基于MRI的大鼠脑皮层厚度测量方法研究

摘要

大脑皮层是包裹在大脑外侧由神经细胞胞体组成的连通皮状结构，是人体调节机能的最高级部位，是人类抽象思维和意识活动的物质基础。皮层厚度是大脑皮层一个重要的形态学指标，会随着大脑的发育、老化以及病理改变，在相应区域出现某些变化，因此被广泛用于研究神经生理相关疾病和大脑的生长发育。随着核磁共振成像(RMI）技术的发展，基于MR图像的皮层厚度测量和分析已经成为脑科学重要的研究手段。
　　动物实验在脑科学研究中占有重要的地位，特别是大鼠具有繁殖能力强、实验周期短、易于做成疾病模型及跟人类基因相近等优点，成为各研究机构进行动物脑实验的首选，但目前还没有成熟的用于大鼠的脑皮层厚度测量方法。
　　本文将大鼠脑部MR图像分割、拉普拉斯方程法测量厚度、逐像素统计分析相结合，建立一套自动测量并分析大鼠脑皮层厚度的方法，并利用模拟和真实数据对该方法进行了准确性和有效性验证。本文的主要工作有:
　　(1)采用基于地图集反向配准的方法提取大鼠脑皮层结构，在原始个体空间测量皮层厚度，与传统方法相比，保存了个体差异性，提高了测量精度，增强了组间皮层厚度差异的识别能力。
　　(2)采用拉普拉斯方程法测量皮层厚度，并基于大鼠脑皮层第三边界的特殊情况，提出欧拉-偏微分方程法分类计算皮层厚度，即保证了计算精度，又提高了运算效率。
　　(3)将SPM的逐像素分析方法用于皮层厚度图，解决不同个体之间解剖位置对应问题，实现逐像素皮层厚度分析(VBCT)，并用大鼠MR图像对整个皮层厚度测量分析平台进行评估。
　　本文基于MR图像建立大鼠脑皮层厚度的测量分析方法，为鼠脑实验提供方便有效的数据处理及分析手段，以期为脑科学研究尽一份绵薄之力。

目录

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摘要

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缩略语对照表

1 引言

1．1 大脑皮层介绍

1．2 皮层厚度的意义

1．3 论文主要工作及创新点

1．4 论文的组织结构

2 MR脑图像的分割方法

2．1 磁共振成像技术

2．1．1 磁共振成像技术的历史

2．1．2 磁共振成像的物理原理

2．1．3 磁共振成像的特点

2．2 常用医学图像分割方法

2．2．1 基于分类的分割方法

2．2．2 基于区域的分割方法

2．2．3 基于边界的分割方法

2．2．4 其他分割方法

2．3 本文采用的分割算法

2．3．1 基于地图集提取大脑皮层

2．3．2 采用基于地图集方法的原因

3 大鼠脑皮层厚度测量

3．1 皮层厚度的传统数学定义

3．2 拉普拉斯方程法原理介绍

3．3 拉普拉斯方程法计算过程

3．3．1 求解拉普拉斯方程得到势能场

3．3．2 求解单位切向量场

3．3．3 求解皮层厚度

3．4 改进的皮层厚度计算方法

3．4．1 第三边界定义

3．4．2 第三边界的优点及其带来的问题

3．4．3 分类求解皮层厚度

3．5 皮层厚度计算的准确性验证

3．5．1 模拟三维图像建立

3．5．2 模拟图像厚度测量

3．5．3 厚度测量结果评价

4 逐像素皮层厚度分析方法

4．1 VBM分析方法介绍

4．2 大鼠脑图像的VBCT分析

4．3 大鼠脑图像VBCT分析方法的评估

4．3．1 大鼠脑模拟图像建立

4．3．2 VBCT数据处理流程

4．3．3 结果与讨论

5 总结和展望

5．1 工作总结

5．2 工作展望

参考文献

个人简介及在学期间发表的学术论文

致谢