[发明专利]一种融合结构连接的各脑区间的效能连接分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种融合结构连接的效能连接计算方法，属于医学影像方法学和医学影像信号处理等领域，适用于大脑活动的分析和研究。

背景技术

既往研究发现包括抑郁症、精神分裂症、癫痫等精神疾病都与大脑的结构的受损或者功能性障碍有关。大脑的结构信息(结构连接)与功能信息(功能连接、效能连接)反映了整个大脑的状况，并且对各种精神疾病的病理机制的探索和研究起着重要的作用。而且结构连接和功(效)能连接之间存在密切的联系，功(效)能连接在一定的程度上反映了结构连接，但不完全取决于结构连接。以往的研究很少将它们结合起来进行研究，若从多模态的角度融合结构连接和功能连接，将会给各种精神疾病的研究带来极大的帮助。

关于结合结构连接和效能连接进行大脑活动的研究，已有一些初步的方法和探索但存在一些问题。方法1：利用DTI(弥散张量磁共振成像diffusion tensor imaging)和MEG(脑磁图magnetoencephalography)各自的优点，从不同的角度单独进行研究分析，然后综合分析。但是没有探讨这两者的关系，更没涉及到它们之间的融合。方法2：运用对结构连接的分析对功能连接的结果进行约束和优化。该方法虽然运用并分析了两者之间的关系，但是仍然没有能够真正将两者融合起来。方法3：利用结构连接的实验数据来大规模模拟大脑的功能，或是研究什么类型的网络结构会产生特定功能的神经活动。该方法能够将两者融合起来，但是仍只是重在探讨两者之间的联系。

发明内容

为了解决现有方法中的不足之处，本发明提出了一种新的融合结构连接的各脑区间的效能连接分析方法，具体技术方案如下：

融合结构连接的各脑区间的效能连接分析方法，基本思想是：提取并分析感兴趣区的大脑结构网络，并将得到的结构信息转换为效能连接参数的先验概率分布空间；然后建立基于变分贝叶斯框架的效能连接模型；最后通过集成学习(Ensemble Learning)和EM算法(Expectation-Maximization Algorithm)，求取各脑区间的效能连接。

本方法的具体步骤包括：

1、一种融合结构连接和效能连接进行脑活动分析的方法，其特征在于步骤包括：

1)首先利用弥散张量磁共振成像DTI数据进行全脑的神经纤维追踪，并建立整个大脑的结构连接网络；另外，对采集得到的脑磁图MEG信号进行3D源重建；MEG的3D源重建运用了MSP(Multiple Sparse Priors)的方法，该步骤主要是要SPM8(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)软件进行处理。该方法是一种运用分层贝叶斯及经验贝叶斯进行分布式偶极子源重建的方法，其的优点是能够在简单的先验知识下进行多个稀疏皮层源自动选取。

2)根据需要分析的感兴趣区域提取出所述连接网络中的主干网络，并将主干网络转化为图；

设主干网络中的任意感兴趣脑区为i，主干网络中的每个感兴趣区ROI(i)均视为一个节点i，节点i代表的感兴趣区域的皮层面积为S(i)；

主干网络中连接两个脑区i和j的神经纤维ROI(i)和ROI(j)对应于连接节点i和j的边E(i，j)，边的长度和权重分别为和其中，E_f为连接节点i和j的所有纤维，l_f为这些纤维的长度，N_f为神经纤维的数目；所以l为连接两区域的所有神经纤维的平均长度，w反映的是两区域的连接密度；