一种可以精准定位和精准推算脑区的方法和系统技术方案

本发明专利技术专利公开一种基于核磁共振成像(MRI)的脑区精准定位和推算的方法和系统。该方法和系统在MRI技术的基础上，使用电极和/或成像流体标记，以此获得电极成像和/或脑区坐标系。该方法不仅可以精准定位，而且可以对一定范围内的脑区进行精准推算。该方法的建立，可以解决动物实验中脑区的精准定位及推算问题；在保证定位准确性的情况下，能够减少脑区定位次数，减少对动物的损伤和MRI扫描成本。

A method and system that can accurately locate and calculate brain area

【技术实现步骤摘要】
一种可以精准定位和精准推算脑区的方法和系统
本专利技术涉及一种可以精准定位和精准推算脑区的方法和系统，不仅适用于竖直的记录，也适用于倾斜的、有角度的实验记录。
技术介绍
现有技术中，在神经科学领域，为了理解大脑的神经机制、脑内及脑区间的神经网络关系，以及理解脑疾病的发病机制等目的，需要对目标脑区进行神经活动的记录，再将记录到的神经活动与宏观行为或疾病进行分析。所以脑区的精准定位十分重要，只有定位准确才能保证记录的数据准确，从而保证对脑区功能的理解正确。在本专利技术中涉及的术语解释如下：磁共振(mageticresonance，MR)；在恒定磁场中的核子，在相应的射频脉冲激发后，其电磁能量的吸收和释放，称为磁共振。加权像(weightimage.WI)：为了评判被检测组织的各种参数，通过调节重复时间TR。回波时间TE，可以得到突出某种组织特征参数的图像，此图像称为加权像。磁共振成像过程大致如下：人体组织中的原子核(含基数质子或中子，一般指氢质子)在强磁场中磁化，梯度场给予空间定位后，射频脉冲激励特定进动频率的氢质子产生共振，接受激励的氢质子驰豫过程中释放能量，即磁共振信号，计算机将MR信号收集起来，按强度转换成黑白灰阶，按位置组成二维或三维的形态，最终组成MR图像。弛豫：在射频脉冲的激发下，人体组织内氢质子吸收能量处于激发状态。射频脉冲终止后，处于激发状态的氢质子恢复其原始状态，这个过程称为弛豫。即：在一个均匀磁场B0中，氢原子核的旋转(spin)会出现两种自旋状态，一种是沿着磁场方向(up状态)，一种是沿着磁场反方向(down状态)。旋转的频率与磁场强度相关,称为拉莫频率。平均而言，大部分的原子核是沿着磁场方向旋转的，因此在达到平衡状态下，会产生一个与B0方向的相同的磁化M0(magnetization)，这M0为MRI信号的来源。T1弛豫的发生是因为旋转核与周围环境(即晶格，lattice)之间有能量交换，引起up状态和down状态的原子核数量发生改变，重新恢复到未加B1的平衡状态时的数量分布，因此Mz会恢复到M0，而T1也称为自旋-晶格弛豫时间。T2弛豫的发生也有一定程度的上述因素，但除此之外，也因为旋转核相互之间有能量交换，各个原子核旋转的相位变得随机，其磁化向量的净值(Mxy)逐渐衰减。故T2也称为自旋-自旋弛豫时间。T1加权成像(T1WI)----突出组织T1弛豫(纵向弛豫)差别。T2加权成像(T2WI)----突出组织T2弛豫(横向弛豫)差别。在任何序列图像上，信号采集时刻横向的磁化矢量越大，MR信号越强。T1加权像短TR、短TE——T1加权像，T1像特点：组织的T1越短，恢复越快，信号就越强；组织的T1越长，恢复越慢，信号就越弱。T2加权像长TR、长TE——T2加权像，T2像特点：组织的T2越长，恢复越慢，信号就越强；组织的T2越短，恢复越快，信号就越弱。质子密度加权像长TR、短TE——质子密度加权像，图像特点：组织的rH越大，信号就越强；rH越小，信号就越弱。一般认为，T1加权像上的高(亮)信号多由于出血或脂肪组织引起。T1观察解剖结构较好。T2显示组织病变较好。水为长T1长T2，T2对出血敏感，因水T2呈白色。本专利技术所使用的成像流体，为在T1和T2信号下均为高亮信号的流体。通常为能够在市面上购买到的颗粒装流体，比如：鱼肝油。也不限于杏仁油、杏核油、鳄梨油、巴巴苏仁油、香柠檬油、黑醋栗籽油、琉璃苣油、杜松油、春黄菊油、加拿大低酸菜油、苋蒿子油、巴西棕榈蜡油、蓖麻油、肉桂油、可可脂、椰子油、咖啡油、玉米油、棉籽油、鸸鹋油、桉树油、月见草油、鱼油、麻籽油、香叶醇油、葫芦油、葡萄籽油、榛果油、海索草油、肉豆蔻酸异丙酯油、霍霍巴油、夏威夷胡桃油、熏衣类油、熏衣草油、柠檬油、木姜子油、澳洲坚果油、锦葵油、芒果籽油、白芒花籽油、貂油、肉豆蔻油、橄榄油、橙油、棕榈油、棕榈仁油、桃仁油、花生油、罂栗籽油、南瓜籽油、油菜籽油、米糠油、迷迭香油、红花油、檀香木油、山茶花油、香薄荷油、沙棘油、芝蔴油、牛油树脂、硅酮油、大豆油、向日葵油、茶树油、蓟油、椿花油、香根草油、胡桃油和小麦胚芽油和/或其组合。成像流体包括但不限于硬脂酸丁酯、辛酸甘油三酯、癸酸甘油三酯、环状聚甲基硅氧烷(cyclomethicone)、癸二酸二乙酯、二甲基硅氧烷360、肉豆蔻酸异丙酯、矿物油、辛基十二烷醇、油醇、硅酮油和/或其组合。在动物实验中，脑区定位多采用MRI的方法。具体方法有：第一种，在MRI兼容的立体定位仪耳棒内注入成像流体，成像流体成像处即为零点，再通过数MRI片数和与标准脑图谱对比的方法，确定目标脑区；第二种，将成像流体胶囊贴在根据标准脑图谱推算的脑区上方的头皮上，根据成像流体胶囊的成像范围确认目标脑区；第三种方法，在实验记录前，根据标准脑图谱推算的目标脑区埋置钨丝电极，成像后，将钨丝电极成像脑区与脑图谱对比，确定目标脑区。第四种，在实验记录(记录位置是根据脑图谱推算的)结束后，在记录位置埋置钨丝电极，成像后，将钨丝电极成像脑区与脑图谱对比，确定记录脑区。上述提到的前两种方法，标记物都是水平放置的，故有一个共同的缺点，就是只适用于记录方向是竖直的，不适合有倾斜角度的记录。如果角度倾斜，定位将不准确。此外，第一种方法还有缺点：目标脑区在ML轴方向没有参考标记第二种方法还有以下缺点：(1)成像流体胶囊体积较大，不能精确定位较小的脑区；(2)皮肤本身会有一定的移动和收缩，会造成定位的不准确。上述提到的后两种方法，对于钨丝电极标记的脑区能精准定位，但对于其他位置不能准确推算脑区。由于动物大脑之间存在差异，很多情况下，按标准脑图谱推算的脑区与实验动物的脑区会存在偏差，故，需要在图谱推算脑区的基础上进行调整，才是实验记录需要的真实目标脑区。同理，若采用第四种方法，会很被动，有可能记录的脑区和实验前计划记录的脑区有偏差。综上，现行方法在一定程度上可以定位脑区，但不能精准定位及对有倾斜角度记录的脑区无法准确定位；或可以精准确认某一位置的脑区，但对其他位置(即使是临近位置)无法精确推算。所以，本专利技术为了解决现行方法中的问题，即不能完成需要有倾斜角度的记录、不能精准定位或推算实验目标脑区的问题，提供了一种可以精准定位和推算脑区的方法和系统。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可以精准定位和精准推算脑区的方法和系统，不仅适用于竖直的记录，也适用于倾斜的、有角度的实验记录。本专利技术的方法和系统涉及以下物品：记录窗(Chamber，根据动物大小或实验需要定制)、记录网格(Grid,确定记录位点在记录窗内的位置)、电极、可插入记录网格(Grid)孔内的多个玻璃管以及成像流体。本专利技术方法需要的实验操作：1.在MRI(MagneticResonanceImaging，磁共振成像)扫描前至少一个月，将记录窗(Chamber)埋置于脑区上方颅骨。2.MRI扫描当天，动物头部固定于MRI兼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可以精准定位和精准推算脑区的方法，该方法包括如下步骤：1)对埋置了电极和灌满成像流体的玻璃管的动物头部进行MRI结构像扫描，得到电极的成像位置和每根成像流体玻璃管的成像位置；2)将电极的成像，即扫描前估计的目标脑区成像，与标准脑图谱对比，确定电极成像脑区；3)根据所述成像流体玻璃管的成像，建立记录网格(Grid)孔在动物头部AP(Anterior-Posterior)和ML(Midline-Lateral)方向上的坐标，即Chamber/Grid的坐标系，3)得到所述Chamber/Grid的坐标系后，测量推测孔在所述Chamber/Grid的坐标系上AP轴和ML轴方向上与所述电极孔的距离，再在MRI扫描图上找出与所述电极成像相距相应距离的脑区位置MRI图，将推测孔MRI图与标准脑图谱进行对比，得出推测孔记录的准确脑区。/n

【技术特征摘要】
1.一种可以精准定位和精准推算脑区的方法，该方法包括如下步骤：1)对埋置了电极和灌满成像流体的玻璃管的动物头部进行MRI结构像扫描，得到电极的成像位置和每根成像流体玻璃管的成像位置；2)将电极的成像，即扫描前估计的目标脑区成像，与标准脑图谱对比，确定电极成像脑区；3)根据所述成像流体玻璃管的成像，建立记录网格(Grid)孔在动物头部AP(Anterior-Posterior)和ML(Midline-Lateral)方向上的坐标，即Chamber/Grid的坐标系，3)得到所述Chamber/Grid的坐标系后，测量推测孔在所述Chamber/Grid的坐标系上AP轴和ML轴方向上与所述电极孔的距离，再在MRI扫描图上找出与所述电极成像相距相应距离的脑区位置MRI图，将推测孔MRI图与标准脑图谱进行对比，得出推测孔记录的准确脑区。


2.如权利要求1的可以精准定位和精准推算脑区的方法，其特征在于，根据电极的成像位置和每根成像流体玻璃管的成像位置，进行脑区的精准定位和推算。其中确定Chamber/Grid的坐标系的方法如下：获取MRI扫描图后，在3D模式下调节头部方向和角度，使同一根成像流体玻璃管和电极尽可能整根出现在同一张核磁片上，使推测角度和记录角度一致，(a)当Grid水平一致方向上的成像流体玻璃管同时在MRI扫描图上出现，ML轴是过原点的水平轴，AP轴是过原点ML轴的垂直方向轴，ML轴和AP轴组合得到Chamber/Grid坐标系，(b)当Grid内的成像流体玻璃管是先后在MRI扫描图上出现的，根据成像流体玻璃管相距距离等于其成像距离，则相邻三根成像流体玻璃管中，片子间隔与在AP轴方向上的距离是一致的，可以画出一条经过中间成像流体管的直线，该直线到前后两根成像流体玻璃管的距离与MRI成像图中到前后两根的片数差值成比例，以此得到Chamber/Grid的坐标系。


3.一种可以精准定位和精准推算脑区的方法，该方法包括：1)对插了灌满成像流体的玻璃管的动物头部进行MRI结构像扫描，得到每根成像流体玻璃管的成像位置，所述成像流体玻璃管均插于记录窗(Chamber)外围孔，其成像能够标记出记录窗可记录到的脑区范围，2)根据所述成像流体玻璃管的成像，建立记录网格(Grid)孔在动物头部AP(Anterior-Posterior)和ML(Midline-Lateral)方向上的坐标，即Chamber/Grid的坐标系，3)测量推测孔在所述Chamber/Grid的坐标系上AP轴和ML轴方向上与所述最近成像流体玻璃管的距离，再在MRI扫描图上找出与所述最近成像流体玻璃管相距相应距离的脑区位置MRI图，将推测孔MRI图与标准脑图谱进行对比，得出推测孔记录的准确脑区。


4.如权利要求3的可以精准定位和精准推算脑区的方法，其特征在于，根据每根成像流体玻璃管的成像位置，进行脑区的精准定位和推算。其中确定Chamber/Grid的坐标系的方法如下：1)获取MRI扫描图后，在3D模式下调节头部方向和角度，使成像流体玻璃管尽可能整根出现在同一张核磁片上，使推测角度和记录角度一致，(a)当记录网格(G...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱孝苍，张洁，周晖晖，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44