[發(fā)明專利]一種fMRI腦激活數(shù)據(jù)倉庫的建立方法

在審

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• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN103838736A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李聰慧;王秀坤
• 申請（專利權(quán)）人: 大連靈動科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: G06F17/30
• 分類號: G06F17/30
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 曲永祚

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于fMRI腦激活數(shù)據(jù)倉庫模型，特別是這種模型的建立方法,屬于醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

科學(xué)表明人腦處于不同功能狀態(tài)時(shí)腦區(qū)的激活部位是不同的。對于這一點(diǎn)，傳統(tǒng)的研究主要集中在神經(jīng)心理學(xué)領(lǐng)域，即研究各種原因所致腦局部性損傷病人的生理、心理及行為變化。針對上述情況，由此產(chǎn)生了一種非入侵腦功能成像技術(shù)，即功能磁共振成像（FMRI）。我們通過探測區(qū)域磁共振信號的改變就可以研究人腦的認(rèn)知活動及功能定位。利用FMRI方法定性觀察一定刺激下腦功能對應(yīng)的皮層活動區(qū)域，獲得的空間分辨率可達(dá)到1mm以下，明顯高于正電子發(fā)射斷層圖（PbT）等傳統(tǒng)腦成像方法。因此，F(xiàn)MRI在神經(jīng)科學(xué)，認(rèn)知心理學(xué)，臨床應(yīng)用等研究等領(lǐng)域都得到越來越廣泛的應(yīng)用。?

因此，F(xiàn)MRI極大增強(qiáng)了我們進(jìn)行腦研究的能力，近年來已經(jīng)廣泛應(yīng)用于感知覺、運(yùn)動控制和語言認(rèn)知等腦功能研究。雖然SPM已經(jīng)為實(shí)驗(yàn)提供了大量的數(shù)據(jù)和結(jié)果，但隨著腦科學(xué)研究的不斷深入，對數(shù)據(jù)的挖掘不斷產(chǎn)生了新的需求，SPM已經(jīng)無法完全滿足腦科學(xué)研究的需要。本世紀(jì)80年代中期首次提出的“數(shù)據(jù)倉庫”的概念是William?H.Inmon先生在其《建立數(shù)據(jù)倉庫》一書中定義的。他認(rèn)為：數(shù)據(jù)倉庫是在管理和決策中面向主題的、集成的、與時(shí)間相關(guān)的、不可修改的數(shù)據(jù)集合。但是隨著數(shù)據(jù)倉庫不斷發(fā)展與完善，其服務(wù)也應(yīng)該突破管理和決策的范圍，延伸向其他領(lǐng)域。面對腦功能成像研究的新需求，當(dāng)前主要使用的SMP技術(shù)已經(jīng)不能滿足科學(xué)研究的需要，我們在數(shù)據(jù)倉庫的基礎(chǔ)上，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的實(shí)施方式，把數(shù)據(jù)倉庫與FMRI技術(shù)進(jìn)行一次結(jié)合，這種方法雖然部分解決了科學(xué)研究需要大量數(shù)據(jù)的問題，但是隨著社會的進(jìn)步、技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)據(jù)的大量化，必然會使這種技術(shù)不斷地更新與升級。?

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種基于FMRI的數(shù)據(jù)倉庫設(shè)計(jì)及分析方法。?

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：?

A、fMRI數(shù)據(jù)倉庫的建立?

A1、建立fMRI數(shù)據(jù)倉庫的基本框架，如圖1所示。首先把腦功能成像的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)DICOM文件，清洗和抽取到數(shù)據(jù)庫中，并把數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)源，再定義和處理OLAP，最后將得到的各種結(jié)果，轉(zhuǎn)換成其它腦功能成像數(shù)據(jù)處理軟件（如SPM和MRIcro）可識別的格式，進(jìn)行進(jìn)一步的結(jié)合分析。?

為了使數(shù)據(jù)倉庫有高度可擴(kuò)展性，我們對數(shù)據(jù)倉庫的多維數(shù)據(jù)集采用分布式分區(qū)設(shè)計(jì)。如圖2所示，四次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)集及其四個分區(qū)是在分析服務(wù)器1上定義的。分區(qū)的數(shù)據(jù)源分別存儲在不同計(jì)算機(jī)上，但實(shí)驗(yàn)1、2和4的聚合數(shù)據(jù)存儲在分析服務(wù)器1中，而實(shí)驗(yàn)3的數(shù)據(jù)源是作為遠(yuǎn)程分區(qū)定義的，它的聚合數(shù)據(jù)存儲在分析服務(wù)器2上，因此它即可以與實(shí)驗(yàn)1、2和4一起分析，還可以單獨(dú)分析。?

A2、進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取。我們選擇兩類數(shù)據(jù)源錄入數(shù)據(jù)庫：我們選取標(biāo)準(zhǔn)化后的中間數(shù)據(jù)作為反映大腦在試驗(yàn)中強(qiáng)度變化的數(shù)據(jù)。第二類是統(tǒng)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)，例如選擇t檢驗(yàn)的結(jié)果數(shù)據(jù)，即t值，并在之前事先確定一個顯著性檢驗(yàn)水準(zhǔn)P（如0.01或0.05）并以此對每一點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行顯著性假設(shè)檢驗(yàn)，高于t檢驗(yàn)拒絕域的t值才能錄入。?

A3、將引入維度和事實(shí)表，包括了被測試人員維、測試方式維、腦區(qū)域維、腦坐標(biāo)維、實(shí)驗(yàn)時(shí)間序列維。?

被測試人員維，它代表被測試人員的維度；測試方式維，代表實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的不同；腦區(qū)域維，代表了腦部的幾十分區(qū)域，根據(jù)樹形結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行進(jìn)一步處理，如圖3，把“額葉”分為“額葉1”和“額葉2”兩部分，“額葉1”為屬于左腦中的部分，“額葉2”為屬于右腦中的部分；腦坐標(biāo)維，代表腦的三維空間立體坐標(biāo)，X、Y和Z軸，三個維度存儲在同一張維度表中，將坐標(biāo)點(diǎn)按照三維數(shù)組的存儲順序編號，這樣每一個點(diǎn)（x，y，z）都對應(yīng)一個坐標(biāo)編號；實(shí)驗(yàn)時(shí)間序列維，代表實(shí)驗(yàn)中每一幀掃描的時(shí)刻，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)是第0時(shí)刻，而后維度上的每一格代表一幀掃描的時(shí)間。?

事實(shí)表包括了基于體素點(diǎn)統(tǒng)計(jì)信息和強(qiáng)度信息的兩個標(biāo)準(zhǔn)星型模型，如圖4。第一種度量值為體素點(diǎn)在整個實(shí)驗(yàn)中不同時(shí)刻的信號強(qiáng)度，即抽取的標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)值。第二種度量值為統(tǒng)計(jì)后的結(jié)果數(shù)據(jù)，如t檢驗(yàn)的值。?

B、基于FMRI數(shù)據(jù)倉庫模型的挖掘功能設(shè)計(jì)?

B1、數(shù)據(jù)處理。主要是將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步的運(yùn)算處理，使其更符合在對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的需求。?

B2、數(shù)據(jù)分析與挖掘。該模塊的功能是對處理完畢的數(shù)據(jù)進(jìn)一步提取、然后進(jìn)行再處理、分析及圖表顯示。?