[發明專利]一種基于核磁共振影像的腦齡分析方法

有效

• 申請號: 201510413374.0
• 申請日: 2015-07-14
• 公開（公告）號: CN105046709B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 郭圣文
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06K9/46
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

本發明公開了一種基于核磁共振影像的腦齡分析方法，首先，利用腦結構影像中信息，構建功能腦區與體素水平的腦結構網絡；根據功能影像信號，建立功能腦區和體素水平的腦功能網絡；然后，應用統計學方法，分析腦結構、腦功能隨年齡增長而變化的特征和規律，以及腦網絡連接模式變化，從而得到腦結構、腦功能和腦網絡隨年齡增長而變化的差異性特征；隨之利用遞歸特征增長法，選擇所需的有效特征，降低特征維數；最后，應用線性支持向量機，建立腦齡回歸模型，對腦齡進行分析。本發明方法可有效地揭示人的生理年齡和腦齡的內在關系與差異性，為人腦發育研究提供科學、客觀的理論依據和方法。

技術領域

本發明涉及數字圖像分析與處理的技術領域，尤其是指一種基于核磁共振影像的腦齡分析方法。

背景技術

人的一生歷經從胎兒到嬰幼兒，再到兒童、青少年、中年、老年等多個階段，在此過程中，和身體其它組織器官類似，大腦也存在快速增長發育、成長、成熟、緩慢萎縮和迅速衰退期，并遵循一定的規律。

研究發現，人腦的灰質在從出生到兒童期迅速增長，灰質體積達到最大，青春期開始緩慢下降，呈倒“U”型；白質則從出生到少年時期，急劇增長，青春期后，增長緩慢，直至成年期又開始緩慢下降。由此可見，在不同年齡階段，人腦的發育過程表現出完全不同的規律與特征，如果以腦齡來測度大腦發育狀況或程度，則它與人的生理年齡既有密切關系，又有其獨有的特性。揭示腦齡與生理年齡的內在關系(如一致性與差異性)，對了解人大腦的發育過程和演化規律，認識人腦認知能力、心理與行為學的變化等，具有重要的科學研究價值。

磁共振成像為人腦研究提供了一種安全無創、準確可靠的手段，它可以獲取有關人腦組織清晰的結構影像，與反映腦功能活動狀況的動態實時功能影像。借助腦結構和功能影像，可分析人腦結構與功能的變化、以及神經信息的傳遞狀況。

最近，隨著腦連接組學的興起，有關腦網絡的研究逐漸增多，研究者利用圖論和信息論，構建腦網絡，重點關注腦區之間的連接、信息通路與信息傳遞。腦網絡分析方法也被應用于大腦的研究，如核心節點、網絡局部/全局效率、最小路徑長度、小世界屬性、抗攻擊能力等。

利用腦結構、腦功能影像，以及腦網絡等神經生物學特征，構建腦齡分析模型，并將模型用于分析大腦腦齡，即構建一種綜合有效的腦齡分析模型與方法，尚未見公開報道。

發明內容

本發明旨在提供一種科學可靠的基于核磁共振影像的腦齡分析方法，可有效地應用于評估大腦的發育狀況，為探索人腦的發育過程與規律，揭示認知能力的變化特征，認識其心理與行為特性提供重要依據。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：一種基于核磁共振影像的腦齡分析方法，首先，利用大腦結構影像信息，構建功能腦區與體素水平的腦結構網絡；根據大腦功能影像信號，建立功能腦區和體素水平的腦功能網絡；然后，分析大腦的結構、腦功能隨年齡增長而變化的特征和規律，以及腦網絡連接模式變化，從而得到腦結構、腦功能和腦網絡隨年齡增長而變化的差異性特征；隨之利用迭代特征增長法，選擇所需的有效特征，降低特征維數；最后，應用線性支持向量機，建立腦齡回歸模型，對腦齡進行分析。

本發明所述的基于核磁共振影像的腦齡分析方法，包括以下步驟：

1)建立回歸模型

1.1)采集MR影像數據

獲取大腦結構和腦功能MR影像；

1.2)影像數據處理

包括頭動校正、配準、空間標準化、平滑處理，其中，對腦結構影像進行腦灰質與腦白質分析時，需要將腦組織分割為灰質、白質和腦脊液，腦功能影像首先還需時間層校正，再進行后續處理；

還包括腦結構和腦功能網絡構建，即利用經過預處理后的影像，應用圖論和信息論，在功能腦區或體素水平，建立腦結構和功能網絡；

1.3)特征分析與提取