在开发新药和确定其副作用时 [ 1 ],制药科学依赖于统计学和计算机科学等相关科学分支的发现。此过程中的一个重要步骤是确定药物与药理靶标之间的相互作用。尽管可以通过体外结合试验可靠地确认相互作用的存在(例如,参见 [ 2 – 5 ]),但此类方法昂贵且耗时 [ 6 ]。为了解决这一瓶颈,已经设计并实施了计算方法来估计相互作用的概率。因此,可以根据计算机方法选择最有希望进行体外实验的候选药物。药物开发的成本进一步强调了预测药物-靶标相互作用的重要性。虽然估计数字各不相同,但他们一致认为,将一种新药推向市场需要花费数亿美元,有关概述例如,参见 [ 7 ]。此外,该过程可能总共需要 10 多年。药物-靶标相互作用预测(DTI)技术有望减少上述成本和时间,并支持药物重新定位[8],即使用现有药物来治疗尚未用该药物治疗的疾病。
磁共振成像 (MRI) 可以非侵入性地绘制大脑的代谢氧消耗 (CMRO 2 ),这对于理解和监测健康和疾病状态下的神经功能至关重要。然而,由于缺乏稳健的方法,对 MRI 氧代谢的深入研究迄今为止受到阻碍。一种绘制 CMRO 2 的 MRI 方法基于在氧气和二氧化碳的呼吸调节期间同时获取脑血流 (CBF) 和血氧水平依赖 (BOLD) 加权图像。虽然这种双校准方法在研究环境中显示出良好的前景,但当前的分析方法在存在噪声的情况下不稳定和/或计算要求高。在本文中,我们提出了一种机器学习实现,用于对双校准 fMRI 数据进行多参数评估。所提出的方法旨在解决稳定性、准确性和计算开销问题,消除使用 MRI 研究氧代谢的重大障碍。该方法利用获取的灌注和 BOLD 加权数据的时间频率变换,从中选择适当的特征向量来训练机器学习回归器。实施的机器学习方法之所以被选中,是因为它们对噪声具有鲁棒性,并且能够映射复杂的非线性关系(例如 BOLD 信号加权和血氧之间存在的关系)。极端随机树 (ET) 回归器用于估计静息血流量,多层感知器 (MLP) 用于估计 CMRO 2 和氧提取分数 (OEF)。带有加性噪声的合成数据用于训练回归器,模拟数据涵盖广泛的生理合理参数。在模拟和体内数据(n = 30)中,将实施的分析方法的性能与已发表的方法进行了比较。所提出的
