人腦是自然界中最復(fù)雜的系統(tǒng)之一,腦科學一直以來都是科學家們研究的熱門領(lǐng)域。近年來,磁共振成像技術(shù)、腦白質(zhì)纖維追蹤技術(shù)和腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的飛速發(fā)展,人們對大腦內(nèi)復(fù)雜纖維束路徑及各腦區(qū)間的網(wǎng)絡(luò)連接情況有了更加深入的認識,且能為臨床醫(yī)學各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷和預(yù)防提供強有力的理論依據(jù)和技術(shù)手段。結(jié)合國家及浙江省自然科學基金項目研究,本論文基于擴散磁共振成像構(gòu)建腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。首先,本文簡述了國內(nèi)外擴散磁共振成像、神經(jīng)纖維束跟蹤技術(shù)以及腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建研究進展和現(xiàn)狀,并介紹磁共振成像和擴散磁共振成像的基本成像原理。采用擴散張量成像（DTI）、Q-Ball成像（QBI）、SPFI成像三種模型重建腦區(qū)中單個體素所對應(yīng)神經(jīng)纖維方向,并在Fiber Cup仿真數(shù)據(jù)集上和腦真實數(shù)據(jù)集上對比三種重建方案的性能。其次,本文提出了一種新的基于非均勻有理B樣條（NURBS）曲線擬合的算法來跟蹤白質(zhì)纖維路徑。基于Fiber Cup數(shù)據(jù)集和腦數(shù)據(jù)集,采用局部的點對點性能度量和全局的連接度量,并在大腦胼胝體、頂葉和顳葉3個ROI區(qū)域與傳統(tǒng)纖維跟蹤算法FACT進行跟蹤性能比較。結(jié)果表征本文提出的NURBS算法所跟蹤出的纖維路徑顯... 

【文章來源】：杭州電子科技大學浙江省

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

大腦纖維復(fù)雜結(jié)構(gòu)示意圖

杭州電子科技大學碩士學位論文5發(fā)生器產(chǎn)生一個短而強的射頻場，以脈沖形式施加到成像物體上，使其質(zhì)子發(fā)生磁共振現(xiàn)象。射頻接收器用來接收MR信號調(diào)制的射頻信號并對其進行放大處理，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再進入計算機圖像系統(tǒng)進行可視化處理。圖像處理系統(tǒng)對MR信號進行采集，并根據(jù)其信號強弱用不同的灰度等級顯示出欲觀察層面的圖像，即可重建出臨床醫(yī)學中常見的MRI圖像。圖1.2MRI成像系統(tǒng)框圖1.3.2磁共振成像原理1.3.2.1質(zhì)子自旋磁共振現(xiàn)象為磁共振成像確立了堅實的理論基矗原子是磁共振成像的物質(zhì)基礎(chǔ)，由原子核和電子構(gòu)成。原子核帶有正電荷，會以一定頻率發(fā)生自旋形成電流環(huán)路，從而產(chǎn)生具有一定大小和方向的磁場，稱為核磁。人體中氫質(zhì)子1H占人體原子數(shù)量的2/3，且1H的磁化率很高，所以現(xiàn)實中所看到的MRI主要為氫質(zhì)子1H的MR圖像[34]。進入主磁場前，人體內(nèi)每個質(zhì)子自旋都會產(chǎn)生一個小磁場，但質(zhì)子總體上處于隨機分布狀態(tài)，產(chǎn)生的宏觀磁化矢量會相互抵消，因此人體在自然狀態(tài)下并無磁性，宏觀磁化矢量M=0。當人體位于主磁場B時，質(zhì)子自旋產(chǎn)生的小磁場方向與主磁場方向平行或相反，因此人體會產(chǎn)生一個與主磁場方向一致的宏觀縱向磁化矢量Mz。同時由于主磁場B的存在，質(zhì)子磁矩矢量會開始繞B方向以一定的角頻率進行陀螺式的搖擺樣運動，稱為Larmor進動[35]。拉莫爾進動的角頻率為：B(1.1)其中為旋磁比，不同物質(zhì)的旋磁比不同，如氫質(zhì)子的旋磁比為42.5mHz/T，是一個常數(shù)，B為主磁場場強，質(zhì)子進動示意圖如圖1.3所示。進動使每個氫質(zhì)子均能產(chǎn)生穩(wěn)定的縱向磁化分矢量和旋轉(zhuǎn)的橫向磁化分矢量，但由于質(zhì)

杭州電子科技大學碩士學位論文6子相位不同，每個質(zhì)子橫向磁化分矢量相抵消，因而只有宏觀縱向磁化矢量產(chǎn)生。圖1.3Larmor進動1.3.2.2磁共振現(xiàn)象向主磁場B中施加一個由射頻線圈發(fā)射出的90o射頻脈沖（RF，RadioFrequencyPulse），使磁化矢量發(fā)生偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生橫向分量，且這種射頻脈沖的頻率必須與氫質(zhì)子進動頻率相同，這樣質(zhì)子才能從電磁波中接收能量，此現(xiàn)象稱為“共振”。低能態(tài)氫質(zhì)子有一半汲取RF中的能量進入高能態(tài)，此時縱向磁化矢量Mz相互抵消等于零，且質(zhì)子處于同相位，產(chǎn)生最大的旋轉(zhuǎn)宏觀橫向磁化矢量Mxy。射頻脈沖RF撤銷后，質(zhì)子開始釋放能量，失去相位一致性，橫向宏觀磁化矢量很快螺旋式衰減到0，縱向宏觀磁化矢量從0逐漸恢復(fù)到最初的平衡狀態(tài)，將這一過程稱為核磁弛豫，其過程如圖1.4所示。當橫向磁化矢量Mxy穿過接收線圈時，會引起線圈磁通量的變化，從而在線圈內(nèi)可感應(yīng)出正弦規(guī)律振蕩、按指數(shù)規(guī)律衰減的核磁共振信號，也稱為自由感應(yīng)衰減（FID，F(xiàn)reeInductionDecay）信號[36]。為了抵消主磁場B恒定不均勻造成質(zhì)子的失相位，施加一個180o的射頻脈沖，使失相位的質(zhì)子的相位重聚，獲得真正的T2弛豫圖像，并產(chǎn)生自旋回波信號（SpinEchoSingal），也即MR信號，其產(chǎn)生過程如圖1.5所示。射頻接收器接收MR信號并對其進行數(shù)字化處理最終得到數(shù)字化信息。圖1.4核磁弛豫過程示意圖

【參考文獻】：
期刊論文
[1]大科學引領(lǐng)大發(fā)現(xiàn)時代[J]. 賀福初.  國防. 2019(01)
[2]DTI腦連接組分析中分割模板的選擇[J]. 林嵐,張柏雯,靳聰,吳水才.  北京工業(yè)大學學報. 2018(04)
[3]基于QBI成像技術(shù)構(gòu)建腦結(jié)構(gòu)連接網(wǎng)絡(luò)[J]. 吳占雄,李珣.  航天醫(yī)學與醫(yī)學工程. 2016(06)
[4]基于閾值的腦白質(zhì)纖維概率跟蹤算法[J]. 錢潔,易三莉,邵黨國,郭貝貝,苗瑩.  計算機工程. 2015(06)
[5]阿爾茨海默病的神經(jīng)影像學研究進展[J]. 賀永.  生物化學與生物物理進展. 2012(08)
[6]復(fù)雜腦網(wǎng)絡(luò)研究進展——結(jié)構(gòu)、功能、計算與應(yīng)用[J]. 孫俊峰,洪祥飛,童善保.  復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性科學. 2010(04)
[7]人腦連接組研究:腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和腦功能網(wǎng)絡(luò)[J]. 梁夏,王金輝,賀永.  科學通報. 2010(16)
[8]應(yīng)用DTI技術(shù)對人腦白質(zhì)纖維束的初步研究[J]. 邱明國,王健,謝兵,巫北海,張紹祥.  醫(yī)用生物力學. 2006(03)
[9]磁共振擴散張量成像在顯示正常人腦白質(zhì)纖維中的應(yīng)用[J]. 王海燕,趙斌,王光彬.  中國醫(yī)學影像技術(shù). 2006(09)
[10]基于擴散張量的腦白質(zhì)內(nèi)神經(jīng)纖維束的可視化技術(shù)[J]. 趙欣,王明時,高偉,劉海嬰.  生物醫(yī)學工程學雜志. 2006(04)

博士論文
[1]基于憶阻器的電路分析及其在神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用[D]. 董哲康.浙江大學 2019
[2]高角分辨率成像中方向概率密度函數(shù)的估計[D]. 張娜.浙江大學 2012

碩士論文
[1]基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運動想象腦機接口系統(tǒng)算法研究[D]. 趙澤宇.山東師范大學 2019
[2]Gd-EOB-DTPA增強MRIT1 mapping在DN-HCC分化程度的評估及肝癌TACE碘油沉積預(yù)測研究[D]. 覃夏麗.廣西醫(yī)科大學 2019
[3]腦白質(zhì)纖維追蹤算法研究[D]. 鄭寧.北京理工大學 2016
[4]腦白質(zhì)纖維群智能跟蹤算法研究及可視化系統(tǒng)開發(fā)[D]. 王哲進.浙江工業(yè)大學 2013
[5]基于DTI的脊髓型頸椎病定量分析方法的研究[D]. 張金鳳.哈爾濱工業(yè)大學 2012
[6]面向復(fù)雜腦神經(jīng)纖維結(jié)構(gòu)重建的處理方法研究[D]. 劉美霞.天津大學 2012
[7]面向腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)重建的圖像處理方法研究[D]. 周杰.天津大學 2010
[8]DWI對腦轉(zhuǎn)移瘤的的診斷價值研究[D]. 高建偉.泰山醫(yī)學院 2009
[9]磁共振擴散張量成像的可視化研究[D]. 陳穗芬.第一軍醫(yī)大學 2007



本文編號：3374401