【摘要】：腦膠質(zhì)瘤患者普遍存在認(rèn)知功能下降、手術(shù)預(yù)后差等問(wèn)題,給患者生活質(zhì)量帶來(lái)極大影響。如何在術(shù)前對(duì)患者的功能認(rèn)知進(jìn)行評(píng)估,并準(zhǔn)確判斷腫瘤對(duì)重要功能區(qū)的影響,就顯得尤為重要。功能磁共振成像技術(shù)(functional Magnetic Resonance Imaging fMRI)的出現(xiàn)為腦腫瘤的診斷、治療和功能認(rèn)知的評(píng)價(jià)提供了豐富的信息,已廣泛應(yīng)用于神經(jīng)外科。目前,對(duì)于大腦功能認(rèn)知的研究,大多是把大腦看作一個(gè)線性隨機(jī)系統(tǒng)來(lái)分析。大腦作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),涉及到神經(jīng)系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)的特性。與常規(guī)處理技術(shù)相比,基于非線性時(shí)間序列對(duì)各種度量指標(biāo)的規(guī)律性進(jìn)行分析的復(fù)雜度分析技術(shù),能提供更接近于大腦神經(jīng)活動(dòng)屬性的功能代謝信息,具有檢測(cè)大腦活動(dòng)和系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)定量測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。本研究采用復(fù)雜度分析技術(shù)及其腦功能網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù),對(duì)腦膠質(zhì)瘤患者的腫瘤特性進(jìn)行分析,對(duì)重要功能區(qū)進(jìn)行定位,并對(duì)腫瘤患者的功能認(rèn)知進(jìn)行評(píng)估。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:1、基于復(fù)雜度分析的腦功能像處理研究。計(jì)算大腦fMRI數(shù)據(jù)的樣本熵值,構(gòu)建全腦樣本熵圖;基于復(fù)雜度樣本熵值對(duì)腫瘤患者的激活區(qū)進(jìn)行提取和分析,發(fā)現(xiàn)復(fù)雜度分析方法能有效提取患者神經(jīng)活動(dòng)的異常變化。計(jì)算正常被試的全腦平均樣本熵值和Hurst指數(shù),并對(duì)二者進(jìn)行對(duì)比分析和線性回歸曲線估計(jì),發(fā)現(xiàn)復(fù)雜度分析方法可以表征大腦神經(jīng)活動(dòng)的不規(guī)則程度;基于樣本熵激活區(qū)分布對(duì)男女認(rèn)知差異進(jìn)行分析,結(jié)果和相關(guān)研究結(jié)果一致。結(jié)果均表明復(fù)雜度分析方法在大腦功能像處理中是可行的。2、基于赫斯特指數(shù)(Hurst)的腦膠質(zhì)瘤分級(jí)研究。分割腫瘤患者腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)及其對(duì)側(cè)區(qū)域,并提取正常對(duì)照組的相應(yīng)區(qū)域;計(jì)算各個(gè)感興趣區(qū)域的Hurst指數(shù)值;通過(guò)對(duì)比分析腫瘤及其對(duì)側(cè)正常區(qū)域、腫瘤區(qū)域及對(duì)照組同區(qū)域、不同腫瘤組別的腫瘤區(qū)域的Hurst指數(shù),來(lái)研究腫瘤區(qū)域Hurst指數(shù)的異常變化及Hurst指數(shù)和腫瘤等級(jí)之間的變化關(guān)系。結(jié)果表明腫瘤區(qū)域的Hurst指數(shù)變化與腫瘤等級(jí)存在正相關(guān)關(guān)系。3、基于復(fù)雜度分析的大腦網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及網(wǎng)絡(luò)參數(shù)分析。基于復(fù)雜度分析技術(shù),構(gòu)建正常受試者和額顳葉膠質(zhì)瘤患者的大腦靜息態(tài)功能網(wǎng)絡(luò)。對(duì)兩組被試的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩�、網(wǎng)絡(luò)全局參數(shù)以及局部參數(shù)進(jìn)行了分析;通過(guò)對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析,給出了膠質(zhì)瘤患者網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的異常改變。研究發(fā)現(xiàn)腫瘤患者的小世界屬性較正常被試增強(qiáng),認(rèn)為可能和大腦存在的功能代償有關(guān);腫瘤患者網(wǎng)絡(luò)局部參數(shù)變化表明,腫瘤對(duì)大腦前運(yùn)動(dòng)皮層、雙側(cè)內(nèi)側(cè)和旁扣帶腦回等腦區(qū)造成了一定的認(rèn)知損傷。4、基于復(fù)雜度分析技術(shù)的額顳葉膠質(zhì)瘤患者認(rèn)知功能評(píng)估。分別從全腦樣本熵值計(jì)算及分析、大腦功能模塊劃分和分析,以及大腦功能網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋵傩院途W(wǎng)絡(luò)參數(shù)分析三個(gè)角度,分析膠質(zhì)瘤患者的功能認(rèn)知損傷以及可能存在的代償機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)腫瘤對(duì)大腦認(rèn)知的影響主要集中在腫瘤實(shí)體區(qū)域及周圍重要組織,同時(shí)在非腫瘤區(qū)域及其對(duì)側(cè)相應(yīng)區(qū)域可能存在功能代償現(xiàn)象。論文的創(chuàng)新點(diǎn)如下:1、采用非線性方法對(duì)功能磁共振數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理以及分析,為復(fù)雜度分析方法在功能磁共振中的應(yīng)用提供了支撐。2、為基于認(rèn)知功能分析的術(shù)前規(guī)劃和手術(shù)導(dǎo)航提供了理論支持。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O157.5;R739.41
【圖文】：

關(guān)的研究剛剛起步，本課題擬采用樣本熵詳細(xì)分析大腦局部和整體的屬性，并和現(xiàn)有的方法進(jìn)行對(duì)比分析。在此基礎(chǔ)上，通過(guò) AAL 模板提取計(jì)算各腦區(qū)信號(hào)的互樣本熵值，并構(gòu)建對(duì)應(yīng)的功能網(wǎng)絡(luò)，分析基于復(fù)雜度的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)屬性，并將相關(guān)分析方法用于腦神經(jīng)系統(tǒng)疾病的分析中。1.3 主要研究?jī)?nèi)容膠質(zhì)瘤患者手術(shù)后常存在認(rèn)知能力下降的情況，導(dǎo)致該情況發(fā)生的主要原因在于對(duì)術(shù)前大腦存在的認(rèn)知損傷以及功能重組機(jī)制不夠了解。由于病灶對(duì)腦組織的浸潤(rùn)以及大腦自身的可塑性，導(dǎo)致大腦結(jié)構(gòu)發(fā)生代償以及重組，內(nèi)部神經(jīng)元之間建立起新的連接，病灶周圍或者對(duì)側(cè)腦區(qū)補(bǔ)償原病灶部分功能，因此對(duì)于手術(shù)定位需切除的組織需要進(jìn)行重新考慮。目前，基于靜息態(tài) fMRI 技術(shù)的腫瘤組織識(shí)別、定位和認(rèn)知評(píng)估的系統(tǒng)性研究尚很少。論文利用非線性復(fù)雜度分析方法提取 fMRI 數(shù)據(jù)的腦功能信息，通過(guò)與正常對(duì)照組進(jìn)行對(duì)比分析，討論腫瘤患者功能認(rèn)知的變化及其相應(yīng)的神經(jīng)學(xué)基礎(chǔ)，為進(jìn)一步探討神經(jīng)疾病功能改變的生理病理學(xué)機(jī)制提供幫助。本論文研究目標(biāo)及方法如圖 1.1 所示。

本文數(shù)據(jù)均來(lái)源于南京腦科醫(yī)院，所有數(shù)據(jù)的掃描參數(shù)及預(yù)處理步驟、參數(shù)等均一致，章節(jié)中不再贅述。 統(tǒng)計(jì)分析使用spm8對(duì)每組數(shù)據(jù)進(jìn)行單樣本t檢驗(yàn)（ P 0.05）和兩組間的雙樣本T檢驗(yàn)（ P 0.05驗(yàn)結(jié)果 p<0.05 時(shí)，則認(rèn)為具有顯著性差異。其余數(shù)據(jù)分析均采用 spss。 構(gòu)建三維大腦樣本熵圖本課題針對(duì)人腦神經(jīng)活動(dòng)的非線性動(dòng)力學(xué)特性，對(duì)正常人及腫瘤病人的 fMRI 圖像分別樣本熵值的計(jì)算。通過(guò)使用與 Sokunbi 等人在 MATLAB 和 C 平臺(tái)上相同的方法，基于成兩個(gè)組的每個(gè)參與者的全腦樣本熵圖。 使用以下參數(shù)估計(jì)樣本熵： fMRI 時(shí)間序列的，m = 2，t = 1 和 r = 0.2×fMRI 時(shí)間序列的標(biāo)準(zhǔn)差。圖 2.1 為正常人全腦樣本熵圖，其中紅色對(duì)應(yīng)大腦神經(jīng)活動(dòng)被激活的區(qū)域，熵值越高顏色越偏紅色；藍(lán)色對(duì)應(yīng)大腦神經(jīng)活制的區(qū)域，熵值越低越偏藍(lán)色。

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90.00.20.40.60.81.0SampEn被 試圖 2.2 患者組與被試組大腦樣本熵均值分布8 位腫瘤被試腫瘤都位于右額顳葉，且腫瘤大小相差不大，適合單樣本 T 檢驗(yàn)求取被試靜息態(tài)激活腦區(qū)，所以進(jìn)一步對(duì)兩組被試進(jìn)行單樣本 T 檢驗(yàn)；在此基礎(chǔ)上對(duì)兩組被試做雙樣本 T檢驗(yàn)，可以比較腫瘤患者與正常人的激活腦區(qū)的區(qū)別，結(jié)果如圖 2.3 所示，表 2.3 顯示了對(duì)照組與腫瘤患者差異體素點(diǎn)大于 10 的腦區(qū)。

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本文編號(hào)：2781529