【摘要】：本文以內(nèi)源信號(hào)光學(xué)成像（OIS）為工具，主要研究內(nèi)容包括兩個(gè)方面：（1）研究了腦皮層中內(nèi)源性低頻振蕩信號(hào)、呼吸信號(hào)和心跳信號(hào)等生理信號(hào)的譜值空間分布特征及其在動(dòng)靜脈血管分離中的應(yīng)用。（2）利用術(shù)中內(nèi)源信號(hào)光學(xué)成像，研究了人腦聽覺皮層的多感知信息處理和整合現(xiàn)象，對(duì)認(rèn)識(shí)人腦皮層多感知輸入信息處理始于初級(jí)階段提供了又一證據(jù)。 OIS記錄的腦皮層活動(dòng)信號(hào)含有豐富的內(nèi)源信號(hào)成分，分析這些內(nèi)源性信號(hào)成分的功率譜分布及其時(shí)空特征對(duì)于理解大腦功能活動(dòng)的規(guī)律具有重要意義。同時(shí)，確定以O(shè)IS為工具記錄的內(nèi)源光信號(hào)所反映的生理量也是腦功能光學(xué)成像的重要研究內(nèi)容之一。本文通過分析腦皮層光學(xué)圖像序列中主要生理信號(hào)的譜分布特征，發(fā)現(xiàn)低頻0.1-Hz振蕩信號(hào)、呼吸信號(hào)和心跳信號(hào)等生理信號(hào)的譜功率分布能夠反映不同的血管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，在區(qū)分動(dòng)脈血管和靜脈血管方面具有很好的效果。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合圖像處理技術(shù)和模式識(shí)別方法，我們提出了三種分離腦皮層動(dòng)靜脈的方法： （一）通過多窗口譜估計(jì)方法（MTM）分析靜息狀態(tài)下大鼠腦皮層OIS圖像序列的頻譜分布，利用譜功率幅值和譜值的顯著性水平（統(tǒng)計(jì)F檢驗(yàn)）確定了四種非功能性（即與腦神經(jīng)功能活動(dòng)無關(guān)）特征頻率：呼吸、心跳以及F1、F2，觀察發(fā)現(xiàn)呼吸頻率幅值能夠凸顯靜脈血管，心跳和F1頻率幅值能夠凸顯動(dòng)脈血管，而F2頻率幅值則在微血管上有顯著分布，根據(jù)這四個(gè)特征頻率的幅值分布特征構(gòu)建四維特征向量，結(jié)合模糊聚類方法FCM和區(qū)域增長技術(shù)實(shí)現(xiàn)了腦皮層動(dòng)脈和靜脈的分離。 （二）以波長為546nm和630nm的光照射大腦皮層獲取內(nèi)源光信號(hào)，頻譜分析發(fā)現(xiàn)，，內(nèi)源功能性0.1-Hz低頻振蕩信號(hào)的譜值分布能夠區(qū)分出動(dòng)脈血管和靜脈血管。具體表現(xiàn)為546nm光照下的0.1-Hz譜值在動(dòng)脈上最高，在靜脈上最低；與之相反，630nm光照下的0.1-Hz譜值在靜脈上最高，在動(dòng)脈上最低。根據(jù)0.1-Hz信號(hào)的這一譜分布特征，結(jié)合多尺度匹配濾波器的血管分割技術(shù)，可直接從兩種波長的0.1-Hz譜值特征圖上分割出動(dòng)脈和靜脈。性能評(píng)估結(jié)果表明，0.1-Hz方法比現(xiàn)有方法能更有效的分離動(dòng)脈和靜脈，特別是在分離小動(dòng)脈和小靜脈方面效果尤為顯著。 （三）在時(shí)間域和空間域，通過典型相關(guān)分析（CCA）和獨(dú)立成分分析（ICA）分解腦皮層內(nèi)源光信號(hào)，選取分解成分中能夠反映不同類型血管分布的特征信號(hào)——低頻振蕩、呼吸和心跳信號(hào)——作為特征向量，其中時(shí)域信號(hào)成分需要計(jì)算相關(guān)系數(shù)圖作為分類特征向量，空間域信號(hào)成分則直接作為分類特征向量。將特征向量用于SVM分類器，實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜脈血管的分類。在該方法中，時(shí)間域CCA和ICA方法提取出來的呼吸信號(hào)比空間域方法和頻率域方法確定的呼吸信號(hào)能更好的突出靜脈和抑制動(dòng)脈，而空間域CCA和ICA方法提取的心跳信號(hào)則比時(shí)間域方法更好的突出動(dòng)脈和抑制靜脈。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，CCA方法在分離靜息狀態(tài)下的動(dòng)靜脈方面的性能要優(yōu)于ICA方法。 另一方面，我們利用OIS系統(tǒng)觀測記錄了手術(shù)中人腦顳上回聽覺皮層對(duì)聲音刺激和體感刺激的響應(yīng)情況，內(nèi)源光學(xué)成像能夠提供比fMRI更高的空間分辨率和時(shí)間分辨率，從而使我們能夠更詳細(xì)地了解待觀測皮層區(qū)域的血液動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。OIS實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)體感刺激同樣能激活人腦聽覺功能區(qū)（Brodmann41區(qū)和42區(qū)），激活區(qū)域分布在初級(jí)聽覺皮層42區(qū)局部及周邊，表明多感知信息處理模式也存在于人腦聽覺皮層。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為多感知處理和整合發(fā)生在腦皮層信息處理的低級(jí)階段這一現(xiàn)象提供了新的證據(jù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：R318.51

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2297127