[發明專利]一種基于PCA和GCA的磁共振腦成像因果連接強度的檢測方法

有效

• 申請號: 201110299577.3
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102366323A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 田捷;白麗君;鐘崇光
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: A61B5/055
• 分類號: A61B5/055
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

1.一種基于主成分分析PCA和格蘭杰因果分析GCA的磁共振腦成像因果連接強度的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟Sa：對經過數據預處理的腦功能圖像進行激活區域多體素時間序列的提取，得到激活區域多個體素的時間序列矩陣；

步驟Sb：使用PCA對每個激活區多個體素的時間序列矩陣進行空間降維得到保留大部分信息量的主要成分，再平均主要成分的激活值得到一個時間序列；

步驟Sc：建立所有激活區域的時間序列間的多變量自回歸模型；

步驟Sd：依據所述多變量自回歸模型，計算各個時間序列間的偏相關系數；

步驟Se：依據偏相關系數，通過直接傳遞函數DTF方法計算dDTF值，得到激活腦區間的因果連接強度和方向；

步驟Sf：使用替代數據法統計檢驗連接強度的顯著性，并利用有向網絡圖顯示顯著的連接。

2.如權利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述腦功能圖像的數據預處理是在保留腦功能圖像細節的同時，使用腦功能圖像與標準模板進行仿射配準變換方式的預處理。

3.如權利要求1所述的檢測方法，其特征在于，提取激活區域多體素時間序列的步驟為：

(1)利用獨立成分分析ICA方法得到不同激活模式的獨立成分；

(2)獲得所述獨立成分中激活值最大點體素的坐標，以此坐標為中心作一個半徑為3倍體素棱長的球體；

(3)依據預處理后的腦功能圖像數據，提取包含于此球體內部的各個體素在不同時間點上激活值的時間序列。

4.如權利要求3所述的檢測方法，其特征在于，所述獲得獨立成分中激活值最大點體素的坐標的步驟具體包括：

(1)在總體獨立成分數據上進行單樣本t檢驗，獲得平均成分；

(2)對每個平均成分中每個體素的時間序列求得方差值，作為此體素的激活值；

(3)從感興趣的成分中確定出激活值最大點體素的坐標。

5.如權利要求1所述的檢測方法，其特征在于，使用PCA對每個激活區多個體素的時間序列矩陣進行空間降維得到保留大部分信息量的主要成分，再平均主成分得到一個時間序列的步驟為：

(1)使用總和標準化法標準化具有D個體素的時間序列矩陣Y′，得到新矩陣Y″；

(2)計算Y″的相關系數矩陣ρ＝(ρ_ij)，矩陣ρ的維數為D×D，

ρij=Cov(Yi′′,Yj′′)D(Yi′′)D(Yj′′),]]>

其中，ρ_ij為相關系數矩陣元素，Cov()表示兩時間序列的協方差，Y″_i，Y″_j分別表示矩陣Y″的第i，j行元素，D()表示每行矩陣元素的方差；

(3)計算相關系數矩陣ρ的特征值，并將特征值按從大到小的順序排序：λ₁≥λ₂≥…≥λ_D，其相應的特征向量為v₁，v₂，…，v_D；

(4)計算累計貢獻率達到85％的前d個特征值，其中累計貢獻率按下式計算：

Σi=1dλiΣi=1Dλi≥85%;]]>

(5)取所述前d個特征值對應的特征向量構成矩陣W′＝[v₁，…，v_d]；

(6)由非奇異變換X′＝(W′)^TY′獲得降維后的時間序列矩陣X′；

(7)平均X′的激活值，得到一個時間序列x_i(t)(i＝1，…，m)，其中，m為所有激活區數目。