[发明专利]一种基于网络同步性的脑网络拓扑差异的快速提取方法

说明书

技术领域

本发明是一种脑网络拓扑差异的快速提取技术，属于神经信息技术领域，具体涉及一种基于网络同步性的脑网络拓扑差异的快速提取技术。

背景技术

脑电采集系统是一种利用精密电子设备在头皮位置无创伤地记录下来的脑细胞群的自发性、节律性电活动；它是将人体脑组织生物电活动放大记录的一门技术，主要应用于神经系统疾病的检查，由于它反映的是“活”的脑功能状态，所以在过去几十年中对于神经系统疾病的诊断一直发挥着重要的作用。

在过去的十年中，研究者们利用磁共振和脑电等技术进行脑网络的研究，其中脑功能网络就是脑网络研究中的一个重要组成部分。很多的前期研究已经表明人脑的结构和功能网络都具有小世界拓扑特性。然而对于脑网络统计上除了计算它们在网络参数上存在的差异外，并不能很快很好地找出脑网络拓扑结构分布上存在的差异。这里使用了基于网络同步性的脑网络拓扑差异的快速提取技术构建出差异连接图，从而直观地观察出不同功能网络间拓扑结构上存在的差异。

然而对于任意两个脑网络，由于脑网络本身的连接相当的密集，传统的方法并不能很好地找出两种脑功能网络间存在的差异。常规只有通过计算出两个脑功能网络的图论参数来对整个网络进行比较。针对上述问题，虽然不同研究者提出了各种各样的参数去衡量两种网络间存在的差异。然而在计算这些参数的时候基本都是对针对整个网络而言，并不能很好地反映局部网络的一些特征。而且在计算这些参数上比较繁琐耗时，不便于去理解，不能直观地表现脑网络间存在的差异。

为了直观快捷地找出任意两个脑功能网络间存在的差异，避免网络连接密度大带来的不便，我们利用时间序列间的同步性构建出了同步系数矩阵；然后通过网络自身的特性来检验网络中边(节点)的重要性找出显著性的边(节点)；其次在再用交叉验证的方式构建出两个网络间存在的差异连接图。从而有效快速地找出了脑网络拓扑结构上存在差异，更直观地观察网络的一些变化。

发明内容

本发明的目的是为了快速准确定位出两种脑网络间拓扑结构上存在的差异区域，降低分析复杂网络的时间和计算的繁琐，使得其能广泛应用于临床，一种基于网络同步性的脑网络拓扑差异的快速提取方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

基于网络同步性的脑网络拓扑差异的快速提取方法，包括以下步骤：

A.采用脑电测量设备记录静息态下睁眼和闭眼的二维多导测量信号，对该测试数据进行预处理(包含平均参考、带通滤波等预处理)；提取出分频后各导联脑电的时间序列；

B.计算需分析不同条件下各导时间序列之间的同步性系数，构建出两个同步性系数矩阵(这里采用的是64导脑电采集设备，故同步性系数矩阵是64*64)；

C.采用网络开销(cost)的阈值化方法(或其他阈值法)将待分析的两种同步性系数矩阵进行二值化，从而获得两种需比较的脑功能网络；

D.利用卡方检验对两功能网络中每条边(点)的重要性进行统计检验，找出两功能网络中的重要性边(点)并记录标出；

E.对两个功能脑网络中的边(点)的重要性进行交叉验证，找出两个功能网络间显著差异的边，从而构建出脑网络拓扑结构的差异连接图(分别显著的边(点)用不同的颜色标出)。

F：对构建出的差异连接图进行综合分析，从而找出两种功能网络间大脑拓扑结构上存在差异的区域；

本发明的有益效果：利用本发明提出的基于网络同步性的脑网络拓扑差异的快速提取技术，可以显著地减少工作量和时间，同时很快地就能找出脑网络拓扑结构上存在的差异，整个过程能够快速准确的构建出差异连接图，64导的脑功能网络几秒钟就能完成。该方法通过基本计算脑电各导联时间序列间的同步性系数构建同步系数矩阵，然后利用脑网络自身特性阈值化为二值网络，然后利用卡方检验和交叉验证构建一幅拓扑结构差异连接图。这样可以减少繁琐的复杂的网络分析，缩短实验时间和成本，同时与常规的网络差异连接图进行对比发现差异连接更加的明显，更便于观察。该方法利用网络间拓扑结构上存在的差异，为临床的治疗和诊断提供一定的依据。

附图说明

图1是本发明的主流程图。

图2是本发明与常规方法在静息态下睁眼和闭眼的各频段的差异连接的比较。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种基于网络同步性的脑网络拓扑差异的快速提取技术，包括以下步骤：