磁共振弥散张量成像在内侧颞叶癫痫中的应用研究

摘要

癫痫是一种常见的中枢神经系统疾病，其生理特征表现为神经元放电的异常兴奋和神经元活动的同步性增高，神经元放电的异常兴奋可导致局部脑组织的微环境发生变化，从而引起水分子的弥散运动发生变化。利用磁共振弥散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)可以提取、描述以及研究水分子的弥散各向异性，可以为癫痫的病理生理机制研究提供一种安全而有效的研究手段。
　　本文研究的癫痫类型为内侧颞叶癫痫（mesial Temporal Lobe Epilepsy, mTLE），其特征性病理基础是海马硬化，常规的影像学检查很难观察到与其症状相关的大脑结构异常情况，严重影响mTLE患者的临床诊断和治疗。由于海马神经元丧失，造成细胞间隙的增宽，从而改变水分子弥散运动程度，导致弥散各向异性和平均弥散系数的改变。因此，通过对DTI数据进行处理，可以获得mTLE患者结构形态受损区域的相关检测参数。本研究旨在通过3D T1结构像和DTI对mTLE患者进行多模态分析，结合灰质和白质两方面来观察mTLE患者大脑结构的异常改变。论文主要研究内容如下：
　　1.本研究采用偏微分方程(Partial Differential Equation, PDE)方法对DTI图像进行去噪处理。在P-M模型基础上，建立了选择性平滑扩散、定向扩散、四阶偏微分及全变分四种模型，分别对原始DTI图像和FA彩色张量图进行去噪，同时采用Tukey双权函数进行校正和性能测试。实验发现基于偏微分方程的图像去噪可以对图像进行连续域的建模，使得图像模型不依赖于图像边缘而得到了简化，操作快、精确而且稳定。
　　2.本研究采用了一种优化的基于体素形态学(Voxel-Based Morphometry, VBM)的数据处理方法，对mTLE患者进行灰质结构形态研究。所采用的优化算法能够对全脑体素逐一进行对比分析，可以检测出大脑灰质组织的局部差异，更加精确地探测脑灰质体积和密度的变异情况，从而客观、全面地来评价相应神经解剖结构的形态学差异。结果发现mTLE患者大脑的灰质结构形态学异常，双侧颞叶、双侧额叶、双侧丘脑的灰质体积比正常人低。
　　3.本研究采用基于纤维束追踪的空间统计（Tract-Based Spatial Statistics，TBSS）数据处理方法进行纤维追踪，对mTLE患者进行脑白质完整性的变异研究，并将灰质体积萎缩脑区和白质存在异常的纤维束进行空间相关分析。结果发现，mTLE患者的白质纤维束在脑干纤维、投射纤维、连合纤维、联络纤维和边缘系统纤维中存在不同程度异常；此外mTLE患者灰质和白质异常脑区有较高的相关系数和较强的空间分布一致性，尤其是在边缘系统。

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图表清单

缩略词

第一章 绪 论

1.1本研究的意义与目的

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

1.4本文章节结构

第二章 癫痫的基础理论及磁共振弥散张量成像

2.1癫痫的基础理论

2.2 mTLE的病生机制

2.3基于弥散张量的mTLE病理生理学分析

2.4弥散张量成像基本原理

2.5本章小结

第三章 磁共振弥散张量成像正则化研究

3.1磁共振弥散张量成像的噪声分析

3.2偏微分方程的基本概念

3.3 DTI的去噪模型的建立

3.4PDE图像去噪实验仿真

3.5结果分析

第四章 基于体素的形态学方法的应用研究

4.1VBM基本原理

4.2数据采集

4.3 数据处理

4.4数据的处理结果

4.5结果讨论

4.6本章小结

第五章 基于纤维束追踪空间统计方法的应用研究

5.1TBSS基本原理

5.2数据采集

5.3数据处理

5.4数据的处理结果

5.5讨论

5.6 本章小结

第六章 总结和展望

6.1工作总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文