局部一致性算法在fMRI數(shù)據(jù)處理中的不確定因素研究.pdf

1、功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）是一種無創(chuàng)、可重復(fù)、成本適中的腦功能成像技術(shù)，常用于探測(cè)大腦的自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)。局部一致性（regional homogeneity，ReHo）算法是一種常用的fMRI數(shù)據(jù)分析方法，被廣泛應(yīng)用于精神分裂癥、抑郁癥等嚴(yán)重腦疾病的病理研究。在ReHo算法fMRI數(shù)據(jù)分析過程中存在一些不確定因素，會(huì)影響結(jié)果的可靠性。為此，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)預(yù)處理參數(shù)、

2、數(shù)據(jù)均一化方法等不確定因素開展了一些研究工作，然而這些研究通常僅研究不確定因素的改變對(duì)ReHo計(jì)算值的數(shù)據(jù)分布的影響，沒有對(duì)異常腦區(qū)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響進(jìn)行分析，缺乏對(duì)不確定因素的綜合研究。因此，急需系統(tǒng)地研究這些不確定因素對(duì)基于ReHo算法的fMRI數(shù)據(jù)分析結(jié)果的影響程度。
　　針對(duì)上述情況，本文以攻擊性和非攻擊性精神分裂癥患者的腦fMRI數(shù)據(jù)為具體研究對(duì)象，應(yīng)用ReHo算法計(jì)算出每個(gè)患者大腦的ReHo值，并經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析得出兩組患者之

3、間具有顯著差異的異常腦區(qū)。在此基礎(chǔ)上，提出了一種量化描述不同實(shí)驗(yàn)條件下異常腦區(qū)結(jié)果相似程度的方法，評(píng)價(jià)預(yù)處理參數(shù)和統(tǒng)計(jì)分析方面過程中不確定因素對(duì)ReHo算法的影響程度；另外，對(duì)fMRI時(shí)間長(zhǎng)度和體素鄰域大小等兩個(gè)直接影響ReHo值的參數(shù)進(jìn)行了研究。本文所完成的主要工作和結(jié)論有：
　?。?）分析了fMRI數(shù)據(jù)處理的基本原理及可選參數(shù)，找出了在fMRI數(shù)據(jù)預(yù)處理、ReHo算法、統(tǒng)計(jì)分析等過程中存在的不確定因素。
　　（2）提出了

4、以Dice相似性系數(shù)和貢獻(xiàn)率評(píng)價(jià)對(duì)比實(shí)驗(yàn)中不同異常腦區(qū)結(jié)果的相似程度,并針對(duì)層間時(shí)間校正、標(biāo)準(zhǔn)空間模板的選擇、去線性漂移、頻域?yàn)V波、均一化方法、空間平滑核大小、多重比較校正等七個(gè)在數(shù)據(jù)預(yù)處理和統(tǒng)計(jì)分析中存在的不確定性因素進(jìn)行了多組對(duì)比實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，ReHo算法對(duì)fMRI時(shí)間序列低通濾波的頻段選擇最為敏感，對(duì)比實(shí)驗(yàn)中DC值僅為0.67，在數(shù)據(jù)處理過程中需要格外注意信號(hào)頻段的選?。豢臻g平滑核的取值不同也會(huì)對(duì)結(jié)果造成較大的差異；而去

5、線性漂移對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響最小，對(duì)比實(shí)驗(yàn)中DC值達(dá)到0.89。
　　（3）利用類內(nèi)相關(guān)系數(shù)評(píng)價(jià)不同長(zhǎng)度的fMRI時(shí)間序列數(shù)據(jù)計(jì)算得到的ReHo值之間的相似關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著時(shí)間長(zhǎng)度從1分鐘增大到6分鐘，ICC均值從0.46到0.96單調(diào)遞增；當(dāng)時(shí)間長(zhǎng)度為3分鐘及以上的時(shí)候，smReHo值趨于穩(wěn)定，這與已有文獻(xiàn)中的研究結(jié)果類似。另外，對(duì)比分析了不同時(shí)間長(zhǎng)度fMRI數(shù)據(jù)的選擇對(duì)計(jì)算得到的異常腦區(qū)結(jié)果的影響，對(duì)比結(jié)果表明：當(dāng)時(shí)間長(zhǎng)度

6、越長(zhǎng)的時(shí)候，ReHo算法計(jì)算得到的異常腦區(qū)相對(duì)越多，而無論時(shí)間長(zhǎng)或短，在枕中回都會(huì)發(fā)現(xiàn)異常。
　?。?）對(duì)比分析了三組不同鄰域大小的選擇對(duì)ReHo算法計(jì)算所得異常腦區(qū)的影響，結(jié)果表明，當(dāng)待計(jì)算體素的鄰域選擇越大時(shí)，ReHo算法得到的異常腦區(qū)也越多，并且較小鄰域參數(shù)得到的異常腦區(qū)幾乎完全包含于較大鄰域參數(shù)得到的異常腦區(qū)。
　　在臨床上，通過大量基于ReHo算法的腦疾病fMRI研究，可以逐步確定異常腦功能的準(zhǔn)確位置，為進(jìn)一步的治