本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像處理的，尤其涉及一種量化區(qū)域性膠淋巴測(cè)量的空間變化和相關(guān)性方法，以及一種量化區(qū)域性膠淋巴測(cè)量的空間變化和相關(guān)性裝置。

背景技術(shù)：

1、脊髓小腦型共濟(jì)失調(diào)3型（也被稱(chēng)為machado-joseph病，簡(jiǎn)稱(chēng)sca3/mjd）是神經(jīng)退行性疾病中常見(jiàn)的常染色體顯性小腦共濟(jì)失調(diào)。sca3患者通常會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和非運(yùn)動(dòng)癥狀，如錐體征、錐體外癥狀、認(rèn)知能力下降以及快速眼動(dòng)行為障礙。該病的發(fā)病機(jī)制與蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊有關(guān)，具體是由14號(hào)染色體上的atxn3基因編碼區(qū)內(nèi)的cag重復(fù)序列擴(kuò)展導(dǎo)致的，這會(huì)產(chǎn)生異常的多聚谷氨酰胺蛋白。這種失調(diào)打破了蛋白質(zhì)的生產(chǎn)與清除平衡，進(jìn)而損害細(xì)胞功能并引發(fā)神經(jīng)元死亡。維持大腦環(huán)境的穩(wěn)態(tài)對(duì)于清除這些異常蛋白質(zhì)至關(guān)重要，因?yàn)槠涫Ш鈺?huì)影響細(xì)胞環(huán)境、引發(fā)神經(jīng)炎癥，并推動(dòng)疾病的復(fù)雜病理演變和進(jìn)展。此外，sca3的關(guān)鍵病理過(guò)程還包括炎癥反應(yīng)增強(qiáng)、線(xiàn)粒體功能障礙導(dǎo)致的代謝廢物積累和細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)調(diào)節(jié)失衡。

2、考慮到這些病理過(guò)程，大腦的廢物清除機(jī)制，尤其是通過(guò)膠淋巴系統(tǒng)的清除，對(duì)維持神經(jīng)系統(tǒng)健康非常關(guān)鍵。然而，目前關(guān)于sca3中膠淋巴系統(tǒng)的研究還很有限。因此，深入理解sca3的病理生理學(xué)顯得尤為重要。本研究旨在探討sca3患者的膠淋巴系統(tǒng)功能模式異常，并研究其對(duì)疾病發(fā)展和進(jìn)展的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種量化區(qū)域性膠淋巴測(cè)量的空間變化和相關(guān)性方法，其能夠揭示脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)3型患者在腦部特定區(qū)域內(nèi)膠淋巴系統(tǒng)的模式異常情況，定量地準(zhǔn)確評(píng)估其與疾病進(jìn)程的相關(guān)性。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：這種量化區(qū)域性膠淋巴測(cè)量的空間變化和相關(guān)性方法，其包括以下步驟：

3、（1）獲取受試者的fmri（functional?magnetic?resonance?imaging,?功能磁共振成像）?圖像：使用功能磁共振成像fmri技術(shù)獲取受試者的腦部圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；

4、（2）獲取受試者的t1加權(quán)解剖圖像：將fmri圖像與高分辨率t1加權(quán)結(jié)構(gòu)mri圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，然后將圖像配準(zhǔn)到mni-152（montreal?neurological?institute?152?template,蒙特利爾神經(jīng)學(xué)研究所152模板）?標(biāo)準(zhǔn)空間，以便進(jìn)行組間比較和統(tǒng)計(jì)分析；

5、（3）對(duì)大腦前部、中部、后部和小腦區(qū)域定義與劃分，并生成掩膜；

6、（4）皮質(zhì)灰質(zhì)掩模轉(zhuǎn)換與對(duì)齊：使用先前在配準(zhǔn)過(guò)程中得到的轉(zhuǎn)換矩陣，將標(biāo)準(zhǔn)空間的aal2（automated?anatomical?labeling?2,?自動(dòng)解剖標(biāo)注2）區(qū)域定義轉(zhuǎn)換到個(gè)體功能空間；對(duì)轉(zhuǎn)換后的掩模進(jìn)行視覺(jué)檢查，以便它們與預(yù)處理后的功能圖像準(zhǔn)確對(duì)齊；

7、（5）csf（cerebrospinal?fluid,?腦脊液）掩模：選擇fmri圖像的底部切片，這些切片包含所有受試者的小腦，基于圖像中特征自動(dòng)檢測(cè)csf區(qū)域，并通過(guò)視覺(jué)檢查，根據(jù)大腦解剖結(jié)構(gòu)知識(shí)，在fmri圖像的選定切片上校正csf區(qū)域；

8、（6）量化提取gbold信號(hào)和csf信號(hào)：使用定義好的掩模，從預(yù)處理后的fmri數(shù)據(jù)中提取大腦前部、中部、后部和小腦區(qū)域的bold信號(hào)，這些信號(hào)用于后續(xù)的量化分析和比較；

9、（7）分析指標(biāo)在健康對(duì)照組hcs和sca3（spinocerebellar?ataxia?type?3,?脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)3型）?患者中的空間變化和相關(guān)性：在hcs和sca3患者中分別計(jì)算大腦前部、大腦中部、大腦后部、小腦的csf-gbold（cerebrospinal?fluid-?global?blood?oxygenlevel?dependent,?腦脊液-全局血氧水平依賴(lài))耦合指數(shù)，并比較每一個(gè)被試耦合指數(shù)的空間變化和差異，以識(shí)別與sca3相關(guān)的耦合模式差異；

10、（8）用雙樣本t檢驗(yàn)方法比較hcs和sca3患者之間各指標(biāo)的差異：評(píng)估各指標(biāo)在hcs和sca3患者中的相關(guān)性。

11、本發(fā)明獲取受試者的fmri圖像，獲取受試者的t1加權(quán)解剖圖像，對(duì)大腦前部、中部、后部和小腦區(qū)域定義與劃分，并生成掩膜，皮質(zhì)灰質(zhì)掩模轉(zhuǎn)換與對(duì)齊，進(jìn)行csf掩模，量化提取gbold信號(hào)和csf信號(hào)，分析指標(biāo)在健康對(duì)照組hcs和sca3患者中的空間變化和相關(guān)性，用雙樣本t檢驗(yàn)方法比較hcs和sca3患者之間各指標(biāo)的差異，從而能夠揭示脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)3型患者在腦部特定區(qū)域內(nèi)膠淋巴系統(tǒng)的模式異常情況，定量地準(zhǔn)確評(píng)估其與疾病進(jìn)程的相關(guān)性。

12、還提供了一種量化區(qū)域性膠淋巴測(cè)量的空間變化和相關(guān)性裝置，其包括：

13、fmri圖像獲取模塊，其配置來(lái)獲取受試者的fmri圖像：使用功能磁共振成像fmri技術(shù)獲取受試者的腦部圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；

14、t1圖像獲取模塊，其配置來(lái)獲取受試者的t1加權(quán)解剖圖像：將fmri圖像與高分辨率t1加權(quán)結(jié)構(gòu)mri圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，然后將圖像配準(zhǔn)到mni-152標(biāo)準(zhǔn)空間，以便進(jìn)行組間比較和統(tǒng)計(jì)分析；

15、掩膜生成模塊，其配置來(lái)對(duì)大腦前部、中部、后部和小腦區(qū)域定義與劃分，并生成掩膜；

16、轉(zhuǎn)換與對(duì)齊模塊，其配置來(lái)進(jìn)行皮質(zhì)灰質(zhì)掩模轉(zhuǎn)換與對(duì)齊：使用先前在配準(zhǔn)過(guò)程中得到的轉(zhuǎn)換矩陣，將標(biāo)準(zhǔn)空間的aal2區(qū)域定義轉(zhuǎn)換到個(gè)體功能空間；對(duì)轉(zhuǎn)換后的掩模進(jìn)行視覺(jué)檢查，確保它們與預(yù)處理后的功能圖像準(zhǔn)確對(duì)齊，不匹配或錯(cuò)誤進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整或重新配準(zhǔn)；

17、csf掩模模塊，其配置來(lái)執(zhí)行csf掩模：選擇fmri圖像的底部切片，這些切片包含所有受試者的小腦，基于圖像中特征自動(dòng)檢測(cè)csf區(qū)域，并通過(guò)視覺(jué)檢查，根據(jù)大腦解剖結(jié)構(gòu)知識(shí)，手動(dòng)在fmri圖像的選定切片上校正csf區(qū)域；

18、量化提取模塊，其配置來(lái)量化提取gbold信號(hào)和csf信號(hào)：使用定義好的掩模，從預(yù)處理后的fmri數(shù)據(jù)中提取大腦前部、中部、后部和小腦區(qū)域的bold信號(hào)，這些信號(hào)用于后續(xù)的量化分析和比較；

19、分析模塊，其配置來(lái)分析指標(biāo)在健康對(duì)照組hcs和sca3患者中的空間變化和相關(guān)性：在hcs和sca3患者中分別計(jì)算大腦前部、大腦中部、大腦后部、小腦的csf-gbold耦合指數(shù)，并比較每一個(gè)被試耦合指數(shù)的空間變化和差異，以識(shí)別與sca3相關(guān)的耦合模式差異；

20、統(tǒng)計(jì)分析模塊，其配置來(lái)用雙樣本t檢驗(yàn)方法比較hcs和sca3患者之間各指標(biāo)的差異：評(píng)估各指標(biāo)在hcs和sca3患者中的相關(guān)性。

技術(shù)特征：

1.量化區(qū)域性膠淋巴測(cè)量的空間變化和相關(guān)性方法，其特征在于：其包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量化區(qū)域性膠淋巴測(cè)量的空間變化和相關(guān)性方法，其特征在于：在所述步驟（1）之前篩選受試者，進(jìn)行基因檢測(cè)，通過(guò)包括共濟(jì)失調(diào)評(píng)估量表sara和國(guó)際合作共濟(jì)失調(diào)評(píng)定量表icars的評(píng)估工具進(jìn)行篩選，再進(jìn)行包括自評(píng)焦慮量表sas和自評(píng)抑郁量表sds的精神評(píng)估，然后使用自評(píng)睡眠量表srss評(píng)估患者的睡眠質(zhì)量。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的量化區(qū)域性膠淋巴測(cè)量的空間變化和相關(guān)性方法，其特征在于：所述步驟（1）中，受試者被要求躺在掃描儀中，保持頭部固定不動(dòng)，身體靜止。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的量化區(qū)域性膠淋巴測(cè)量的空間變化和相關(guān)性方法，其特征在于：所述步驟（1）中，預(yù)處理流程包括：切片時(shí)間校正，調(diào)整每個(gè)卷內(nèi)不同切片的采集時(shí)間差異，以確保它們?cè)跁r(shí)間上的一致性；運(yùn)動(dòng)校正，糾正受試者在掃描過(guò)程中發(fā)生的頭部運(yùn)動(dòng)，確保圖像序列的穩(wěn)定性；去顱骨，從fmri圖像中去除顱骨的非腦組織區(qū)域，以減少對(duì)后續(xù)分析的干擾；空間平滑，使用高斯濾波器對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理，減少噪聲并提高信噪比，使用4mm?fwhm核；帶通濾波，應(yīng)用0.01-0.1hz的帶通濾波器，去除高頻噪聲和低頻漂移，保留與神經(jīng)活動(dòng)相關(guān)的信號(hào)；時(shí)間趨勢(shì)移除，消除圖像中的線(xiàn)性和二次時(shí)間趨勢(shì)，這些趨勢(shì)由掃描機(jī)的加熱或受試者的生理過(guò)程引起。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的量化區(qū)域性膠淋巴測(cè)量的空間變化和相關(guān)性方法，其特征在于：所述步驟（3）中，對(duì)大腦前部、中部、后部和小腦區(qū)域定義與劃分為：使用aal2圖集，將大腦區(qū)域根據(jù)解剖位置和功能特性劃分為前部、中部和后部，小腦區(qū)域被單獨(dú)定義和劃分。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的量化區(qū)域性膠淋巴測(cè)量的空間變化和相關(guān)性方法，其特征在于：所述步驟（3）中，掩模生成包括：根據(jù)aal2圖集，為每個(gè)受試者生成對(duì)應(yīng)的大腦前部、中部、后部和小腦的掩模，這些掩模用于從fmri數(shù)據(jù)中提取特定區(qū)域的bold信號(hào)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的量化區(qū)域性膠淋巴測(cè)量的空間變化和相關(guān)性方法，其特征在于：所述步驟（8）中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行z-score標(biāo)準(zhǔn)化，并調(diào)整年齡和性別；通過(guò)回歸分析評(píng)估sca3患者的神經(jīng)心理評(píng)估與a/m/p/cb/gbold-csf耦合強(qiáng)度的關(guān)系。

8.量化區(qū)域性膠淋巴測(cè)量的空間變化和相關(guān)性裝置，其特征在于：其包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的量化區(qū)域性膠淋巴測(cè)量的空間變化和相關(guān)性裝置，其特征在于：所述fmri圖像獲取模塊中，預(yù)處理流程包括：切片時(shí)間校正，調(diào)整每個(gè)卷內(nèi)不同切片的采集時(shí)間差異，以確保它們?cè)跁r(shí)間上的一致性；運(yùn)動(dòng)校正，糾正受試者在掃描過(guò)程中發(fā)生的頭部運(yùn)動(dòng)，確保圖像序列的穩(wěn)定性；去顱骨，從fmri圖像中去除顱骨的非腦組織區(qū)域，以減少對(duì)后續(xù)分析的干擾；空間平滑，使用高斯濾波器對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理，減少噪聲并提高信噪比，使用4mm?fwhm核；帶通濾波，應(yīng)用0.01-0.1hz的帶通濾波器，去除高頻噪聲和低頻漂移，保留與神經(jīng)活動(dòng)相關(guān)的信號(hào)；時(shí)間趨勢(shì)移除，消除圖像中的線(xiàn)性和二次時(shí)間趨勢(shì)，這些趨勢(shì)由掃描機(jī)的加熱或受試者的生理過(guò)程引起。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的量化區(qū)域性膠淋巴測(cè)量的空間變化和相關(guān)性裝置，其特征在于：所述掩膜生成模塊中，掩模生成包括：根據(jù)aal2圖集，為每個(gè)受試者生成對(duì)應(yīng)的大腦前部、中部、后部和小腦的掩模，這些掩模用于從fmri數(shù)據(jù)中提取特定區(qū)域的bold信號(hào)。

技術(shù)總結(jié)
公開(kāi)量化區(qū)域性膠淋巴測(cè)量的空間變化和相關(guān)性方法及裝置。本發(fā)明獲取受試者的fMRI圖像，獲取受試者的T1加權(quán)解剖圖像，對(duì)大腦前部、中部、后部和小腦區(qū)域定義與劃分，并生成掩膜，皮質(zhì)灰質(zhì)掩模轉(zhuǎn)換與對(duì)齊，進(jìn)行CSF掩模，量化提取gBOLD信號(hào)和CSF信號(hào)，分析指標(biāo)在健康對(duì)照組HCs和SCA3患者中的空間變化和相關(guān)性，用雙樣本t檢驗(yàn)方法比較HCs和SCA3患者之間各指標(biāo)的差異，從而能夠揭示脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)3型患者在腦部特定區(qū)域內(nèi)膠淋巴系統(tǒng)的模式異常情況，定量地準(zhǔn)確評(píng)估其與疾病進(jìn)程的相關(guān)性。

技術(shù)研發(fā)人員：馬國(guó)林,徐漫兮,華林,楊?yuàn)S偲,袁振,陳峰,夏爽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中日友好醫(yī)院（中日友好臨床醫(yī)學(xué)研究所）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21