[發明專利]一種基于dMRI研究青少年肌陣攣性癲癇的方法

在審

• 申請號: 201811588879.0
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109920550A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 姚麟倩;李鏘;關欣
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G16H50/70
• 分類號: G16H50/70;G16H50/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種基于dMRI研究青少年肌陣攣性癲癇的方法，包括下列步驟：構建QBI模型,獲得描述水分子空間擴散方向信息的取向分布函數ODF；構建NODDI模型，描述大腦白質微結構信息的參數ICVF；基于QBI模型的取向分布函數ODF構建整個大腦的三維神經纖維束；結合所構建的大腦三維神經纖維束，90個腦區劃分，以及ICVF數據，構建JME患者和正常人的基于ICVF的大腦結構網絡；提取大腦ICVF結構網絡的網絡特征，統計對比JME患者和正常人指標差異。

技術領域

本發明涉及醫學圖像，計算機成像和數學領域，通過圖像預處理和模型構建，以及基于圖論的復雜網絡數學分析方法實現對JME發病機制的研究。

背景技術

JME是一種以全身性強直-陣攣性發作為臨床特征的難治性癲癇。患者通常在青春期發病，癥狀通常表現為無規則、無節律的肌陣攣抽搐發作，常發于上肢，經常在晨起的短時間內發作。JME患者服用抗癲癇藥物治療效果明顯，但是停藥后容易復發，大多數患者需要終生用藥。JME發病機制還未完全明確，但是已經有大量的研究證明JME與大腦結構異常，尤其是額葉和丘腦部位的灰質和白質異常有關。

對青少年肌陣攣性癲癇的傳統研究方法為腦科學研究方法，主要是借助功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,FMRI)和腦電圖(electroencephalogram,EEG)來研究患者大腦功能的異常，這種方法只能研究患者大腦功能障礙卻不能研究大腦結構異常。近年來，隨著神經影像學的出現和發展，這種非侵入式研究大腦結構的方法被廣泛地應用在各種神經性系統疾病的大腦結構異常的研究中。比如常規的磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)中的T1加權成像或者T2加權成像等，可以得到較為清晰的大腦灰質和白質圖像，但是這種圖像由于其分辨力在毫米量級而不能顯示出纖維的微觀結構和走向方式，因而利用常規的神經影像學檢查不能在大腦內發現與癲癇相關的大腦微結構的改變。新興成像方式，利用組織中的水分子擴散特性成像的dMRI的發展以及基于此的重建大腦三維白質纖維的纖維跟蹤技術的發展，使得我們對大腦白質微結構的檢測成為可能，這對中樞神經疾病的診斷與治療，以及對腦神經科學的研究具有十分重要的意義。通過dMRI技術－擴散張量成像(DTI)顯示大腦白質纖維走向進行大腦三維白質重建，以及結合反應微結構信息的定量參數各向異性分數(FA)和平均擴散系數(MD)的方法，最早被用來研究神經性疾病大腦白質微結構的異常。利用這種方法，有研究者證明了JME患者胼胝體和多個額葉白質纖維完整性損傷以及丘腦額葉的連接障礙。但是僅僅依賴這樣的大腦圖像，只能從局部而不是從全腦的結構變化探索青少年肌陣攣性癲癇患者大腦結構中的異常，不夠全面。

青少年肌陣攣性癲癇的病因不僅跟大腦某些特定部位的灰質或白質異常有關，還涉及到各個腦區之間的相互協同作用，傳統的研究方法并不能在這方面獲得很好的研究成果。我們需要通過一個系統而全面的方法來研究JME患者的大腦，利用大腦網絡對大腦功能或者結構的異常的研究在近些年來被廣發地應用于各種神經性系統疾病中，大腦網絡變化在癲癇發生發展中發揮的作用也日益受到重視。大腦神經網絡是一種能夠高效提取和整合各種有效信息的復雜網絡，基于圖論方法對復雜網絡的分析被用來研究青少年肌陣攣性癲癇，它所提供的多種網絡拓撲性質的指標，包括全局網絡特征和局部網絡特征，可以幫助我們全面細致地研究患者大腦網絡的拓撲異常，進而研究各個腦區之間的連接異常。有研究者利用這種方法去研究一些神經性疾病比如阿爾茲海默癥的大腦白質異常并取得了很好的結果。也有研究者利用DTI和圖論技術構建大腦網絡證明了JME患者網絡拓撲屬性異常。然而，利用DTI進行全腦纖維重建的時候，由于其成像特點的局限性只能顯示一條纖維走向而不能解決大腦內纖維束交叉的問題，結果不夠精確。

發明內容

本發明的主要目的是將基于QBI的全腦纖維重建技術和大腦網絡分析方法應用在對青少年肌陣攣性癲癇患者大腦白質微結構異常的研究中。技術方案如下：

一種基于dMRI研究青少年肌陣攣性癲癇的方法，包括下列步驟：