基于文献分析及核磁功能共振图像分析的脑连接挖掘系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于文献分析及核磁功能共振图像分析的脑连接挖掘系统及挖掘方法，属于计算机技术与认知神经科学【技术领域】。该系统包括动态因果模型模块、激活分析模块、文献连接分析模块、寻找子网络模块、文献数据库、脑网络连接数据库；首先通过计算每篇文献中大脑各个坐标被激活的概率，计算出相应解剖区域被激活的概率，得到被激活的脑区，通过关联规则算法挖掘出大脑脑区频繁出现的模式，计算置信度，得到可信的大脑功能网络，构建相应的文献生成脑网络数据库，然后利用核磁功能共振成像系统，采集相应的核磁功能成像数据，利用动态因果模型，验证该网络边的实际连接方向以及权值。解决了大脑连接分析时计算时间过长，准确度低的问题。
【专利说明】基于文献分析及核磁功能共振图像分析的脑连接挖掘系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于文献分析及核磁功能共振图像(fMRI)分析的脑连接挖掘系统及挖掘方法，属于计算机技术与认知神经科学【技术领域】。
【背景技术】
[0002]认知神经科学中， 由于其研究工具的特殊之处，其论文中得到的结论有着非常结构化的输出。将不同文献中的结论总结出来，有可能得到意想不到的结果，从而带来科学上的飞跃。现有的总结认知神经科学结论的方法无外乎两种。第一种即通过大量阅读文献，通过专家的意见，得到结论，这一类分析方法即通常意义上所说的综述。通过综述的方式得到的认知神经科学的结论往往有许多不足之处，其原因是写综述的人往往会遗漏某些细节或者错误的估量了某些知识点的重要程度。另外一种总结认知神经科学结论的方法即是通过计算机辅助总结。目前总结认知神经科学结论的方法主要还是停留在计算最大概率激活点(Activation likelihood estimation, ALE) (Laird, A.R.et al.,.ALEmeta -analysis:Controlling the false discovery rate and performing statisticalcontrasts[J].Human Brain Mapping,2005，25(1):155-164;Turkeltaub，P.E.etal.,.Meta-analysis of the functional neuroanatomy of single-word reading:methodand validation [J].Neuroimage, 2002, 16(3):765-780)上。该类方法通过输入同性质实验范式论文的激活种子点集合S，求取最有可能被激活的点，被求取的种子点所含区域即认为是大脑做相应任务时活动的区域。现阶段，随着认知神经科学的发展，研究的焦点已经从求取大脑功能分离的区域变为研究大脑网络构造的系统论，ALE不能满足脑网络系统论的要求。同时ALE方法在种子点建模上也有缺陷。即认为种子点周围的激活情况是以种子点为圆心的一个三元高斯分布:
【权利要求】
1.一种基于文献分析及核磁功能共振图像(fMRI)分析的脑连接数据挖掘系统，其特征在于:包括动态因果模型模块、激活分析模块、文献连接分析模块、寻找子网络模块、文献数据库、脑网络连接数据库；其中， 动态因果模型模块完成对fMRI图像的有效功能连接分析，其输入是fMRI机器采集的3D脑图像以及寻找子网络模块输出的大脑子网络，其输出是大脑在做特定任务下的脑有效功能连接； 激活分析模块通过分析fMRI图像得到人脑在做特定任务下的激活区域，其输入是fMRI机器采集的3D脑图，其输出是大脑激活的区域以及相应的区域峰值点； 寻找子网络模块通过求激活分析得到的激活区域和文献连接分析模块输出的网络的交集，从而缩小动态因果模型模块需要验证模型的数量，其输入是激活分析模块得到激活区域和脑网络连接数据库输出的脑网络，其输出是两者的交集； 文献连接分析模块分析前人文献中脑区激活分析的研究成果，发现蕴含在其间的脑功能网络。其输入是前人关于大脑在特定任务下激活的文章，该模块的输出是大脑在做某一类认知任务时的脑有效功能网络；文献数据库模块提供一套界面，完成对文献的关键知识数据进行存储、查询、删除、更新等操作，其输入是各类认知神经科学文章，输出是这些文章的关键结论； 脑网络连接数据库模块提供一套接口，完成对文献分析模块输出的网络进行存储、查询、删除、更新等操作，其输入是文献分析模块输出的关于某一类特定任务的脑网络，输出的结果也是关于某一类特定任务的脑网络。
2.基于文献分析及核磁功能共振图像分析的脑连接挖掘系统的挖掘方法，其特征在于，具体步骤如下: 步骤一收集论文中所提及的脑激活区域的体积以及该激活区域的峰值点坐标作为输入，通过建立合适的模型，得到在该论文条件下，大脑每个点Xi被激活的概率Pr (Xi)； 步骤二通过步骤一，得到在每篇论文中，大脑每个点被激活的概率，将这个概率分布视为一个脑激活概率分布图，通过查询某些脑区解剖边界标注数据库，得到每个脑区解剖区域V的边界；将边界作为积分界限，对解剖区域内的激活概率进行积分:
3.根据权利要求2所述的基于文献分析及核磁功能共振图像分析的脑连接挖掘系统的挖掘方法，其特征在于:所述的步骤一中，采取不同的模型对大脑中各个点被激活的概率进行建模，这些模型需要满足如下条件:1)离区域峰值坐标越远，该像素被激活的概率越小；2)当被激活脑区的体积足够大时，尽管某些点离峰值坐标较远，也不应该忽略其被激活的概率；3)两个激活区域若有重叠，则他们之间被激活的概率也不应该被忽略； 定义Pr(Xi，a)为Xi在激活区域a的影响下，其被激活的概率，则Pr(Xi，a)的定义如
4.根据权利要求2所述的基于文献分析及核磁功能共振图像分析的脑连接挖掘系统的挖掘方法，其特征在于:所述的步骤二中，根据不同的脑区解剖边界标注数据库，得到不同级别的脑区激活粒度。
5.根据权利要求2所述的基于文献分析及核磁功能共振图像分析的脑连接挖掘系统的挖掘方法，其特征在于:所述的步骤三中，选取任意的关联规则算法挖掘频繁项集和频繁项集中脑区互联的置信度。
【文档编号】G06F19/00GK103678895SQ201310646349
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】牛振东, 周乾 申请人:北京理工大学