[发明专利]一种基于脑功能成像的脑内激活趋势的分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用三维大脑磁共振图像发现在完成某个任务时脑内反应趋势和持续时间的方法，属于医学图像处理领域。

背景技术

脑皮层的微血管中的血氧变化时，会引起局部磁场均匀性变化，从而引起信号强度变化，称为血氧水平依赖(Blood Oxygenation-Level Dependent，BOLD)。随着功能性磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI)的不断成熟与发展，fMRI技术被用来探测大脑在任务时的BOLD。因此，越来越多的学者运用fMRI研究大脑的高级神经活动。标准的fMRI实验设计之一称为组块设计(Blocked Designs)。实验有两种不同的条件，分别形成任务组块(Task blocks)和控制组块(Control block)，在任务组块中需要被试者完成某项设定的认知任务，在控制组块中被试者则处于休息状态，什么也不需要做，每个组块持续一定时间(一般为14至20秒)，并在连续的扫描中交替出现。在整个的实验过程中，每隔一段固定时间(其时间分辨率依机器的扫描速度而定，一般为2至3秒)，会采到一幅全脑加权像，它们构成一个离散的时间序列，可记为{f(n)}(n为正整数)。因此，组块持续时间可以使用扫描图像的数量代替，{f(n)}的长度l即总图像数由实验的周期数L与周期长度(每周期取得的图像数)所决定，即l＝L×(c+t)，其中，c和t分别为每个实验周期内所获取的完成控制组块的图像数和完成任务组块的的图像数。对于自变量n的每一个取值，{f(n)}都唯一地确定一幅全脑加权像，记为BOLD(n)。它既可能是属于控制组块的BOLDc(n)，又可能为属于任务组块的BOLDt(n)。在这类的实验中，通过对比脑扫描数据在任务和控制之间的差异而确定结果，得出许多有意义的结果，如语言区的精确定位、情绪区的新发现、记忆的脑神经网络等等。

但是当前对于从总体考察认知过程中脑内反应趋势，以及脑为完成任务所持续激活的工作时间窗，却知之甚少。由于整脑在认知信息加工过程中，往往会呈现出促进作用(脑活动的趋势在任务完成后仍较高，并短暂持续)或抑制作用(脑活动的趋势在任务完成前就减小)，如果只通过统计分析得到不同脑区的激活图谱，很难解决从动态角度分析脑在认知过程中的活动趋势和时空关系。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种基于脑功能成像的脑内激活趋势的分析方法，该方法根据激活体素点会在连续交替的实验任务中所呈现的自相关的特性筛选合适体素点，根据这些体素点计算每幅脑图的时间簇并绘制时间轴曲线，从而考察在整个任务中的脑内反应趋势。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于脑功能成像的脑内激活趋势的分析方法，包括以下步骤：

A、输入脑核磁共振图像实验数据序列

脑核磁共振图像实验数据序列，在整个的实验过程中有两种不同的条件，分别形成任务组块和控制组块，每个组块持续一定时间，并在连续的扫描中交替出现；每隔一段固定时间，机器会采到一幅全脑加权像，它们构成一个离散的时间序列，记为{f(n)}，n为正整数；因此，组块持续时间可以使用扫描图像的数量代替，{f(n)}的长度l即总图像数由实验的周期数L与周期长度所决定，即l＝L×(c+t)，其中，c和t分别为每个实验周期内所获控制和任务的图像数；对于自变量n的每一个取值，{f(n)}都唯一地确定一幅全脑加权像，记为BOLD(n)；它既可能是属于控制组块的BOLDc(n)，又可能为属于任务组块的BOLDt(n)；所述的持续一定时间为14至20秒，所述的一段固定时间为2至3秒；

B、利用自相关性筛选脑体素点

设每个序列有L个周期，每个周期有c+t个时间点，即c+t幅图像，对于脑图中的任意一个体素点，其血氧水平依赖的信号值可用如下矩阵来表示：