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

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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，以及人們對自身健康的重視，越來越多的人愿意接受磁共振這種檢查方式。同時，由于磁共振成像對人體沒有任何傷害，安全、成像快速、空間分辨率高等特點使其也成為了科學研究的一項重要手段之一。特別是在腦科學方面，磁共振成像有著極其廣泛的作用。磁共振是一個相對較新的事物，其成像相對X光、腦電等其他成像方法更加復雜，導致對腦部磁共振數(shù)據(jù)的處理分析也異常復雜。所以如果沒有經(jīng)過比較完善的培訓，很難對磁共振數(shù)據(jù)進行處理分析。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。各種成像序列有著不同的側(cè)重點，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弛豫時間和T2弛豫時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)時間，它能清晰顯示解剖細節(jié)。而T2加權(quán)像采用長TR(1800～2500ms)和長TE(40～90ms)時間，對檢出水腫很敏感。其中TR是指脈沖序列重復時間，TE是回波時間。一般來說頭部T2加權(quán)圖像由于其對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。目前國際上，對于T1加權(quán)像的使用主要是以下兩個方面：一是，用于支撐材料[1]。因為其組織清晰度高，所以在做配準處理的時候精確度也就很高。在計算全腦功能網(wǎng)絡(luò)等的時候，就常用T1像作為一個中間參考，將標準腦區(qū)模板配準到個體功能像上。基于體素的形態(tài)測量學（Voxelbasedmorphometry，VBM）研究。首先將個體的T1圖像標準化到標準模板；接著采用不同的算法將大腦圖像分割成灰質(zhì)，白質(zhì)，腦脊液三個部分；然后將分

4、割后的圖像進行平滑，這樣平滑后的圖像更接近正態(tài)分布，其中每個體素的信號來自于其本身和周邊體素的加權(quán)平均；最后使用統(tǒng)計參數(shù)圖（StatisticalParametricMapping，SPM）等軟件進行統(tǒng)計分析，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)的大小作為一個指標，考察其是否與某些臨床指標或者認知量表相關(guān)[2,3]。.皮層厚度（Corticalthickness）研究。根據(jù)解剖模板，將個體T1圖像進行分割，得到每個皮層的厚度信息，然后將每個被試皮層厚度作為一個指標，與其他皮層的厚度算一個相關(guān)值。某兩個皮層厚度的相關(guān)值大，

5、可以認為這兩個皮層有著比較相同的營養(yǎng)模式以及激活水平，所以可以推斷這兩個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是一種通過考量與大腦活動相關(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[6]。其大致原理是，神經(jīng)激活時，氧合血紅蛋白的局部聚集會提高局部的磁敏感性，從而導致T2*信號的增強。不過BOLD信號相對于刺激有延遲（圖1-2）。同時因為受血流變化的影響，BOLD

6、信號相對于原始神經(jīng)信號也有延遲，并且會被噪聲化[7]。對于fMRI實驗的設(shè)計主要涉及兩種方式，一種是靜息態(tài)，一種是任務態(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行功能磁共振掃描的實驗；任務態(tài)就需要受試者按照要求完成一些任務或者給一定的反饋。當然靜息態(tài)可以看作是一種特殊的任務態(tài)。對于任務態(tài)fMRI的數(shù)據(jù)處理主要關(guān)注人腦在完成不同任務時與靜息時大腦激活模式的差異。第二章開發(fā)平臺介紹以及主界面設(shè)計2.1開發(fā)平臺介紹MATLAB，是Mathatlab在圖像處理，統(tǒng)計分析等領(lǐng)域有著極大的優(yōu)勢。MRI數(shù)據(jù)處理涉及到很多矩陣運算以及信號的處理。如果用其他平臺

7、如C#等開發(fā)此系統(tǒng)可能會在界面設(shè)計上更占優(yōu)勢，但是在數(shù)據(jù)處理效率方面卻大大的落后于Matlab。同時，此系統(tǒng)的核心在于計算，而非管理，所以并不需要很復雜的系統(tǒng)架構(gòu)和業(yè)務邏輯。此系統(tǒng)也不需要和網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等系統(tǒng)進行信息交換，沒有必要使用VisualStudio等大型軟件開發(fā)平臺?；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)的計算、通過讀取纖維束追蹤

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