基于FDG-PET脑影像的APOE e4基因携带者的代谢研究

发布时间：2017-03-24 11:06

  本文关键词：基于FDG-PET脑影像的APOE e4基因携带者的代谢研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：脑科学的主要研究领域在于人脑的结构和功能。图论分析方法已经被普遍应用到脑科学的研究之中。阿尔茨海默病是最常导致痴呆的进行性、不可逆的神经系统疾病。阿尔茨海默病和轻度认知障碍的以往研究较多采用基于图论的大脑网络分析方法。科学研究者认为APOE(Apolipoprotein E)基因与人类认知程度,脑影像以及阿尔茨海默病密切相关。因此,本文通过分析APOE e4基因携带者和非携带者的FDG-PET(fluorodeoxy glucose positron emission tomography)大脑医学影像数据来研究APOE e4基因对大脑代谢的影响。研究采用APOE e4基因携带者和非携带者的FDG-PET医学影像数据,每组人群分别包含年龄性别匹配的阿尔茨海默病患者、轻度认知障碍群体及正常对照组。本文研究对所有医学影像数据进行统一预处理及AAL(automated anatomical labeling)脑区配准,并采用偏相关分析构建APOE e4基因携带者和非携带者的大脑代谢网络,进而进行代谢网络连接及网络属性分析。研究显示,两组群体的代谢网络均表现出小世界属性。且携带者的代谢网络呈现出较低的平均类聚系数。通过分析,研究发现了6个具有显著统计学差异的hub脑区。与APOE e4基因非携带者相比,该基因携带者的中介值在双侧脑岛(insula)、右侧前扣带(right anterior cingulate),右侧旁扣带脑回(right paracingulate gyri)以及左侧楔叶(left cuneus)出现显著下降,而在左侧旁中央小叶(left paracentral lobule)和左侧赫氏脑回(left heschl gyrus)出现显著上升。并且该基因携带者的代谢网络表现出长距离跨区功能连接的断裂和瓦解以及短距离跨区功能连接的聚集现象。研究结果显示APOE e4基因携带者与阿尔茨海默病患者在FDG代谢模式上具有相似的变化趋向,进一步支持了APOE e4基因加剧阿尔茨海默病转化风险这一观点。本文研究表明APOE e4基因会加剧阿尔茨海默病的患病风险,且目前阿尔茨海默病的早期诊断和转化预测是研究重点。因此,探索APOE基因信息对疾病早期诊断的应用以及更好的疾病预测方法显得十分重要。所以,本文研究将计算机科学与医学影像的早期临床诊断进行结合研究并在轻度认知障碍群体和正常对照组之间进行了SVM(Support Vector Machine,支持向量机)分类器的相关分类研究。本文研究将大脑医学影像的代谢模式与APOE基因信息作为特征对分类器进行训练。在进行留一交叉验证后,我们的最高分类准确率能够达到86.1%。
【关键词】：阿尔茨海默病 轻度认知障碍 大脑代谢网络 支持向量机 APOE e4基因 FDG-PET
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R817;R749.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 认知科学的发展9
• 1.2 APOE基因介绍9
• 1.3 阿尔茨海默病和轻度认知障碍介绍9-10
• 1.4 FDG-PET医学影像介绍10-11
• 1.5 本文的研究意义11-12
• 1.6 本文的组织结构12-13
• 第二章 APOE e4基因携带者与非携带者全脑代谢对比分析13-19
• 2.1 代谢对比分析方法13
• 2.2 研究对象13-16
• 2.2.1 ADNI数据库13-14
• 2.2.2 研究数据说明14-15
• 2.2.3 数据分组说明15-16
• 2.3 数据采集和预处理16
• 2.4 研究结果16-18
• 2.5 讨论及总结18-19
• 第三章 APOE e4基因携带者脑网络的小世界属性分析19-36
• 3.1 大脑代谢网络19-21
• 3.1.1 小世界网络介绍19
• 3.1.2 功能网络的构建19-20
• 3.1.3 脑网络的图论研究20-21
• 3.2 小世界网络属性分析21-22
• 3.3 脑网络节点的中介值计算22
• 3.4 统计学方法的应用22-24
• 3.5 研究结果24-32
• 3.5.1 相关系数矩阵24-25
• 3.5.2 小世界属性分析25-28
• 3.5.3 APOE e4基因携带者大脑代谢网络的hub脑区28-29
• 3.5.4 APOE e4基因携带者大脑代谢网络中hub脑区的异常变化29-32
• 3.6 讨论及总结32-36
• 3.6.1 小世界网络属性的结果综述32-33
• 3.6.2 小世界网络属性33-34
• 3.6.3 APOE e4基因携带者大脑代谢网络中介值的异常变化34-36
• 第四章 APOE e4基因携带者脑网络的功能连接分析36-40
• 4.1 脑网络功能连接的方法介绍36
• 4.2 实验对象和实验设计36-37
• 4.3 脑网络功能连接的研究结果37-38
• 4.4 讨论及总结38-40
• 第五章 APOE基因信息和代谢模式在分类中的研究40-46
• 5.1 医学影像的分类器选择40-41
• 5.2 实验对象和实验设计41-42
• 5.3 研究结果42-45
• 5.4 讨论及总结45-46
• 第六章 结束语46-48
• 6.1 本文研究工作总结46
• 6.2 未来研究工作展望46-48
• 参考文献48-52
• 在学期间的研究成果52-53
• 致谢53

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