基于功能磁共振的脑功能连接分析及在癫痫病理中的应用

论文摘要

功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI）是一种探测脑功能的新技术。它具有无创伤性、无放射性、较高的时间和空间分辨率及可多次重复操作等优势。fMRI已成为现今进行脑科学和生命科学研究的重要工具。脑的功能具有两个基本的组织原则:功能分化与功能整合。人脑总是作为一个复杂网络完成其功能的。因此,从网络的角度研究人脑的功能非常必要。静息fMRI的研究考察基于血氧水平依赖（blood-oxygen level dependent, BOLD）的fMRI信号中低频成分的同步性,从功能整合的角度研究脑区之间的功能连接（functional connectivity）。本文旨在利用静息fMRI技术,研究人脑的功能网络,并研究在癫痫的病理条件下脑功能网络是否发生异常。具体研究内容和取得的创新之处如下:1.提出了基于回归分析的脑功能连接检测方法,通过仿真数据和临床fMRI数据分析验证了回归分析在探测脑功能连接方面的有效性及可靠性。2.利用静息fMRI的功能连接分析,提取并验证了正常被试静息时脑默认功能网络的存在。研究结果进一步支持了正常人脑静息时存在有组织的功能网络。3.首次在静息状态下从功能整合的角度研究了颞叶癫痫（temporal lobe epilepsy, TLE）的后扣带回功能网络异常模式。研究发现,与正常人相比,TLE患者静息时海马、颞极、额叶、颞叶、丘脑及楔前叶等脑区与后扣带回的功能连接增强。研究结果表明了TLE患者的固有脑功能组织模式有可能出现紊乱。这一研究将有助于从脑功能的角度了解癫痫患者某些临床症状的发病机理,为今后癫痫诊治的发展提供一定的帮助。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究工作及创新点
• 1.4 本文主要结构
• 第二章 功能磁共振成像原理与技术
• 2.1 功能磁共振成像原理及应用
• 2.1.1 基于BOLD 的功能磁共振成像原理
• 2.1.2 功能磁共振成像应用
• 2.2 功能磁共振成像的实验设计
• 2.2.1 组块设计
• 2.2.2 事件相关设计
• 2.3 功能磁共振成像的数据处理与分析
• 2.3.1 功能数据的空间预处理
• 2.3.2 功能数据的分析
• 2.3.3 功能数据可视化方法
• 2.4 本章小结
• 第三章 脑功能连接
• 3.1 功能连接的基础知识
• 3.1.1 基本定义
• 3.1.2 常用研究方法
• 3.2 有限冲激响应低通滤波器的设计
• 3.2.1 设计思路
• 3.2.2 常用的窗函数
• 3.2.3 窗函数设计FIR 低通滤波器
• 3.2.4 滤波效果
• 3.3 基于回归分析的脑功能连接研究方法
• 3.3.1 数学基础
• 3.3.2 SPM 中的回归分析
• 3.3.3 仿真数据分析
• 3.3.4 真实数据分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于功能连接的正常人脑默认功能网络研究
• 4.1 负激活的基础知识
• 4.1.1 负激活的概念
• 4.1.2 负激活产生的两种情况
• 4.1.3 负激活的血流动力学变化
• 4.1.4 负激活的生理本质
• 4.2 脑默认功能网络
• 4.2.1 脑默认功能网络存在的证据
• 4.2.2 脑默认功能网络的特点
• 4.2.3 脑默认功能网络的功能意义
• 4.2.4 脑默认功能网络的临床应用
• 4.3 实验对象与实验设计
• 4.3.1 实验对象
• 4.3.2 实验设计
• 4.4 数据预处理
• 4.5 数据分析
• 4.5.1 滤波
• 4.5.2 感兴趣区选择
• 4.5.3 功能连接分析
• 4.5.4 实验结果
• 4.5.5 实验分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于功能连接的颞叶癫痫脑默认功能网络研究
• 5.1 癫痫的基本知识
• 5.1.1 癫痫及分类
• 5.1.2 癫痫的发病机制
• 5.1.3 癫痫的解剖学基础
• 5.2 研究对象与数据采集
• 5.2.1 研究对象
• 5.2.2 数据采集
• 5.3 数据预处理
• 5.4 数据分析
• 5.4.1 滤波
• 5.4.2 感兴趣区选择
• 5.4.3 功能连接分析
• 5.4.4 组分析
• 5.5 实验结果
• 5.6 实验分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本论文工作总结
• 6.2 对今后工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文