[发明专利]校正呼吸信息影响静息态功能磁共振脑成像的方法

说明书

技术领域

本发明属磁共振成像的技术领域，具体的是指一种用以获取被试生理呼吸信息，并校正呼吸信息影响静息态功能磁共振脑成像的方法。

背景技术

磁共振成像具有无损伤、软组织对比度高、任意方向断层等特点，目前已广泛用于医学临床诊断，而功能磁共振成像(fMRI)是随着磁共振快速成像技术的发展而出现的新技术。近年来，基于血氧水平依赖法(BOLD)的功能磁共振成像技术在进行脑功能研究方面得到了迅速的发展，其以空间和时间分辨率均较高的优势，逐渐成为对活体脑功能生理、病理活动研究的重要手段之一。

经典的功能磁共振成像所研究的是任务相关的脑激活, 研究中所显示的功能脑区就是由任务状态与无任务的对照状态相减后得出的。而近来的研究发现, 即使在清醒闭眼的静息状态下, 人脑也存在着功能活动。静息态功能磁共振成像信号存在低频的自发性振荡或波动, 在远离的两个脑区之间具有时间的同步性, 位于0.1Hz的频率间隔。静息状态脑功能活动本身具有重要的生理意义, 它与人类的自我意识以及情景记忆等重要功能密切相关。进一步深入研究静息态脑活动的网络结构与功能特点, 它将会对人脑高级意识以及某些认知疾病的研究具有推动作用。静息状态脑活动研究是近几年脑功能成像研究的热点。

然而在功能磁共振成像中，呼吸运动会影响BOLD信号，生理呼吸一方面会改变血流中的CO2含量，影响血氧水平，导致BOLD信号变化；另一方面，随着病人的呼吸运动，会连带引起病人的胸腔和腹腔运动，从而产生主磁场的波动，最终导致成像时采集得到的信号强度和相位的变化。因此区分人脑自发功能活动和生理呼吸运动导致的信号非常重要。为了达到这个目标，必须在采集静息态磁共振成像数据的同步采集生理呼吸运动信息，然后在图像后处理中利用这些信息来消除呼吸运动对功能磁共振信号的影响。

常用的消除呼吸运动影响的方法是，通过呼吸监控装置同步记录被试在扫描过程中的呼吸运动数据，然后在图像后处理中，通过一些现有的图像信号校正算法推算出成像过程中每幅图像的生理呼吸相位信息，最后通过推算得到的相位对每幅图像的灰度值进行校正。如AFNI脑功能处理软件中的“RETROICOR”程序消除功能像中生理噪声的方法是读取记录生理运动信息的文本文件，然后利用生理信息结合图像信号计算傅里叶级数噪声，最后再去除噪声信号使图像信号得到校正。

上述通过呼吸监控装置记录病人呼吸量数据并结合图像后处理的方法可以校正呼吸运动对fmri成像信号的影响。但是该方法的第一个缺点是需要在成像过程中给被试加呼吸监控装置，呼吸监控装置不仅要解决数据记录的稳定性和可靠性的问题，还需要克服与图像采集保持同步的困难，并且监控装置得到的呼吸量数据并不能直接反映图像的相位信息。该方法的第二个缺点是该方法只是对图像灰度的时间序列信号进行了校正，而无法校正由于呼吸运动引起的主磁场波动所产生的图像像素偏移。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种校正呼吸信息影响静息态功能磁共振脑成像的方法，在fmri成像过程中不需要通过加呼吸门控等任何第三方仪器设备，而是直接从MRI成像设备系统中获取图像原始数据，在原始数据中提取图像原始信号的相位信息，通过该相位信息反映生理呼吸对图像信号的影响，并且之后再通过图像后处理方法对静息态数据进行图像像素偏移校正及去除生理呼吸噪声。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种校正呼吸信息影响静息态功能磁共振脑成像的方法，用以获取被试生理呼吸信息，并利用其校正静息态功能磁共振脑成像图像，该方法首先从磁共振成像设备系统中直接获取图像原始数据并提取其相位波动信息，之后通过所述相位波动信息测算并获得呼吸信息对图像信号的像素偏移影响，最后在图像后处理过程中对静息态功能磁共振脑成像的图像数据进行相应图像像素偏移校正并去除生理呼吸噪声。

上述方法的具体实施步骤是：

从磁共振成像设备系统中直接获取图像原始数据，并从中找到每幅图像的零相位编码数据线即K空间中心线，进行FFT变换，通过回波中心数据相位的变化提取出引起主磁场微小波动的呼吸信息；

根据所述原始数据的相位波动测算主磁场的变化，计算出每幅图像像素的偏移量并通过对像素平移进行校正；

将步骤（1）中获取到的每幅图像的相位信息并结合图像数据中的各像素灰度值，将生理噪声建立为傅里叶级数模型，然后在图像数据中将各幅图像的灰度值减去傅里叶级数噪声，去除呼吸噪声对静息态功能性连接图的影响；

采用AFNI软件，对静息态功能磁共振数据进行处理和相关性分析。