基于光学成像和神经电生理的脑功能研究

发布时间：2017-09-01 03:02

  本文关键词：基于光学成像和神经电生理的脑功能研究

  更多相关文章： 激光散斑成像 偏差校正 熵分析 脑卒中 神经电生理 局部场电位 皮层脑电

【摘要】：大脑作为人体最重要的器官之一,生理功能复杂,新陈代谢旺盛。但大脑不能储备能源物质,也没有无氧代谢机制,所以大脑各种功能活动所需的氧和营养物质等必须依靠不断流动的血液提供。一旦脑血流供应受阻或者中断,就会使细胞缺氧,导致脑组织受损甚至坏死,形成中风。根据临床观察,缺血性中风患者在中风前一般会有血管病变。因此本文主要从血管血流监测和神经系统电生理监测两个角度对脑功能进行研究。血管血流的特征及变化是研究心脑血管疾病的重要生理参数,如果能对脑组织血管血流进行监控,可以及时发现其特征的变化,为了解脑血管疾病的发病机理、病理过程等提供科学依据;也可通过采取有效措施,预防和治疗血管类疾病。激光散斑衬比成像技术可以得到高分辨率的脑皮层血管血流图像,是研究脑功能的重要工具。但是传统的激光散斑衬比成像技术存在各种问题,比如散射特性空间分布不均匀使得对血流速度的估计有较大偏差;只使用了一阶和二阶统计量使得衬比度值容易受各种因素的噪声干扰,导致对识别小血管和分析功能性血流变化比较困难。本论文针对第一个问题,提出了基于模型的空间分布不均匀影响的校正方法,并将新方法应用于在体大鼠脑皮层血管血流成像中。针对第二个问题,我们提出了一种基于小样本熵的散斑成像新方法,通过理论推导及仿真实验得到了熵与曝光时间和血流速度之间的线性模型。我们将基于熵的方法用到电刺激诱发大鼠脑皮层血流响应的功能性成像中,验证了熵方法在功能性成像中的优越性。脑部血管血流的改变往往引起神经系统病变,比如脑缺血性中风后往往会导致深部脑区的神经元死亡。而神经系统病变后的康复涉及到神经元的康复或者再生,是一个缓慢的过程。尽管激光散斑成像能够提供高分辨率血管血流成像,但是不能用于神经元层面的相关研究。神经电生理方法可以通过监控神经元的电活动,分析脑组织损伤和恢复情况,对于揭示神经系统在生理和病理条件下的功能状态具有重要意义。在临床上,通常只能使用非侵入式EEG信号对病人进行监控,因此很难知道深部脑区的神经元恢复情况。随着对神经环路研究的深入,已有研究表明大脑不同脑区之间存在一定信息传递,主要通过神经环路完成。在本研究中,我们通过监测大鼠大脑短暂缺血性中风模型后脑皮层和纹状体神经电活动的变化,探索能否从EEG信号提取有效信息反映纹状体区的损伤及功能康复情况。通过实验数据的统计分析,我们得到了如下结论:1、EEG功率峰值频率的变化趋势与脑组织梗死趋势和动物行为学评分变化趋势高度一致。2、EEG信号的Alpha频段与LFP的Low Gamma频段的能量变化趋势表现出显著的相关性,提示了脑损伤后大脑功能可由EEG信号的某些特征来评价。
【关键词】：激光散斑成像 偏差校正 熵分析 脑卒中 神经电生理 局部场电位 皮层脑电
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R338
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 重要符号说明10-13
• 第一章.绪论13-21
• 1.1 脑功能监护的重要意义13-15
• 1.2 脑皮层血流的激光散斑衬比成像15-17
• 1.3 脑功能的神经电生理检测17-18
• 1.4 本论文的主要研究内容和意义18-19
• 1.5 论文的组织结构19-21
• 第二章.激光散斑衬比成像中组织散射特性空间分布不均匀的偏差校正21-31
• 2.1 引言21-22
• 2.2 仿真实验22-24
• 2.3 在体成像系统24-26
• 2.4 在体血管网络成像26-27
• 2.5 在体功能性血流成像27-29
• 2.6 本章总结29-31
• 第三章.基于小样本熵分析的激光散斑成像31-39
• 3.1 引言31-32
• 3.2 仿真血流实验32-35
• 3.3 在体血管网络成像35-37
• 3.4 在体功能性血流响应成像37-38
• 3.5 本章总结38-39
• 第四章.活体电生理记录技术监测脑卒中后脑功能的状态39-61
• 4.1 引言39-40
• 4.2 实验材料与方法40-45
• 4.3 数据处理及结果45-58
• 4.4 讨论与分析58-60
• 4.5 本章总结60-61
• 第五章.全文总结61-63
• 5.1 本论文的主要内容和结论61
• 5.2 研究展望61-63
• 参考文献63-73
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文73-74
• 作者在攻读硕士学位期间所作的项目74-75
• 致谢75

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