[发明专利]基于连接强度分析的脑核团动态可变性测量方法

说明书

本发明提出了一种基于连接强度分析的脑核团动态可变性测量方法，包括：采集fMRI数据并进行预处理；借助滑动时间窗技术将fMRI数据划分成T个时间段，并构建脑功能连接矩阵，计算每个脑核团两两时间段之间的连接向量相关的平均，得到相关分析法求得的脑核团的动态特性；对每个时间段下的脑功能连接矩阵进行列平均，得到脑核团的节点强度；针对每个脑核团节点强度随时间变化的曲线进行逐点斜率平均，得节点强度斜率分析法求得的每个脑核团的动态特性；结合相关分析法和节点强度斜率分析法，测量脑核团动态可变性的高低。本发明克服了脑核团局部测量的缺点，并将度量分析深入到每个时间窗上，使脑核团动态可变性度量更精准。

技术领域

本发明属于神经影像数据分析技术领域，尤其涉及一种基于连接强度分析的脑核团动态可变性测量方法。

背景技术

功能性磁共振成像是利用磁振造影来测量神经元活动所引发的血液动力的改变。功能磁共振成像技术(fMRI)是通过检验血流进入脑细胞的磁场变化而实现脑功能成像。功能磁共振具有无创伤、时间和空间分辨率高的特点，逐渐应用于神经科学的多个领域，阐明神经活动和皮层间的功能联系，揭示神经功能异常的改变，为认知神经科学或脑信息学的实验研究提供了有利条件，同时又在病理学研究方面具有重要的临床意义，有较高的应用价值，已日益成为观察大脑活动，进而揭示脑和思维关系的一种重要方法。

脑核团是指大脑的结构区域，每个脑核团具有特定的功能。fMRI能够呈现出脑核团随时间的功能活动变化规律。通过对静息态下的脑核团分析，有可能揭示人类大脑神经机制的复杂机理。在过去，脑核团的研究主要是基于该核团或其附近区域内大脑活动值的改变，局限于局部变化的测量。事实上，人脑是个复杂的系统，大脑中各个区域之间是存在信息交互的，这种信息交互构成了个体本身的脑功能系统，并与个体的认知、情感、感知、疼痛、运动等各类行为表现和健康状况有着紧密的联系。因此，将脑核团的研究扩展到整个大脑系统，从给定核团与其他核团之间信息交互的角度进行脑核团的研究(即基于脑功能连接的研究)具有重要的意义。

之前的许多研究将fMRI数据看成是扫描期间内脑系统的状况不发生改变，也就是说，此类研究是基于人脑功能活动静态假设的。然而，大脑非常复杂，其功能活动无时无刻不在变化。这种大脑的动态变化特性已经被认为是与脑疾病相关的重要指标，可能作为临床上诊断的辅助参数。当前，仅有的脑核团动态可变性研究要么局限于局部测量，要么存在特定状况下会发生错误的缺点。因此，如何对脑核团进行更精准地测量成为目前人脑动态特性研究中亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在脑核团动态可变性分析不精确的问题，从而提出一种基于连接强度分析的脑核团动态可变性测量方法，使脑核团动态可变性的度量结果更加准确。

为了便于理解，对本发明中出现的部分名词作以下解释说明：

静息态：指人类在清醒、不受任何刺激、不集中做任何事情的放松状态。

fMRI：英文全称为functional magnetic resonance imaging，功能磁共振成像，是一种新兴的神经影像学技术，其原理是利用磁振造影来测量神经元活动所引发之血液动力的改变。

体素：大脑的每个脑区中含有多个体素，每个体素是指一小块立方体区域，本发明中的每个体素的大小为3×3×3mm³。

AAL模板：英文全称为Anatomical Automatic Labeling，该模板将人脑分为116个区域，但只有90个区域属于大脑，剩余26个区域属于小脑结构，在此发明中只用到90个大脑区域。

脑核团的动态可变性：为一个人90个大脑区域的动态可变性，一个脑核团对应一个脑区，即对应一个节点。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于连接强度分析的脑核团动态可变性测量方法，包括以下步骤：