基于脑连接的丘脑功能分区研究
发布时间：2022-01-05 00:41
丘脑是人体大脑里最重要的结构之一,它调控大脑区域内感觉与运动信号的传递,此外它还与意识、睡眠与警觉的调节有紧密关系。目前已经有一系列研究表明,一些神经系统疾病会引起丘脑结构状态的改变,如阿兹海默症（Alzheimer disease,AD）与前背核团、帕金森症（Parkinson’s disease,PD）与丘脑底核、精神分裂症（Schizophrenia）与背内侧核、癫痫（Epilepsy）与前核等。上述病症可通过以丘脑核团为靶区进行手术治疗,如深度脑刺激（Deep Brain Stimulation,DBS）就是一种以刺激丘脑皮层神经通路来恢复神经功能的手段,然而确定手术靶区需要丘脑核团的准确定位,传统方法使用解剖图谱作为模板,但是个体具有差异性,丘脑核团的具体位置、大小、形状因人而异,因此采用解剖图谱作为活体丘脑核团定位模板有很大的局限性。本文设计了一种基于脑连接的丘脑功能分区方法。丘脑分区即是对丘脑的体素进行无监督聚类的过程,首先使用弥散张量成像（Diffusion Tensor Imaging,DTI）进行纤维追踪以获得活体大脑内部结构连接信息,其次针对复杂非线性的丘脑皮层结...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
丘脑解剖结构
东南大学硕士学位论文2图1-2丘脑皮层连接示意图近年来，医学成像技术为无创地构建丘脑功能分区提供了新的途径[8][9]。弥散张量成像(DiffusionTensorImaging,DTI)基于测量大脑组织水分子弥散性质得到组织信息，并且可以重建出纤维束，表征不同区域之间的结构连接[9]。弥散(Diffusion)是指分子的随机性不规则运动，基于分子在空间中沿特定方向扩散的程度情况，又分为各向同性(Isotropic)和各向异性(Anisotropic)。各向同性指分子的运动向各个方向的机会是均等的，例如在纯水中，水分子的弥散为各向同性弥散以及脑灰质中水分子的弥散也近似各向同性。各向异性指分子的弥散具有方向性，如脑白质中，水分子的弥散方向总与纤维束走行方向一致。在传统的弥散加权成像(DiffusionWeightedImaging,DWI)中一般使用3个梯度方向就足以估计出扩散张量轨迹或者平均扩散率(MeanDiffusivity)。DTI为了更全面地反映组织在各个方向上的水分子扩散情况，在基于6个或更多方向上施加扩散敏感梯度常根据扩散张量，可以计算出各向异性分数(FractionalAnisotropy,FA)、相对各向异性分数(RelativeAnisotropy,RA)、容积比指数(VolumeRatio,VR)等指标。此外，通过估计扩散张量的主方向能够推断脑白质的纤维连通性，据此重建脑纤维束走行，称之为纤维跟踪(Tractography)[11]。近年学界也提出了一些其他模型如扩散峰度成像(DiffusionalKurtosisImaging,DKI)、扩散谱成像(DiffusionSpectrumImaging,DSI)、高夹角分辨率扩散磁共振成像(HighAngularResolutionDiffusionImaging,HARDI)、Q球成像(Q-ballImaging)。目前基于DTI的丘脑功能分区研究方向主要分为两类，一是根据扩散张量来进行定量研究，计算包括MD、FA、RA等指标，二是根据扩散张量重建神经系统纤维和功能束的走行方向
第二章弥散张量成像理论7图2-1Stejskal-Tanner序列示意图其中b为弥散敏感系数，计算公式为：222()3bGδ=γδ(2-5)D为弥散系数，γ为磁旋率，大小为42MHz/Tesla，δ为弥散梯度脉冲持续时间，G为弥散梯度脉冲强度；Δ为弥散梯度脉冲间隔时间。弥散系数直接反映组织的弥散特性，为衡量生物组织中分子弥散程度的绝对值。DWI通常使用表观弥散系数（ApparentDiffusionCoefficient,ADC）来表示测得的生物组织整体结构特征的弥散系数，反映水分子的弥散能力，ADC是水分子移动的自由度，在正常脑组织中，水分子向三维空间各个方向扩散的量有差异，存在各向异性扩散，因此取三个不同方向的DWI所测的ADC平均值，以此消除各向异性干扰，ADC计算公式如下：01ln()kkSADCbS=(2-6)其中0表示没有加梯度脉冲的信号强度值，表示从方向N上施加梯度脉冲时的信号强度值，b为弥散敏感系数。2.2.3弥散张量成像弥散张量成像利用水分子在组织中的弥散各向异性，通过测量六个或者六个以上方向的梯度脉冲获取弥散加权成像，然后计算出图像在体素上的张量。在Basser[30][31]等人的工作中提出了使用扩散张量来描述各向异性扩散现象，在此模型中，扩散张量由多变量正态分布得到：131(,)exp{}4(4)||TrDrPrttπtD=(2-7)其中弥散张量是一个二阶的协方差矩阵：
本文编号：3569376
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
丘脑解剖结构
东南大学硕士学位论文2图1-2丘脑皮层连接示意图近年来，医学成像技术为无创地构建丘脑功能分区提供了新的途径[8][9]。弥散张量成像(DiffusionTensorImaging,DTI)基于测量大脑组织水分子弥散性质得到组织信息，并且可以重建出纤维束，表征不同区域之间的结构连接[9]。弥散(Diffusion)是指分子的随机性不规则运动，基于分子在空间中沿特定方向扩散的程度情况，又分为各向同性(Isotropic)和各向异性(Anisotropic)。各向同性指分子的运动向各个方向的机会是均等的，例如在纯水中，水分子的弥散为各向同性弥散以及脑灰质中水分子的弥散也近似各向同性。各向异性指分子的弥散具有方向性，如脑白质中，水分子的弥散方向总与纤维束走行方向一致。在传统的弥散加权成像(DiffusionWeightedImaging,DWI)中一般使用3个梯度方向就足以估计出扩散张量轨迹或者平均扩散率(MeanDiffusivity)。DTI为了更全面地反映组织在各个方向上的水分子扩散情况，在基于6个或更多方向上施加扩散敏感梯度常根据扩散张量，可以计算出各向异性分数(FractionalAnisotropy,FA)、相对各向异性分数(RelativeAnisotropy,RA)、容积比指数(VolumeRatio,VR)等指标。此外，通过估计扩散张量的主方向能够推断脑白质的纤维连通性，据此重建脑纤维束走行，称之为纤维跟踪(Tractography)[11]。近年学界也提出了一些其他模型如扩散峰度成像(DiffusionalKurtosisImaging,DKI)、扩散谱成像(DiffusionSpectrumImaging,DSI)、高夹角分辨率扩散磁共振成像(HighAngularResolutionDiffusionImaging,HARDI)、Q球成像(Q-ballImaging)。目前基于DTI的丘脑功能分区研究方向主要分为两类，一是根据扩散张量来进行定量研究，计算包括MD、FA、RA等指标，二是根据扩散张量重建神经系统纤维和功能束的走行方向
第二章弥散张量成像理论7图2-1Stejskal-Tanner序列示意图其中b为弥散敏感系数，计算公式为：222()3bGδ=γδ(2-5)D为弥散系数，γ为磁旋率，大小为42MHz/Tesla，δ为弥散梯度脉冲持续时间，G为弥散梯度脉冲强度；Δ为弥散梯度脉冲间隔时间。弥散系数直接反映组织的弥散特性，为衡量生物组织中分子弥散程度的绝对值。DWI通常使用表观弥散系数（ApparentDiffusionCoefficient,ADC）来表示测得的生物组织整体结构特征的弥散系数，反映水分子的弥散能力，ADC是水分子移动的自由度，在正常脑组织中，水分子向三维空间各个方向扩散的量有差异，存在各向异性扩散，因此取三个不同方向的DWI所测的ADC平均值，以此消除各向异性干扰，ADC计算公式如下：01ln()kkSADCbS=(2-6)其中0表示没有加梯度脉冲的信号强度值，表示从方向N上施加梯度脉冲时的信号强度值，b为弥散敏感系数。2.2.3弥散张量成像弥散张量成像利用水分子在组织中的弥散各向异性，通过测量六个或者六个以上方向的梯度脉冲获取弥散加权成像，然后计算出图像在体素上的张量。在Basser[30][31]等人的工作中提出了使用扩散张量来描述各向异性扩散现象，在此模型中，扩散张量由多变量正态分布得到：131(,)exp{}4(4)||TrDrPrttπtD=(2-7)其中弥散张量是一个二阶的协方差矩阵：
本文编号：3569376
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