一种任务态功能磁共振个体化调控策略制定方法及系统

本发明涉及个体化调控策略制定，特别是涉及一种任务态功能磁共振个体化调控策略制定方法及系统。

背景技术：

1、近年来，重复经颅磁刺激(rtms)作为一种新型非侵入式治疗手段，逐渐用于脑血管病的功能恢复，并得到安全性和有效性的验证，部分应用被纳入指南a类推荐，可以作为传统康复手段的有效补充。然而其临床应用的困难在于，它的干预效果受到刺激频率、尤其是刺激靶点选择的影响。现有的临床应用中，多基于群体研究得到的疾病机制或者循证医学的经验来给出一般性方案。但对脑血管病后运动或认知功能障碍而言，个体间神经环路的变异性导致rtms的干预效果在人群中存在差异，循证医学和群体机制驱动的干预策略不具有普适性，甚至给出的多种策略是相互矛盾和争议性的。以卒中后运动障碍为例，rtms抑制健侧、促进患侧、促进健侧都成为可能有效的手段，于是缺乏一种个体化干预策略的制定方法。

2、目前的经颅磁刺激个体化策略，主要是通过功能连接分析进行体素级的靶点选择。当不使用神经影像时，早期研究提出以电生理测量的运动热点作为基准、或结合脑电帽的点击位置进行经验性的脑区定位；当结合影像时，一般可以提取特定的解剖结构作为脑区的表征。近年来有研究提出，基于任务态功能磁共振影像(fmri)，可以将活跃的表层脑区作为感兴趣区域，计算各体素与深层激活脑区功能连接，选择连接最强的靠近头皮体素作为靶点。基于静息态fmri，则可以通过组间比较，将全脑中自发活动增强的脑区作为感兴趣区进行后续处理；或者也可以直接给定感兴趣的靶点脑区，基于其与损伤的认知对应深部脑区的功能连接强度来选择个体化靶点。简而言之，现有方法都是先基于某种分析结果或先验知识，确定广泛的感兴趣区域，再对区域内所有体素进行功能连接分析，以此确定靶点。

3、基于上述描述，现有方法的优化方式存在不足：对所有感兴趣体素同时进行功能连接分析以选择靶点，未考虑rtms干预的范围性作用。rtms对一个脑区(区域)产生效果而非其中一个体素。现有方法得到的最优靶点位置可能存在显著有效的体素，但以脑区的视角来看未必最优。

4、现有方法的选择依据无法保证优化目的：使用无向的功能连接作为靶点选择依据，未考虑脑连接的方向性，无法保证干预效果传递到深部脑区。脑区间的连接实际上是一种有向连接(有效连接)，而功能连接分析将所有脑区间作用视为双向的、无因果关系的。若深部脑区仅单向连接至表层，则现有的方法无法通过表层刺激达到影响深部的效果。

5、现有方法无法提供靶点以外的个体化策略指导：仅对感兴趣区功能连接强度进行比较，无法提供额外信息；默认选择单一干预频率，再寻找可能脑区。现有发明一般首先默认某疾病导致的异常为脑区活动异常增加(或减弱)，然后再分析得到出现相应状态的代表性体素，进行体素选择。由于不提供其它有意义的生理信息，不明确多脑区活动同时发生变化的机制和对康复的意义，无法对多种可能的干预频率方案进行择优。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种任务态功能磁共振个体化调控策略制定方法及系统。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种任务态功能磁共振个体化调控策略制定方法，包括：

4、获取被试个体的多频带任务态功能磁共振影像；

5、基于所述多频带任务态功能磁共振影像构建被试个体的功能激活图谱；

6、基于所述功能激活图谱提取个体脑区时间序列；

7、基于所述个体脑区时间序列进行动态因果建模拟合得到动态因果模型；

8、对所述动态因果模型进行贝叶斯模型选择得到个体最优模型；

9、基于所述个体最优模型及所述个体最优模型对应的个体化模型参数构建动态因果模型的生成模型；

10、将外界调控映射为生成模型的参数，以模拟得到不同调控策略下的脑网络动态活动；

11、以群体水平的运动量表评分为因变量，以所述功能激活图谱中的各脑区激活为自变量构建多元线性模型；

12、基于所述多元线性模型的输出值为优化目标比较不同调控策略下的所述脑网络动态活动，将运动功能输出值最大化的调控策略确定为个体最优策略。

13、可选地，基于所述多频带任务态功能磁共振影像构建被试个体的功能激活图谱，具体包括：

14、对所述多频带任务态功能磁共振影像进行预处理；

15、建立线性模型；所述线性模型的参数包括：实验任务设计矩阵、在标准空间下提取的时间序列以及头动参数；所述时间序列和所述头动参数均由预处理后的所述多频带任务态功能磁共振影像提取得到；所述时间序列包括被试个体的白质时间序列、脑脊液时间序列和全局信号时间序列；

16、采用所述线性模型，在所述实验任务设计矩阵上定义任务态相较于静息态的单样本检验得到在脑区激活；

17、基于所述脑区激活生成所述功能激活图谱。

18、可选地，基于所述功能激活图谱提取个体脑区时间序列，具体包括：

19、以感兴趣区作为组级别脑区坐标，以所述组级别脑区坐标为球心以第一预设值为半径确定第一球形区域；

20、将所述第一球形区域中的功能激活图谱的运动任务激活峰值点作为个体脑区坐标；

21、以所述个体脑区坐标为球心，以第二预设值为半径确定第二球形区域；

22、将所述第二球形区域内全部体素的第一特征向量作为所述个体脑区时间序列。

23、可选地，基于所述个体脑区时间序列进行动态因果建模拟合得到动态因果模型，具体包括：

24、在初始动态因果模型的框架下，使用贝叶斯方法对所述个体脑区时间序列进行数据拟合；所述初始动态因果模型用于表征出现的半球间连接方式；

25、在数据拟合过程中，调整有效连接参数使所述初始动态因果模型生成数据与真实值间的误差满足设定条件，得到每一个初始动态因果模型下脑区间的有效连接参数，以形成所述动态因果模型。

26、可选地，对所述动态因果模型进行贝叶斯模型选择得到个体最优模型，具体包括：

27、采用固定效应分析方法确定所述动态因果模型的证据水平；

28、将所述证据水平最高的动态因果模型作为最优模型；将所述最优模型对应的有效连接参数作为个体化模型参数。

29、可选地，将外界调控映射为生成模型的参数，以模拟得到不同调控策略下的脑网络动态活动，具体包括：

30、将高频经颅刺激作用为生成模型的脑区自抑制强度减弱，将低频经颅刺激作用简化为生成模型的脑区自抑制强度增强，对目标脑网络中所有脑区在不同调控策略下出现的结果进行模拟得到不同调控策略下的脑网络动态活动。

31、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

32、本发明提供的任务态功能磁共振个体化调控策略制定方法，利用高时间分辨率的功能磁共振影像，获得被试个体的任务激活状态，提取对应的网络及脑区，构建个体有效连接模型，以加权的脑区活动状态之和作为优化目标，基于生成模型的模拟结果给出个体化的干预方案。当特定疾病的群体研究表明存在多种可能的靶点脑区和干预策略时，本发明可以为个体化调控方案的制定提供一种客观、可行、可靠的方法，能够实现对脑网络整体特性的全面优化。

33、此外，本发明还提供了一种任务态功能磁共振个体化调控策略制定系统，该系统包括：

34、图像采集器，用于采集被试个体的多频带任务态功能磁共振影像；

35、存储器，用于存储计算机软件程序；

36、处理器，分别与所述图像采集器和所述存储器连接，用于调取并执行所述计算机软件程序，以基于所述图像采集器采集的被试个体的多频带任务态功能磁共振影像实施上述提供的任务态功能磁共振个体化调控策略制定方法。

37、可选地，所述处理器包括：

38、图像获取单元，用于获取被试个体的多频带任务态功能磁共振影像；

39、图谱构建单元，用于基于所述多频带任务态功能磁共振影像构建被试个体的功能激活图谱；

40、序列提取单元，用于基于所述功能激活图谱提取个体脑区时间序列；

41、模型拟合单元，用于基于所述个体脑区时间序列进行动态因果建模拟合得到动态因果模型；

42、模型选择单元，用于对所述动态因果模型进行贝叶斯模型选择得到个体最优模型；

43、第一模型构建单元，用于基于所述个体最优模型及所述个体最优模型对应的个体化模型参数构建动态因果模型的生成模型；

44、活动模拟单元，用于将外界调控映射为生成模型的参数，以模拟得到不同调控策略下的脑网络动态活动；

45、第二模型构建单元，用于以群体水平的运动量表评分为因变量，以所述功能激活图谱中的各脑区激活为自变量构建多元线性模型；

46、策略确定单元，用于基于所述多元线性模型的输出值为优化目标比较不同调控策略下的所述脑网络动态活动，将运动功能输出值最大化的调控策略确定为个体最优策略。

47、可选地，所述存储器为计算机可读存储介质。

48、因本发明提供的这一系统实现的技术效果与上述提供的任务态功能磁共振个体化调控策略制定方法实现的技术效果相同，故在此不再进行赘述。