基于功能磁共振成像的异常脑区精准定位与矫正方法技术

本发明专利技术属医学图像处理及应用领域，涉及基于功能磁共振成像的异常脑区精准定位与矫正方法；尤其涉及基于功能磁共振成像信号的计算脑区间活动相关性的方法。本发明专利技术方法包括利用基于静息态功能磁共振技术(rs‑fMRI)精确检测与计算受试者全脑任意脑区之间的活动相关性，亦即全脑功能连接(FC)，本方法能为个体大脑功能连接的检测与群体大数据整合研究为包含抑郁症在内的各种脑疾病病变提供医学依据，以及为个体生理心理健康水平评价提供客观依据。进一步所述方法可用于确定rTMS干预的靶点区域以及有助于利用rTMS针对个体目标区域进行精准干预，以及临床使用rTMS制定抑郁症等精神疾病的干预措施。

Accurate localization and correction of abnormal brain regions based on functional magnetic resonance imaging

The invention belongs to the field of medical image processing and application, and relates to a method for precise location and correction of abnormal brain regions based on functional magnetic resonance imaging, in particular to a method for calculating the correlation of brain region activities based on functional magnetic resonance imaging signals. The method of the invention includes using resting-state functional magnetic resonance imaging (rs_fMRI) to accurately detect and calculate the activity correlation between any brain area in the whole brain of the subjects, i.e. whole brain functional connectivity (FC). The method can provide medical basis for the detection of individual brain functional connectivity and the study of large data integration in groups, for various brain diseases including depression, and for individual physiology. The evaluation of mental health level provides objective basis. Further, the method can be used to determine the target area of rTMS intervention and help to use rTMS to precisely intervene in individual target area, as well as to formulate intervention measures for mental disorders such as depression in clinical use of rTMS.

【技术实现步骤摘要】
基于功能磁共振成像的异常脑区精准定位与矫正方法
本专利技术属医学图像处理及应用领域，涉及基于功能磁共振成像的异常脑区精准定位与矫正方法；具体涉及一种基于功能磁共振成像信号的计算脑区间活动相关性的方法，尤其涉及基于功能磁共振成像信号的计算抑郁症脑区间活动相关性的方法。本专利技术方法包括结合使用核磁共振仪与经颅磁刺激治疗的各项参数要点以及全脑功能异变连接算法，精确实施重复经颅磁刺激(rTMS)干预大脑区域活动，将为抑郁症rTMS刺激靶点的精确化与效应计算提供方法依据。
技术介绍
现有技术公开了fMRI是一种神经影像学方式，其原理是利用氧合血红蛋白与去氧血红蛋白的不同顺逆磁性质进行磁振造影，测量神经元活动所引发之血液动力的改变。有关研究显示，脑功能连接的强度与变化，与性别、年龄、记忆、情绪、各种认知能力、成瘾、各种脑疾病等十分相关。有研究显示，由rs-fMRI数据得到大脑功能连接受测试人群、环境标准等变异性很大，整合多中心数据能为个体差异提供稳定的标准参照模型。资料公开了经颅磁刺激是一种颅外、无创神经调控技术，在大脑头皮表面施加磁刺激可以穿透颅骨在大脑皮层产生感应电流，引起神经元去极化，调节局部大脑皮层兴奋性。有研究报道，当采用合适的磁刺激脉冲参数，在某一特定大脑皮层部位给予重复经颅磁刺激(repetitiveTranscranialMagneticStimulation,rTMS)时，刺激停止后其对大脑皮层的作用效果仍会持续一段时间。由于rTMS可用于对大脑特定脑区的神经活动进行神经刺激和神经调制，因此其被应用在精神疾病如抑郁症的治疗干预中。临床研究显示，目前rTMS治疗抑郁症的干预靶点较为固定，比如左右侧的背外侧前额叶，但是由于个体差异，或者患者病变的特异性，rTMS治疗的效果并不令人满意；目前在脑疾病的检测和治疗中，尚缺乏个体的水平的异常脑区识别方法，为脑疾病的评估和治疗带来了一定的困难。基于现有技术的现状，本申请的专利技术人拟提供一种基于功能磁共振成像的异常脑区精准定位方法，该方法通过比较个体与群体rs-fMRI信号构造的脑功能网络的差异，能在个体水平精确寻找发生异变的脑区并定位异常脑区，进一步可作为rTMS干预的靶点区域。
技术实现思路
本专利技术的目地是针对现有技术的问题，提供一种基于功能磁共振成像的异常脑区精准定位与矫正方法，该方法通过比较个体与群体rs-fMRI信号构造的脑功能网络的差异，能在个体水平精确寻找发生异变的脑区并定位异常脑区，进一步可作为rTMS干预的靶点区域。本专利技术方法基于静息态核磁共振扫描数据，提出了一种精确识别个体脑区异常的方法，其主要包括，首先，精确测量并计算个体的全脑功能连接，并与群体大数据进行对比，进而获得一套鉴定与侦测全脑功能连接异变的方法，其中包含群体数据的荟萃分析以及与个体数据的差异比较，最后对于不同个体，得到个性化的结果。本专利技术方法有助于临床使用rTMS制定抑郁症等精神疾病的干预措施。更具体的，本专利技术的基于功能磁共振成像的异常脑区精准定位与矫正方法，其特征在于，包括，基于功能磁共振信号变化，精准定位与矫正异常脑区，其包括步骤：(1)多中心rs-fMRI数据整合为群体rs-fMRI数据库；(2)个体rs-fMRI与群体rs-fMRI数据库的差异性比较，获得统计学上显著差异的个体变化的区域，精确定位rTMS干预的目标区域。本专利技术中，所述功能磁共振信号变化是目标脑组织功能磁共振信号变化。本专利技术中，采用全脑关联性研究(BrainWideAssociationStudy,BWAS)，精确计算任意个体的全脑功能连接与群体功能连接进行比较，并获得显著性的差异功能连接；本专利技术中优选多中心群体大数据的整合标准化以及个体数据的标准化，以及个体数据与已有多中心群体大数据的差异比较；进一步精确定位rTMS干预的目标区域。本专利技术步骤1中，进行重复经颅磁刺激(rTMS)干预大脑局部脑区活动，进一步干预相关脑功能连接，使其强度发生改变。本专利技术提供了所述方法在用于确定rTMS干预的靶点区域中的用途；进一步，所述的rTMS干预的靶点区域有助于利用rTMS针对个体目标区域进行精准干预，以及临床使用rTMS制定抑郁症等精神疾病的干预措施；本专利技术的实施例中，用于抑郁症重复经颅次基靶点，其中的刺激区域为右侧外侧眶额叶lateralOFCR，MNI参考坐标([36，36，-12])具体位置和效应的计算与优化。本专利技术进行了临床研究试用，选择适合的抑郁症患者，包括：提前进行rs-fMRI检测，符合以下病征：右侧外侧眶额叶lateralOFCR与楔前叶,角回,and颞叶视觉皮层的功能连接病变性增强；rTMS刺激的目标区域为任意脑区，刺激区域体积为12个体素(3×3×3立方毫米)，疗程为4周，每周5次，每次30分钟(如图1所示)，第一天rTMS干预后，检测rs-fMRI预估疗效，rTMS疗程全部结束后，再次检查rs-fMRI观察病变功能连接的改变(如图所示)；结果显示：受试者右侧外侧眶额叶lateralOFCR与楔前叶,角回,and颞叶视觉皮层的功能连接病变性增强，rTMS干预右侧外侧眶额叶明显减轻抑郁症症状。附图说明图1为新测量个体与群体差异比较，其中显示了新测个体数据，全脑功能连接矩阵，个体异变功能连接，群体整合数据。图2显示了rTMS颅内皮层靶点位于右外侧眶额叶(红色点)，颅外头皮表面靶点为脑电导联FP2位置，由近红外导航系统确定实际rTMS线圈摆放方向。图3显示了rTMS颅内皮层靶点位于右外侧眶额叶(红色点)，颅外头皮表面靶点为脑电导联FP2位置，由近红外导航系统确定实际rTMS线圈摆放方向的流程示意图。具体实施方式实施例1临床研究实验选择适合的抑郁症患者进行功能磁共振成像的异常脑区精准定位与矫正，fMRI检测参考参数：高分辨率T1加权结构成像(T1-weighted):回波时间(TE)2.52毫秒；重复时间(TR)1900毫秒；反转时间(TI)900毫秒；反转角度9度；切片176；厚度1毫米；分辨率256×256，体素大小1×1×1立方毫米；功能成像:回波时间(TE)30毫秒；重复时间(TR)2000毫秒；反转时间(TI)900毫秒；反转角度90度；切片32；切片厚度3毫米；切片间隔1毫米；分辨率64×64，体素大小3×3×3立方毫米。rs-fMRI成像预处理：1)层间校正(slicingtiming)：通过插值方法，消除不同脑切片采集的时间差异带来的误差；2)头动校正(motioncorrection)：选取其中某一幅全脑图像作为参考，其他脑图像通过刚体变换与参考图像配准对齐，消除轻微头动带来的误差；3)空间标准化(spatialnormalization)：通过非线性变换将结构图像与标准空间下(如MNI空间)的脑模板配准(Corregistration)，得到变换矩阵，再将其应用于功能图像；4)空间平滑(spatialsmoothing)：利用高斯平滑来提高相邻体素间信号光滑性，使信噪比提升。平滑核的大小为体素的2到3倍；5)去漂移(detrend)：回归掉静息态fMRI的信号通常包含的线性趋势；6)滤波(filter)：带通滤波器为(0.01-0.1HZ)；7)去协变量(Nuisancesignalc本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于功能磁共振成像的异常脑区精准定位与矫正方法，其特征在于，其基于功能磁共振信号变化，精准定位与矫正异常脑区，包括步骤：(1)多中心rs‑fMRI数据整合为群体rs‑fMRI数据库；(2)个体rs‑fMRI与群体rs‑fMRI数据库的差异性比较，获得统计学上显著差异的个体变化的区域，精确定位rTMS干预的目标区域。

【技术特征摘要】
1.一种基于功能磁共振成像的异常脑区精准定位与矫正方法，其特征在于，其基于功能磁共振信号变化，精准定位与矫正异常脑区，包括步骤：(1)多中心rs-fMRI数据整合为群体rs-fMRI数据库；(2)个体rs-fMRI与群体rs-fMRI数据库的差异性比较，获得统计学上显著差异的个体变化的区域，精确定位rTMS干预的目标区域。2.按权利要求1所述的基于功能磁共振成像的异常脑区精准定位与矫正方法，其特征在于，所述功能磁共振信号变化是目标脑组织功能磁共振信号变化。3.按权利要求1所述的基于功能磁共振成像的异常脑区精准定位与矫正方法，其特征在于，所述方法中，采用全脑关联性研究(BWAS)，精确计算任意个体的全脑功能连接与群体功能连接进行比较，获得显著性的差异功能连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯建峰，王继军，唐莺莹，张捷，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31