[發明專利]聯合ICA和功能梯度的小腦-大腦運動功能整合方法

有效

• 申請號: 202211148736.4
• 申請日: 2022-09-21
• 公開（公告）號: CN115546124B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 蔣思思;陳均霞;羅程;堯德中
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開一種聯合ICA和功能梯度的小腦?大腦運動功能整合方法，應用于圖像處理領域，本發明首次組合應用獨立成分分析和腦功能梯度兩種不同的方法研究小腦?大腦功能整合，并將獨立成分分析作為自變量，腦功能梯度作為因變量，應用基于體素協變的多元線性回歸模型將兩種方法進行融合分析，進一步探究小腦運動功能對小腦整體功能層次結構的貢獻，從而探索GTCS疾病對功能整合的擾動。

技術領域

本發明屬于圖像處理領域，特別涉及一種功能磁共振圖像處理技術。

背景技術

眾所周知，小腦作為一個關鍵區域，在感覺運動控制中起著重要作用。一方面，小腦接收來自大腦皮層和脊髓的輸入，并整合這些輸入來調節運動活動。隨著跨神經元追蹤技術的發展，研究發現大腦的運動區域在解剖學上與小腦的特定區域相連。跨神經元追蹤技術使用的病毒株通過突觸連接的神經元的逆行或順行感染選擇性傳播。通過使用病毒追蹤，發現猴腦M1的手部區域與小腦小葉V和VI(前葉主要表現為運動)以及小腦后葉的VIIB/VIII區域具有傳出和傳入多突觸投射。另一方面，小腦的輸出途徑主要是通過浦肯野細胞，浦肯野細胞可以釋放抑制性神經遞質GABA并將其投射到小腦深核。小腦與大腦間的功能整合表明它們之間存在信息交互和協調。目前，大量的靜息狀態功能連接方法已被廣泛應用于探索大腦運動網絡與小腦之間的功能相互作用，證明小腦-大腦回路中存在運動功能的整合。

全面強直陣攣發作(GTCS)是特發性全面性癲癇的常見的發作表現。其典型特征是全面性棘波放電(2.5-5Hz)，表現為全身肌肉強直和陣攣以及意識喪失，甚至嚴重者可能導致死亡。運動異常是該類疾病主要的臨床癥狀之一。先前的研究表明，GTCS患者雙側中央旁小葉的局部一致性和感覺運動網絡的功能連通性顯著增加，同時觀察到輔助運動區功能連通性的中心度降低，這意味著該疾病的基礎是大腦運動相關功能障礙。有研究還證明了小腦也參與了GTCS的全面性癲癇放電。此外，GTCS患者小腦前葉的長程功能連接密度增加，這可能是導致GTCS患者運動功能障礙的原因之一。總之，這些發現表明GTCS患者的大腦和小腦運動相關區域異常，并且與癲癇活動的產生和傳播有關。然而，到目前為止，很少有研究探討GTCS中大腦和小腦之間運動功能的整合。

發明內容

為解決現有技術中缺少對小腦和大腦之間的運動功能整合的研究，本發明首次提出一種聯合獨立成分分析(independent?component?analysis,ICA)和功能梯度的小腦-大腦運動功能整合模型，基于功能磁共振成像，采用兩種不同的方法分析小腦-大腦功能整合。

本發明采用的技術方案為：一種聯合ICA和功能梯度的小腦-大腦運動功能整合方法，包括：

S1、將被試分為健康對照組與GTCS患者組，采集所有被試的靜息態功能磁共振圖像，并對靜息態功能磁共振圖像進行預處理；

S2、對經過預處理的功能磁共振圖像進行小腦-大腦功能連接分析，獲得小腦-大腦功能連接數據；

S3、基于小腦-大腦功能連接數據進行組水平的獨立成分分析，根據與運動網絡最佳匹配原則，標記出大腦運動成分，接著進一步用多元線性回歸模型將大腦運動成分映射到小腦，得到小腦運動成分；

S4、基于小腦-大腦功能連接數據進行功能梯度分析，得到每個被試的腦功能梯度；

S5、將小腦運動成分作為自變量，每個被試的腦功能梯度作為因變量，應用基于體素協變的多元線性回歸模型將兩種方法進行融合分析，得到小腦運動功能對小腦功能層級結構的貢獻；

S6、對健康對照組和GTCS患者組的貢獻結果進行統計分析，得到兩個組的顯著差異的腦區。