matlabgui理念之腦部核磁共振數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析概述

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1、MatlabGUI理念之腦部核磁共振數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析概述-->第一章緒論隨著磁共振技術(shù)的發(fā)展，人們生活水平的提高，以及人們對(duì)自身健康的重視，越來(lái)越多的人愿意接受磁共振這種檢查方式。同時(shí)，由于磁共振成像對(duì)人體沒(méi)有任何傷害，安全、成像快速、空間分辨率高等特點(diǎn)使其也成為了科學(xué)研究的一項(xiàng)重要手段之一。特別是在腦科學(xué)方面，磁共振成像有著極其廣泛的作用。磁共振是一個(gè)相對(duì)較新的事物，其成像相對(duì)X光、腦電等其他成像方法更加復(fù)雜，導(dǎo)致對(duì)腦部磁共振數(shù)據(jù)的處理分析也異常復(fù)雜。所以如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)比較完善的培訓(xùn)，很難對(duì)磁共振數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。1.1腦部磁共振成像數(shù)據(jù)處理方法概況磁共振成

2、像具有成像序列多的特點(diǎn)。各種成像序列有著不同的側(cè)重點(diǎn)，甚至是不同的圖像形式，因此，其數(shù)據(jù)處理的方法也是多種多樣的。1.1.1高分辨率結(jié)構(gòu)磁共振成像根據(jù)T1弛豫時(shí)間和T2弛豫時(shí)間可以分別采集得到高分辨率T1像和T2像。T1、T2像的掃描序列都屬于自旋回波序列。T1加權(quán)像采用短TR(300～1000ms)和短TE(10～30ms)時(shí)間，它能清晰顯示解剖細(xì)節(jié)。而T2加權(quán)像采用長(zhǎng)TR(1800～2500ms)和長(zhǎng)TE(40～90ms)時(shí)間，對(duì)檢出水腫很敏感。其中TR是指脈沖序列重復(fù)時(shí)間，TE是回波時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)頭部T2加權(quán)圖像由于其對(duì)病灶敏感的特性一般用于醫(yī)療診

3、斷（圖1-1左,T2圖像用于癲癇診斷示例）。而大腦T1加權(quán)像能夠清晰地顯現(xiàn)出解剖結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)（圖1-1右），除了醫(yī)療診斷之外，更多的用于科研目的。目前國(guó)際上，對(duì)于T1加權(quán)像的使用主要是以下兩個(gè)方面：一是，用于支撐材料[1]。因?yàn)槠浣M織清晰度高，所以在做配準(zhǔn)處理的時(shí)候精確度也就很高。在計(jì)算全腦功能網(wǎng)絡(luò)等的時(shí)候，就常用T1像作為一個(gè)中間參考，將標(biāo)準(zhǔn)腦區(qū)模板配準(zhǔn)到個(gè)體功能像上?；隗w素的形態(tài)測(cè)量學(xué)（Voxelbasedmorphometry，VBM）研究。首先將個(gè)體的T1圖像標(biāo)準(zhǔn)化到標(biāo)準(zhǔn)模板；接著采用不同的算法將大腦圖像分割成灰質(zhì)，白質(zhì)，腦脊液三個(gè)部分；然后將分

4、割后的圖像進(jìn)行平滑，這樣平滑后的圖像更接近正態(tài)分布，其中每個(gè)體素的信號(hào)來(lái)自于其本身和周邊體素的加權(quán)平均；最后使用統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖（StatisticalParametricMapping，SPM）等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以得到兩組或多組被試大腦組織結(jié)構(gòu)體積上的差異。也可以將某一位置灰質(zhì)白質(zhì)的大小作為一個(gè)指標(biāo)，考察其是否與某些臨床指標(biāo)或者認(rèn)知量表相關(guān)[2,3]。.皮層厚度（Corticalthickness）研究。根據(jù)解剖模板，將個(gè)體T1圖像進(jìn)行分割，得到每個(gè)皮層的厚度信息，然后將每個(gè)被試皮層厚度作為一個(gè)指標(biāo)，與其他皮層的厚度算一個(gè)相關(guān)值。某兩個(gè)皮層厚度的相關(guān)值大，

5、可以認(rèn)為這兩個(gè)皮層有著比較相同的營(yíng)養(yǎng)模式以及激活水平，所以可以推斷這兩個(gè)皮層可能也有著比較相近的功能[4,5]。1.1.2功能磁共振成像（Functionalmagicresonanceimaging，fMRI）fMRI是一種通過(guò)考量與大腦活動(dòng)相關(guān)的血流變化的磁共振方法。其所依賴的理論基礎(chǔ)是神經(jīng)元的活動(dòng)與大腦的血流存在著一定的正相關(guān)性。SeijiOgaRI用以研究的主要指標(biāo)[6]。其大致原理是，神經(jīng)激活時(shí)，氧合血紅蛋白的局部聚集會(huì)提高局部的磁敏感性，從而導(dǎo)致T2*信號(hào)的增強(qiáng)。不過(guò)BOLD信號(hào)相對(duì)于刺激有延遲（圖1-2）。同時(shí)因?yàn)槭苎髯兓挠绊?，BOLD

6、信號(hào)相對(duì)于原始神經(jīng)信號(hào)也有延遲，并且會(huì)被噪聲化[7]。對(duì)于fMRI實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)主要涉及兩種方式，一種是靜息態(tài)，一種是任務(wù)態(tài)。所謂靜息態(tài)就是受試者在身體放松大腦放空的情況下進(jìn)行功能磁共振掃描的實(shí)驗(yàn)；任務(wù)態(tài)就需要受試者按照要求完成一些任務(wù)或者給一定的反饋。當(dāng)然靜息態(tài)可以看作是一種特殊的任務(wù)態(tài)。對(duì)于任務(wù)態(tài)fMRI的數(shù)據(jù)處理主要關(guān)注人腦在完成不同任務(wù)時(shí)與靜息時(shí)大腦激活模式的差異。第二章開發(fā)平臺(tái)介紹以及主界面設(shè)計(jì)2.1開發(fā)平臺(tái)介紹MATLAB，是Mathatlab在圖像處理，統(tǒng)計(jì)分析等領(lǐng)域有著極大的優(yōu)勢(shì)。MRI數(shù)據(jù)處理涉及到很多矩陣運(yùn)算以及信號(hào)的處理。如果用其他平臺(tái)

7、如C#等開發(fā)此系統(tǒng)可能會(huì)在界面設(shè)計(jì)上更占優(yōu)勢(shì)，但是在數(shù)據(jù)處理效率方面卻大大的落后于Matlab。同時(shí)，此系統(tǒng)的核心在于計(jì)算，而非管理，所以并不需要很復(fù)雜的系統(tǒng)架構(gòu)和業(yè)務(wù)邏輯。此系統(tǒng)也不需要和網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)等系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，沒(méi)有必要使用VisualStudio等大型軟件開發(fā)平臺(tái)?；诖丝紤]，將此系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境設(shè)定于Matlab。主界面按照左右分成兩個(gè)部分。左邊部分是用于fMRI數(shù)據(jù)處理的工具：網(wǎng)絡(luò)間相關(guān)分析（FNC）、選擇感興趣區(qū)（ROI）計(jì)算大腦相關(guān)網(wǎng)絡(luò)以及功能連接密度分析；右邊部分主要用于處理DTI數(shù)據(jù)，包括纖維束方向密度函數(shù)的計(jì)算、通過(guò)讀取纖維束追蹤

8、結(jié)果計(jì)算纖維束的微結(jié)構(gòu)信息（FA值MD值等）以及生成纖維束連接矩陣、對(duì)于連接矩陣