[发明专利]一种海员脑功能网络动态连接活动模式的提取方法

说明书

本发明公开了一种海员脑功能网络动态连接活动模式的提取方法，该方法包括以下步骤：步骤1：采集海员被试和非海员被试的大脑静息态功能磁共振成像数据；步骤2：对采集获得的数据进行预处理操作；步骤3：获得若干组水平和个体水平的静息态脑功能网络及其对应的时间过程；步骤4：计算海员和非海员数据中每个被试对应脑功能网络之间的动态功能连接矩阵及其对应的动态功能连接向量；步骤5：从动态功能连接向量中提取出隐含于动态功能连接矩阵的海员特有脑功能连接模式。本发明有助于根据动态性来获取海员职业群体的特定脑功能连接模式；本发明提取的海员动态脑功能连接模式可以为海员神经活动规律以及职业脑可塑性提供进一步研究分析的基础。

技术领域

本发明涉及医学影像学图像处理技术领域，具体涉及一种海员脑功能网络动态连接活动模式的提取方法。

背景技术

作为一种特殊的职业群体，海员面临的海上工作条件与陆地环境相比有着较大的差异，容易受到自然环境和工作环境等诸多复杂因素的影响，造成海员出现心理不良状况。这种心理健康不良状况，不仅影响着海员自身的身心健康，而且也令航海作业面临着极大的安全隐患。因此提前发现心理亚健康状况的海员并对其进行心理疏导就显得尤为重要。近年来，海员的心理健康状况越来越受到社会尤其是航运业的广泛关注。然而，据我们所知，目前很少有客观的定量方法来对海员的心理健康进行评估。传统的海员心理健康评测体系主要采用调查问卷的方式，如症状自评量表等，而这种方式容易受到问卷设计的不完备性和待测评者回答问题时主观性的影响，从而导致评测结果的不准确。

在诸多医学影像分析技术中，功能磁共振成像是一种从功能角度揭示大脑神经活动的方法，具有无侵入性、无放射性以及较高的空间和时间分辨率等优点，特别是基于血氧水平依赖的功能磁共振成像在临床上应用得最为广泛。其中，静息态功能磁共振成像能够通过神经元的自发活动对静息态脑功能连接进行研究，因此更加适合于用来揭示海员群体的脑功能神经活动规律。

然而，目前的研究主要集中于静态功能连接方面，而大脑是一个复杂的结构，不同脑区之间的功能连接随着时间发生动态变化，对于特殊的职业群体而言，这种动态变化异常往往会体现在相应脑功能连接的异常。本技术发明旨在基于动态功能连接，通过一定算法提取出海员职业群体特有的动态脑功能连接模式，并在此基础上进一步研究海员脑功能连接模式特征，从而为探索海员职业群体的脑可塑性和神经活动特异性提供基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种海员脑功能网络动态连接活动模式的提取方法，通过时间级联的组独立成分分析方法提取出海员功能磁共振数据中多种静息态脑功能网络以及它们对应的时间过程，然后使用时间滑动窗方法计算出每个被试对应这些脑功能网络之间的动态功能连接矩阵及其对应的动态功能连接向量，最后使用仿射传播聚类算法对全部动态功能连接向量集进行聚类分析，提取出海员特有的动态脑功能连接模式，为后续进一步分析提供数据基础。

为达到上述目的，本发明提供了一种海员脑功能网络动态连接活动模式的提取方法，其包括以下步骤：

步骤1：采集海员被试和非海员被试的大脑静息态功能磁共振成像数据；

步骤2：对采集获得的海员和非海员静息态功能磁共振成像数据进行预处理操作，包括时间层校正、头动矫正、空间标准化和空间平滑四个步骤；

步骤3：根据预处理后海员和非海员静息态功能磁共振成像数据，使用时间级联的组独立成分分析方法和时空双回归方式分别获得若干组水平和个体水平的静息态脑功能网络及其对应的时间过程；

步骤4：使用滑动时间窗方法计算海员和非海员数据中每个被试对应脑功能网络之间的动态功能连接矩阵及其对应的动态功能连接向量；

步骤5：利用仿射传播聚类算法从动态功能连接向量中提取出隐含于动态功能连接矩阵的海员特有脑功能连接模式。

上述的海员脑功能网络动态连接活动模式的提取方法，其中，所述步骤3包括以下步骤：