静息状态之脑功能磁共振成像的方法学及临床应用研究

摘要

大量功能磁共振成像(fMRI)的研究表明，人脑在静息状态下存在着一种低频涨落。尽管目前并不清楚它的生理意义，但是它与人脑静息状态的脑功能以及某些疾病的病理生理有着密切的关系。本文以重大神经和精神疾病的临床应用及理解脑的复杂性为目标，以静息状态的fMRI新方法研究为突破口，主要研究工作包括功能连接、局部一致性以及在阿尔茨海默氏症研究中的临床应用。 功能连接是脑功能影像研究中的一项极其重要的内容。本文提出了一种基于图论的多脑区功能连接网络新模型。该模型将脑区看作网络中的节点，节点之间的线段看作脑区间的连接。模型充分考虑了多个脑区间的相互作用，突破了传统的功能连接研究中常常只分析成对区域之间连接强度的限制，更加符合脑的工作机理和生理学解释。采用该模型，我们研究了人脑的运动网络从静息到运动状态的调控情况。结果发现，初级运动区和小脑在两种状态的转变过程中功能连接发生了显著的变化，这一发现对于揭示人脑的运动工作机理具有非常重要的意义。此外，我们第一次利用信息整合的观点，从功能连接的角度分析了不同利手小脑静息状态的功能连接网络差异，结果发现差异主要体现在具有高级功能的脑区上，该研究为左右利手的脑机制探讨提供了重要证据。 局部一致性(ReHo)是一种fMRI数据分析的新假说。在我们原有的这项工作基础上，本文首先利用ReHo检测到人脑的默认网络，所得结果与先前基于种子区域检测到的网络具有很大的一致性。其次，我们将ReHo和脑的功能连接相结合，开辟了一种研究人脑静息状态功能连接网络的新思路。传统的功能连接分析中，种子区域的选择只能采用基于先验的解剖知识或激活图，没有考虑静息状态数据的属性。我们利用ReHo分析将静息状态的数据属性引入到种子区域的选择上，进而对种子区域进行静息状态的功能连接分析。 我们将上面建立的基于静息状态的fMRI新方法，应用于阿尔茨海默氏症患者的研究中，结果发现病人扣带回后部局部一致性显著降低，这暗示了该区域第i页静息状态的低频涨落度量可能成为该病临床前期诊断及药物评价等的重要生物学指标。与正电子发射断层扫描技术和基于任务fMRI的阿尔茨海默氏症研究相比，我们这种基于静息fMRI的方法具有无损伤性、无放射性、低费用及简便性等优点。最后，本文所建立的所有研究方法可推广到认知神经科学及神经精神病学各个领域。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

独创性声明和关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1引言

1.2静息状态的脑功能磁共振成像研究现状

1.2.1基于BOLD的脑功能磁共振成像概述

1.2.2静息状态的功能磁共振成像简介

1.2.3低频涨落(LFFs)及其生理基础

1.2.4低频涨落(LFFs)常用分析方法

1.2.5低频涨落(LFFs)应用现状

1.3本文的主要贡献

1.3.1基于静息状态的功能连接

1.3.2基于静息状态的局部一致性分析

1.3.3基于静息状态功能磁共振成像的阿尔茨海默氏症研究

1.4本文的组织结构

第二章功能连接

2.1基础知识

2.1.1背景介绍

2.1.2基本定义

2.1.3常用方法

2.2基于图论的多脑区功能连接运动网络调控

2.2.1背景介绍

2.2.2基于图论的多脑区功能连接网络调控模型

2.2.3实验设计

2.2.4数据预处理

2.2.5数据分析

2.2.6实验结果和分析

2.3基于功能连接的利手研究

2.3.1背景介绍

2.3.2实验设计

2.3.3数据预处理

2.3.4数据分析

2.3.5实验结果和分析

2.4 小结

第三章局部一致性

3.1基础知识

3.1.1背景介绍

3.1.2基本定义

3.2基于局部一致性的默认网络检测

3.2.1背景介绍

3.2.2实验设计

3.2.3数据预处理

3.2.4数据分析

3.2.5实验结果和分析

3.3基于局部一致性和相关分析的功能连接网络检测

3.3.1背景介绍

3.3.2实验设计

3.3.3数据预处理

3.3.4数据分析

3.3.5实验结果和分析

3.4 小结

第四章静息状态的功能磁共振成像在阿尔茨海默氏症的应用研究

4.1引言

4.2实验设计

4.3数据预处理

4.4数据分析

4.4.1局部一致性分析

4.4.2脑萎缩检测

4.4.3脑萎缩校正

4.4.4关联分析

4.5实验结果和分析

4.6小结

第五章结束语

参考文献

作者简介

作者在攻读博士学位期间的研究成果

致谢