[发明专利]基于EEG-fMRI的癫痫异常放电位点定位系统

说明书

本发明公开了一种基于EEG‑fMRI的癫痫异常放电位点定位方法及系统，方法步骤包括：同步采集病人静息态下脑电数据、功能磁共振成像数据并预处理；标记出发作间期的痫性放电时间点及对应的持续时长；将脑电数据、功能磁共振成像数据在时间上对准，选取功能磁共振成像数据的图像帧提取灰质部分信号进行层次聚类构建痫性放电灰质模板；标记痫性放电相关时间点，获取预期的BOLD时间信号并通过广义线性模型进行相关分析找出与痫性放电活动相关的脑区，综合获取癫痫异常放电位点。本发明通过脑电‑功能核磁共振融合分析有效扩充了医生标记的痫性放电时间点，提高了异常放电位点定位的准确率，具有原理简单、实现方便、结果稳定的优点。

技术领域

本发明涉及脑疾病研究领域，具体涉及一种基于EEG-fMRI的癫痫异常放电位点定位系统，用于基于脑电(EEG)和功能磁共振成像(fMRI)数据定位癫痫病人的异常放电位点。

背景技术

功能磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)技术是一种近年来迅速发展的神经成像方法，fMRI通过测量由脱氧血红蛋白和含氧血红蛋白的磁化率变化引起的血氧水平依赖(blood oxygen level dependent,BOLD)信号来研究大脑神经活动。作为一种非侵入性的活体成像方法，fMRI拥有理想的毫米级的空间分辨率以及秒级的时间分辨率，自上世纪90年代首次应用于人脑以来，便迅速成为神经科学研究中应用最为广泛的脑成像技术。

脑电(electroencephalogram，EEG)是记录头表脑电的同步神经电活动记录方法。神经细胞具有生物电活动，当神经元接受一个大于一定阈值的刺激时，会在细胞膜上产生膜电位，即动作电位。由于人体组织的低通滤波作用，高频动作电位在传至头皮时会极大衰减，持续时间较长的突触后电位被认为是EEG信号产生的基础。由于电信号是瞬间传播的，EEG对于神经事件几乎没有延时作用，具有极高的时间分辨率。

由于EEG数据具有较高时间分辨率，因此可以提供局部区域神经活动的即时测量。然而，在大脑中定位这些区域对于EEG却是很难的问题。另一方面，fMRI数据虽然具有相对较高的定位精度，却因为其较低的时间采样频率(0.3Hz-1.5Hz左右)而无法有效观测瞬时的神经活动(10-100Hz)。可以看出，不同模态的数据在反映神经活动生理学机制上存在各自的优缺点，不同模态的信息间存在互补性。因此，如果能够对多种模态的数据进行有效的数据融合，势必能够在现有的技术基础上进一步提高观测的综合时空分辨率。近十年来，随着测量设备的改进和效果良好的预处理算法的提出，同时获取EEG数据和fMRI数据已经成为现实，对同步采集噪声的去除方法也日趋成熟，这使得多模态信息融合研究成为可能，并逐步走向应用。

同步EEG-fMRI在神经成像、认知科学和神经临床科学等方面具有广阔的应用前景。目前同步EEG-fMRI应用的主要思路如下：定位认知过程引起的激活位置，确定神经活动的动态过程，研究多个脑区间的相互连接，进而勾勒出整个大脑在不同任务或病理条件下的动态过程。在对癫痫、脑静息态以及睡眠的研究中，同步EEG-fMRI技术已经取得了一些在传统单模态研究中无法得到的新发现，这揭示了这项技术未来的美好前景。利用多模态脑功能测量和融合分析技术，可以加深对认知功能有重要作用的脑区和环路的理解；可以将神经图像与生理心理学数据结合起来，分析脑功能和有效连接，还有助于发现更深层次的大脑时空活动规律，为脑高级认知功能的基础研究与应用领域，包括认知科学与智能机理、神经系统运动控制机理、视觉信息处理加工机理以及新型的仿生信息处理机制等提供依据。目前，同步脑电-功能核磁共振(EEG-fMRI)融合分析已经在癫痫病人异常放电位点的定位中得到广泛应用，但目前痫性放电的时间点主要还是通过人工标定，存在漏检的可能性，如果能够通过对可靠标记的特征提取来寻找其他可能的放电时间点，将能够有效提高融合分析的定位精度。

发明内容