[发明专利]一种基于dMRI研究青少年肌阵挛性癫痫的方法

说明书

本发明涉及一种基于dMRI研究青少年肌阵挛性癫痫的方法，包括下列步骤：构建QBI模型,获得描述水分子空间扩散方向信息的取向分布函数ODF；构建NODDI模型，描述大脑白质微结构信息的参数ICVF；基于QBI模型的取向分布函数ODF构建整个大脑的三维神经纤维束；结合所构建的大脑三维神经纤维束，90个脑区划分，以及ICVF数据，构建JME患者和正常人的基于ICVF的大脑结构网络；提取大脑ICVF结构网络的网络特征，统计对比JME患者和正常人指标差异。

技术领域

本发明涉及医学图像，计算机成像和数学领域，通过图像预处理和模型构建，以及基于图论的复杂网络数学分析方法实现对JME发病机制的研究。

背景技术

JME是一种以全身性强直-阵挛性发作为临床特征的难治性癫痫。患者通常在青春期发病，症状通常表现为无规则、无节律的肌阵挛抽搐发作，常发于上肢，经常在晨起的短时间内发作。JME患者服用抗癫痫药物治疗效果明显，但是停药后容易复发，大多数患者需要终生用药。JME发病机制还未完全明确，但是已经有大量的研究证明JME与大脑结构异常，尤其是额叶和丘脑部位的灰质和白质异常有关。

对青少年肌阵挛性癫痫的传统研究方法为脑科学研究方法，主要是借助功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,FMRI)和脑电图(electroencephalogram,EEG)来研究患者大脑功能的异常，这种方法只能研究患者大脑功能障碍却不能研究大脑结构异常。近年来，随着神经影像学的出现和发展，这种非侵入式研究大脑结构的方法被广泛地应用在各种神经性系统疾病的大脑结构异常的研究中。比如常规的磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)中的T1加权成像或者T2加权成像等，可以得到较为清晰的大脑灰质和白质图像，但是这种图像由于其分辨力在毫米量级而不能显示出纤维的微观结构和走向方式，因而利用常规的神经影像学检查不能在大脑内发现与癫痫相关的大脑微结构的改变。新兴成像方式，利用组织中的水分子扩散特性成像的dMRI的发展以及基于此的重建大脑三维白质纤维的纤维跟踪技术的发展，使得我们对大脑白质微结构的检测成为可能，这对中枢神经疾病的诊断与治疗，以及对脑神经科学的研究具有十分重要的意义。通过dMRI技术－扩散张量成像(DTI)显示大脑白质纤维走向进行大脑三维白质重建，以及结合反应微结构信息的定量参数各向异性分数(FA)和平均扩散系数(MD)的方法，最早被用来研究神经性疾病大脑白质微结构的异常。利用这种方法，有研究者证明了JME患者胼胝体和多个额叶白质纤维完整性损伤以及丘脑额叶的连接障碍。但是仅仅依赖这样的大脑图像，只能从局部而不是从全脑的结构变化探索青少年肌阵挛性癫痫患者大脑结构中的异常，不够全面。

青少年肌阵挛性癫痫的病因不仅跟大脑某些特定部位的灰质或白质异常有关，还涉及到各个脑区之间的相互协同作用，传统的研究方法并不能在这方面获得很好的研究成果。我们需要通过一个系统而全面的方法来研究JME患者的大脑，利用大脑网络对大脑功能或者结构的异常的研究在近些年来被广发地应用于各种神经性系统疾病中，大脑网络变化在癫痫发生发展中发挥的作用也日益受到重视。大脑神经网络是一种能够高效提取和整合各种有效信息的复杂网络，基于图论方法对复杂网络的分析被用来研究青少年肌阵挛性癫痫，它所提供的多种网络拓扑性质的指标，包括全局网络特征和局部网络特征，可以帮助我们全面细致地研究患者大脑网络的拓扑异常，进而研究各个脑区之间的连接异常。有研究者利用这种方法去研究一些神经性疾病比如阿尔兹海默症的大脑白质异常并取得了很好的结果。也有研究者利用DTI和图论技术构建大脑网络证明了JME患者网络拓扑属性异常。然而，利用DTI进行全脑纤维重建的时候，由于其成像特点的局限性只能显示一条纤维走向而不能解决大脑内纤维束交叉的问题，结果不够精确。

发明内容

本发明的主要目的是将基于QBI的全脑纤维重建技术和大脑网络分析方法应用在对青少年肌阵挛性癫痫患者大脑白质微结构异常的研究中。技术方案如下：

一种基于dMRI研究青少年肌阵挛性癫痫的方法，包括下列步骤：