[发明专利]基于自适应先验信息指导的脑功能连通性检测系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脑功能连通性的检测系统和方法，具体是指一种基于自适应先验信息指导的脑功能连通性检测系统和方法，属于基于功能磁共振成像技术的盲源信号分离技术。

背景技术

功能磁共振成像技术是20世纪90年代开始兴起的一种新型的磁共振成像技术。该技术结合了功能、解剖和影像三方面的信息，不仅能显示脑功能激活区的部位、大小和范围，而且可直接显示激活区所在的确切解剖位置，为传统的磁共振技术从单一的形态结构研究到形态与功能相结合的系统研究提供了强有力的技术支持。此外功能磁共振成像技术还具有诸如无创伤性、无放射性、可多次重复操作等许多其他的优越特性，并且与其他非介入性的脑功能定位技术相比，具有较高的时间和空间分辨率。因此该功能磁共振成像技术被广泛应用于人脑功能区的研究，为对人脑功能连通性的检测、神经认知的研究、脑科疾病及心理疾病的诊断等提供了有利的技术保障。

在利用功能磁共振成像技术进行脑功能连通性检测的研究中，高效、准确的处理高维功能磁共振数据的分析方法起到了至关重要的作用。虽然当前存在许多处理功能磁共振成像数据的分析方法，如相关方法、聚类方法、独立成分分析方法以及稀疏方法等，并且它们在一定程度上都能实现对脑功能连通性的检测，但是在应用过程中还是都存在各自的不足与缺陷，对脑功能性检测的准确性还待进一步提高。例如，模糊聚类分析法受制于迭代速度、模糊指数以及功能区估计个数的限制；独立成分分析法需要较强的功能源信号的相互独立假设，从而限制了其在功能连通区域的检测能力。

因此，针对现有的利用功能磁共振成像数据进行脑功能性检测方法的技术还有待进一步发展与提高，需要在更加深入研究的基础上，提出更加完善的技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于自适应先验信息指导下的脑功能连通性检测系统和方法，通过利用已知的组被试中的功能磁共振成像数据，挖掘出隐含的自适应先验信息，并利用该先验信息来指导组被试水平上的脑功能连通性检测，更准确地定位脑功能连通区域。

为实现上述目的，本发明提供一种基于自适应先验信息指导下的脑功能连通性检测系统，包含：单被试水平上的功能磁共振数据分析模块，其与用于采集组被试中的各个单被试的功能磁共振数据的面罩相连，利用独立成分分析方法对组被试中的每个单被试的功能磁共振数据单独进行盲源信号分离，得到每个单被试所对应的独立功能成分；自适应先验信息的提取模块，其与所述的单被试水平上的功能磁共振数据分析模块相连，利用主成分分析方法从每个单被试所对应的功能成分中提取用来指导组单被试水平上的功能磁共振数据分析的自适应先验信息；自适应先验信息指导的组被试水平上的功能磁共振数据分析模块，其与所述的自适应先验信息的提取模块相连，利用自适应先验信息，基于多目标优化框架，结合权重求和算法和快速不动点算法，对组被试水平上的功能磁共振数据进行盲源信号分离，得到反映组中所有被试共性的组功能成分。

所述的自适应先验信息的提取模块包含：功能成分选择模块，其与所述的单被试水平上的功能磁共振数据分析模块相连，从组被试中的每个单被试的功能独立成分中选择所需的功能成分，并构成一个成分矩阵；成分矩阵分析模块，其分别与所述的功能成分选择模块以及自适应先验信息指导的组被试水平上的功能磁共振数据分析模块相连，对成分矩阵分析后得到主成分，并且在给定的阈值下找出该主成分中的激活区域，并选取该主成分中对应于激活区域的部分信息，该部分信息即为被用来指导组被试水平上的功能磁共振数据分析的自适应先验信息。

本发明还提供一种基于自适应先验信息指导下的脑功能连通性检测方法，具体包含以下步骤：

S1、单被试水平上的功能磁共振数据分析：利用独立成分分析方法对由同一面罩采集到的组被试中的每个单被试的功能磁共振数据单独进行盲源信号分离，得到每个单被试所对应的独立功能成分；

S2、自适应先验信息的提取：利用主成分分析方法，从S1中得到的每个单被试所对应的功能成分中提取用来指导组单被试水平上的功能磁共振数据分析的自适应先验信息；

S3、先验信息指导下的组被试水平上的功能磁共振数据分析：利用S2中得到的自适应先验信息，基于多目标优化框架，结合权重求和算法和快速不动点算法，对组被试水平上的功能磁共振数据进行盲源信号分离，得到反映组中所有被试共性的组功能成分，完成脑功能连通性检测。

所述的S1中，对某一个单被试的功能磁共振数据进行盲源信号分离的方法，具体包含以下步骤：