【摘要】：腦是人體最為復雜的器官之一,大腦內(nèi)多個腦區(qū)協(xié)調運作,高效地整合信息和分工,構成了一個復雜的腦網(wǎng)絡,其中,腦白質作為神經(jīng)中樞系統(tǒng)的重要組成部分,主要負責腦網(wǎng)絡內(nèi)的信息傳輸。許多重大腦疾病在發(fā)病初期常表現(xiàn)為腦網(wǎng)絡的紊亂,如自閉癥、抑郁癥等,因此,對腦網(wǎng)絡的研究是目前神經(jīng)科學研究的重點及熱點。擴散張量成像技術(Diffusion Tensor Imaging,DTI)依據(jù)腦內(nèi)水分子擴散的三維位移分布,能夠在體且無創(chuàng)地對腦白質及腦結構網(wǎng)絡進行成像,為腦白質的研究提供了強有力的手段,目前已被廣泛應用于術前評估及重大腦疾病和腦結構網(wǎng)絡的基礎研究中。然而與傳統(tǒng)的磁共振成像不同,研究人員無法通過讀片的方式直接觀察腦白質及腦結構網(wǎng)絡,因此,數(shù)據(jù)分析是DTI成像技術應用于腦疾病研究的關鍵,目前常用的方法有定量計算、纖維追蹤、網(wǎng)絡構建等。動物實驗在神經(jīng)科學的研究中占有舉足輕重的作用,其中,獼猴以其具有與人類高度相似的行為學特性及生物學特性,被越來越多地應用于重大腦疾病的基礎研究中。相比于傳統(tǒng)的組織切片等實驗手段,對模型獼猴進行在體的DTI成像,不僅能夠大大的降低實驗成本,還能夠通過橫向對比及縱向的跟蹤的方法,全面地研究重大腦疾病在發(fā)生、發(fā)展過程中腦白質及腦結構網(wǎng)絡的變化。隨著國內(nèi)外獼猴DTI腦成像實驗的廣泛開展,如何對其進行有效的數(shù)據(jù)分析成為目前亟待解決的問題。為了能夠對獼猴DTI腦成像進行客觀的數(shù)據(jù)分析,首先需要建立具有群體代表性的獼猴腦白質圖譜及擴散張量腦模板。獼猴腦圖譜有助于探索腦功能特性并了解腦結構,是連接生物醫(yī)學和醫(yī)學影像學的橋梁,對腦結構網(wǎng)絡的分析至關重要。基于全腦白質纖維的獼猴腦白質網(wǎng)絡可以定量分析纖維連接、腦網(wǎng)絡拓撲屬性。目前,獼猴腦圖譜的研究并不全面,無法精確地描繪活體狀態(tài)下三維白質纖維束的形態(tài)結構、走行方向及連接情況。獼猴腦白質網(wǎng)絡的研究甚少,無法在腦圖譜的基礎上理解腦白質的分布及信息傳輸。因此,本論文著重于獼猴擴散張量腦模板、腦白質圖譜、腦白質網(wǎng)絡的構建與分析。本文在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上,以30只健康恒河猴為研究對象,開展了以下研究工作:第一,提出利用基于q空間的DWI標準化方法將DTI圖像配準至標準空間,建立了基于擴散張量的獼猴FA、MD、b0像標準腦模板。第二,采用確定性纖維束追蹤算法獲得了標準空間下的全腦白質纖維束,依據(jù)虛擬分割手工地勾畫了主要的白質纖維束,并平均30只獼猴的纖維束圖構建了獼猴腦白質圖譜。腦白質圖譜能夠很好地描繪各種尺寸微小、形態(tài)結構不同的三維白質纖維,可提取某種特定纖維束進行定量分析,輔助腦外科手術。第三,在前兩部分工作的基礎上利用已建立的獼猴標準腦圖集構建了基于纖維束追蹤的獼猴腦白質網(wǎng)絡,分析了網(wǎng)絡的全局及局部效率、小世界屬性,且對獼猴腦白質網(wǎng)絡進行了模塊劃分,進一步分析了網(wǎng)絡的hub節(jié)點。基于纖維追蹤的獼猴腦白質網(wǎng)絡有益于研究腦網(wǎng)絡的模塊化、核心腦區(qū)及復雜腦功能的實現(xiàn)。
【圖文】：

圖 2.1 DWI 圖像的空間標準化流程示意圖2.4 擴散張量標準腦模板的建立隨著磁共振成像技術的日益成熟，已經(jīng)衍生出了從不同角度反映腦的多種成像方法，也就是多模態(tài)磁共振成像方法。隨著多模態(tài)圖像的采集與獲取，與模態(tài)相對應的腦模板也快速發(fā)展，比如 T1 加權像模板，其能清晰地反映腦的結構形態(tài)。腦模板能提供一個標準腦圖像和標準空間以用于圖像標準化。擴散張量成像技術可以通過檢測水分子的三維位移分布來研究大腦微觀結構，對 DTI 圖像進行預處理并結合多個被試的擴散信息能夠構建代表平均被試大腦微觀結構的擴散張量腦模板。擴散張量腦模板包含關于腦微觀結構的豐富信息，可用于比較被試的微觀結構和群體間的腦連接性，生成數(shù)字腦圖譜，并且能夠給空間標準化及構建包含詳細擴散信息的腦圖譜提供參考。不同的擴散張量腦模板能突出不同的解剖特征，張量擬合得到的 FA、MD 等參數(shù)都可以被用來生成各種模板。

獼猴標準FA腦模板
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：R445.2

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本文編號：2589210