[发明专利]一种基于白质纤维束的脑区同源性比较方法

说明书

本发明公开了一种基于白质纤维束的脑区同源性比较方法，主要提高了现存技术在进行跨物种比较存在先验同源脑区信息缺失的问题。其实现步骤是：1、读取DTI图像和T1图像，2、图像预处理，3、图像配准及感兴趣区域提取，4、构建跨物种参照系，5、构建结构连通性关系，6、进行种内比较及种间比较，本发明基于概率纤维束追踪技术追踪人类和猕猴共有的白质纤维束作为跨物种参照系，并以此构建人类和猕猴脑区的结构连通性关系，有效克服了现存跨物种研究中存在先验同源脑区信息缺失的问题，为跨物种比较提供了一种新的思路。

技术领域

本发明属于同源性比较方法技术领域，具体涉及一种基于白质纤维束的脑区同源性比较方法。

背景技术

脑科学是一种与我们生活息息相关的科学研究。脑科学的发展对人们更好地认识大脑有很大的帮助，而且还可以从神经基础角度分析大脑的功能，在临床上也非常有价值。除此之外，受脑科学启发而产生的类脑学科，可以推动新一代人工智能和新型信息产业的发展。

猕猴是研究人类的天然过渡模型，在中国具有得天独厚的资源优势，随着体细胞克隆猴和转基因猕猴模型的相继突破，猕猴作为焦点模式实验动物的地位进一步强化，针对人类和猕猴跨物种研究也愈发重要。通过猕猴来探索人脑的工作机制和病理机制是人脑研究的一种重要手段，因此人脑和猴脑的比较已成为当前研究的热点和难点。近些年来，人类和猕猴脑影像数据的不断积累和公开，为两者的直接比较提供了支持。跨物种比较神经影像学新技术和方法的研究也愈发重要，并逐渐成为国际前沿基础研究的热点问题。

跨物种研究与单物种个体或组间的比较不同，必须有先验同源信息的约束和支撑。目前，最主要的跨物种比较方法是使用已有同源脑区作为参照系，一些学者利用已知的先验同源脑区等信息，来比较人类和猕猴前额叶皮层位点的功能连接模式，但是这种方法比较依赖于已有同源脑区的信息，在同源脑区信息缺失的情况下，会有一定的局限性。已有研究表明，在高等灵长类动物中，白质组织在不同的物种中呈现较高的共性。目前已经在人类、黑猩猩和猕猴中识别到一些共同存在的白质纤维束，他们的连接主干比较相似，且这些共性能够用于跨物种比较研究。

发明内容

针对上述现有技术将纤维束图谱配准到个体准确性低的不足的技术问题，本发明提供了一种准确性高、可靠性强、适用范围广的基于白质纤维束的脑区同源性比较方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于白质纤维束的脑区同源性比较方法，包括下列步骤：

S1、读取弥散张量磁共振成像DTI图像和结构磁共振成像T1图像：读取两组数据，一组为人类的磁共振图像，另一组为猕猴的磁共振图像，人类的磁共振图像包含格式均为.nii.gz的脑部DTI图像和T1图像，猕猴的磁共振图像包含格式均为.nii.gz的脑部DTI图像和T1图像；

S2、对步骤一中的图像进行预处理：利用数据预处理方法，分别对人类和猕猴的DTI图像以及T1图像进行预处理操作；

S3、图像配准及感兴趣区域提取：利用图像配准方法，结合T1图像，将人类与猕猴的标准图谱配准至预处理后的DTI图像上，对感兴趣区域进行提取；

S4、构建跨物种参照系：利用概率纤维束追踪，分别在人类和猕猴的个体上追踪共有的32条白质纤维束，作为跨物种参照系；

S5、个体水平上构建结构连通性关系：分别从人类和猕猴的白质纤维束到感兴趣区域进行概率纤维束追踪，分别生成人类和猕猴的结构连通性关系；

S6、跨物种比较：利用跨物种比较公式，对S5所构建的人类和猕猴结构连通性关系进行种内一致性分析，种内一致性系数大于0.6，对所构建的人类和猕猴结构连通性关系进行种间同源性相似性度量。

所述S3中的图像配准方法为：包括下列步骤：