青少年肌阵挛癫痫多脑区共激活模式研究方法技术

本发明专利技术属于神经影像学技术领域，具体涉及一种青少年肌阵挛癫痫多脑区共激活模式的研究方法。本发明专利技术首先利用基于体素的形态学分析(voxel

【技术实现步骤摘要】
青少年肌阵挛癫痫多脑区共激活模式研究方法


[0001]本专利技术属于神经影像学
，具体涉及一种青少年肌阵挛癫痫多脑区共激活模式的研究方法。

技术介绍

[0002]人脑是由多个功能各异的大尺度功能网络组成的，每个功能网络包含的若干个脑区在静息状态下的功能活动是同步的，而不同的功能网络之间表现出不同的活动模式。为了深入地理解大脑的工作机理并探究各类脑疾病的病理生理学机制，研究人员需要从功能整合的角度出发进行功能脑网络连接分析，功能连通性(Functional connectivity,FC)反映了大脑各区域间自发神经元活动的同步性，已在各种神经系统疾病中得到研究，为理解疾病的病理机制提供了重要证据。静态功能连接通常来源于整个静息态功能MRI时间序列，其形式是不同大脑区域之间信号强度的时间相关性。然而随着大脑数据研究的深入，研究者发现静态方法得到的大脑网络更多的是对大脑生理结构的反映。据最近的研究提供的证据，Chang、Glover、Rack
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Gomer及Liu等人提出自发的大脑活动可能是非静止的。事实上，这可能是由大脑区域自发共激活的短暂实例主导的，即在静息态下大脑依然处于高度动态变化的过程中。而大脑的动态变化与人的认知能力及各种疾病都有密切关联，于是越来越多的研究从静态分析转移到大脑的动态分析。
[0003]以往关于大脑动态功能连接的研究表明，用相关种子点和独立成分分析(ICA)等方法得到的静息态网络(Intrinsic connectivity network)与所选择的个体时间框架中的BOLD活动的空间模式相似，同时观察到在一个种子区域中信号强度高的部分可以在剩余体素中表现出多种共激活模式。受这些原理的启发，Liu等人提出了对静息态扫描中选定的个体BOLD可以基于空间相似性进行聚类，并将这一方法定义为共激活模式。该方法通过选择性平均单个fMRI时间帧，将大量的静息态数据被分解为30个CAPs，反映了整个群体的模式，但与使用ICA等方法得出的结果有明显的差异。这些研究提供了一种新的时变相关性的概念，并表明滑动窗口相关性或ICA的变化识别了系统中倾向于在给定时间窗口内具有更高水平的自发活动的变化。自那时起，共激活模式分析开始成为揭示大脑功能动力学微妙之处有力工具：以后扣带皮层(posterior cingulate cortex)作为种子点的分析揭示了特定共激活模式的空间强度水平发生变化，同时在Kaiser等人对青少年抑郁症的研究中发现，在特定的额岛
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默认网络中共激活模式所花费的时间与症状的严重性呈正相关。在其他研究中发现，可以通过分析共激活模式的occurrence值，以对原发性震颤患者的术后恢复情况进行追踪。共激活模式与疾病之间的关系，为研究青少年肌阵挛癫痫患者的脑网络提供了新方向。
[0004]青少年肌阵挛癫痫(juvenile myoclonic epilepsy,JME),是常见的一种特发性全面癫痫。发病年龄主要集中在8至22岁，平均发病年龄为15岁。临床表现以肌阵挛为主。JME的诊断主要为脑电图，在其发作期脑电图表现为广泛、对称的多棘慢波，随后继发少数慢波。由于JME患者常常不具备典型的脑电图改变，因此JME患者的脑网络的研究工作开始
逐渐被关注，以求为JME的临床诊断提供新的参考依据。近年来，许多先进的神经成像技术已经被用于阐明JME的神经解剖学基础和病理生理机制。以往对于JME患者背外侧前额叶皮层的研究发现，JME患者双侧背外侧前额叶皮层功能连通性显著增强，当加入滑动窗进行动态分析时，前额叶背外侧皮层具有显著的超动态功能连接，这表明JME患者涉及背外侧前额叶皮层的静息态功能网络具有时间变化的高动态特征；在关于JME光敏性的研究中发现，癫痫的唤醒可能与觉醒网络功能连接的改变有所关联，同时丘脑后部连接的增加可以对JME患者的光敏性有所解释。脑网络的动态功能连接具有很重要的研究意义，因此使用共激活模式，追踪功能连接在每个时期的变化，分析特定静息态网络的时间动态性，对进一步理解JME生理病理机制具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种青少年肌阵挛癫痫多脑区共激活模式的研究方法，其采用共激活模式研究在静息态下JME患者与健康对照组动态脑活动变化的差异。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种青少年肌阵挛癫痫多脑区共激活模式的研究方法，将灰质体积萎缩的脑区作为感兴趣区，通过共激活模式对JME患者与健康对照组在选定感兴趣区的大脑动态活动变化进行分析，研究JME患者与正常人在静息态下大脑动态活动之间的差异。
[0008]一种青少年肌阵挛癫痫多脑区共激活模式的研究方法，包括以下步骤：
[0009]S1,数据采集,首先使用SiemensVerio3.0TMRI采集受试者的全脑静息态及3DTWI数据,随后使用梯度回波一平面回波成像(gradient echo
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echo planar imaging，GREEPI)序列作为rs
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fMRI数据的扫描序列；
[0010]S2,对步骤S1采集到的数据使用在window10操作系统上运行的MatlabR2017a，以及基于Matlab运行的GRETNA和SPM12软件进行功能磁共振数据的预处理；
[0011]S3,对步骤S2处理后的数据进行基于体素的形态学分析，基于体素的形态学分析方法采用matlab平台下基于SPM12运行的VBM8工具箱进行预处理及统计分析；
[0012]S4,对已经预处理好的功能项数据，采用基于Matlab运行的共激活模式工具箱分别对JME患者及健康对照组进行共激活分析。
[0013]优选地，所述步骤S1中，具体扫描参数设置如下：TR＝2000ms，TE＝30ms，FOV:240mm x 240mm，层厚4.0mm，层数33层，层间距0.40mm，矩阵64
×
64，反转角90
°
，扫描时间6min 40S，其中共采集200个时间点，且3D解剖序列采用3DMR
‑
RAGE序列采集矢状面数据,扫描范围包括全脑,关键扫描参数如下：TR：1900ms，TE：30ms，TI：900ms，FOV：256X230，层数：192层，层厚：0.9mm，矩阵：256
×
256。
[0014]进一步地，所述功能磁共振数据的预处理的步骤包括：
[0015]S2.1.DICOM文件转换为Nifti文件；
[0016]S2.2.头动矫正：平动大于1mm，旋转大于1度被校正；
[0017]S2.3.配准：利用dartel配准将无解剖信息的结构图像配准到标准解剖空间的模板图像上；
[0018]S2.4.标准化到MNI空间：通过拉伸、压缩以及卷绕使得扫描得到的大脑与标准大脑模板一致；
[0019]S2.5.去线性漂移及协变量：去除由于机器的工作而升温或被试未适应，产生的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种青少年肌阵挛癫痫多脑区共激活模式的研究方法，其特征在于，将灰质体积萎缩的脑区作为感兴趣区，通过共激活模式对JME患者与健康对照组在选定感兴趣区的大脑动态活动变化进行分析，研究JME患者与正常人在静息态下大脑动态活动之间的差异。2.一种青少年肌阵挛癫痫多脑区共激活模式的研究方法，其特征在于，包括以下步骤：S1,数据采集,首先使用SiemensVerio3.0TMRI采集受试者的全脑静息态及3DTWI数据,随后使用梯度回波一平面回波成像(gradient echo
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echo planar imaging，GREEPI)序列作为rs
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fMRI数据的扫描序列；S2,对步骤S1采集到的数据使用在window10操作系统上运行的MatlabR2017a，以及基于Matlab运行的GRETNA和SPM12软件进行功能磁共振数据的预处理；S3,对步骤S2处理后的数据进行基于体素的形态学分析，基于体素的形态学分析方法采用matlab平台下基于SPM12运行的VBM8工具箱进行预处理及统计分析；S4,对已经预处理好的功能项数据，采用基于Matlab运行的共激活模式工具箱分别对JME患者及健康对照组进行共激活分析。3.根据权利要求2所述的一种青少年肌阵挛癫痫多脑区共激活模式的研究方法，其特征在于，所述步骤S1中，具体扫描参数设置如下：TR＝2000ms，TE＝30ms，FOV:240mm x 240mm，层厚4.0mm，层数33层，层间距0.40mm，矩阵64
×
64，反转角90
°
，扫描时间6min 40S，其中共采集200个时间点，且3D解剖序列采用3DMR
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RAGE序列采集矢状面数据,扫描范围包括全脑,关键扫描参数如下：TR：1900ms，TE：30ms，TI：900ms，FOV：256X 230，层数：192层，层厚：0.9mm，矩阵：256
×
256。4.根据权利要求2所述的一种青少年肌阵挛癫痫多脑区共激活模式的研究方法，其特征在于，所述功能磁共振数据的预处理的步骤包括：S2.1.DICOM文件转换为Nifti文件；S2.2.头动矫正：平动大于1mm，旋转大于1度被校正；S2.3.配准：利用dartel配准将无解剖信息的结构图像配准到标准解剖空间的模板图像上；S2.4.标准化到MNI空间：通过拉伸、压缩以及卷绕使得扫描得到的大脑与标准大脑模板一致；S2.5.去线性漂移及协变量：去除由于机器的工作而升温或被试未适应，产生的一个线性趋势；S2.6.低频滤波：低通滤波范围选取为0.01∽0.08Hz；S2.7.平滑：平滑采用[555]；S2.8.4Dvolume转换为3Dvolume,使数据正常加载到共激活工具箱中。5.根据权利要求2所述的一种青少年肌阵挛癫痫多脑区共激活模式的研究方法，其特征在于，所述步骤S3中基于体素的形态学分析方法包括以下步骤：S3.1.首先对被试者的EPI图像进行格式转换，将原始结构像数据转换为nii格式文件，随后将转换完的数据文件进行时间矫正和头动矫正，排除头动大于0.5mm的EPI图像；S3.2.进行将矫正后的图像进行空间标准化，使其与标准模板对齐，消除大脑的个体差异；S3.3.根据脑组织(灰质、白质、脑脊液)的先验模板，对标准化的图像进行解剖分割，得
到灰质、白质、脑脊液；S3.4.对分割后的图像进行调制，本研究...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯铭，刘光耀，候磊，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：