[发明专利]一种基于核磁共振影像的脑龄分析方法

说明书

本发明公开了一种基于核磁共振影像的脑龄分析方法，首先，利用脑结构影像中信息，构建功能脑区与体素水平的脑结构网络；根据功能影像信号，建立功能脑区和体素水平的脑功能网络；然后，应用统计学方法，分析脑结构、脑功能随年龄增长而变化的特征和规律，以及脑网络连接模式变化，从而得到脑结构、脑功能和脑网络随年龄增长而变化的差异性特征；随之利用递归特征增长法，选择所需的有效特征，降低特征维数；最后，应用线性支持向量机，建立脑龄回归模型，对脑龄进行分析。本发明方法可有效地揭示人的生理年龄和脑龄的内在关系与差异性，为人脑发育研究提供科学、客观的理论依据和方法。

技术领域

本发明涉及数字图像分析与处理的技术领域，尤其是指一种基于核磁共振影像的脑龄分析方法。

背景技术

人的一生历经从胎儿到婴幼儿，再到儿童、青少年、中年、老年等多个阶段，在此过程中，和身体其它组织器官类似，大脑也存在快速增长发育、成长、成熟、缓慢萎缩和迅速衰退期，并遵循一定的规律。

研究发现，人脑的灰质在从出生到儿童期迅速增长，灰质体积达到最大，青春期开始缓慢下降，呈倒“U”型；白质则从出生到少年时期，急剧增长，青春期后，增长缓慢，直至成年期又开始缓慢下降。由此可见，在不同年龄阶段，人脑的发育过程表现出完全不同的规律与特征，如果以脑龄来测度大脑发育状况或程度，则它与人的生理年龄既有密切关系，又有其独有的特性。揭示脑龄与生理年龄的内在关系(如一致性与差异性)，对了解人大脑的发育过程和演化规律，认识人脑认知能力、心理与行为学的变化等，具有重要的科学研究价值。

磁共振成像为人脑研究提供了一种安全无创、准确可靠的手段，它可以获取有关人脑组织清晰的结构影像，与反映脑功能活动状况的动态实时功能影像。借助脑结构和功能影像，可分析人脑结构与功能的变化、以及神经信息的传递状况。

最近，随着脑连接组学的兴起，有关脑网络的研究逐渐增多，研究者利用图论和信息论，构建脑网络，重点关注脑区之间的连接、信息通路与信息传递。脑网络分析方法也被应用于大脑的研究，如核心节点、网络局部/全局效率、最小路径长度、小世界属性、抗攻击能力等。

利用脑结构、脑功能影像，以及脑网络等神经生物学特征，构建脑龄分析模型，并将模型用于分析大脑脑龄，即构建一种综合有效的脑龄分析模型与方法，尚未见公开报道。

发明内容

本发明旨在提供一种科学可靠的基于核磁共振影像的脑龄分析方法，可有效地应用于评估大脑的发育状况，为探索人脑的发育过程与规律，揭示认知能力的变化特征，认识其心理与行为特性提供重要依据。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于核磁共振影像的脑龄分析方法，首先，利用大脑结构影像信息，构建功能脑区与体素水平的脑结构网络；根据大脑功能影像信号，建立功能脑区和体素水平的脑功能网络；然后，分析大脑的结构、脑功能随年龄增长而变化的特征和规律，以及脑网络连接模式变化，从而得到脑结构、脑功能和脑网络随年龄增长而变化的差异性特征；随之利用迭代特征增长法，选择所需的有效特征，降低特征维数；最后，应用线性支持向量机，建立脑龄回归模型，对脑龄进行分析。

本发明所述的基于核磁共振影像的脑龄分析方法，包括以下步骤：

1)建立回归模型

1.1)采集MR影像数据

获取大脑结构和脑功能MR影像；

1.2)影像数据处理

包括头动校正、配准、空间标准化、平滑处理，其中，对脑结构影像进行脑灰质与脑白质分析时，需要将脑组织分割为灰质、白质和脑脊液，脑功能影像首先还需时间层校正，再进行后续处理；

还包括脑结构和脑功能网络构建，即利用经过预处理后的影像，应用图论和信息论，在功能脑区或体素水平，建立脑结构和功能网络；

1.3)特征分析与提取