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、成本適中的腦功能成像技術(shù)，常用于探測大腦的自發(fā)神經(jīng)活動。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，會影響結(jié)果的可靠性。為此，國內(nèi)外學者對預(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ReHo計算值的數(shù)據(jù)分布的影響，沒有對異常腦區(qū)統(tǒng)計結(jié)果的影響進行分析，缺乏對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基于ReHo算法的fMRI數(shù)據(jù)分析結(jié)果的影響程度。
　　針對上述情況，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)為具體研究對象，應(yīng)用ReHo算法計算出每個患者大腦的ReHo值，并經(jīng)過統(tǒng)計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驗條件下異常腦區(qū)結(jié)果相似程度的方法，評價預(yù)處理參數(shù)和統(tǒng)計分析方面過程中不確定因素對ReHo算法的影響程度；另外，對fMRI時間長度和體素鄰域大小等兩個直接影響ReHo值的參數(shù)進行了研究。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)計分析等過程中存在的不確定因素。
　?。?）提出了

4、以Dice相似性系數(shù)和貢獻率評價對比實驗中不同異常腦區(qū)結(jié)果的相似程度,并針對層間時間校正、標準空間模板的選擇、去線性漂移、頻域濾波、均一化方法、空間平滑核大小、多重比較校正等七個在數(shù)據(jù)預(yù)處理和統(tǒng)計分析中存在的不確定性因素進行了多組對比實驗。通過對比分析發(fā)現(xiàn)，ReHo算法對fMRI時間序列低通濾波的頻段選擇最為敏感，對比實驗中DC值僅為0.67，在數(shù)據(jù)處理過程中需要格外注意信號頻段的選取；空間平滑核的取值不同也會對結(jié)果造成較大的差異；而去

5、線性漂移對實驗結(jié)果的影響最小，對比實驗中DC值達到0.89。
　?。?）利用類內(nèi)相關(guān)系數(shù)評價不同長度的fMRI時間序列數(shù)據(jù)計算得到的ReHo值之間的相似關(guān)系，實驗結(jié)果表明，隨著時間長度從1分鐘增大到6分鐘，ICC均值從0.46到0.96單調(diào)遞增；當時間長度為3分鐘及以上的時候，smReHo值趨于穩(wěn)定，這與已有文獻中的研究結(jié)果類似。另外，對比分析了不同時間長度fMRI數(shù)據(jù)的選擇對計算得到的異常腦區(qū)結(jié)果的影響，對比結(jié)果表明：當時間長度

6、越長的時候，ReHo算法計算得到的異常腦區(qū)相對越多，而無論時間長或短，在枕中回都會發(fā)現(xiàn)異常。
　?。?）對比分析了三組不同鄰域大小的選擇對ReHo算法計算所得異常腦區(qū)的影響，結(jié)果表明，當待計算體素的鄰域選擇越大時，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確位置，為進一步的治