[发明专利]一种基于脑结构连接约束的脑功能连接特征提取方法

说明书

本发明提供了一种基于脑结构连接约束的脑功能连接特征提取方法，包括步骤：获取被试对象的弥散磁共振脑影像，将大脑皮层划分为n个感兴趣的区域，确定任意两个所述区域间的最短步长，据此构建n*n的最短步长矩阵scD，将所述最短步长矩阵scD进行二值化，形成n*n的约束矩阵scD_约束；B、获取该被试对象的功能磁共振脑影像，将大脑皮层划分为与步骤A相同的n个感兴趣的区域，据此确定出n*n的功能连接矩阵FC；C、将所述功能连接矩阵FC和所述约束矩阵scD_约束的各个元素对应进行逻辑与运算，以实现对于功能连接矩阵FC的脑功能连接特征提取。

技术领域

本发明涉及脑影像技术领域，特别是一种基于脑结构连接约束的脑功能连接特征提取方法。

背景技术

人脑是自然界中最为复杂的系统之一。数以千亿计的神经元通过数百亿个神经突触相互连接形成的一个极其复杂的脑神经网络。该脑神经网络被认为是人脑进行快速高效信息传输进而实现各种认知功能的基础。近年来随着弥散和功能磁共振影像技术的发展，研究者们已经成功地在宏观水平上绘制出了人脑的结构和功能连接模式。

其中，弥散磁共振影像能够检测脑体素内水分子在各个方向上的弥散程度，结合纤维追踪技术可以估计出脑内白质纤维束。基于估计出的脑白质纤维束，即可判断不同脑区或者脑体素之间是否存在脑结构连接，以及这种连接的空间轨迹，并且可以定义连接的强度。

功能磁共振影像技术可以被用来估计不同体素或不同脑区间脑活动信号的时间同步性，即脑功能连接。然而，基于统计关联的功能连接会引起大量的虚假连接和缺乏生物意义的连接。但是现有技术却通常忽略了对虚假连接的严格控制，更重要的是忽略了不同脑区的同步活动必须要通过神经纤维的信息传递来实现这一重要的生物约束。基于此，现有技术的上述缺陷不利于功能连接的广泛应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于脑结构连接约束的脑功能连接特征提取方法，采用一约束矩阵表示出不同感兴趣的大脑区域的同步活动之间的结构联系，基于上述联系约束所述功能连接矩阵，就可以规避掉虚假的功能连接和缺乏生物意义的功能连接。

为实现上述发明目的，本发明方法包括以下步骤：

A、获取被试对象大脑的弥散磁共振脑影像，划分为n个感兴趣的大脑区域，确定任意两所述区域间的最短步长，据此构建n*n的最短步长矩阵scD，将所述最短步长矩阵scD进行二值化，形成n*n的约束矩阵scD_约束；

B、获取该被试对象大脑的功能磁共振脑影像，按照与步骤A完全相同的标准，划分为n个感兴趣的大脑区域，据此确定出n*n的功能连接矩阵FC；

C、将所述功能连接矩阵FC和所述约束矩阵scD_约束的各个元素对应进行逻辑与运算，以实现对于功能连接矩阵FC的脑功能连接特征提取。

其中，步骤A中，所述确定任意两所述区域间的最短步长的步骤包括：

构建n*n的结构连接特征矩阵，对所述结构连接特征矩阵二值化，生成二值化的结构连接特征矩阵SC；

基于所述二值化的结构连接特征矩阵SC，采用Floyd-Warshall算法求出n*n的最短步长矩阵scD。

由上，二值化结构连接特征矩阵用于表示不同区域间是否存在脑白质纤维连接。

其中，将所述最短步长矩阵scD进行二值化包括：设置一阈值步长，所述最短步长矩阵scD中的元素大于所述阈值步长时，在二值化处理时将该元素置0；

所述最短步长矩阵scD中的元素小于所述阈值步长时，将该元素置1。

由上，通过阈值步长限定不同区域之间的结构关系，例如阈值步长为1表示两区域直接连接；阈值步长为2表示两区域通过另一区域间接连接。