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静息态fMRI的图像处理与应用研究

作　者: 赵雯典
导　师: 邓振生
学　校: 中南大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 静息态fMRI 图像分割 生理噪声建模 局部一致性方法
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


摘要：功能磁共振成像是一种安全、无创的大脑研究工具。静息态fMRI因其简单的实验设计、简单的操作以及无需受试者完成特定任务即能观测受试者脑的白发活动,使之非常适合用于研究临床疾病,特别是神经性疾病。论文以SCA-3与SPG-4这两种临床症状相似的遗传性神经性疾病为研究对象,旨在利用静息态fMRI研究这两种疾病对大脑功能的影响,从而为这两种疾病的神经功能学研究提供线索。论文首先对静息态fMRI分析中的预处理部分进行研究,包括结构像的自动分割和生理噪声去除。论文首先对静息态fMRI分析中的预处理部分进行研究,包括结构像的自动分割和生理噪声去除。针对结构像分割时容易出现的边缘定位模糊以及分割结果受噪声影响问题,提出了一种新的自动分割方法。通过对模拟图像与真实图像不同层切面的分割实验证明：相对于传统模糊水平集方法和小波包方法,该方法能够实现更加准确的分割。论文在分析了心跳和呼吸所引起的生理噪声对于静息态fMRI研究结果影响的基础上,使用回溯图像校正方法以建立生理噪声模型,并且进行仿真实验,实验结果表明该方法能够有效地减少生理噪声对原信号的影响。然后,论文采集了SCA-3和SPG-4两种疾病患者以及正常健康人群在静息态下的脑fMRI数据,并且使用局部一致性方法和低频振幅方法对0.01-0.08Hz频率段的数据进行统计分析。统计结果发现,与正常人相比,两种疾病患者大脑的低频振幅以及局部一致性均存在比较显著的异常：例如左脑岛、左枕中回等脑区；而左海马、左后扣带回等脑区在两种疾病之间存在显著的差异。同时,ReHo方法与ALFF方法所得的统计结果在如右小脑、左豆状壳核等脑区也表现出一致性,提示了存在差异的重要脑区。不仅如此,分析结果中异常脑区的广泛分布也提示出这两种疾病的神经生理机制很可能是由于大脑功能网络出现异常,而不是单一脑区的异常。从而也证明了利用静息态fMRI方法对这两种疾病进行研究是行之有效的。图19幅,表12个,参考文献61篇。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 研究意义  9-11
  1.2 本文研究内容  11-12
  1.3 论文的组织结构  12-14
2 静息态功能磁共振成像技术  14-20
  2.1 功能磁共振成像  14-16
    2.1.1 磁共振成像技术  14-15
    2.1.2 BOLD fMRI的原理  15-16
    2.1.3 BOLD fMRI的应用  16
  2.2 任务态fMRI  16-18
  2.3 静息态fMRI  18-19
  2.4 小结  19-20
3 基于边缘竞争的结构图像分割  20-28
  3.1 引言  20
  3.2 RFCMK算法预分割图像  20-21
  3.3 边缘竞争的水平集函数推演  21-23
    3.3.1 初始轮廓选定  22
    3.3.2 边缘指示函数的改进  22-23
    3.3.3 设置参数并进行边缘演化  23
  3.4 分割实验与结果  23-27
    3.4.1 所提出方法的分割效果  23-24
    3.4.2 分割效果的统计比较  24-26
    3.4.3 噪声条件下的分割效果验证  26-27
  3.5 小结  27-28
4 去除功能图像中的生理噪声  28-33
  4.1 引言  28
  4.2 RETROICOR方法建立生理噪声模型  28-29
  4.3 生理噪声建模的仿真实验与结果  29-32
  4.4 小结  32-33
5 静息态fMRI在神经疾病的应用研究  33-52
  5.1 引言  33-34
  5.2 局部一致性方法  34-35
    5.2.1 局部一致性方法的提出  34
    5.2.2 局部一致性方法的原理  34-35
  5.3 低频振幅方法  35-36
  5.4 图像数据采集  36
  5.5 图像预处理  36-40
    5.5.1 头动校正  37-38
    5.5.2 空间标准化  38
    5.5.3 空间平滑与时间滤波  38-40
  5.6 静息态fMRI数据分析结果  40-50
    5.6.1 基于ReHo方法的分析结果  40-44
    5.6.2 基于ALFF方法的分析结果  44-50
  5.7 实验结果讨论  50-51
  5.8 小结  51-52
6 总结与展望  52-54
  6.1 论文工作总结  52-53
  6.2 后续工作与展望  53-54
参考文献  54-61
攻读学位期间的主要研究成果  61-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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