多发性硬化症的大脑结构网络研究

摘要

近些年，随着影像科学及基于图论的复杂网络研究的发展，以及神经疾病患者人数的不断增加，人脑网络的研究吸引了越来越多的科研人员。而核磁共振作为一种无创的、无辐射的成像技术，在人脑结构网络和功能网络的研究中已经得到了越来越广泛的应用。扩散加权磁共振的出现，快速推动了大脑结构网络研究的发展，因为该技术能够对大脑的白质纤维束进行无创的追踪。 本研究正是利用图论方法对多发性硬化症(MS)患者大脑结构网络的一些参数、社区划分等特性进行相关的研究，从而揭示多发性硬化症对不同脑区、脑白质神经纤维束以及脑网络拓扑结构的损伤，帮助人们认识多发性硬化症的发病机理、病因，为多发性硬化症的诊断和治疗提供有益的指导。 本研究收集并分析了20名健康人和20名MS患者的相关的影像数据(DWI、T1)。首先使用所获得的影像数据来构建健康对照组和患者组的大脑结构网络，然后分别对大脑结构网络中的Hub节点、模块化特性、网络参数等数据进行相关的分析研究，从而来探索MS患者组大脑结构网络相对于健康对照组发生的改变。 本研究结果主要包括:(1)MS患者组大脑结构网络中的Hub节点已经发生了显著的改变，部分健康对照组中的Hub节点在患者组脑网络中的重要性明显下降，而部分在健康对照组中重要性较弱的节点在患者组中的重要性显著增加;(2)MS患者组的模块化特性从宏观角度来看和健康对照组没有明显的区别，但本研究发现，MS患者组和健康对照组相比较，模块的内部组成结构已经发生了改变;(3)MS患者组的脑网络在全局参数上和健康对照组相比较没有出现明显的差异。 结果表明，MS患者相对于健康人来说，其大脑结构网络已经发生了改变，目前从大脑结构网络的角度对MS疾病进行相关分析的研究还相对较少，通过对MS患者大脑结构网络的探索，本研究期望能为MS疾病的诊断治疗提供有力的支撑作用。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1磁共振成像技术的发展

1．2大脑结构网络的发展状况

1．3多发性硬化症(Multiple Sclerosis，MS)疾病的研究现状

1．4本文研究内容概述

第2章基于扩散加权成像的MS患者大脑结构网络构建

2．1引言

2．2材料和方法

2．2．1研究对象

2．2．2影像数据的采集

2．2．3大脑结构网络的构建过程分析研究

2．3结果

2．4讨论

2．5本章小结

第3章MS患者脑网络中Hub节点的研究分析

3．1引言

3．2材料和方法

3．2．1 Hub节点的确定方法

3．2．2八种节点重要性指标的显著性差异分析研究

3．3结果

3．3．1 MS患者大脑结构网络中Hub节点的变化

3．3．2八种重要性指标显著性差异分析结果

3．4讨论

3．4．1 MS患者Hub节点变化结果的分析与讨论

3．4．2八种重要性指标中存在显著性差异的节点的分析讨论

3．5本章小结

第4章MS患者大脑结构网络模块化研究

4．1引言

4．2材料和方法

4．2．1 大脑结构网络中社团的发现方法研究

4．3结果

4．3．1 Fast-Newman算法MS疾病患者脑结构网络的社区变化结果

4．3．2 Louvain算法MS疾病患者脑结构网络的社区变化结果

4．3．3 Fast-Newman算法下小世界网络和随机网络社区划分的结果

4．3．4算法Louvain下小世界网络和随机网路的社区划分结果

4．4讨论

4．4．1 MS疾病患者脑网络中社区结构是否发生改变的分析讨论

4．4．2 小世界特性网络和随机网络社区结构对比结果的分析讨论

4．5本章小结

第5章MS患者大脑结构网络中重要网络参数的研究

5．1引言

5．2材料和方法

5．2．1小世界网络简介

5．2．2 MS患者组和健康对照组6种全局网络参数的差异研究

5．2．3邻接矩阵的显著性差异研究

5．3结果

5．3．1 六种全局网络参数的计算结果

5．3．2邻接矩阵显著性差异计算结果

5．4讨论

5．4．1 六种全局网络参数显著性差异研究结果的讨论与分析

5．4．2邻接矩阵显著性差异研究结果的讨论与分析

5．5本章小结

6．1本文总结

6．2工作展望

致谢

参考文献

附录