弥散张量成像数据处理方法的研究与应用
发布时间：2020-08-28 11:05
弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是一种新的磁共振成像技术,具有无损伤的特点。它不但可以在三维空间内定量分析组织内水分子的弥散运动,而且可以利用组织内水分子弥散呈现的各向异性的特征进行成像。近年来,弥散张量成像已初步应用于临床研究,并成为一种对脑白质疾病,脑血管疾病及精神障碍性疾病进行临床诊断的新方法。本论文利用弥散张量成像技术对中颞叶癫痫和社交焦虑障碍这两种疾病进行了初步的影像学研究。 中颞叶癫痫(Medial temporal lobe epilepsy,mTLE)是一种常见的局部性癫痫,发病期间会发放异常电位。为了探测mTLE病人的大脑白质是否存在弥散特性和白质完整性的异常,论文通过基于体素的方法(voxel-based analysis,VBA)对mTLE病人和正常对照组的弥散张量成像产生的弥散参数和白质密度指数进行了分析研究。结果发现mTLE病人的双侧海马的弥散特性出现异常,这与以前的研究结果一致。同时我们还进一步的发现双侧海马的白质完整性的异常,以及双侧海马的参数之间相关性的消失。这些结果表明mTLE病人的海马区域结构连接的异常,这对mTLE病人癫痫发作机制的研究具有重要的参考价值。 以前的社交焦虑症(Social anxiety disorder,SAD)研究表明,SAD患者存在一些大脑认知功能方面的障碍。结构是功能的载体,为了研究SAD患者是否存在大脑结构连接异常,论文通过弥散张量成像方法对社交焦虑症患者进行了大脑结构网络的研究。首先通过对白质纤维束追踪、标准大脑模板到原始大脑空间的反投、大脑结构网络重建等计算方法进行分析,找出了大脑结构网络分析的算法。然后把算法用于处理SAD患者的数据。研究结果发现SAD患者的左脑的颞叶和角回、颞叶和脑岛、颞叶和海马、额叶和脑岛、额叶和前扣带、楔前叶和海马旁回、楔前叶和顶上叶,以及右脑的颞叶和角回、颞叶和枕叶、额叶和脑岛、中央前回和缘上回这些区域的结构连接比正常被试弱。这些结果与以前脑影像学研究结果基本一致,这表明SAD患者的多个脑区之间的神经纤维连接存在异常,这对研究社交焦虑障碍患者的神经机制具有很重要的参考价值。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：R445.2
【部分图文】：
到的一个参数指标，这个指标试通过计算通过感兴趣区域的白质纤维束数量而得到的，可以用于定量分析通过大脑区域的白质纤维束，用于探测白质纤维束的完整性。2.1.1.1 参数指标 FA 图和 MD 图的获取将获得的每个人的 DTI 原始数据通过免费软件 DTI-Studio (Department Radiology, Johns Hopkins University, School of Medicine Baltimore, MD, USA；http://cmrm.med.jhmi.edu/)进行分析，并将经其计算生成的0b 图，FA 图和特征值图1λ ，2λ ，3λ 分别以三维的 Analysis 图像格式保存。再通过三个特征值图及 MD 计算公式（1-6），计算出每个人的 MD 图。DTI-Studio 软件的图像计算界面如图 2-1 所示。
图 2-2 TrackVis 软件的数据计算的界面在 FDI 图的计算过程中，我们选 FA 图作为滤波模板，选追踪阈值为：当FA<0.15，角度大于 35 度，停止追踪。经过对追踪结果的分析，我们选用的追踪算法是内插值流线型追踪算法。我们对追踪结果的评价主要是参照 Hagmann,Catani[10 12]等对全脑纤维束研究的结果。2.1.2 参数指标预处理及统计分析参数图的预处理部分以及统计分析部分都是在 SPM2(Statistical ParametricMapping) 软 件 包 (Welcome department of Imaging Neuroscience, London UK;available at http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/)进行的。SPM2 是为了对实验数据进行统计分析，由英国哈玛史密斯医院的 K.J.Friston 等人在通用数学软件包Matlab 上开发的软件系统。该软件是对所处理图像的每个象素值进行计算和统计分析的。SPM2 的工作界面如图 2-3 所示。
图 2-3 SPM2 的工作界面数指标预处理指标图的统计分析前，首先进行这些图像的预处理。通过间差异，以便所有数据融合到一起分析；同时通过相应的噪比。本方法中具体的预处理过程如图 2-4 流程图所示。准化，为了消除不同人大脑间的差异，使不同被试间的大必须使我们计算所得的参数指标图与标准模板进行配准。 FA，MD，FDI 的标准模板，我们通过下面的方法实现参数各个被试的0b 图用 SPM2 软件自带的全脑 T2-W 标准模板进参数写到各个被试的三个参数图中去，从而实现三个参数被试进行配准后，得到了一系列标准的体素的大小为 2×2×图。标图的空间平滑，进行空间平滑的目的是为了增强图像的数据将使误差的分布更标准，并且保证统计分析的结果更
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：R445.2
【部分图文】：
到的一个参数指标，这个指标试通过计算通过感兴趣区域的白质纤维束数量而得到的，可以用于定量分析通过大脑区域的白质纤维束，用于探测白质纤维束的完整性。2.1.1.1 参数指标 FA 图和 MD 图的获取将获得的每个人的 DTI 原始数据通过免费软件 DTI-Studio (Department Radiology, Johns Hopkins University, School of Medicine Baltimore, MD, USA；http://cmrm.med.jhmi.edu/)进行分析，并将经其计算生成的0b 图，FA 图和特征值图1λ ，2λ ，3λ 分别以三维的 Analysis 图像格式保存。再通过三个特征值图及 MD 计算公式（1-6），计算出每个人的 MD 图。DTI-Studio 软件的图像计算界面如图 2-1 所示。
图 2-2 TrackVis 软件的数据计算的界面在 FDI 图的计算过程中，我们选 FA 图作为滤波模板，选追踪阈值为：当FA<0.15，角度大于 35 度，停止追踪。经过对追踪结果的分析，我们选用的追踪算法是内插值流线型追踪算法。我们对追踪结果的评价主要是参照 Hagmann,Catani[10 12]等对全脑纤维束研究的结果。2.1.2 参数指标预处理及统计分析参数图的预处理部分以及统计分析部分都是在 SPM2(Statistical ParametricMapping) 软 件 包 (Welcome department of Imaging Neuroscience, London UK;available at http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/)进行的。SPM2 是为了对实验数据进行统计分析，由英国哈玛史密斯医院的 K.J.Friston 等人在通用数学软件包Matlab 上开发的软件系统。该软件是对所处理图像的每个象素值进行计算和统计分析的。SPM2 的工作界面如图 2-3 所示。
图 2-3 SPM2 的工作界面数指标预处理指标图的统计分析前，首先进行这些图像的预处理。通过间差异，以便所有数据融合到一起分析；同时通过相应的噪比。本方法中具体的预处理过程如图 2-4 流程图所示。准化，为了消除不同人大脑间的差异，使不同被试间的大必须使我们计算所得的参数指标图与标准模板进行配准。 FA，MD，FDI 的标准模板，我们通过下面的方法实现参数各个被试的0b 图用 SPM2 软件自带的全脑 T2-W 标准模板进参数写到各个被试的三个参数图中去，从而实现三个参数被试进行配准后，得到了一系列标准的体素的大小为 2×2×图。标图的空间平滑，进行空间平滑的目的是为了增强图像的数据将使误差的分布更标准，并且保证统计分析的结果更
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本文编号：2807504
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