基于弥散磁共振影像的猕猴脑网络组图谱构建方法及其额极研究

发布时间：2021-10-18 12:17

　　脑图谱是前沿科学研究的重要工具,构建高质量的脑图谱不仅能极大地促进大脑结构-功能关系的研究、神经解剖学的研究和临床医疗研究,还能为类脑计算、智能技术、芯片设计等提供重要的启示。弥散张量成像是一种新型的无侵入性的活体大脑成像技术,在脑科学研究中,基于弥散张量成像的脑图谱构建是非常重要的一个研究方向。作为研究人脑的优秀模型之一,猴脑研究吸引了越来越多的科学家们的研究兴趣。但是目前基于弥散张量成像技术的致力于猕猴脑图谱构建的系统研究还非常的有限。针对这一现状,本文系统的研究了基于解剖连接分割的猕猴脑图谱构建方法,然后配套开发了一套脑区分割流程处理软件工具箱,并使用该工具箱完成了在猕猴多个脑区上的分割任务。首先,在宏观尺度上,基于弥散磁共振成像技术,整合设计并优化改进了多种图像处理算法。第一,一款应用于猕猴脑组织提取的自动化鲁棒算法对于神经影像研究是很有必要的,特别是涉及高通量分析和大数据计算的应用场景,这种需求更加迫切。利用磁共振影像数据,本文提出了一种基于多图谱分割的的自动提取脑组织的方法,然后将该算法得到的结果和手工分割的结果对比并进行评估。这一部分的研究工作主要贡献包含两个方面,使用了... 

【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省

【文章页数】：147 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 脑图谱的发展和认识
        1.2.2 脑图谱的构建方法
        1.2.3 额极的历史、组织结构和功能
    1.3 基于连接的脑图谱构建
        1.3.1 磁共振成像
        1.3.2 弥散张量成像技术
        1.3.3 纤维束追踪技术
    1.4 脑图谱构建算法
        1.4.1 K-means聚类算法
        1.4.2 谱聚类算法
        1.4.3 摩尔投票算法
        1.4.4 最小二乘法
        1.4.5 分层聚类算法
    1.5 本文主要研究内容和组织结构
第2章 猴脑图谱分区流程设计和分析方法的优化
    2.1 引言
    2.2 猕猴脑区分割流程框架
    2.3 数据预处理
        2.3.1 脑组织提取
        2.3.2 数据标准化和模型估计
    2.4 图像配准
    2.5 个体脑图像分割
    2.6 一致性标签
    2.7 分区概率图和最大概率图
        2.7.1 概率图
        2.7.2 最大概率图
    2.8 综合验证
        2.8.1 个体空间分区结果验证
        2.8.2 标准空间分区结果验证
    2.9 模块化分析
        2.9.1 模块化网络
        2.9.2 分层聚类算法优化
    2.10 本章小结
第3章 基于连接的猴脑图谱构建工具箱及其验证
    3.1 引言
    3.2 软件工具箱特点
    3.3 工具箱软件实现
        3.3.1 软件主要算法实现描述
        3.3.2 软件运行环境
        3.3.3 软件流程
        3.3.4 目录结构和命名范式
    3.4 软件实验测试
        3.4.1 实验被试数据
        3.4.2 猕猴影像数据采集
    3.5 实验结果与分析
        3.5.1 标本数据分区实验
        3.5.2 重复性实验
        3.5.3 实验分析讨论
    3.6 本章小结
第4章 猕猴额极连接图谱构建和分析
    4.1 引言
    4.2 实验数据和方法
        4.2.1 实验影像数据
        4.2.2 数据处理
        4.2.3 概率纤维追踪
    4.3 猕猴额极皮层的分区
        4.3.1 聚类
        4.3.2 分区指标
        4.3.3 分区结果
    4.4 额极皮层子区的连接指纹图
        4.4.1 指纹图构建
        4.4.2 目标区域的选取
        4.4.3 全脑的解剖连接
        4.4.4 皮层上脑区的连接
        4.4.5 皮层下结构的连接
    4.5 额极子区的解剖连接相似性分析
    4.6 额极分区结果和解剖连通性的比较
        4.6.1 额极分区边界的比较
        4.6.2 解剖连接和示踪结果的比较
    4.7 额极皮层子区的模块化分析
        4.7.1 模块化算法优化
        4.7.2 模块化结果
    4.8 额极子区和功能网络的连接
    4.9 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]多模态人脑影像与脑网络组学研究[J]. 左年明,蒋田仔.  中国科学:生命科学. 2020(11)
[2]脑科学研究的三大发展方向[J]. 蒲慕明.  中国科学院院刊. 2019(07)
[3]Transgenic rhesus monkeys carrying the human MCPH1 gene copies show human-like neoteny of brain development[J]. Lei Shi,Xin Luo,Jin Jiang,Yongchang Chen,Cirong Liu,Ting Hu,Min Li,Qiang Lin,Yanjiao Li,Jun Huang,Hong Wang,Yuyu Niu,Yundi Shi,Martin Styner,Jianhong Wang,Yi Lu,Xuejin Sun,Hualin Yu,Weizhi Ji,Bing Su.  National Science Review. 2019(03)
[4]脑皮层功能定位技术在临床研究中的应用发展[J]. 温建斌,李小俚.  中国医疗设备. 2017(05)
[5]基于静息态fMRI的阿尔茨海默病低频振幅研究[J]. 刘艳秋,田晓洁,魏永斌,夏明睿,刘学娜,贺永,张新卿.  神经药理学报. 2017(02)
[6]脑科学与类脑研究概述[J]. 蒲慕明,徐波,谭铁牛.  中国科学院院刊. 2016(07)
[7]脑白质纤维束跟踪算法的研究进展[J]. 张艳,宋志坚.  复旦学报(医学版). 2014(01)
[8]人脑功能连接组:方法学、发展轨线和行为关联[J]. 左西年,张喆,贺永,臧玉峰.  科学通报. 2012(35)
[9]人类早期应激猕猴模型新进展[J]. 冯晓丽,胡新天.  自然杂志. 2012(01)
[10]脑网络:从脑结构到脑功能[J]. 蒋田仔,刘勇,李永辉.  生命科学. 2009(02)

博士论文
[1]人类和猕猴伏隔核连接组图谱的构建和跨物种比较[D]. 夏潇鸾.太原理工大学 2019
[2]基于脑网络组图谱的抑郁症精确重复经颅磁刺激治疗研究[D]. 杨勇锋.电子科技大学 2019
[3]旁海马组织脑网络图谱研究[D]. 卓俊杰.电子科技大学 2016
[4]顶叶脑图谱构建及应用[D]. 张雅勤.电子科技大学 2015
[5]基于不同连接模式构建外侧顶叶和颞叶脑图谱[D]. 王骄健.电子科技大学 2014
[6]医学图像非刚性配准方法研究[D]. 周志勇.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013

硕士论文
[1]基于连接模式的Wernicke区跨文化脑图谱研究[D]. 袁心茹.电子科技大学 2019



本文编号：3442784