基于原發(fā)性癲癇的靜息態(tài)功能磁共振的數(shù)據(jù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及針對(duì)疾病檢測(cè)的數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，特別涉及一種基于原發(fā)性癲癇的靜息態(tài)功能磁共振的數(shù)據(jù)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]癲癇(epilepsy)是常見的由于多種病因引起的慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，以腦部神經(jīng)元放電的興奮性和同步性異常所致過(guò)度放電引起的突然、反復(fù)和短暫的中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能失常為特征。截止2014年，全球大約有5500萬(wàn)癲癇病人，其發(fā)病率高于多發(fā)性硬化、帕金森病等常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。目前認(rèn)為，癲癇已經(jīng)成為神經(jīng)系統(tǒng)疾病中僅次于腦卒中的第二大常見病，癲癇性猝死也日益引起研究者的關(guān)注。在現(xiàn)實(shí)生活中，對(duì)癲癇患者的歧視和不理解極大地影響著患者及其家人?？傊?，癲癇是一種致殘率高、病程長(zhǎng)和以臨床反復(fù)發(fā)作為特點(diǎn)，同時(shí)還嚴(yán)重威脅患者身心健康的疾病。
[0003]復(fù)雜部分性發(fā)作是原發(fā)性癲癇(theid1pathic epilepsy) —種常見的類型，指腦部無(wú)明顯器質(zhì)性或代謝性異常表現(xiàn)，發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明、可能與遺傳因素相關(guān)并以不同程度的意識(shí)障礙、自主神經(jīng)癥狀和精神癥狀發(fā)作為特征的一組癲癇綜合征，通常屬于藥物難治性，約占各類癲癇總數(shù)的20 %?30 %。對(duì)于CPS患者，很大一部分(約60 %?90 % )可以通過(guò)手術(shù)切除得以根治，因此術(shù)前對(duì)致癇灶的準(zhǔn)確定位就顯得尤為重要。但CPS患者常規(guī)的顱腦CT和MRI檢查一般沒(méi)有可見的結(jié)構(gòu)變化。因此探討致癇灶的無(wú)創(chuàng)、精確定位方法一直是癲癇研究的熱點(diǎn)。
[0004]頭皮腦電圖(Scalp Electroencephalogram)檢查雖然可以證實(shí)癲癇的異常放電，但其空間分辨率較低，與皮層間隔有顱骨、頭皮、外界干擾等不利因素的影響，對(duì)致癇灶定位的敏感性和特異性低;皮層腦電圖或深部腦電圖能直接探測(cè)腦異常放電區(qū)，但系有創(chuàng)性檢查且電極所探及的區(qū)域相當(dāng)有限，實(shí)際應(yīng)用受到一定的限制。
[0005]目前，對(duì)癲癇的神經(jīng)影像學(xué)研究主要有以下幾種:常用結(jié)構(gòu)MRI從形態(tài)學(xué)方面對(duì)海馬體積的萎縮程度進(jìn)行測(cè)量及對(duì)海馬進(jìn)行波譜分析以確定病變的海馬，或者用正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)從代謝和血流的角度反映癲癇活動(dòng)相關(guān)腦區(qū)的功能異常，再就是利用各種刺激誘導(dǎo)局部腦組織血氧水平依賴信號(hào)發(fā)生變化，間接反映神經(jīng)元的活動(dòng)，即“事件/任務(wù)相關(guān)功能磁共振成像(event/task-relatedfMRI)，，。
[0006]海馬體積測(cè)量及波譜分析存在主觀性;PET和SPECT是侵入性檢查，有放射性且空間分辨率較低;事件相關(guān)fMRI不但需要設(shè)計(jì)好合適的任務(wù)，而且要求病人高度配合。
[0007]原發(fā)性癲癇的靜息態(tài)功能磁共振:resting-state funct1nal magneticresonance imaging，rfMRI；
[0008]復(fù)雜部分性發(fā)作:Thecomplex partial seizures，CPS;
[0009]皮層腦電圖:Electrocorticogram，ECoG;
[0010]深部腦電圖:Deepelectroencephalogram,DEEG；[0011 ]正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像:Positron Emiss1n Computed Tomography，PET;
[0012]單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像:Singlephoton emiss1n computed tomography,SPECT；
[0013]腦組織血氧水平依賴(bloodoxygenat1n level dependent,BOLD；
[0014]局部一致性:Thereg1nal homogeneity，ReHo;
[0015]低頻振幅:Thelow frequency fluctuat1n,ALFF；
[0016]種子相關(guān)功能連接:Theseed based funct1nal connectivity ,FC0

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于原發(fā)性癲癇的靜息態(tài)功能磁共振的數(shù)據(jù)處理方法，用以解決有創(chuàng)性檢查及定位不精確等問(wèn)題。
[0018]為解決以上問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種基于原發(fā)性癲癇的靜息態(tài)功能磁共振的數(shù)據(jù)處理方法，包括如下步驟:
[0019]S1.數(shù)據(jù)采集:常規(guī)檢查序列包括軸位T2加權(quán)成像、Tl加權(quán)成像和彌散加權(quán)成像，以平行前后聯(lián)合的水平進(jìn)行全腦軸位掃描，以排除顱內(nèi)器質(zhì)性病變;T1-3D BRAVO序列掃描，作為結(jié)構(gòu)像將數(shù)據(jù)處理后的功能像疊加其上，用以顯示正激活和負(fù)激活的腦區(qū);靜息態(tài)掃描，采用梯度回波單次激發(fā)回波平面成像；
[0020]S2.數(shù)據(jù)預(yù)處理:1.對(duì)每個(gè)被試對(duì)象的fMRI原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為.1mg的格式;2.校正原始圖像中層與層獲得的時(shí)間的不同；3.采用迭代算法對(duì)6個(gè)參數(shù)進(jìn)行頭部剛體模型配準(zhǔn)，排除頭部沿著X，Y，Z三個(gè)方向的平移和圍繞這三個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)超過(guò)2mm，或者任意角度旋轉(zhuǎn)大于2°的被試對(duì)象;4.將每個(gè)被試的圖像放入統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)空間進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，將其轉(zhuǎn)為朝向和大小都相同的圖像;5.空間平滑:使用全寬半高高斯核對(duì)fMRI圖像進(jìn)行空間平滑處理;6.對(duì)空間平滑后的fMRI圖像進(jìn)行去線性漂移;7.去除高頻呼吸心跳及低頻噪聲；
[0021 ] S3.數(shù)據(jù)分析:包括ReHo數(shù)據(jù)分析、ALFF數(shù)據(jù)分析和FC數(shù)據(jù)分析，所有的ReHo、ALFF、FC圖均單獨(dú)分析，然后匯總確定有改變的腦區(qū)。
[0022]作為優(yōu)選，ReHo數(shù)據(jù)分析:計(jì)算出腦內(nèi)每個(gè)體素與其周圍相鄰的3個(gè)或3個(gè)以上體素在時(shí)間序列上的一致性，得出該體素的肯德爾和諧系數(shù)，即為該體素的ReHo值，每個(gè)體素均有一個(gè)ReHo值，所有體素構(gòu)成了受試者的ReHo腦。
[0023]作為優(yōu)選，ALFF數(shù)據(jù)分析:首先保留低頻段0.01-0.08Hz內(nèi)所有頻率點(diǎn)上的BOLD信號(hào)，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換計(jì)算功率譜，功率譜的峰下面積可視為信號(hào)的能量，然后對(duì)其開方，可得到該信號(hào)的振蕩幅度，也就是BOLD信號(hào)的波動(dòng)變化強(qiáng)度，進(jìn)而繪制振幅的統(tǒng)計(jì)參數(shù)腦圖，來(lái)描述體素自發(fā)活動(dòng)的強(qiáng)弱。
[0024]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理方法對(duì)多灶性癲癇病灶的探索極具價(jià)值，避免了復(fù)雜的任務(wù)刺激導(dǎo)致的腦活動(dòng)差異，使不同受試者的實(shí)驗(yàn)條件基本控制在相同的水平，且易于配合，更容易得到可靠的結(jié)論。它從腦功能的角度了解癲癇患者某些臨床癥狀的發(fā)病機(jī)理，能幫助定位癲癇灶和周圍功能區(qū)，指導(dǎo)癲癇手術(shù)及癲癇灶的切除范圍；有助于理解癲癇的病理生理改變和認(rèn)識(shí)腦電圖異常波形的意義。隨著臨床研究的不斷擴(kuò)展rfMRI檢查技術(shù)、計(jì)算方法的改進(jìn)，可進(jìn)一步揭示不同腦區(qū)更精細(xì)的分工及與高級(jí)整合之間的相互關(guān)系，其對(duì)藥物難治性癲癇的診治將具有更大的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為頭動(dòng)校正、空間平滑、低頻濾波等預(yù)處理后得到的原始圖像示意圖；
[0026]圖2為使用ReHo、ALFF、FC等計(jì)算后得到的功能磁共振圖像示意圖；
[0027]圖3為使用Alphasim統(tǒng)計(jì)學(xué)處理后與正常人腦解剖圖融合得到的最終圖像示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]實(shí)施例:
[0030]1.數(shù)據(jù)采集工具及對(duì)象:
[0031]本實(shí)施例使用美國(guó)GE公司的3.0T Signa HDx超導(dǎo)型MR掃描儀(GE-Signa HDx，Mi lwaukee，US.)，8NV—Head線圈，以頭部線圈作為發(fā)射和接受線圈。掃描時(shí)受試者清醒、閉目艮、頭部固定并最大限度地減少頭部及其它部位的主動(dòng)與被動(dòng)運(yùn)動(dòng)、安靜平臥于檢查床，均勻呼吸，不執(zhí)行特定的認(rèn)知任務(wù)，同時(shí)要求盡量不行主動(dòng)思維活動(dòng)，待受試者熟悉環(huán)境后開始掃描。病例組在掃描前進(jìn)行2-5分鐘過(guò)度換氣實(shí)驗(yàn)以增加間期癇樣放電的數(shù)量;為了保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，正常志愿者也進(jìn)行2-5分鐘的過(guò)度換氣實(shí)驗(yàn)。
[0032]2.數(shù)據(jù)采集方法:
[0033]相關(guān)掃描序列及參數(shù)如下:
[0034]2.1常規(guī)檢查序列包括軸位T2加權(quán)成像(T2WI)、T1加權(quán)成像(TlWI)和彌散加權(quán)成像(DWI)，以平行前后聯(lián)合的水平進(jìn)行全腦軸位掃描，以排除顱內(nèi)器質(zhì)性病變。
[0035](I) T2WI 掃描參數(shù):TR/TE = 6280/104ms，層厚:5mm，間隔:I.5mm，NEX:1，F(xiàn)OV:24x24cm，Matrix:320x320，掃描層數(shù)為19層，掃描時(shí)間為82秒。
[0036](2)T1WI掃描參數(shù):TR/TE = 2825/24ms，層厚:5mm，間隔:I.5mm，NEX:1，F(xiàn)OV:24xl8cm，Matrix:320x320，掃描層數(shù)為19層，掃描時(shí)間為99秒。
[0037](3 )DWI掃描參數(shù):TR/TE = 4450/72.9ms，層厚:5mm，間隔:1.5mm，NEX: 2，F(xiàn)OV:24x24cm,Matrix: 128xl28，b = 1000s/mm，掃描層數(shù)為19 層，掃描時(shí)間為 40 秒。
[0038]2.2T1-3D BRAVO序列掃描，作為結(jié)構(gòu)像將數(shù)據(jù)處理后的功能像疊加其上，用以顯示正激活和負(fù)激活的腦區(qū)O參數(shù):TR/TE = 7.8/3.0ms，層厚:Imm，間隔:O，NEX: 0.5，F(xiàn)OV:24x24cm,Matrix:256x256,FA(F1 ip Angle):13°。從右向左采集，掃描范圍包括全腦，采集層數(shù)為176層，掃描時(shí)間為209秒。
[0039]2.3靜息態(tài)掃描，采用梯度回波(GRE)單次激發(fā)回波平面成像(EPI)技術(shù)，參數(shù):TR/TE = 2000/30ms，層厚:4mm,間隔:Omm，F(xiàn)OV = 24x24cm，Matrix: 64x64，F(xiàn)A(Fl ip Angle):90°，從下向上采集，掃描范圍包括全腦，層數(shù):38，采集256個(gè)時(shí)間點(diǎn)，掃描時(shí)間為