[發明專利]一種功能磁共振數據處理的腦區間協方差分析方法

在審

• 申請號: 201210476157.2
• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN103838943A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 劉文宇
• 申請（專利權）人: 大連靈動科技發展有限公司
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G06T7/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 曲永祚

1.一種功能磁共振數據處理的腦區間協方差分析方法，其特征在于：包括以下步驟：

A、腦數據的預處理

預處理是首先消除個體差異，得到統計參數圖像；然后根據圖像劃定感興趣區；使用SPM軟件包對腦圖進行配準和標準化；根據實驗設計，指定估計模型得到統計結果；然后根據激活腦區的分布情況，找出這些激活區的精確的解剖部位，劃定感興趣區；

設腦圖中圈定M個感興趣區，實驗中采集N幀圖像，則腦圖中的信號值可用以下矩陣來表示：

Si=Si,1,1Si,1,2······Si,1,NSi,2,1Si,2,2······Si,2,N············Si,M,1Si,M,2······Si,M,N]]>

其中矩陣元素S_i，j，k表示第i個被試腦圖的第k幀圖像處于第j個感興趣區的信號值，S_i，j，k的信號值是以感興趣區j中的t值最強點為中心的t值簇的均值；另外，在fMRI實驗中，用T和C分別表示每個周期任務和控制持續時間內的圖像數，L表示試驗設計的周期數；

B、基于感興趣區的有效連接分析

基于感興趣區的有效連接分析是通過信號值的相關分析建立腦回路的功能調節模型；其具體方法是通過對比不同感興趣區的任務相對于控制的變化，找出這些感興趣區之間的關系；

設A_i，j為第i個被試的第j個感興趣區的任務相對于控制的變化值，如公式

Ai,j=(Σk∈TaskSi,j,kT×L-Σk∈ControlSi,j,kC×L)/Σk∈ControlSi,j,kC×L(i=1,2···P;j=1,2···M;k=1,2···N)]]>

如果存在一共P個被試則得到

A=A1,1A1,2······A1,MA2,1A2,2······A2,M············AP,1AP,2······AP,M]]>

以矩陣中的每列為一個樣本，M個樣本之間兩兩進行相關分析，得到感興趣區之間的有效性連接程度，相關分析選用對fMRI時間過程的研究中提出的方法；兩個腦區的相關系數越趨近于1，則它們相關性越強；若相關系數趨近于0，意味著即使它們之間有解剖連接，也沒有功能上的聯系；這種方法可以把在處理同一個任務時各個腦區之間的相互作用明顯的標示出來，初步直觀的反映腦回路之間的功能調節；

C、任務過程中的時間協方差分析

首先，需要對每個信號值Si，j，k進行標準化：

Si,j,k′=(Si,j,k-Σk∈ControlSi,j,kC×L)/Σk∈ControlSi,j,kC×L(i=1,2···P;j=1,2···M;k=1,2···N)]]>

然后計算體素點任務與控制之間的相對差異，

ΔSi,j,k′=Si,j,k1′-Si,j,k2′(k1∈Task;k2∈Control;k1=k2+C)]]>

并求P個被試差異的均值

ΔSj,k=Σi=1pΔSi,j,k′p]]>

由此得到矩陣為：

ΔS=ΔS1,1ΔS1,2······ΔS1,NΔS2,1ΔS2,2······ΔS2,N············ΔSM,1ΔSM,2······ΔSM,N]]>

矩陣中每行的N個元素表示不同時間點的樣本相對差異信號值，用這N個值作曲線圖，就得到該感興趣區在處理任務過程中的信號變化趨勢；如果以每行為一個樣本，M個樣本之間兩兩求相關系數，就得到腦區之間的相關性；

D、時間依賴性連接的動態分析

選擇兩個感興趣區，計算每個時刻感興趣區之間的相關系數；在整個實驗過程中，可組成一組兩個感興趣區相關系數變化的序列，從而動態分析整個過程中腦區間的聯系；

對P個人的數據進行處理如上邊公式所示，對于掃描第k幅腦圖的時刻，

S′k=S′1,1,kS′1,2,k······S′1,M,kS′2,1,kS′2,2,k······S′2,M,k············S′P,1,kS′P,2,k······S′P,M,k]]>

以矩陣中的每列為一個樣本，M個樣本之間兩兩進行相關分，并依次類推對掃描每幅腦圖的時刻作相關分析；然后，對于一對感興趣區將任務時間段內的相關系數取出，并依次繪出點圖；將控制時間段內的相關系數平均，作為繪圖的基線；這種方法可以動態的反應出在執行任務過程中腦區之間的相互依賴性。