大脑组织结构的弥散张量成像（DTI）分析方法研究

发布时间：2020-10-31 23:00

　　 磁共振弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是近年发展起来的一种新的脑功能成像技术(functional magnetic resonance imaging,fMRI)。它利用水分子在生物体中存在较强的各向异性这种弥散特性,对人体内的组织结构进行研究,显示出组织微结构的变化。目前这种成像技术主要用于脑部,尤其对大脑白质纤维束的观察与追踪。此外,弥散定量参数如分数各向异性、相对各向异性和容积比等可以用于研究脑组织结构的各向异性特性,进一步深化了对脑的认识。 我们从单个被试组织结构中水分子各向异性特性出发,以弥散张量图像分析方法研究为重点,从微细结构角度进行大脑结构研究并探讨了认知障碍中结构异常变化。本论文首先简要介绍了核磁共振成像原理,在此基础上阐述DTI成像原理及其相关知识;深入探讨了正常人脑组织中水分子的扩散属性,实现了脑白质纤维束重构,证明弥散张量成像在个体细微结构研究中存在优势;从神经白质纤维受损角度研究了抑郁症患者的平均特性,且描述了一种基于体素的DTI数据分析新方法,即拟优化体素形态学,探讨海洛因成瘾者在认知执行异常过程中脑结构异常,该方法继承了体素形态学简单易行的操作流程及敏锐客观的差异检测能力,在一定程度上尽可能多的保留了原始图像信息,突出了白质在研究中的重要地位;最后我们采用拟体素形态学的思路对图像进行标准化,多层不对称性分析的方法来分析海洛因成瘾对左右大脑弥散不对称性的影响;并且把握当前认知领域的发展方向,采用DTI和功能磁共振成像两种数据结合分析的方式,探讨了早发精神分裂症患者大脑结构和功能损伤。
【学位单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：R445.2
【部分图文】：

国防科学技术大学研究生院学位论文门门门门门门门门图2一1梯度磁场(原作者 :J.RHomak)2.1.3磁共振成像磁共振仪就是根据核磁共振原理在梯度磁场及射频脉冲作用下进行成像的。当核子驰豫时，每个核子成为一个小发射频，根据围绕在质子周围的微环境，释放出随时间变化的特征性脉冲。不同组织结构不同的水一脂肪比例，所以不同组织结构单元发射出不同的信号，这个信号就是要采集的NMR信号。将这些结构单元的NMR信号利用计算机图像重建技术转化为灰度图像，即磁共振图像。根据驰豫时间不同，磁共振图像可以分为T，像、Tl加权像、T:像、T:加权像等。磁共振成像是以不同的灰度显示不同结构和病理的断面图像，扫描过程无需造影剂，相对来说比较安全。它可以从多方向任意角度进行切层扫描，但是其扫描时间较长，图像的信噪比和有效分辨率还比较低[’]。2.2磁共振张量成像的原理2.2.1扩散现象扩散现象是在浓度差或者其它推动力的作用下

三个特征值(凡，凡，凡)和与特征值相对应的三个特征向量(e，，eZ，几)o当凡一凡一凡时，为各向同性，可以用球体来表示;当凡，凡，凡不相同时，为各向异性，用椭球体来表示(如图2一4)。尸 尸尸闷闷匕匕匕 匕各向同性林=凡一凡)各向异性(凡>凡一凡)图2一4弥散球体和椭球体(三)张量的种类根据特征值的大小比例，我们可以把张量分成以下三种基础模型136][37]:第一:线性模型几(入>>凡二凡》此时最大特征值就表示为纤维走向。第二:平面模型几(入、凡>>凡):此时形成一个椭圆，弥散主要方向在一个椭圆面内。第三:球体模型只(入二凡二凡》此时表示的是各向同性(一滴墨水在一杯水中可以向各个方向等速度的弥散)。通常来说我们的张量是这三个模型的一个综合体，所以张量也可以写成[36][37】:第11页

国防科学技术大学研究生院学位论文为了清晰的显示箭头描述法和椭球体描述法，我们针对图3一3b和3一3c中白色圆圈部分进行了放大显示。如图3一4左边为箭头描述法，右边为椭球体描述法，在放大图像上可以清晰显示出纤维走形。图3一4张量数据箭头描述法(左)和椭球体描述法(右)3.2.2脑白质纤维追踪我们选择张量弯曲追踪算法 (Tensordefieetiontraekingalgorithm，TEND)对大脑白质纤维进行追踪，TEND追踪算法【’7】是一种既可以映射白质结构模式也可以映射大脑纤维束连接和大脑损害关系的大脑白质纤维束重构算法，使用整个张量场，而不是主特征向量方向来作为纤维追踪方向，降低了对噪声和低各向异性区域的敏感性，使得纤维轨迹更平滑，追踪路径更真实。2003年，Laza:等人l’7]基于weinstein等人 1999年提出的算法138]和Mori等人 1999年提出的 FACT(fiberassignmentbyeontinoustraeking)步进方法[’9]提出了TENn追踪算法。追踪的区域可以是一个选择好的兴趣区或者是全脑中体素点队值大于某个闭值的区域。在初始的种子点把主特征向量方向作为追踪方向，纤维束朝着主特征方向的前方和背面扩散
【参考文献】

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本文编号：2864629