[发明专利]一种脑功能连接分析的Lag‑shift与Granger双约束方法

摘要

一种脑功能连接分析的Lag‑shift与Granger双约束方法，属于生物医学信号处理领域。对于从多被试fMRI数据中提取的时间过程成分，同时进行Lag‑shift功能连接分析与Granger因果连接分析，寻找功能连接与有效连接的内在一致性，提取两种方法共有的网络连接，作为多被试fMRI数据的稳定脑功能连接加以输出，为脑功能研究和脑疾病诊断提供更好的技术支持。以默认网络DMN内部7个子成分为对象，以本发明提取的稳定连接为目标网络，采用Granger方法对40个健康被试对照组与42个精神分裂症患者组进行分析，两组被试在目标网络的连接结果上差异显著。

主权项

一种脑功能连接分析的Lag‑shift与Granger双约束方法，其特征在于以下步骤：第一步，输入从K个被试fMRI数据中分别提取的TC成分，记为X′(k)∈Rl×T,k＝1,…,K，l为TC成分的个数，T为TC成分的时间点数；第二步，采用截止频率为fL～fH的带通滤波器对X′(k)进行滤波，得到滤波后的时间过程成分X(k)∈Rl×T，k＝1,…,K；带通滤波器截止频率fL～fH根据TC成分的频率特性进行选择；第三步，对于Lag‑shift功能连接分析方法，逐个被试计算：令k＝1；第四步，令延时范围为[‑t,+t]，以循环移位方式计算第k个被试数据X′(k)中每两个TC成分间的最大延时相关及其对应延时i,j＝1,…,l，i≠j；令TC成分i与成分j的时间序列用Xt与Yt表示，那么Lag‑shift计算方法如下：ρΔt=XtTYt+ΔtXtTXt×Yt+ΔtTYt+Δt---(5)]]>其中，ρΔt表示时间序列Xt与Yt在延时为Δt下的延时相关大小；在计算出延时范围[‑t,+t]内不同Δt取值下延时相关系数后，Lag‑shift算法选择其中最大的延时相关系数并将此时对应的延时大小记录为延时范围根据实际fMRI数据进行设定；第五步，判断k是否小于K，若是，则k＝k+1，并跳转到第四步；若否，则跳转到第六步；第六步，剔除非显著连接，保留显著连接：对于K个被试的各个相同连接的i,j＝1,…,l，i≠j，例如分别利用单样本t检验计算t值，保留p<0.05即t>tth的显著性连接，剔除其他连接；tth是在自由度为K‑1的情况下，p<0.05所对应的t值，查表得到；第七步，对于显著连接，计算K个被试的各相关系数与时延的平均值，记为与第八步，约束时延：挑选出延时的连接，剔除的连接；δ′根据对的约束强度进行设置，约束强度越大，δ′越大；第九步，对于Granger因果连接分析方法，逐个被试计算：令k＝1；第十步，计算第k个被试数据X′(k)中每两个TC成分间的因果一致性和i,j＝1,…,l，i≠j；根据公式(1)(2)(3)(4)，若TC成分i与成分j的时间序列用Xt与Yt表示，那么：Cij(k)=|(1-d)c|2σϵ4(|1-d|2σϵ2+|b|2ση2)(|c|2σϵ2+|1-a|2ση2)---(6)]]>Cji(k)=|(1-a)b|2ση4(|1-d|2σϵ2+|b|2ση2)(|c|2σϵ2+|1-a|2ση2)---(7)]]>式中，第十一步，判断k是否小于K，若是，则k＝k+1，并跳转到第十步；若否，则跳转到第十二步；第十二步，剔除非显著连接，保留显著连接：对于K个被试的各个相同连接的因果一致性参数和i,j＝1,…,l，i≠j，分别利用单样本t检验计算t值，保留p<0.05即t>tth的显著性连接，剔除其他连接；tth是在自由度为K‑1的情况下，p<0.05所对应的t值，查表得到；第十三步，对于显著连接，计算K个被试的各因果一致性的平均值，记为和第十四步，约束因果一致性差值：挑选出的连接，剔除的连接；C′根据对的约束强度进行设置，约束强度越大，C′越大；第十五步，对于上述Lag‑shift功能连接分析与Granger因果分析得到的连接结果，参见第八步和第十四步结果，检测两种方法的相同连接；第十六步，输出两种方法的相同连接，作为稳定连接。