一種大腦功能網絡活躍程度的度量方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于大腦功能網絡的研究，具體涉及到將大腦各功能分區抽象成節點，所 有節點之間的聯系抽象成一個大腦功能網絡，然后對分區節點的活躍度進行度量。
【背景技術】
[0002] 大腦是一個復雜而又非常重要的器官，它控制著整個身體的協調。目前人們對大 腦的了解還很少，隨著科學技術的進步，特別是功能磁共振的應用，讓人們對大腦內部的奧 秘有了進一步的認識。例如在靜息態、活動、刺激或者疾病的情況下，可以通過血氧含量的 變化來觀察相應腦區的活動情況。在早些年，對腦科學的研究可能僅僅局限于醫學，但近些 年，越來越多其它學科加入進來，例如運用計算機研究腦科學。計算機中的圖像處理技術可 以用來處理醫學類圖像，例如運用MATLAB工具箱對醫學圖像進行增強，利用SPM工具箱對 磁共振圖像進行分析等。目前，利用計算機知識來研究大腦功能網絡還不是很多，在這方面 的研究主要是利用復雜網絡的知識去研究大腦的結構和功能特性。
[0003] 根據大腦皮質各層的細胞和纖維數量和分布不同，分區模板將大腦皮層分成若 干個分區，每個區的大小范圍不同，常用的標準分區模板有Brodmann分區模板、AAL分 區模板等。其中，Brodmann分區模板將大腦皮層分為104個區域，AAL分區模板將大腦 皮層分為90個區域。目前，運用網絡知識對腦分區方面進行研究的人非常少，關于大腦 分區方面的研究有的側重于檢測方面，如一種基于圖論的腦區間功能連接的檢測方法 (【申請號】200310120539. 2)，一種聯合fMRI和MEG的腦區因果連接檢測方法（【申請號】 201110393691. 2);有的側重于腦區激活趨勢分析，如一種基于腦功能成像的腦內激活趨勢 的分析方法（申請號=201210011180.4)。這方面的研究大多局限于某些激活腦區的檢測 或者腦區間一般性功能連接的檢測，國內外專利文獻中對大腦功能網絡節點方面的研究不 多，尤其是對節點活躍度進行度量的研究非常少。
[0004] 本發明在將大腦分區抽象成腦區功能網絡的基礎上，通過對腦區節點活躍度的計 算來度量腦功能網絡的活躍程度，主要用于分析腦疾病、腦損傷等特定被試者在靜息態或 任務態時相應腦區的活躍程度，研究在刺激、認知、活動或者疾病情況下哪些腦區受到的影 響比較顯著，或者那些腦區之間的聯系比較密切。本發明涉及的技術特征還可以衍生出一 系列方法，在腦功能連接分析、認知功能研究、精神疾病診斷與治療等領域具有一定的應用 價值。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術存在的不足之處和實際應用的需要，本發明要解決的問題是：提供 一種大腦功能網絡節點活躍度的判定方法，實現對大腦功能區域活躍程度的度量。
[0006] 為了達到上述目的，本發明采取以下技術方案：
[0007] 第一步：對一組正常被試者和一組特定被試者分別進行功能磁共振掃描，獲得相 同狀態下（靜息態、任務態等）兩組被試的大腦功能磁共振圖像；將圖像進行格式轉換、時 間校正、頭動校正、配準、空間標準化、平滑、去線性漂移、濾波等預處理操作；
[0008] 第二步：采用標準化大腦分區模板將功能磁共振圖像劃為若干區域，每個大腦區 域定義為一個節點，求出90個腦區中每個腦區的所有體素的平均時間序列；用每個節點的 平均時間序列兩兩作偏相關，求得任意兩個節點平均時間序列的Person相關系數；根據特 定的閾值P進行判斷，大于閾值P的表示兩節點間存在一條邊，否則表示邊不存在，使整個 大腦形成一個含有多個節點以及節點之間連接邊的功能網絡；
[0009] 第三步：功能網絡中第i個節點Vi,節點v# η個節點直接連接，形成一個n+1個 節點的網絡；在節點v# η個節點形成的網絡中，任一節點X i的鄰邊數目k游為節點X i的 度，度值h越大，節點X ;與其它節點聯系越緊密；節點V ;的度為L i，定義Pi為節點V ;的連 接強弱因子為：
[0011] 式中：ki為任意節點Xi的度，n+1為節點￥;與11個節點形成的網絡的節點數目；P i值越大，即節點Vi的連接強弱因子越大，表示節點V i在形成的n+1個節點的網絡中連接越 強。
[0012] 第四步：在大腦功能網絡中，設節點v# S ;個節點直接連接，則S ;個節點間可能 存在的最大連接邊數為：
[0013] Q1= S1(S1-I) (2)
[0014] 若S1個節點間實際存在的邊數為M i，定義大腦功能網絡節點V1的活躍度為：
[0016] 將式⑴和式⑵代入式（3)，得到：
[0018] 式中：Kq為任意節點X q的度，S i為節點V占 S i個節點形成的網絡的節點數目，L i 為節點V1的度。
[0019] 第五步：設N為大腦功能網絡的節點數目，則整個大腦功能網絡的節點平均活躍 度為：
[0021] 第六步：計算正常被試者的大腦功能網絡節點平均活躍度C，再計算特定被試者 某一腦區對應的節點活躍度C1;比較C C，若C i大于C，表示C i所在的腦區活躍程度較高， 為活躍區域。
[0022] 采用上述技術方案后，本發明的有益技術效果是：
[0023] (1)本發明主要用于分析腦疾病、腦損傷等特定被試者在靜息態或任務態時相應 腦區的活躍程度，研究在刺激、認知、活動或者疾病情況下哪些腦區受到的影響比較顯著， 或者那些腦區之間的聯系比較密切。
[0024] (2)本發明涉及的技術特征還可以衍生出一系列方法，在腦功能連接分析、認知功 能研究、精神疾病診斷與治療等領域具有一定的應用價值。
【附圖說明】
[0025] 圖1是一種大腦功能網絡活躍程度度量方法的流程圖；
[0026] 圖2是統計意義上的腦梗死患者大腦功能網絡結構圖；
[0027] 圖3是特定被試者部分激活腦區的功能連接圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明。
[0029] 如圖1所示，一種大腦功能網絡活躍程度的度量方法，具體實施例包括以下步驟：
[0030] (1)分別進行兩組實驗：
[0031] 實驗一：對30例正常被試者（15男，15女，年齡20~40歲）進行靜