[發明專利]一種基于移動平均時間序列模型的腦功能激活區檢測方法

有效

• 申請號: 201110329397.5
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102508184A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 田捷;白麗君;薛婷
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G01R33/54
• 分類號: G01R33/54;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

技術領域

本發明屬于生物信息、圖像識別技術領域，涉及一種基于時間序列狀態分析的核磁共振成像(functional?Magnetic?Resonance?Imaging，fMRI)圖像后處理技術。

背景技術

功能磁共振成像(fMRI)技術是在傳統磁共振成像(Magnetic?Resonance?Imaging，MRI)技術的基礎上發展而來。fMRI技術基于血氧水平依賴(Blood?Oxygenation?Level-Dependent，BOLD)，通過測量由腦血流或腦血氧變化而引起的磁共振信號變化來反映腦活動。由于其具有無創性、可重復性等優點，并可提供較高的圖像空間分辨率，該技術已被廣泛應用于神經科學、臨床醫學等領域的研究。作為一種非侵入性檢測手段，fMRI可為一些重要腦功能區(如運動、語言等)定位。腦功能定位研究是神經科學研究發展極為迅速的領域之一，為人類的認知與思維活動及疾病的康復治療與預測帶來了新的前景。目前，腦功能定位研究已廣泛應用于神經外科、認知功能相關研究、康復治療與預測、社會心理等方面。隨著基礎研究與臨床方面的應用深入，合理有效的分析fMRI數據并提取與外部刺激相關的腦激活區對于腦功能活動區的精確定位愈發重要。

現有fMRI腦功能激活區檢測方法大多基于廣義線性模型(General?Linear?Model，GLM)方法。該模型本質上是一種模型驅動(Data?Driven)的一元回歸分析方法，一般先指定一個先驗模型(即一個包含實驗設計、人為增加的心跳、呼吸、頭動等因素的模型)，將該模型分別與大腦中的每一個體素的時間序列進行匹配，確定每一個體素的“激活”狀態。因此，該方法的應用前提是fMRI時間序列中“激活”體素的信號強度時間序列變化需符合實驗設計中的指定的先驗模型。然而，越來越多的影像學研究及臨床應用表明，神經激活信號的時間變化模式并無準確先驗。因此，基于GLM模型的先驗假設過于單一，并不能夠很好地表示fMRI數據。腦活動的分布模式、血液動力學模型等不能由GLM模型恰如其分地模擬。

發明內容

為了避免現有方法的不足，本發明設計一種基于移動平均時間序列模型的腦功能激活區檢測方法，以克服現有方法依賴先驗模型的缺點，達到有效提取腦激活區目的。

為實現上述目的，本發明提出的一種基于移動平均時間序列模型的磁共振成像腦激活區檢測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1，對采集到的原始功能磁共振成像(fMRI)圖像進行預處理；

步驟2，對于每個被測試者逐體素計算每個被測試者的個體體素信號強度時間序列模型；

步驟3，對于組群，計算每個個體在組群中的權重值，并根據全腦個體體素信號強度時間序列模型，逐體素構建組群體素信號強度時間序列模型；

步驟4，根據全腦組群體素信號強度時間序列模型，應用區域增長方法實現腦激活區的提取。

本發明針對現有腦影像fMRI數據分析方法過于依賴先驗模型這一問題，采用移動平均方法構建大腦中每個體素的時間序列狀態變化模型，該時間序列動態變化模型不依賴與先驗知識；通過區域增長方法度量各體素時間序列動態變化的活動相似性，可自適應地提取腦功能激活區。將該方法應用于fMRI影像數據集的結果亦表明，該方法是一種有效的腦功能激活區提取方法。

附圖說明

圖1是本發明方法流程示意圖。

圖2是本發明中個體體素信號強度時間序列動態變化模型。

圖3是本發明中組群體素信號強度時間序列動態變化模型。

圖4是本發明中提取的腦功能區激活圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。

參照圖1，本發明提出的一種基于移動平均時間序列模型的腦功能激活區檢測方法，具體包括以下步驟：

步驟1、對采集到的原始fMRI圖像進行預處理。