磁共振影像技術使計算人腦結構信息和精神活動的功能信息成為可能,有助于我們從結構和功能上來開展對大腦的異常分析和研究,進而揭示腦疾病的生理病理機制,對腦疾病的診斷和治療有著重要的意義。阿爾茨海默癥是一種進展性、致殘性的神經(jīng)退行性疾病,它具有腦萎縮和腦神經(jīng)纖維纏結的特性。該疾病嚴重影響患者的身體健康和生活質(zhì)量,已經(jīng)成為21世紀對人類威脅最大的疾病之一。由于大腦是個高度復雜的系統(tǒng),如何有效、全面地對大腦進行表征并尋找有分類潛力的特征,依然面臨著很大的挑戰(zhàn)。近年來,機器學習技術助推了人類對大腦的認識,在基于腦影像數(shù)據(jù)的研究中具有比較出色的貢獻。本文圍繞阿爾茨海默病分類這一主題,充分利用和挖掘腦結構數(shù)據(jù)信息,提出了基于結構磁共振影像數(shù)據(jù)的特征學習算法。主要研究內(nèi)容如下:1.提出了一種基于類標信息的流形正則化稀疏表示選擇方法。該方法是把樣本的類別信息加入到歐式距離計算公式中,以此來構建流形正則化項,旨在使類內(nèi)樣本點緊湊,類間樣本點疏離,從而選擇出更具有判別性的腦區(qū)特征。實驗結果驗證了我們提出的方法對阿爾茨海默癥的二分類以及多分類的有效性。選擇的判別性腦區(qū)可以作為阿爾茨海默癥診斷的生物標記,輔助醫(yī)生... 

【文章來源】：山東師范大學山東省

【文章頁數(shù)】：99 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

人腦的結構

山東師范大學博士學位論文4負責各個灰質(zhì)間神經(jīng)信號的傳導，膠質(zhì)細胞和生理鹽水組成的腦脊液則能夠對大腦起到緩沖作用[10]。大腦皮質(zhì)是大腦的表層，由灰質(zhì)構成，其厚度約為1-4.5mm，占全腦體積的40%，也稱為大腦皮層。大腦皮層由神經(jīng)元、神經(jīng)細胞和血管組成，大腦皮層表面具有眾多褶皺，褶皺的突起稱為腦回，褶皺之間的較大且深的凹陷則稱為溝裂。中央溝、大腦外側裂、頂枕裂是大腦中主要的三條溝裂，它們將大腦分為四個主要的腦葉，分別是額葉、頂葉、顳葉和枕葉，如圖1-2所示。圖1-2大腦的主要結構額葉是大腦發(fā)育中最高級的部分,位于大腦的前部，有四個主要的腦回，即中央前回、額上回、額中回及額下回。額葉主要控制運動、語音，情感和智能，并與記憶有關。額葉的損傷會導致注意力不集中，記憶力缺失，語言表達障礙，癲癇，偏癱等。頂葉是與數(shù)字和邏輯有關的部分，位于中央溝之后。頂葉響應疼痛、觸摸、品嘗、溫度、壓力的感覺。頂葉損傷可能導致視覺忽視，即不能完整地注意并描述對側空間。枕葉位于腦半球的后半部分，在頂葉與顳葉之后，即小腦之上的大腦后端部分。枕葉負責語言、動作感覺、抽象概念以及視覺。枕葉損傷會導致視覺障礙、記憶缺陷等，主要以視覺障礙為主。顳葉與記憶和情感有關，位于外側裂下方，負責處理聽覺信息。顳葉損傷會導致失語、癲癇、精神遲鈍及人格改變等[10]。1.3結構磁共振影像技術1946年，美國科學家布洛赫和珀塞爾認識了核磁共振的現(xiàn)象。并因此獲得了1950年度諾貝爾物理學獎。結構磁共振影像技術是在磁場內(nèi)外施加射頻脈沖使生物體內(nèi)原子核發(fā)

山東師范大學博士學位論文5生共振而產(chǎn)生影像的一種成像技術。磁共振成像設備如圖1-3所示。當射頻(RF)脈沖與自旋質(zhì)子進動頻率相同時，質(zhì)子就從中吸收能量躍遷到不同能級，稱為核磁共振現(xiàn)象。外部施加一個恒定磁場時，質(zhì)子產(chǎn)生凈磁化，質(zhì)子沿外加磁場方向排列，自旋方向與磁場方向一致的稱為低能級，反之則稱為高能級。由于無數(shù)質(zhì)子進動，X、Y方向上的磁矩分量被相互抵消，產(chǎn)生了不能被直接測量到的縱向磁化矢量，而進動的質(zhì)子相位一致時，使橫軸方向的磁化矢量被疊加，產(chǎn)生了橫向磁化矢量。當質(zhì)子系統(tǒng)狀態(tài)飽和后，停止射頻磁場，取消磁場對寧靜進動質(zhì)子的擾亂，因吸收能量而躍遷到高能級的質(zhì)子將釋放能量，回歸到施加磁場前的相位和能級狀態(tài)，這一過程稱為核磁弛豫。高能級質(zhì)子釋放能量回歸到原來的相位和能級時，縱向磁化矢量和橫向磁化矢量逐漸消失�？v向磁化矢量逐漸釋放給周圍原子的過程稱為縱向弛豫，由于在磁共振領域中將質(zhì)子周圍的原子稱為晶格，所以縱向弛豫又稱為自旋-晶格弛豫。橫向磁化矢量消失使質(zhì)子失去相位一致性的過程稱為橫向弛豫，由于這是原子核之間的相互作用，無能量向晶格轉移，所以橫向弛豫又稱為自旋-自旋弛豫。圖1-3磁共振成像設備自旋-晶格弛豫過程中縱向磁化矢量恢復到原來數(shù)值所需要的時間稱為縱向弛豫時間，簡稱為T1。自旋-自旋弛豫過程中橫向磁化矢量逐步抵消為零所需要的時間稱為橫向弛豫時間，簡稱為T2。T1和T2描述停止射頻脈沖后磁化矢量恢復的快慢程度。T1是時間常數(shù)，其長短依賴于組織成分、結構和環(huán)境。T2長短與人體組織的固有小磁場有關，如大分子恢復快，小分子恢復慢，它主要引起相位的變化。本文的研究全部采用的是T1結構磁共振影像數(shù)據(jù)。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]特征選擇算法綜述[J]. 計智偉,胡珉,尹建新.  電子設計工程. 2011(09)

博士論文
[1]基于磁共振成像的腦連接方法學及應用研究[D]. 廖偉.電子科技大學 2011



本文編號：3601120