[发明专利]一种大脑边缘系统图谱构建方法

说明书

本发明涉及一种大脑边缘系统图谱构建方法，包括下列步骤：采集被试者的功能磁共振影像FMRI，高夹角分辨率扩散影像HARDI，T1权重解剖影像T1；对每个被试的功能磁共振影像FMRI数据进行预处理，进行时间层矫正和头动矫正；求出每位被试大脑空间到标准空间的转移矩阵及其逆矩阵；预处理后的功能连接数据，统计出所有被试样本的功能连接图中与左右杏仁核以及左右海马体相关性显著高于全脑均值的脑区，并与脑区解剖标签比较后选取感兴趣区ROI；选取每位被试的相同神经束对位至标准空间后，将相同节点间的神经束的三维矩阵叠加之后加入一定阈值，低于此阈值的舍去；最终构建出大脑边缘系统图谱。

技术领域

本发明涉及医学成像检测技术领域，特别涉及磁共振成像技术领域，具体是指一种基于磁共振功能连接与结构连接的大脑边缘系统图谱构建方法。

背景技术

大脑边缘系统是产生并影响情绪的重要大脑网络结构，支持人类行为、动机产生、长期记忆等功能，对于研究认知障碍，性格障碍，抑郁症等精神疾病有着重要的价值。其中，主管情绪的杏仁核与主管记忆的海马体是边缘系统的重要组成部分。

功能连接被定义为大脑在空间上分离但是在神经活动上却有时间依赖的一种激活模式。功能磁共振成像(Functional magnetic resonance imaging，FMRI)可通过检验血流进入脑细胞的磁场变化反映大脑神经网络的空间分布。

结构连接可以计算出大脑中由白质纤维束相互连接的结构组成的连接与走向。扩散张量成像(Diffusion Tensor imaging，DTI)即由量测水分子在神经纤维束内的扩散概率模型，提供给我们非侵入式探索人脑神经结构的机会。而高夹角分辨率扩散磁振造影(HighAngular Resolution Diffusion Imaging，HARDI)能够解析单一像素内复杂的神经交汇结构，可将大脑内各像素中的神经结构以概率模型来加以描述，且配合相对应的神经径路追踪算法，能进一步撷取人脑复杂的神经连接结构。

然而大脑运作必须依靠结构性及功能性神经连接形成大脑网络以达成人类复杂的认知功能，因此若能够结合静息态功能磁共振成像及扩散张量成像技术，将大脑边缘系统的功能性与结构性网络连接构建出来，将能够对于精神类疾病的机制有更多深入的了解。

发明内容

本发明结合功能连接与结构连接各自的特点，通过时间序列的相关性检测出与杏仁核、海马体功能相关的大脑区域作为种子节点，采用基于种子点的大尺度功能网络定义边缘系统，并结合纤维跟踪，以群组分析的方法构建大脑边缘系统概率图谱从而充分了解大脑运作机制。本发明的技术方案如下：

一种大脑边缘系统图谱构建方法，包括下列步骤：

(1)采集被试者的功能磁共振影像FMRI，高夹角分辨率扩散影像HARDI，T1权重解剖影像T1；

(2)对每个被试的功能磁共振影像FMRI数据进行预处理，进行时间层矫正和头动矫正；

(3)求出每位被试大脑空间到标准空间的转移矩阵及其逆矩阵：以每位被试的T1权重解剖影像作为结构空间；结构空间是利用T1影像高分辨率的特点，将其作为被试大脑空间与标准空间之间的参照，分别求出被试空间到结构空间的转移矩阵以及标准空间到结构空间的转移矩阵；以矩阵中的参数作为起始点求出标准空间到结构空间的非线性变换，得到每一位被试到标准空间以及标准到被试空间的变换方法以及对应的转移矩阵；

(4)预处理后的功能连接数据，以左右杏仁核、左右海马体为坐标，一定半径的球作为种子点，定义边缘系统网络，首先计算全脑体素与种子点信号的相关性，最后统计出所有被试样本的功能连接图中与左右杏仁核以及左右海马体相关性显著高于全脑均值的脑区，并与脑区解剖标签比较后选取感兴趣区ROI；

(5)对每位被试的高夹角分辨率扩散影像HARDI数据，利用神经纤维重构算法，获得神经纤维追踪算法中必需的纤维取向分布函数；之后以对位至每位被试空间的ROI为节点进行纤维跟踪；