一種檢測養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的腦網(wǎng)絡分析方法技術

本發(fā)明專利技術屬于神經(jīng)影像學和中藥學領域，涉及基于功能磁共振成像fMRI數(shù)據(jù)的大腦功能網(wǎng)絡研究領域，具體涉及一種檢測養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的腦網(wǎng)絡分析方法。一種檢測養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的腦網(wǎng)絡分析方法，包括以下步驟：(1)實驗設計：采用靜息態(tài)fMRI實驗，以亞健康人群為研究對象；(2)采集靜息狀態(tài)下的fMRI數(shù)據(jù)；(3)針對采集到的fMRI數(shù)據(jù)進行預處理；(4)節(jié)點、邊的定義及閾值的選擇；(5)選擇傳統(tǒng)腦網(wǎng)絡分析方法對fMRI數(shù)據(jù)進行分析；(6)選擇頻繁子圖挖掘方法對fMRI數(shù)據(jù)進行分析；(7)分析、比較并整合兩種方法的結果，得到養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的神經(jīng)機制。

Brain network analysis method for detecting Yangxue pill for improving cognitive function

The invention belongs to the field of neuroimaging and pharmacology, involving fMRI data of functional magnetic resonance imaging of the brain functional network based on field research, in particular relates to a detection of Yangxue Qingnao pills can improve cognitive function and brain network analysis. A detection of Yangxue Qingnao pills to improve cognitive function of brain network analysis method, which comprises the following steps: (1) experimental design: a resting state fMRI experiment, the sub healthy people as the research object; (2) fMRI data acquisition under resting state; (3) according to the collected fMRI data preprocessing; (4) node, edge definition and threshold selection; (5) choose the traditional brain network analysis methods to analyze fMRI data; (6) choose the frequent methods to analyze fMRI data mining; (7) analysis, comparison and integration of the results of the two methods, get the neural mechanism of Yangxueqingnao pill to improve cognitive function.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種檢測養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的腦網(wǎng)絡分析方法
本專利技術屬于神經(jīng)影像學和中藥學領域，涉及基于功能磁共振成像fMRI數(shù)據(jù)的大腦功能網(wǎng)絡研究領域，具體涉及一種檢測養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的腦網(wǎng)絡分析方法。
技術介紹
養(yǎng)血清腦丸是天津天士力制藥股份有限公司研制、生產(chǎn)的國家三類中藥新藥，以宋代中醫(yī)名著《太平惠民和劑局方》的“四物湯”為基礎加味并采用最新工藝研制而成的標本兼治的制劑，具有“養(yǎng)血活血、平肝潛陽”的作用。其主要成分是當歸、川芎、白芍、熟地黃、鉤藤、雞血藤、夏枯草、決明子、珍珠母、延胡索、細辛。藥理研究表明，養(yǎng)血清腦丸具有改善軟腦膜微循環(huán)、增加腦血流量、緩解血管痙攣、止痛等藥理作用，現(xiàn)已成為治療頭暈、頭痛、腦供血不足、高血壓、眩暈、失眠等疾病的中藥特效藥。更有一些研究表明，養(yǎng)血清腦丸可以改善由局部缺血或精神疾病等引起的認知功能損害，同時也能夠改善亞健康人群的心理狀態(tài)。目前，雖然對養(yǎng)血清腦丸的藥理作用已有一定認識，但養(yǎng)血清腦丸改善亞健康人群認知功能的潛在神經(jīng)生理機制仍是未知的。功能磁共振成像(fMRI)技術是一種基于磁共振成像的、非介入的、無創(chuàng)傷且非常有效的腦功能成像技術，其原理是通過磁共振造影量測神經(jīng)元活動引起的血液動力的改變。由于它具有可靠的理論基礎、良好的時空分辨率等諸多特性，近年來，從神經(jīng)影像中發(fā)現(xiàn)對中藥敏感的生物標記物和功能連接特性已成為一個新的研究熱點。在fMRI數(shù)據(jù)分析方法上，腦功能網(wǎng)絡分析已經(jīng)發(fā)展成為fMRI數(shù)據(jù)分析領域的一個重要的分支，它能夠在全腦水平上進行功能連接分析并獲取腦功能網(wǎng)絡的拓撲屬性。除腦功能網(wǎng)絡分析外，目前還存在有基于種子點的功能連接分析、局部一致性分析、獨立成分分析等功能連接方法，但是這些方法都不能實現(xiàn)對網(wǎng)絡的拓撲屬性進行分析。相比較而言，腦網(wǎng)絡分析方法能夠繪制同一時間內(nèi)的所有大腦單元間的連接模式，并能夠用于探討該連接模式干預前后的變化。最常用的腦網(wǎng)絡分析方法是傳統(tǒng)腦網(wǎng)絡分析，它能有效地在全腦范圍內(nèi)評估節(jié)點間連接的組間差異。除此之外，基于數(shù)據(jù)挖掘技術對腦網(wǎng)絡進行分析并從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，也已成為新的研究趨勢。頻繁子圖挖掘作為一種分析方法已逐漸開始被應用于腦影像領域，該方法主要用于尋找一個圖集中的共有子圖，并根據(jù)組間的子圖頻度差對數(shù)據(jù)進行特征分類。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術要解決的技術問題是：利用傳統(tǒng)腦網(wǎng)絡分析和頻繁子圖挖掘方法分析fMRI數(shù)據(jù)，進而得到養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的神經(jīng)生理機制。為了解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案為：一種檢測養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的腦網(wǎng)絡分析方法，包括以下步驟：(1)實驗設計：采用靜息態(tài)fMRI實驗，以亞健康人群為研究對象；(2)采集靜息狀態(tài)下的fMRI數(shù)據(jù)；(3)針對采集到的fMRI數(shù)據(jù)進行預處理；(4)節(jié)點、邊的定義及閾值的選擇；(5)選擇傳統(tǒng)腦網(wǎng)絡分析方法對fMRI數(shù)據(jù)進行分析；(6)選擇頻繁子圖挖掘方法對fMRI數(shù)據(jù)進行分析；(7)分析、比較并整合兩種方法的結果，得到養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的神經(jīng)機制。本專利技術所述步驟(1)還包括以下步驟：(1.1)篩選符合要求的亞健康人員組成一組；(1.2)對入組的亞健康人員進行第一次靜息態(tài)fMRI掃描和認知測評，記錄第一次靜息態(tài)fMRI掃描和認知測評結果；(1.3)對入組亞健康人員進行藥物干預；(1.4)干預結束后對入組亞健康人員進行第二次靜息態(tài)fMRI掃描和認知測評，記錄第二次靜息態(tài)fMRI掃描和認知測評結果。本專利技術所述步驟(2)的具體方法為：使用德國西門子公司生產(chǎn)的3T全身磁共振成像系統(tǒng)，收集被試的全腦fMRI數(shù)據(jù)，采集回波平面成像序列，橫斷位從下到上隔層掃描，32層，層厚＝4毫米，層間隔＝0毫米，脈沖重復時間TR＝2500毫秒，脈沖回波時間TE＝30毫秒，采集矩陣＝64×64，翻轉角度FA＝90度，掃描視野FOV＝240mm，針對每個被試，采集212個時間點，掃描持續(xù)時間8分57秒。本專利技術所述步驟(3)還包括以下步驟：(3.1)所有的預處理操作都是使用統(tǒng)計參數(shù)圖SPM軟件包完成；(3.2)為避免磁共振機器每個session啟動時的勻場效應及受試者初入環(huán)境的不適應可能對結果造成一定影響，刪除每個被試每個session前十幀功能圖像；(3.3)剔除fMRI數(shù)據(jù)中頭部挪動幅度超過2.5mm或三維旋轉角度超過2.5°的被試；(3.4)針對fMRI數(shù)據(jù)進行層間時間校正；(3.5)針對fMRI數(shù)據(jù)進行頭動校正；(3.6)針對fMRI數(shù)據(jù)進行空間標準化處理；(3.7)利用4mm半寬高的高斯核函數(shù)對fMRI數(shù)據(jù)進行空間平滑處理；(3.8)利用0.01-0.08Hz頻率區(qū)間對fMRI數(shù)據(jù)進行時域濾波；(3.9)針對fMRI數(shù)據(jù)進行回歸頭動參數(shù)和腦脊液平均信號。本專利技術所述步驟(4)還包括以下步驟：(4.1)節(jié)點的定義：使用標準腦解剖圖譜AAL模板作為腦節(jié)點的定義方法，對全腦進行區(qū)域級別的節(jié)點定義，共定義90個節(jié)點；(4.2)邊的定義：使用皮爾遜相關系數(shù)作為網(wǎng)絡中邊的定義，對于所得到的每個腦的時間序列，進行多元線性回歸，以去除頭動影響，之后，利用所得到的殘差，兩兩之間進行皮爾遜相關計算，得到90×90的關聯(lián)矩陣，最后，根據(jù)預先設定的閾值，將關聯(lián)矩陣轉化為二值的鄰接矩陣；(4.3)閾值的選擇：使用稀疏度S進行閾值設置，稀疏度為網(wǎng)絡中實際存在的邊數(shù)與網(wǎng)絡中可能存在的最大邊數(shù)的比值。利用小世界屬性這一腦網(wǎng)絡的基本特性進行閾值空間的設定，以滿足在保證小世界屬性的同時最大程度的去掉偽連接，根據(jù)此規(guī)則，計算得到閾值空間為S∈(5％，40％)，隨后的網(wǎng)絡分析均在此空間中進行，且間隔設置為0.01。本專利技術所述步驟(5)還包括以下步驟：(5.1)對于每個閾值，分析三個節(jié)點指標：度、節(jié)點效率和中間中心度；(5.2)計算在閾值范圍內(nèi)的曲線下面積，為每個節(jié)點指標提供一個總標量；(5.3)使用非參數(shù)置換檢驗分析比較用藥前后兩組數(shù)據(jù)的組間差異，使用多元線性回歸去除統(tǒng)計過程中性別和年齡的影響。本專利技術所述步驟(6)使用gSpan算法進行頻繁子圖挖掘。本專利技術所述的步驟(1.3)的藥物干預為：采用由天津天士力公司生產(chǎn)的養(yǎng)血清腦丸進行藥物干預，商品規(guī)格是2.5g×15袋，批準文號是國藥準字Z20063808，入組亞健康人員每日3次，每次1袋，口服，連續(xù)服用12周。本專利技術一種檢測養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的腦網(wǎng)絡分析方法具有下述優(yōu)點：本專利技術將傳統(tǒng)腦網(wǎng)絡分析和頻繁子圖挖掘兩種腦網(wǎng)絡分析方法結合起來，從全腦網(wǎng)絡和頻繁子網(wǎng)絡兩個角度探討藥物干預前后被試腦功能網(wǎng)絡的改變，進而探尋養(yǎng)血清腦丸改善亞健康人群認知功能的神經(jīng)生理機制，具有原理簡單、流程規(guī)范、實現(xiàn)簡便、被試內(nèi)結果穩(wěn)定性高等優(yōu)點。附圖說明圖1為本專利技術實施方法的基本流程示意圖；圖2為本專利技術實施例中，分別使用藥物干預前后采集的fMRI數(shù)據(jù)構建的腦功能網(wǎng)絡圖；圖3為本專利技術實施例中，使用傳統(tǒng)腦網(wǎng)絡分析方法發(fā)現(xiàn)的藥物干預前后腦功能網(wǎng)絡節(jié)點屬性的差異圖；圖4為本專利技術實施例中，使用頻繁子圖挖掘方法發(fā)現(xiàn)的藥物干預前后頻繁子網(wǎng)絡的差異圖；圖5為本專利技術實施例中，全腦網(wǎng)絡和子網(wǎng)絡分析的結果整合圖。具體實施方式如圖1－圖5所示，本實施例檢測養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的腦網(wǎng)絡分析方法，包括以下步驟：(1)實驗設計：采用靜息態(tài)fMRI實驗，以本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種檢測養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的腦網(wǎng)絡分析方法，其特征是包括以下步驟：(1)實驗設計：采用靜息態(tài)fMRI實驗，以亞健康人群為研究對象；(2)采集靜息狀態(tài)下的fMRI數(shù)據(jù)；(3)針對采集到的fMRI數(shù)據(jù)進行預處理；(4)節(jié)點、邊的定義及閾值的選擇；(5)選擇傳統(tǒng)腦網(wǎng)絡分析方法對fMRI數(shù)據(jù)進行分析；(6)選擇頻繁子圖挖掘方法對fMRI數(shù)據(jù)進行分析；(7)分析、比較并整合兩種方法的結果，得到養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的神經(jīng)機制。

【技術特征摘要】
1.一種檢測養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的腦網(wǎng)絡分析方法，其特征是包括以下步驟：(1)實驗設計：采用靜息態(tài)fMRI實驗，以亞健康人群為研究對象；(2)采集靜息狀態(tài)下的fMRI數(shù)據(jù)；(3)針對采集到的fMRI數(shù)據(jù)進行預處理；(4)節(jié)點、邊的定義及閾值的選擇；(5)選擇傳統(tǒng)腦網(wǎng)絡分析方法對fMRI數(shù)據(jù)進行分析；(6)選擇頻繁子圖挖掘方法對fMRI數(shù)據(jù)進行分析；(7)分析、比較并整合兩種方法的結果，得到養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的神經(jīng)機制。2.根據(jù)權利要求1所述的一種檢測養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的腦網(wǎng)絡分析方法，其特征是所述步驟(1)還包括以下步驟：(1.1)篩選符合要求的亞健康人員組成一組；(1.2)對入組的亞健康人員進行第一次靜息態(tài)fMRI掃描和認知測評，記錄第一次靜息態(tài)fMRI掃描和認知測評結果；(1.3)對入組亞健康人員進行藥物干預；(1.4)干預結束后對入組亞健康人員進行第二次靜息態(tài)fMRI掃描和認知測評，記錄第二次靜息態(tài)fMRI掃描和認知測評結果。3.根據(jù)權利要求1所述的一種檢測養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的腦網(wǎng)絡分析方法，其特征是所述步驟(2)的具體方法為：使用德國西門子公司生產(chǎn)的3T全身磁共振成像系統(tǒng)，收集被試的全腦fMRI數(shù)據(jù)，采集回波平面成像序列，橫斷位從下到上隔層掃描，32層，層厚＝4毫米，層間隔＝0毫米，脈沖重復時間TR＝2500毫秒，脈沖回波時間TE＝30毫秒，采集矩陣＝64×64，翻轉角度FA＝90度，掃描視野FOV＝240mm，針對每個被試，采集212個時間點，掃描持續(xù)時間8分57秒。4.根據(jù)權利要求1所述的一種檢測養(yǎng)血清腦丸改善認知功能的腦網(wǎng)絡分析方法，其特征是所述步驟(3)還包括以下步驟：(3.1)所有的預處理操作都是使用統(tǒng)計參數(shù)圖SPM軟件包完成；(3.2)為避免磁共振機器每個session啟動時的勻場效應及受試者初入環(huán)境的不適應可能對結果造成一定影響，刪除每個被試每個session前十幀功能圖像；(3.3)剔除fMRI數(shù)據(jù)中頭部挪動幅度超過2.5mm或三維旋轉角度超過2.5°的被試；(3.4)針對fMRI數(shù)據(jù)進行層間時間校正；(3.5)針對fMRI數(shù)據(jù)進行頭動校正；(3.6)...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王心明，徐勇，李婧，史俊研，郭曉杰，
申請(專利權)人：天津天士力醫(yī)藥商業(yè)有限公司，徐勇，李婧，
類型：發(fā)明
國別省市：天津,12