【摘要】：人腦是一個非常精細的復雜系統(tǒng),其內(nèi)部神經(jīng)過程通常是由多個具有不同頻率的神經(jīng)信號疊加而成的綜合效果。既往研究表明,大腦神經(jīng)活動中的低頻振蕩信號與許多高級認知功能活動密切相關,并且低頻振蕩信號對于揭示一些疾病的腦功能活動異常具有重要的意義。隨著醫(yī)學影像技術的發(fā)展,靜息態(tài)血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent,BOLD)振蕩為考察神經(jīng)活動的低頻振蕩特性提供了有效手段。但是當前研究主要存在三個方面的問題:一是對BOLD振蕩頻段的劃分尚未建立可靠、統(tǒng)一的方法;二是對BOLD振蕩如何影響全腦功能連接,尤其在動態(tài)功能連接缺乏系統(tǒng)的研究;三是BOLD振蕩特征在神經(jīng)精神疾病輔助診斷中的有效性尚不清楚。針對上述問題,本論文通過構建BOLD信號的振蕩頻率成分分析方法,系統(tǒng)地研究靜息態(tài)BOLD信號的振蕩頻率對腦功能活動的影響特點以及在神經(jīng)精神疾病診斷中的價值。研究內(nèi)容包括三個部分:第一部分,構建了BOLD信號的振蕩頻率成分分析方法。本論文基于自適應噪聲完備總體經(jīng)驗模態(tài)分解方法,結合希爾伯特-黃變換,構建了BOLD信號的振蕩頻率成分分析方法。該方法一方面可將BOLD信號的振蕩頻率自適應地分解為不同的子頻段,另一方面可在全腦體素水平評估BOLD信號的振蕩頻率成分特性。第二部分,系統(tǒng)研究了BOLD信號的振蕩頻率對全腦功能連接的影響特點。本論文基于頻率成分分析方法將全腦體素BOLD信號的振蕩頻率分解為多個子頻段,并從靜態(tài)和動態(tài)兩個方面系統(tǒng)地考察了全腦功能連接在神經(jīng)精神疾病中的頻率特異性改變特點。一方面是采用功能連接密度(functional connectivity density,FCD)和介數(shù)中樞度(betweenness centrality,BC)指標,從體素水平和大尺度網(wǎng)絡水平分別考察了不同子頻段下神經(jīng)精神疾病患者的全腦靜態(tài)局部功能連接效率特點。結果表明焦慮癥患者FCD的異常改變具有頻率特異性,并且特定頻段下FCD值的改變能夠作為焦慮癥的潛在有效標記。同時,在大尺度網(wǎng)絡水平,癲癇患者發(fā)作間期默認網(wǎng)絡和軀體運動網(wǎng)絡內(nèi)部BC值在特定頻段0.015-0.025 Hz和0.12-0.25 Hz下的改變與疾病嚴重程度顯著相關,進一步表明功能連接網(wǎng)絡局部效率的頻率特異性改變可作為疾病發(fā)展的參考依據(jù)。另一方面是采用時變分析方法研究了全腦靜息態(tài)子網(wǎng)絡動態(tài)功能連接的頻率特異性特點。動態(tài)功能連接分析可有效描述腦功能活動的時變屬性,是計算神經(jīng)科學領域的前沿。本論文基于滑動窗和聚類分析方法,通過構建功能連接動態(tài)性評價指標,首次考察了不同子頻段下癲癇患者靜息態(tài)子網(wǎng)絡的動態(tài)功能連接特點。結果表明癲癇患者各靜息態(tài)子網(wǎng)絡內(nèi)部和之間動態(tài)功能連接的異常改變同樣具有頻率特異性,并且皮下網(wǎng)絡的功能連接動態(tài)性在頻段0.0095-0.0195 Hz下的異常改變對癲癇特定癥狀的診斷具有非常重要的意義。第三部分,研究了BOLD信號的振蕩頻率特性在神經(jīng)精神疾病診斷中的效果。通過有效地提取腦功能影像特征,并結合機器學習方法,對神經(jīng)精神疾病進行鑒別是當前醫(yī)學輔助診斷領域的研究熱點。但是,BOLD信號的振蕩頻率特性是否可以作為分類特征對神經(jīng)精神疾病進行有效鑒別尚不清楚。一方面,本論文提取不同頻率下的FCD值作為分類特征,考察了頻率特異性局部功能連接效率在區(qū)分焦慮癥患者和正常人中的效果。結果表明頻率特異性FCD值可以將焦慮癥患者從正常對照被試中有效區(qū)分(準確率89.83%),并且腦島在較低頻段0.02-0.036 Hz具有最高的分類效率,預示著腦島的頻率特異性局部功能連接效率改變可作為焦慮癥診斷的有效標記。另一方面,本論文基于頻率成分分析方法計算了BOLD信號的振蕩頻率成分加權頻率,并作為分類特征對抑郁癥患者和正常人進行區(qū)分。結果表明BOLD信號的振蕩加權頻率特征能夠?qū)σ钟舭Y患者和正常對照被試進行有效區(qū)分(準確率87.05%),并且低頻成分(0.01-0.08 Hz)在BOLD振蕩中所占的比率對于鑒別抑郁癥具有重要意義。同時,認知連接網(wǎng)絡相關腦區(qū)額中回的加權頻率特征在分類中表現(xiàn)出較高的權重,預示著該腦區(qū)的頻率特異性可作為抑郁癥的臨床有效標記。綜上所述,本論文揭示了BOLD信號的振蕩頻率不僅影響大腦靜態(tài)功能連接活動的局部效率,而且還影響大腦動態(tài)功能連接活動的時變屬性,一些特定的頻率段對于檢測神經(jīng)精神疾病的腦功能活動異常改變更具敏感性。同時,本論文也發(fā)現(xiàn)BOLD信號的振蕩頻率特性對于區(qū)分神經(jīng)精神疾病患者和正常人具有較好的分類效果,這對于后期應用BOLD信號的振蕩頻率特性進行神經(jīng)精神疾病的輔助診斷具有重要的理論意義和應用價值。
【圖文】：

2圖 1-1 大腦神經(jīng)振蕩的尺度層神經(jīng)元產(chǎn)生[12]；Theta 波與工作記憶有關，主要起源于海馬及周圍相關腦區(qū)[13]；Alpha 波與長時記憶有關，主要起源于丘腦皮層系統(tǒng)[14]；Beta 波與運動行為有關，主要調(diào)節(jié)運動系統(tǒng)中動作電位的時間同步性[15]；Gamma 波與感覺有關，主要源自于局部區(qū)域的籃狀細胞和錐體細胞的活動，但是這種局部的振蕩可以傳遞到遠距離的腦區(qū)中去[16-18]；Fast 波和 ultra fast 波主要源于海馬等相關區(qū)域，一般認為其沒有特定的認知關聯(lián)，可能與任何認知過程相關[19, 20]。1.1.2 低頻振蕩低頻振蕩（low-frequency oscillation，LFO）一般指的是振蕩頻率小于 1 Hz

圖 2-1 EMD、EEMD、CEEMD 和 CEEMDAN 對仿真信號分解效果比較信號不能夠再被 EMD 分解，，從而使得它要么滿足于 IMF 條件，要么具有少于三個的局部極值點。最終的殘差信號滿足： KkKkrtxtdt1()~( )()（式 2-18）其中 K 為最終的模態(tài)數(shù)。因此，為了確保分解的完備性和對原始信號的準確重構， x (t)可以表示為以下形式：KKkkx t dt r 1()~( )（式 2-19）在此，CEEMDAN 最終得到的模態(tài)數(shù)只取決于數(shù)據(jù)本身和終止規(guī)則。圖 2-1展示了采用以上四種模態(tài)分解方法對同一仿真混合信號進行分解，可以發(fā)現(xiàn)，相對于其它三種分解方法，CEEMDAN 方法在信號分解中具有明顯的優(yōu)勢。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R749;TN911.6

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 劉迎軍;楊志景;李淑龍;;靜息態(tài)功能磁共振成像數(shù)據(jù)中幾個常用指標的相關性[J];中國醫(yī)學物理學雜志;2017年01期

2 張雅杰;劉璐;劉鵬;徐曉白;趙洛鵬;曲正陽;朱玉璞;陳斯琦;王麟鵬;;偏頭痛靜息態(tài)成像和彌散張量成像研究進展[J];中國疼痛醫(yī)學雜志;2017年04期

3 杜培鋒;楊劍;呂勝富;鐘寧;;靜息態(tài)腦區(qū)的活動特征研究[J];北京教育學院學報(自然科學版);2011年02期

4 于旭宏,王玉英,林雅谷;140例青少年眼調(diào)節(jié)靜息態(tài)的測定[J];上海中醫(yī)藥大學學報;1999年01期

5 李武超;張體江;;兒童癲沲靜息態(tài)fMRI的研究進展[J];國際醫(yī)學放射學雜志;2017年01期

6 銀文杰;林偉;牟欣;;特發(fā)性震顫患者靜息態(tài)腦功能活動[J];四川精神衛(wèi)生;2017年01期

7 劉慧華;蔣旭;彭俊玲;;重癥肌無力患者靜息態(tài)腦功能研究[J];腦與神經(jīng)疾病雜志;2017年09期

8 周玉梅;孫佳蕾;武平;;靜息態(tài)fMRI技術在臨床的應用-局部一致性研究[J];中風與神經(jīng)疾病雜志;2014年04期

9 劉佳麗;王冬翠;莫少鋒;李宏周;陳真誠;;慢性吸煙者的腦靜息態(tài)fMRI局部一致性研究[J];廣西師范大學學報(自然科學版);2016年04期

10 韓利坤;姚婧t

本文編號：2623879