專利名稱：一種漢語語言功能區(qū)測查用功能磁共振成像數(shù)據(jù)的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學圖像輔助技術(shù)，尤其涉及的是一種漢語語言功能區(qū)測查用功能磁共振成像數(shù)據(jù)的處理方法。
背景技術(shù)：
語言是人類特有的高級認知能力，大腦作為實現(xiàn)語言過程的物質(zhì)基礎(chǔ)，廣泛參與語言的加工過程。腦部疾病已成為嚴重威脅我國人民生命健康的疾病之一(如腦血管疾病年發(fā)病率在150 - 200/10萬人)，每年有大量病人需要進行腦部手術(shù)，雖然醫(yī)學臨床上已經(jīng)能夠成功對涉及多種腦部病變或損傷的患者進行手術(shù)，但幸存的腦部疾病患者常遺留偏癱、語言障礙等后遺癥。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人民群眾對生活質(zhì)量的追求不斷提升，在腦外科手術(shù)中患者除了希望保存生命以外，更懷有保留語言等高級認知功能以求更滿意的術(shù)后生活質(zhì)量的強烈需求。因此，術(shù)前精確功能定位及術(shù)中有效功能檢測以盡量避免手術(shù)中造成的語言等認知功能腦區(qū)受損已成為臨床上亟需解決的問題。雖然，近年以來，我國施行腦部手術(shù)的醫(yī)療設(shè)備得到改善，醫(yī)療水平也穩(wěn)步提高，但是，臨床對腦與語言功能之間關(guān)系的認識相對滯后，涉及語言功能的腦外科切除手術(shù)的參照標準仍主要基于西方對布洛卡 (Broca)區(qū)和威爾尼克(Wernicke)區(qū)等腦區(qū)的經(jīng)典結(jié)論，難以為國內(nèi)臨床大夫提供準確的手術(shù)指導。
磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)檢查已經(jīng)被大量地用于病人結(jié)構(gòu)病變的研究，近年來不同模態(tài)的神經(jīng)影像技術(shù)(結(jié)構(gòu)、擴散和功能成像)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于病人研究中，其中，血氧水平依賴功能磁共振成像(blood oxygen level dependent-functional MRI, BOLD-fMRI)是以脫氧血紅蛋白為內(nèi)源性對比劑，利用局部血流脫氧血紅蛋白的變化引起的信號增強來定位腦功能區(qū)的影像技術(shù)。而彌散張量成像 (diffusion tensor imaging, DTI)作為無創(chuàng)性反映活體組織水分子擴散的成像技術(shù),更好地反映了腦白質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)改變。它通過利用多個不同大小的擴散敏感梯度，反映活體內(nèi)水分子擴散能力強弱及運動方向。采用DTI技術(shù)可以間接反映髓鞘化程度或纖維束的完整性，腦組織損傷后超微結(jié)構(gòu)的改變可以通過彌散張量指標一MD、FA及本征值λ1、λ2、入3 等定量反映出來。動物實驗、病理和影像學研究都顯示AD發(fā)生腦白質(zhì)破壞，出現(xiàn)脫髓鞘、軸索丟失、反應(yīng)性膠質(zhì)增生等改變，這意味著限制水分子運動的障礙丟失和組織各向異性的改變，而且可能發(fā)生于疾病早期。
近幾年，隨著fMRI技術(shù)對病人的數(shù)據(jù)處理方法與分析手段日臻成熟(Price et al. , 2006 ；Crinion et al. , 2007; Suzanne et al. , 2007;Marrelec et al.，2008),在發(fā)達國家，將腦功能成像基礎(chǔ)研究與臨床手術(shù)結(jié)合以提高功能定位的精度成為一個重要趨勢。 例如用術(shù)前fMRI技術(shù)對運動區(qū)皮層的功能定位結(jié)果，與術(shù)中直接的皮層電刺激監(jiān)測結(jié)果達到了 100%的·吻合(Roessler et al.，2005)。相比簡單的運動功能,語言的偏側(cè)化特征及其功能定位盡管表現(xiàn)更為復(fù)雜，但隨著大量語言任務(wù)范式在術(shù)前語言功能測查的應(yīng)用，語言任務(wù)的功能影像結(jié)果也逐漸成為術(shù)前語言功能偏側(cè)化及功能定位的診斷標準之一，為臨床手術(shù)方案及康復(fù)計劃的制定提供參考。但是，由于存在語言間的差異，以西方拼音文字為基礎(chǔ)的研究結(jié)論不能直接應(yīng)用于或簡單被推論至使用漢語文字的中國人身上，比如研究發(fā)現(xiàn)左側(cè)額中回在西方拼音文字與漢字的加工機制不同(Tan et al.，2005)。因此，我們有必要設(shè)計一套合理有效的漢語語言測查系統(tǒng)，并利用功能磁共振成像技術(shù)獲取適合于測查中國人的語言功能區(qū)的方法，將之用于臨床腦外科手術(shù)的術(shù)前語言功能區(qū)測查及術(shù)中語言功能測定中。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種漢語語言功能區(qū)測查用功能磁共振成像數(shù)據(jù)的處理方法。
根據(jù)本發(fā)明的漢語語言功能區(qū)測查用功能磁共振成像數(shù)據(jù)的處理方法方法，包括以下步驟
(I)獲得測查對象的血氧水平依賴功能磁共振成像數(shù)據(jù)和彌散張量成像數(shù)據(jù)；
(2)處理任務(wù)態(tài)的血氧水平依賴功能磁共振成像數(shù)據(jù)
(2-1)結(jié)構(gòu)像及功能像的三維重建，將掃描儀中保存的K空間形式的功能數(shù)據(jù)進行Fourier變換；
(2-2)奇異數(shù)據(jù)處理
去除采集到的前4個功能數(shù)據(jù)，以避免掃描初期的磁場不穩(wěn)定影響；
(2-3)時間平滑
使用血氧水平依賴功能磁共振成像數(shù)據(jù)中的層面間移位信息，將輸入數(shù)據(jù)集的體素時間序列進行移位，使各層面對齊到相同時間原點；
(2-4)頭動校正及空間平滑
以最后一個時間序列的大腦位置為基準，其他所有時間序列的腦都與之對齊，這樣每個時間點都分別得到6個方向的變化值,移動超過I個體素或者轉(zhuǎn)動超過5°的被試數(shù)據(jù)均剔除，將6列數(shù)據(jù)存成文件，將頭動校正之后得數(shù)據(jù)進行空間平滑處理，全寬半高值設(shè)定為6 ；
( 2-5)時間序列的標準化
將空間平滑后的功能數(shù)據(jù)，做去頭皮處理，得到mask文件，針對多個漢語語言功能測試任務(wù)進行mask的平均，再針對多個被試及被試的多次掃描做mask合并處理，所述合并處理方式為將mask內(nèi)的功能數(shù)據(jù)取均值分析，最后將數(shù)據(jù)歸一化到100為基線的時間序列；
( 2-6 )功 能數(shù)據(jù)的回歸分析
采用top hat函數(shù)，參見以下公式
H(t)= / 0min(t,d)h(t-s)dt ；
h(t) = (t/4) 4e4_t
其中，t為時間點的自變量，s為某固定時間點，d為刺激持續(xù)時間，h (t)代表的是隨時間t變化的強度值，H (t)則表示隨時間變化的積分值，
將top hat函數(shù)與刺激任務(wù)時間序列進行卷積計算，從而生成任務(wù)的沖擊響應(yīng)模型，具體算法如下
權(quán)利要求
1.一種漢語語言功能區(qū)測查用功能磁共振成像數(shù)據(jù)的處理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(O獲得測查對象的血氧水平依賴功能磁共振成像數(shù)據(jù)和彌散張量成像數(shù)據(jù)；(2)處理任務(wù)態(tài)的血氧水平依賴功能磁共振成像數(shù)據(jù)(2-1)結(jié)構(gòu)像及功能像的三維重建，將掃描儀中保存的K空間形式的功能數(shù)據(jù)進行 Fourier 變換；(2-2)奇異數(shù)據(jù)處理去除采集到的前4個功能數(shù)據(jù)，以避免掃描初期的磁場不穩(wěn)定影響；(2-3)時間平滑使用血氧水平依賴功能磁共振成像數(shù)據(jù)中的層面間移位信息，將輸入數(shù)據(jù)集的體素時間序列進行移位，使各層面對齊到相同時間原點；(2-4)頭動校正及空間平滑以最后一個時間序列的大腦位置為基準，其他所有時間序列的腦都與之對齊，這樣每個時間點都分別得到6個方向的變化值,移動超過I個體素或者轉(zhuǎn)動超過5°的被試數(shù)據(jù)均剔除，將6列數(shù)據(jù)存成文件，將頭動校正之后得數(shù)據(jù)進行空間平滑處理，全寬半高值設(shè)定為 6 ；(2-5)時間序列的標準化將空間平滑后的功能數(shù)據(jù)，做去頭皮處理，得到mask文件，針對多個漢語語言功能測試任務(wù)進行mask的平均，再針對多個被試及被試的多次掃描做mask合并處理，所述合并處理方式為將mask內(nèi)的功能數(shù)據(jù)取均值分析，最后將數(shù)據(jù)歸一化到100為基線的時間序列； (2-6)功能數(shù)據(jù)的回歸分析采用top hat函數(shù),參見以下公式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漢語語言功能區(qū)測查用功能磁共振成像數(shù)據(jù)的處理方法，其特征在于，所述方法包括(2-7)功能數(shù)據(jù)結(jié)果的空間標準化的步驟對于一組或幾組被試，進行功能結(jié)果的空間標準化分析，包括以下步驟首先，將之前得到的結(jié)構(gòu)像與功能像配準；其次，對結(jié)構(gòu)像進行去頭皮操作，去完頭皮后進行檢查，如果去得不干凈，可以再做一次去頭皮操作，同時通過手動剔掉多余區(qū)域；最后，將去頭皮的結(jié)構(gòu)像與標準ΤΤ_Ν27像進行空間標準化，同時得到12個校正參數(shù)， 即三個方向的移動、轉(zhuǎn)動及其拉伸壓縮值。
全文摘要
本發(fā)明涉及醫(yī)學圖像輔助技術(shù)，尤其涉及的是一種漢語語言功能區(qū)測查用功能磁共振成像數(shù)據(jù)的處理方法。所述方法包括步驟(1)獲得測查對象的血氧水平依賴功能磁共振成像數(shù)據(jù)和彌散張量成像數(shù)據(jù)；(2)處理任務(wù)態(tài)的血氧水平依賴功能磁共振成像數(shù)據(jù)；(3)處理靜息態(tài)的血氧水平依賴功能磁共振成像數(shù)據(jù)；(4)處理彌散張量成像數(shù)據(jù)。
文檔編號A61B5/055GK103040467SQ20121059446
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者舒華, 江濤, 王曉怡, 王引言 申請人:北京師范大學, 首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院