專利名稱：一種漢語(yǔ)語(yǔ)言功能區(qū)測(cè)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(xué)圖像輔助技術(shù)，尤其涉及的是一種漢語(yǔ)語(yǔ)言功能區(qū)測(cè)查用功能磁共振成像數(shù)據(jù)的處理方法。
背景技術(shù)：
語(yǔ)言是人類(lèi)特有的高級(jí)認(rèn)知能力，大腦作為實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言過(guò)程的物質(zhì)基礎(chǔ)，廣泛參與語(yǔ)言的加工過(guò)程。腦部疾病已成為嚴(yán)重威脅我國(guó)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(wàn)人)，每年有大量病人需要進(jìn)行腦部手術(shù)，雖然醫(yī)學(xué)臨床上已經(jīng)能夠成功對(duì)涉及多種腦部病變或損傷的患者進(jìn)行手術(shù)，但幸存的腦部疾病患者常遺留偏癱、語(yǔ)言障礙等后遺癥。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民群眾對(duì)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(yǔ)言等高級(jí)認(rèn)知功能以求更滿意的術(shù)后生活質(zhì)量的強(qiáng)烈需求。因此，術(shù)前精確功能定位及術(shù)中有效功能檢測(cè)以盡量避免手術(shù)中造成的語(yǔ)言等認(rèn)知功能腦區(qū)受損已成為臨床上亟需解決的問(wèn)題。雖然，近年以來(lái)，我國(guó)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(duì)腦與語(yǔ)言功能之間關(guān)系的認(rèn)識(shí)相對(duì)滯后，涉及語(yǔ)言功能的腦外科切除手術(shù)的參照標(biāo)準(zhǔn)仍主要基于西方對(duì)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(guó)內(nèi)臨床大夫提供準(zhǔn)確的手術(shù)指導(dǎo)。
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(lái)不同模態(tài)的神經(jīng)影像技術(shù)(結(jié)構(gòu)、擴(kuò)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(duì)比劑，利用局部血流脫氧血紅蛋白的變化引起的信號(hào)增強(qiáng)來(lái)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(wú)創(chuàng)性反映活體組織水分子擴(kuò)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(guò)利用多個(gè)不同大小的擴(kuò)散敏感梯度，反映活體內(nèi)水分子擴(kuò)散能力強(qiáng)弱及運(yùn)動(dòng)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(guò)彌散張量指標(biāo)一MD、FA及本征值λ1、λ2、入3 等定量反映出來(lái)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、病理和影像學(xué)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(yùn)動(dòng)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(duì)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(dá)國(guó)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(gè)重要趨勢(shì)。 例如用術(shù)前fMRI技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)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(cè)結(jié)果達(dá)到了 100%的·吻合(Roessler et al.，2005)。相比簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)功能,語(yǔ)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(yǔ)言任務(wù)范式在術(shù)前語(yǔ)言功能測(cè)查的應(yīng)用，語(yǔ)言任務(wù)的功能影像結(jié)果也逐漸成為術(shù)前語(yǔ)言功能偏側(cè)化及功能定位的診斷標(biāo)準(zhǔn)之一，為臨床手術(shù)方案及康復(fù)計(jì)劃的制定提供參考。但是，由于存在語(yǔ)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(jiǎn)單被推論至使用漢語(yǔ)文字的中國(guó)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(jī)制不同(Tan et al.，2005)。因此，我們有必要設(shè)計(jì)一套合理有效的漢語(yǔ)語(yǔ)言測(cè)查系統(tǒng)，并利用功能磁共振成像技術(shù)獲取適合于測(cè)查中國(guó)人的語(yǔ)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(yǔ)言功能區(qū)測(cè)查及術(shù)中語(yǔ)言功能測(cè)定中。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種漢語(yǔ)語(yǔ)言功能區(qū)測(cè)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(yǔ)語(yǔ)言功能區(qū)測(cè)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(cè)查對(duì)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(jìn)行Fourier變換；
(2-2)奇異數(shù)據(jù)處理
去除采集到的前4個(gè)功能數(shù)據(jù)，以避免掃描初期的磁場(chǎng)不穩(wěn)定影響；
(2-3)時(shí)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(shí)間序列進(jìn)行移位，使各層面對(duì)齊到相同時(shí)間原點(diǎn)；
(2-4)頭動(dòng)校正及空間平滑
以最后一個(gè)時(shí)間序列的大腦位置為基準(zhǔn)，其他所有時(shí)間序列的腦都與之對(duì)齊，這樣每個(gè)時(shí)間點(diǎn)都分別得到6個(gè)方向的變化值,移動(dòng)超過(guò)I個(gè)體素或者轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)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(dòng)校正之后得數(shù)據(jù)進(jìn)行空間平滑處理，全寬半高值設(shè)定為6 ；
( 2-5)時(shí)間序列的標(biāo)準(zhǔn)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(duì)多個(gè)漢語(yǔ)語(yǔ)言功能測(cè)試任務(wù)進(jìn)行mask的平均，再針對(duì)多個(gè)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(shí)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(jiàn)以下公式
H(t)= / 0min(t,d)h(t-s)dt ；
h(t) = (t/4) 4e4_t
其中，t為時(shí)間點(diǎn)的自變量，s為某固定時(shí)間點(diǎn)，d為刺激持續(xù)時(shí)間，h (t)代表的是隨時(shí)間t變化的強(qiáng)度值，H (t)則表示隨時(shí)間變化的積分值，
將top hat函數(shù)與刺激任務(wù)時(shí)間序列進(jìn)行卷積計(jì)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(yǔ)語(yǔ)言功能區(qū)測(cè)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(cè)查對(duì)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(jìn)行 Fourier 變換；(2-2)奇異數(shù)據(jù)處理去除采集到的前4個(gè)功能數(shù)據(jù)，以避免掃描初期的磁場(chǎng)不穩(wěn)定影響；(2-3)時(shí)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(shí)間序列進(jìn)行移位，使各層面對(duì)齊到相同時(shí)間原點(diǎn)；(2-4)頭動(dòng)校正及空間平滑以最后一個(gè)時(shí)間序列的大腦位置為基準(zhǔn)，其他所有時(shí)間序列的腦都與之對(duì)齊，這樣每個(gè)時(shí)間點(diǎn)都分別得到6個(gè)方向的變化值,移動(dòng)超過(guò)I個(gè)體素或者轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)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(dòng)校正之后得數(shù)據(jù)進(jìn)行空間平滑處理，全寬半高值設(shè)定為 6 ；(2-5)時(shí)間序列的標(biāo)準(zhǔn)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(duì)多個(gè)漢語(yǔ)語(yǔ)言功能測(cè)試任務(wù)進(jìn)行mask的平均，再針對(duì)多個(gè)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(shí)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(jiàn)以下公式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漢語(yǔ)語(yǔ)言功能區(qū)測(cè)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(biāo)準(zhǔn)化的步驟對(duì)于一組或幾組被試，進(jìn)行功能結(jié)果的空間標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)；其次，對(duì)結(jié)構(gòu)像進(jìn)行去頭皮操作，去完頭皮后進(jìn)行檢查，如果去得不干凈，可以再做一次去頭皮操作，同時(shí)通過(guò)手動(dòng)剔掉多余區(qū)域；最后，將去頭皮的結(jié)構(gòu)像與標(biāo)準(zhǔn)ΤΤ_Ν27像進(jìn)行空間標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)得到12個(gè)校正參數(shù)， 即三個(gè)方向的移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)及其拉伸壓縮值。
全文摘要
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像輔助技術(shù)，尤其涉及的是一種漢語(yǔ)語(yǔ)言功能區(qū)測(cè)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(cè)查對(duì)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(hào)A61B5/055GK103040467SQ20121059446
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)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(qǐng)人:北京師范大學(xué), 首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院