效的跨被试留一法交叉验证策略,在这种策略下充分体现了模型具有良好的泛化能力优势。相比于基于传统计算脑连接矩阵的传统深度学习方法,在捕捉脑电信号细微变化方面所提出的自注意力机制深度学习算法表现出显著性能优势,并且平均分类准确率达到91.06%。这一结果不仅验证了自注意力机制在深度学习领域的重要价值,也为脑电信号分析提供了切实可行的技术支持方案
(2) 基于时-空卷积神经网络的抑郁症患者识别算法
针对抑郁症患者与健康对照组的脑电信号在时空维度上的差异特征进行深入研究,并在此基础上提出了一种基于时-空卷积神经网络(3D CNN)的深度学习模型来实现抑郁症患者的分类鉴别。时-空卷积神经网络通过同时提取时间维度和空间维度的关键特征信息,在多维度分析脑电信号的基础上能够更加系统地挖掘潜在的疾病相关信号。
该方法主要由一种基于时间-空间并行学习的双分支卷积神经网络模型构成,在研究脑电信号时采用了这一创新架构以区分不同维度下的特性差异。具体而言,在第一部分中通过多层时序卷积层提取动态变化特征;而在第二部分则利用空间卷积捕捉不同脑区间的关联性。这种双分支设计不仅能够有效融合局部细节信息与全局模式信息,并且显著提升了对抑郁症患者识别任务的表现能力
完成特征提取后
(3) 基于实例分割的抑郁症患者病理特征分析
除了识别抑郁症患者之外,深入理解抑郁症的病理特征同样重要。传统的抑郁症评估方法往往仅限于对症状进行分类和评分,并缺乏对症状表现进行深入分析。针对这一问题,在本文中我们提出了一种基于实例分割的方法,并旨在通过脑电信号的具体实例来进行详细研究以揭示抑郁症患者的病理特征
该方法首先对抑郁症患者的EEG样本进行标记,并涉及抑郁症相关的特征区域及其严重程度等信息。在实例分割过程中,模型将使用改进的Mask R-CNN网络,并通过对输入的EEG图像进行分割处理来识别出不同类型的脑电活动模式。为了提高模型在复杂样本处理中的准确性,在传统的Mask R-CNN架构基础上进行了优化,并引入Refine Mask分支替代原有的分割分支结构。这一改进不仅提升了分割效果,并且使得模型在识别复杂的脑电图像时能够更加精准地捕捉到其中的病理特征。
在训练阶段中,在深入研究的基础上
% 基于深度学习的抑郁症患者识别系统
% 加载预训练的抑郁症识别模型
model = load('path_to_depression_model');
% 设置待识别的EEG信号数据路径
eegDataDir = 'path_to_eeg_data';
% 读取EEG信号数据
imds = imageDatastore(eegDataDir, 'IncludeSubfolders', true, 'FileExtensions', {'.mat'});
% 初始化结果存储
results = struct();
% 对每个EEG信号进行识别
for i = 1:numel(imds.Files)
data = load(imds.Files{i});
eeg_signal = data.eeg_signal; % 假设EEG信号保存在变量中
% 对EEG信号进行预处理
preprocessed_signal = preprocessEEG(eeg_signal);
% 使用深度学习模型进行抑郁症识别
predictedLabel = classify(model, preprocessed_signal);
% 存储识别结果
results(i).file = imds.Files{i};
results(i).predictedLabel = predictedLabel;
end
% 输出识别结果
for i = 1:numel(results)
fprintf('File: %s, Predicted Label: %s\n', results(i).file, results(i).predictedLabel);
end
% 可视化识别结果
for i = 1:numel(results)
figure;
plotEEG(results(i).file); % 假设有一个函数用于绘制EEG信号
title(sprintf('Predicted Label: %s', results(i).predictedLabel));
end
% 辅助函数:EEG信号预处理
function processed_signal = preprocessEEG(signal)
% 进行滤波、去噪等预处理操作
% ...
processed_signal = signal; % 返回处理后的信号
end
% 辅助函数:绘制EEG信号
function plotEEG(filename)
data = load(filename);
signal = data.eeg_signal; % 假设EEG信号保存在变量中
plot(signal);
xlabel('Time (s)');
ylabel('Amplitude');
title('EEG Signal');
end

