本文關(guān)鍵詞：局部一致性算法在fMRI數(shù)據(jù)處理中的不確定因素研究

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【摘要】：功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)是一種無創(chuàng)、可重復(fù)、成本適中的腦功能成像技術(shù),常用于探測大腦的自發(fā)神經(jīng)活動。局部一致性(regional homogeneity,Re Ho)算法是一種常用的fMRI數(shù)據(jù)分析方法,被廣泛應(yīng)用于精神分裂癥、抑郁癥等嚴(yán)重腦疾病的病理研究。在Re Ho算法fMRI數(shù)據(jù)分析過程中存在一些不確定因素,會影響結(jié)果的可靠性。為此,國內(nèi)外學(xué)者對預(yù)處理參數(shù)、數(shù)據(jù)均一化方法等不確定因素開展了一些研究工作,然而這些研究通常僅研究不確定因素的改變對Re Ho計(jì)算值的數(shù)據(jù)分布的影響,沒有對異常腦區(qū)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響進(jìn)行分析,缺乏對不確定因素的綜合研究。因此,急需系統(tǒng)地研究這些不確定因素對基于Re Ho算法的fMRI數(shù)據(jù)分析結(jié)果的影響程度。針對上述情況,本文以攻擊性和非攻擊性精神分裂癥患者的腦fMRI數(shù)據(jù)為具體研究對象,應(yīng)用Re Ho算法計(jì)算出每個(gè)患者大腦的Re Ho值,并經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析得出兩組患者之間具有顯著差異的異常腦區(qū)。在此基礎(chǔ)上,提出了一種量化描述不同實(shí)驗(yàn)條件下異常腦區(qū)結(jié)果相似程度的方法,評價(jià)預(yù)處理參數(shù)和統(tǒng)計(jì)分析方面過程中不確定因素對Re Ho算法的影響程度;另外,對fMRI時(shí)間長度和體素鄰域大小等兩個(gè)直接影響Re Ho值的參數(shù)進(jìn)行了研究。本文所完成的主要工作和結(jié)論有:(1)分析了fMRI數(shù)據(jù)處理的基本原理及可選參數(shù),找出了在fMRI數(shù)據(jù)預(yù)處理、Re Ho算法、統(tǒng)計(jì)分析等過程中存在的不確定因素。(2)提出了以Dice相似性系數(shù)和貢獻(xiàn)率評價(jià)對比實(shí)驗(yàn)中不同異常腦區(qū)結(jié)果的相似程度,并針對層間時(shí)間校正、標(biāo)準(zhǔn)空間模板的選擇、去線性漂移、頻域?yàn)V波、均一化方法、空間平滑核大小、多重比較校正等七個(gè)在數(shù)據(jù)預(yù)處理和統(tǒng)計(jì)分析中存在的不確定性因素進(jìn)行了多組對比實(shí)驗(yàn)。通過對比分析發(fā)現(xiàn),Re Ho算法對fMRI時(shí)間序列低通濾波的頻段選擇最為敏感,對比實(shí)驗(yàn)中DC值僅為0.67,在數(shù)據(jù)處理過程中需要格外注意信號頻段的選取;空間平滑核的取值不同也會對結(jié)果造成較大的差異;而去線性漂移對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響最小,對比實(shí)驗(yàn)中DC值達(dá)到0.89。(3)利用類內(nèi)相關(guān)系數(shù)評價(jià)不同長度的fMRI時(shí)間序列數(shù)據(jù)計(jì)算得到的Re Ho值之間的相似關(guān)系,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著時(shí)間長度從1分鐘增大到6分鐘,ICC均值從0.46到0.96單調(diào)遞增;當(dāng)時(shí)間長度為3分鐘及以上的時(shí)候,sm Re Ho值趨于穩(wěn)定,這與已有文獻(xiàn)中的研究結(jié)果類似。另外,對比分析了不同時(shí)間長度fMRI數(shù)據(jù)的選擇對計(jì)算得到的異常腦區(qū)結(jié)果的影響,對比結(jié)果表明:當(dāng)時(shí)間長度越長的時(shí)候,Re Ho算法計(jì)算得到的異常腦區(qū)相對越多,而無論時(shí)間長或短,在枕中回都會發(fā)現(xiàn)異常。(4)對比分析了三組不同鄰域大小的選擇對Re Ho算法計(jì)算所得異常腦區(qū)的影響,結(jié)果表明,當(dāng)待計(jì)算體素的鄰域選擇越大時(shí),Re Ho算法得到的異常腦區(qū)也越多,并且較小鄰域參數(shù)得到的異常腦區(qū)幾乎完全包含于較大鄰域參數(shù)得到的異常腦區(qū)。在臨床上,通過大量基于Re Ho算法的腦疾病fMRI研究,可以逐步確定異常腦功能的準(zhǔn)確位置,為進(jìn)一步的治療特別是腦刺激治療提供精確的、個(gè)體化的靶點(diǎn),具有較好的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：fMRI 局部一致性算法 不確定因素 Dice相似性系數(shù) 類內(nèi)相關(guān)系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R445.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第1章 緒論14-24
• 1.1 腦功能成像14-16
• 1.2 fMRI技術(shù)概述16-19
• 1.2.1 磁共振成像原理16-17
• 1.2.2 fMRI基本原理17-19
• 1.3 靜息態(tài)fMRI研究流程及常用數(shù)據(jù)分析方法19-21
• 1.4 局域一致性算法在fMRI數(shù)據(jù)處理中的不確定性問題研究現(xiàn)狀21-23
• 1.5 本文的選題意義及研究內(nèi)容23-24
• 第2章 精神分裂癥患者fMRI數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理24-40
• 2.1 攻擊性與非攻擊性精神分裂癥患者樣本信息及分組情況24
• 2.2 精神分裂癥患者fMRI數(shù)據(jù)采集24-27
• 2.3 基于SPM的精神分裂癥患者fMRI數(shù)據(jù)預(yù)處理27-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 第3章 基于Re Ho的精神分裂癥患者fMRI數(shù)據(jù)分析40-51
• 3.1 Re Ho算法40-45
• 3.1.1 Re Ho的基本原理和計(jì)算公式40-42
• 3.1.2 空間平滑42-45
• 3.2 組間統(tǒng)計(jì)分析45-50
• 3.2.1 雙樣本t檢驗(yàn)的基本原理及流程45-48
• 3.2.2 多重比較校正48-50
• 3.3 本章小結(jié)50-51
• 第4章 Re Ho算法的不確定性分析51-78
• 4.1 精神分裂癥患者fMRI數(shù)據(jù)處理流程中的不確定性因素51-53
• 4.2 預(yù)處理參數(shù)、多重比較校正對Re Ho算法的影響53-69
• 4.2.1 對比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及評價(jià)參數(shù)定義53-55
• 4.2.2 預(yù)處理參數(shù)和多重比較校正對數(shù)據(jù)分析結(jié)果的影響55-68
• 4.2.3 Re Ho算法對預(yù)處理參數(shù)和多重比較校正的敏感性分析68-69
• 4.3 Re Ho算法的時(shí)間長度參數(shù)選取對結(jié)果的影響69-74
• 4.3.1 基于組內(nèi)相關(guān)系數(shù)評估時(shí)間長度對Re Ho值的影響69-72
• 4.3.2 不同時(shí)間長度數(shù)據(jù)對患者異常腦區(qū)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響72-74
• 4.4 Re Ho算法的鄰域參數(shù)選擇對結(jié)果的影響74-77
• 4.4.1 選取相鄰體素K的定義74-75
• 4.4.2 不同的鄰域大小對患者異常腦區(qū)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響75-77
• 4.5 本章小結(jié)77-78
• 結(jié)論與展望78-80
• 參考文獻(xiàn)80-87
• 致謝87-88
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文88

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1013182