人腦是自然界中最復(fù)雜的系統(tǒng)之一,腦科學(xué)一直以來(lái)都是科學(xué)家們研究的熱門(mén)領(lǐng)域。近年來(lái),磁共振成像技術(shù)、腦白質(zhì)纖維追蹤技術(shù)和腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的飛速發(fā)展,人們對(duì)大腦內(nèi)復(fù)雜纖維束路徑及各腦區(qū)間的網(wǎng)絡(luò)連接情況有了更加深入的認(rèn)識(shí),且能為臨床醫(yī)學(xué)各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷和預(yù)防提供強(qiáng)有力的理論依據(jù)和技術(shù)手段。結(jié)合國(guó)家及浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目研究,本論文基于擴(kuò)散磁共振成像構(gòu)建腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。首先,本文簡(jiǎn)述了國(guó)內(nèi)外擴(kuò)散磁共振成像、神經(jīng)纖維束跟蹤技術(shù)以及腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建研究進(jìn)展和現(xiàn)狀,并介紹磁共振成像和擴(kuò)散磁共振成像的基本成像原理。采用擴(kuò)散張量成像（DTI）、Q-Ball成像（QBI）、SPFI成像三種模型重建腦區(qū)中單個(gè)體素所對(duì)應(yīng)神經(jīng)纖維方向,并在Fiber Cup仿真數(shù)據(jù)集上和腦真實(shí)數(shù)據(jù)集上對(duì)比三種重建方案的性能。其次,本文提出了一種新的基于非均勻有理B樣條（NURBS）曲線擬合的算法來(lái)跟蹤白質(zhì)纖維路徑�；贔iber Cup數(shù)據(jù)集和腦數(shù)據(jù)集,采用局部的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)性能度量和全局的連接度量,并在大腦胼胝體、頂葉和顳葉3個(gè)ROI區(qū)域與傳統(tǒng)纖維跟蹤算法FACT進(jìn)行跟蹤性能比較。結(jié)果表征本文提出的NURBS算法所跟蹤出的纖維路徑顯... 

【文章來(lái)源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：84 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

大腦纖維復(fù)雜結(jié)構(gòu)示意圖

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文5發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)短而強(qiáng)的射頻場(chǎng)，以脈沖形式施加到成像物體上，使其質(zhì)子發(fā)生磁共振現(xiàn)象。射頻接收器用來(lái)接收MR信號(hào)調(diào)制的射頻信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行放大處理，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再進(jìn)入計(jì)算機(jī)圖像系統(tǒng)進(jìn)行可視化處理。圖像處理系統(tǒng)對(duì)MR信號(hào)進(jìn)行采集，并根據(jù)其信號(hào)強(qiáng)弱用不同的灰度等級(jí)顯示出欲觀察層面的圖像，即可重建出臨床醫(yī)學(xué)中常見(jiàn)的MRI圖像。圖1.2MRI成像系統(tǒng)框圖1.3.2磁共振成像原理1.3.2.1質(zhì)子自旋磁共振現(xiàn)象為磁共振成像確立了堅(jiān)實(shí)的理論基矗原子是磁共振成像的物質(zhì)基礎(chǔ)，由原子核和電子構(gòu)成。原子核帶有正電荷，會(huì)以一定頻率發(fā)生自旋形成電流環(huán)路，從而產(chǎn)生具有一定大小和方向的磁場(chǎng)，稱(chēng)為核磁。人體中氫質(zhì)子1H占人體原子數(shù)量的2/3，且1H的磁化率很高，所以現(xiàn)實(shí)中所看到的MRI主要為氫質(zhì)子1H的MR圖像[34]。進(jìn)入主磁場(chǎng)前，人體內(nèi)每個(gè)質(zhì)子自旋都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)小磁場(chǎng)，但質(zhì)子總體上處于隨機(jī)分布狀態(tài)，產(chǎn)生的宏觀磁化矢量會(huì)相互抵消，因此人體在自然狀態(tài)下并無(wú)磁性，宏觀磁化矢量M=0。當(dāng)人體位于主磁場(chǎng)B時(shí)，質(zhì)子自旋產(chǎn)生的小磁場(chǎng)方向與主磁場(chǎng)方向平行或相反，因此人體會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與主磁場(chǎng)方向一致的宏觀縱向磁化矢量Mz。同時(shí)由于主磁場(chǎng)B的存在，質(zhì)子磁矩矢量會(huì)開(kāi)始繞B方向以一定的角頻率進(jìn)行陀螺式的搖擺樣運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為L(zhǎng)armor進(jìn)動(dòng)[35]。拉莫爾進(jìn)動(dòng)的角頻率為：B(1.1)其中為旋磁比，不同物質(zhì)的旋磁比不同，如氫質(zhì)子的旋磁比為42.5mHz/T，是一個(gè)常數(shù)，B為主磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)，質(zhì)子進(jìn)動(dòng)示意圖如圖1.3所示。進(jìn)動(dòng)使每個(gè)氫質(zhì)子均能產(chǎn)生穩(wěn)定的縱向磁化分矢量和旋轉(zhuǎn)的橫向磁化分矢量，但由于質(zhì)

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6子相位不同，每個(gè)質(zhì)子橫向磁化分矢量相抵消，因而只有宏觀縱向磁化矢量產(chǎn)生。圖1.3Larmor進(jìn)動(dòng)1.3.2.2磁共振現(xiàn)象向主磁場(chǎng)B中施加一個(gè)由射頻線圈發(fā)射出的90o射頻脈沖（RF，RadioFrequencyPulse），使磁化矢量發(fā)生偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生橫向分量，且這種射頻脈沖的頻率必須與氫質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率相同，這樣質(zhì)子才能從電磁波中接收能量，此現(xiàn)象稱(chēng)為“共振”。低能態(tài)氫質(zhì)子有一半汲取RF中的能量進(jìn)入高能態(tài)，此時(shí)縱向磁化矢量Mz相互抵消等于零，且質(zhì)子處于同相位，產(chǎn)生最大的旋轉(zhuǎn)宏觀橫向磁化矢量Mxy。射頻脈沖RF撤銷(xiāo)后，質(zhì)子開(kāi)始釋放能量，失去相位一致性，橫向宏觀磁化矢量很快螺旋式衰減到0，縱向宏觀磁化矢量從0逐漸恢復(fù)到最初的平衡狀態(tài)，將這一過(guò)程稱(chēng)為核磁弛豫，其過(guò)程如圖1.4所示。當(dāng)橫向磁化矢量Mxy穿過(guò)接收線圈時(shí)，會(huì)引起線圈磁通量的變化，從而在線圈內(nèi)可感應(yīng)出正弦規(guī)律振蕩、按指數(shù)規(guī)律衰減的核磁共振信號(hào)，也稱(chēng)為自由感應(yīng)衰減（FID，F(xiàn)reeInductionDecay）信號(hào)[36]。為了抵消主磁場(chǎng)B恒定不均勻造成質(zhì)子的失相位，施加一個(gè)180o的射頻脈沖，使失相位的質(zhì)子的相位重聚，獲得真正的T2弛豫圖像，并產(chǎn)生自旋回波信號(hào)（SpinEchoSingal），也即MR信號(hào)，其產(chǎn)生過(guò)程如圖1.5所示。射頻接收器接收MR信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化處理最終得到數(shù)字化信息。圖1.4核磁弛豫過(guò)程示意圖

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3374401