（生物医学工程专业论文）静态fMRI数据分析方法研究.pdf

东南人学硕士学位论文 a b s t r a c t n e u r o i m a g i n gh a sb d 7 o m e i n d i s p e n s a b l et o o lo f t h er e s e a r c ho nt h eb r a i n e s p e c i a l l yt h es t u d yo f n e u r o l o g ya n dp s y c h i a t r y c l i n i c a l l y ，n e u r o i m a g i n gi ss i g n i f i c a n tt ot h ee a r l yd i a g n o s i so fb l a i nd i s e a s e s a n dt h ee v a l u a t i o no f d r u g s f u n c t i o n a lm a g n e t i cr e s o n a n c 2i m a g i n g ( f m 刚) i ss of a rt h em o s tc o n l m o no n e o f n o n - i n v a s i v ed e t e c t i o nt e c h n o l o g i e si nv i v ob r a i n f u n c t i o n a lm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n gi sm a i n l ya p p l i e dt oi d e n t i f yt h ea c t i v a t i o na n 哪i nt h eb r a i n t h a ti s ，t od e t e c tt h ea c t i v a t i o na r o f s p e c i f i ct a s k st h r o u g hi t e r a t i v es t i m u l a t i o n t h i sk i n do fm e t h o di s b a s e do ng e n e r a ll i n e a rm o d e l ，a n d s u m e st h et i m er e s p o n s ec u r v eo f t h eb r a i nf o rs t i m u l a t i o ni na d v a n c e b u t , f o rs o m es p o n t a n e o u sn e t v ea c t i v i t yl i k et h ed i s c h a r g eo fe p i l e p s y , f m r ib a s e do nt a s k sc a nn o tf i n d t h ee p i l e p s yf o c u s ，b e c a u s et h eh e m o d y n a m i cr e s p o n s eo ft h i sr e a c t i o ni s a n k n o w l l r e s t i n g - s t a t ef m r i c o m p l e t e l yd i v o r c e df r o mt h et r a d i t i o n a ls i g n a lp r o c e s s i n gm o d e l so f s t i m u l a t i o n - r e s p o n s e i tn e e d sn o ta n y t a s ks t i m u l a t i o n , a n di tc a r lb er e s e a r c h e do ns p o n t a n e o u sn e r v ea c t i v i t i e s r e s t i n g - s t a t ef m r ih a sa v e r y g o o dv a l u ei nt h ed e t e c t i o no ft h ee p i l e p s yf o c u sa n dt h er e s e a r c ho nf u n c t i o n a lc o n n e c t i v i t yo fb r a i n i = , t w e f f i in o r m a ls u b j e c t sa n da b n o r m a ls u b j e c t s t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h ed e t e c t i o no ft h ee p i l e p s yf o c u sa n dt h ed i a g n o s i so fm i l dc o g n i t i v e i m p a i r m e n tb yr e s t i n g - s t a t ef m r i t h r o u g ht h ed e e ps t u d yo fm e t h o d so fr e s t i n g - s t a t ef m r id a t aa n a l y s i s , w ee x p l o r et h en e wm e t h o d si nf m r ir e s e a r c ha n dc l i n i c a la p p l i c a t i o n s t h i sd i s s e r t a t i o nr e s e a r c h st h em e t h o do ft i m ec l u s t e r i n ga n a l y s i s ，a n do p t i m i z e st r a d i t i o n a lm e t h o d s o f t i m ec l u s t e r i n ga n a l y s i s t h em e t h o dg e t sg r a ym a t t e rd a t ab ys e g m e n t i n gf m r ii m a g e ，t h e na n a l y s et h e g r a ym a t t e rd a t a , w h i c hc a ng r e a t l yr e d u c eb a c k g r o u n dn o i s ea n dt h ea m o u n to f c o m p u t a t i o n t h ea c t i v a t i o no fp i x e l si np o s t e r i o rc i n g n l a t e dc o r g id e c r e a s e si nt h et i m eo ft h ed i s c h a r g eo f e p i l e p s y t h a ti s an e g a t i v ec o r r e l a t i o nc h a r a c t e r i s t i cb e t w e e nt h et i m ec o u r o fp i x e l si np o s t e r i o r c i n g u l a t ec o r t e xa n dt h et i m ec o u r s eo fp i x e l sc a u s e de p i l e p s y t h i sd i s s e r t a t i o np r e s e n t sam e t h o do f n e g a t i v ec o r r e l a t i o na n a l y s i sb a s e do np o s t e r i o rc i n g u l a t ec o r t e x , a n da p p l i e si tt oa n a l y s i sr e s t i n g - s t a t e f m r id a t ao f e p i l e p t i c w ef i n dt h ee p i l e p s yf o c u s o nt h i sb a s i s ，w ec h o o s et h es i g n a lp r o c e s s i n gm e t h o d b a s e do nw a v e l e tt h r e s h o l dt or e m o v et h en o i s eo f f m r is i g n a l i ti m p r o v e st h ea c c u r a c yo f d e t e c t i o no f t h e e p i l e p s yf o c u s w er e s e a r c ht h em e t h o do fr e g i o n a lh o m o g e n e i t y ，a n df i n dr e d u c t i o no ft h ea c t i v a t i o ni np o s t e r i o r c i n g u l a t ec o r t e xo fm i l dc o g n i t i v ei m p a i r m e n tp a t i e n ti nr e s t i n gs t a t et h r o u g hc o m p a r i n gn o r m a ls u b j e c t s w i t hm i l dc o g n i t i v ei m p a i r m e n ts u b j e c t s t h er e s u l tp r o v i d e se f f e c t i v er e f e r e n c ef o rt h ed i a g n o s i so fm i l d c o g n i t i v ei m p a i r m e n t t h i sd i s s e r t a t i o n p r e s e n t sam e t h o dc o m b i n i n gp r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i sa n di n d e p e n d e n t c o m p o n e n ta n a l y s i st o d e a lw i t hr e s t i n g - s t a t ef m r id a t a p r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i sc a ne f f e c t i v e l y l 芑m o v et h er a n d o mn o i s ea n dr e d u c et h ev o l u m eo fd j m , a n di n d e p e n d e n tc o m p o n e n t sa n a l y s i sc a ni d e n f i f y i i 捅要 e n de l i m i n a t ep h y s i o l o g i c a ln o i s eo f m u l t i l a y e rf m r id a t aa c c o r d i n gt o s p a t i a lc o r r e l a t i o nb a s e do nt h et i m e c o u r s eo fp h y s i o l o g i c a ln o i s e t h er e s u l ti sp e r f e c t ：t h i sm e t h o df i n d st h es a m ee p i l e p t i cf o c u sa st h e m e t h o do fn e g a t i v ec o r r e l a t i o na n a l y s i sb a s e do np o s t e r i o rc i n g u l a t ec o r t e x ；t h i sm e t h o de n dt h em e t h o do f r e g i o n a lh o m o g e n e i t yb o t hf i n dr e d u c t i o no ft h ea c t i v a t i o ni np o s t e r i o rc i n g u l a t ec o r t e xo fm i l dc o g n i t i v e i m p a i r m e n tp a t i e n ti nr e s t i n gs t a t e ，m o r e o v e r , t h i sm e t h o df i n d sr e d u c t i o no ft h ea c t i v a t i o ni nh i p p o c a m p i o f m i l dc o g n i t i v ei m p a i r m e n tp a t i e n ti nr e s t i n gs 招把 k e y w o r d s ：f u n c t i o n a lm a g n e t i cr c s o n a n c ei m a g i n g t e m p o r a lc l u s t e ra n a l y s i s ，r e g i o n a lh o m o g e n e i t y ， p o s t e r i o rc i n g n l a t ec o r t e x ，w a v e l e tt r a n s f o r m ，p r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s b ，i n d e p e n d e n tc o m p o n e n t a n a l y s i s ，f u n c t i o n a lc o n n e c t i v i t yo f b r a i n m 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名：三年叠盈日期：掣 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：私导师签名：霉二往日期：乏卜曲 第一章绪论 1 1 课题背景和研究意义 第一章绪论 中国是世界上人口最多的国家，人口与健康研究水平是事关我国国策和经济与社会可持续发展 的重人战略问题。进入2 1 世纪以来，我国在该领域面临着严峻的形势：人口基数大，疾病患者众多； 步入老龄化社会，老年保健和老年病的问题目趋严重：现代化进程加快导致社会心理压力加大。身 心疾患激增。因此，重人神经精神疾病的早期检测、诊断与预警的基础研究，已经成为当前一项十 分重要和紧迫的任务i l i 。 脑影像己成为脑科学研究，特别是神经精神病学研究不可或缺的t 具。在临床上，脑影像对脑 疾病的早期诊断及药物评价具有重要的意义。功能磁共振成像( f u n c t i o n a lm a g n e t i cf & o o n a l l i m a g i n g ，f m r i ) 技术是目前为i r 脑影像领域晟常h 的一种1 f 损伤性的活体脑功能检测技术。该技术 自问世以来在认知神经科学和临床神经科学方面己经取得了巨人的成就。使用功能磁共振成像技 术根据制定的特定实验任务，采集实验数据，能够对脑功能进行定量分析。在认知神经科学方面： 通过对脑功能检测的研究，可以确定从事特定任务的脑区，理解特定脑区的功能；通过对脑功能连 通性的研究，可以探索脑在不同任务卜形成的功能网络，更好的了解脑的 ：作机制等。在临床神经 科学领域：可以通过定位功能脑区进行手术前的定位；通过对正常人群和疚病患者脑功能区的检测、 功能连通网络的分析，发现疾病相关的异常，揭示疾病造成的脑功能异常尤其是没有明显器质性 病变的脑疾病。例如早期阿尔茨海默氏症( a l z h e i m e r sd i s e a s e ，a d ) ，以掌握疾病发病的规律和征 兆，为疾病的甲期检测提供域化指标，为病因和病理的研究提供依据。 一般来说f mr i 研究步骤可分为确定研究目的，制定实验方案、优化扫描序列、结构像扫描、 功能像扫描、数据获取、数据预处理、数据分析以及可视化显示等。通常情况f ，数据获取以前的 工作需要由各领域的研究人员特别是认知心理学研究者与医院影像室的l ：作人员共同完成，而之 后的j ：作需要数据分析工作者完成。本文更关注数据分析部分。数据分析部分可以根据研究者的研 究目的不同分为激活区检测，功能连通性等。当前绝人多数的研究集中丁对脑激活区的检测“，即 检测从事某一特定任务f 的脑区。尽管此类研究取得了许多重要的发现研究者们逐渐发现，这样 的研究存在着如f 严重问题：第一、由丁常_ i jf m r l 数据分析方法为基于一般线性模型1 4 j ( g e n e r a l l i n e a rm o d e ，g l m ) 的方法这种线性时不变假设的限制，多数有关脑功能磁共振的研究必须采用 反复的任务刺激。从认知神经科学的角度，研究人脑对复杂任务的解决同然重要，但复杂任务刺激 不利于临床应_ 【l j ，因为受试者的配合程度相差很人，如中晚期a d 患者及儿童等很难配合完成实验 任务。另外，基于一般线性模璎的方法需预先假设大脑对刺激的时间响虑曲线，对于饱食后大脑功 能反戍癫痫患者人脑的棘波发放等，g l m 方法无法处理由丁：这种反应的血流动力学响应未知， 不能推测出人脑的响应曲线形状。第二、多数研究都集中在孤立脑区的激活与否t 没有考虑脑区之 间的交互关系。如静息状态下，大脑各个脑功能区域存在着连通性，通过研究正常人群和疾病患者 末辫犬擘矮l ：学位论文 赫功能连透区域懿麓髯，霹鞋发现疾病造成驹的藏功能异常。 综上所述，对丁_ 蝴痫患者人脑的棘波发放、脑功能连通性等旗下g l m 方法有着局限性，由于 静态f m g l 完全脱离了传统的刺激一响廊的信号加i ：和数据处理模式，不需要任务刺激在致痫病 灶定位、正常人群和疾病患者的脑功能连通饿研究方面有很好的廊川价值。本文以检测致瘸病灶和 诊颤轻度认知障掰( m i l dc o g n i t i v ei m p a i r m c m ，m c ) 为g 振，以静态m r i 数据分析方法的研究为 突瑗霜，探索7 藏臻麓磁共振研究方洼学及葵 蠡藏癍玛豹耨逡缀。为难滚往瘴瘸患者手零澹疗秘诊 断m c i 提供帮助。遮也是本课题研究意义艇农。 1 2 研究现状 势态f m r i 辈撵被试老在嚣悫获态( 溥黧状态) 下豹扫接，鼗瓣，被凌毒麓在磁共援熬撼饺串， 全身放捡，不进孬酝何系统的恿考。由予静慧状态完全脱离了传统鲍捌激一赡应的信号搬+ l ：和数据 处理模式其数据分析直是功能磁共振方法学上的瓶颈。尽管如此静态f m r i 非常迸台临床的 研究，从静态数据挖般i 【出有h 的信息一直魁脑功能数据分析者麸同的目标。最近几年，静息状态的 研究己成为脑功能磁媳振成像领域的热点。w e i s s k o f f 6 1 等最早用谬分析研究了这种没有任务刺激的 b o l d ( b l o o do x y g e n a t i o n - l e v e ld e p e n d e n t ) 接弩。b i s w a l t j 等第一次鼹零了静患臻态的b o l d 萤号豹 振动在0 0 8 h z 。 传统的基予一般线性模帮的方法需预先假设大脑对刺激的时间响虑曲线，对于癫痫患者大脑的 棘波发放等，g l m 方法无法处理，由于这种反戍的血流动力学响施米知，不能推测出人脑的响应曲 线形状。而时间聚类分析方法( t e m p o r a lc l u s t e ra n a l y s i s ，t c a ) 魁一种数据驱动的数据处理方法， 不需要预先假设人脑螭虚的对阈曲线形式，v i c t o r i a l q 等用t c a 方法瓣癫瘸患者静态f m r i 数据进行 了分辑骚究。 臧玉蜂9 咚提出了简部一致性( r e g i o n a lh o m o g e n e i t y ，r e h o ) 方法。该方法觚实际数攒出发， 突破了传统的基于一般线性模型的假设。麒假设一个活动的功能耐内部不同体索的时间序列有一定 的相似性，且这种相似性在不同的任务状态”下会发生改变。臧玉峰p 1 等鹿州r e h o 方法梭测出对侧 钥级运动以及烈侧辅助运动嚣，而且r e h o 方法还发现同侧初级运动蕊的竭都一致性明箍增高。 贺隶”瓷r e h o 方法瘕鬻，静惠援态f 豹赫秘辘连遥挂臻究，褥捌黪怠状态f 熬脑功能凌遴瓣络； 独立成分分拆( i n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i s ，i c a ) 作为耪基于数据的分橱方法穗经被大 鬣应片 到f m r i 的研究中，以检测激活脑噬“。最近它也被用于检测静态f m r i 数据中的脑功能网 络 1 4 , 1 5 , 1 7 1 。m i c h a e l 婷_ l ；i 独立成分分析方法研究了正常人和a d 患者静息状态| 卜的脑功能连通区域 的筹剐1 1 8 1 。 f m r 对徽，j 、运旗缀敏感，这静噪声对粼像鹱鼍靛影晾较大，琴莰造藏缀戮蛙( f a l s ep o s i t i v e ) ， 帮漂声信号被当佟张经矮动信号，又霹能造成缀阴性( f a l s en e g a t i v e ) ，郄囊正匏耱经添渤僖号被噪 声所掩盖。需要通过抑制噪声将这两者都减小，从而识别出真止的神经活动信息。而时阐聚类分析 方法和局部一致性方法直接对静态f m r i 数据进行分析，可靠性较低。独立成分分析能将信号分解 为着干统计意义上拥飘独立的成分。但是，为了覆盖足够的脑空间，f m r i 常采川多层扫描方式采集 2 第一牵蔫论 数据e 由薛闫序列| 塞l 像的采样率低予熏联运动噪声，导致离额受瑗嗓声混叠到低颧成分，鹰独立 成分分析f m r i 数据侨无法基于频谱分析方法确定生理噪卢。冈此在崩独立成分分析分离f m r i 数据后，无法确定分离的信号是神经运动的信号还是生理噪声的储母。赦上述方法在处理f m r i 数 据时，没有考虑f m r i 倍号中的噪声因素，襻在一定的局限性。 1 3 磷究凑骞 本文以检测致痫瘸灶和诊断m c ! 为目标，以静态的f i r i 数据分析方法的研究为突破阴，主要 研究以下四个静态f m r i 数据分析方法；时间聚类分析方法、基于后扣带回的负相关分析方法、局 部一致性方法、独立成分分析方法。 将t c a 方法疯翊于致瘸褒霉圭捡裁磅究，囊手褥统静t c a 方漩齄理f m r i 数据掰鸯豹像素，导 教灵敏度降低，本文撤据神经活动主要发生我人脑灰质的特性，对传统静t c a 方法进行了优化处理， 仅对灰质部分的数据j e 行t c a 分析，这样w 夫人降低非激活像素谯t c a 曲线中形成的背景噪声。 也可以减少数据返锋嫩。但是由丁| 方法本身殿噪声的原因，此方法处理癫痫患者的静态f m r l 数据 效果比较差，不能裔散得到致瘸病灶。 寝据癫癫患者的黪态f m r i 数据申赢翔带麓( p o s t e r i o rc i n g u l a t ec o r t e x ，p c c ) 嚣域的像素 豹露闻过程拳污l 起癜糖发像静像素酵藤过程襻在受裙关的特性。撵穗静基于最孝拜荣霞熬受相关分 析算法t 弗基于小波的信号4 蚶值去嗓方法去除f m r i 信号中的嘴声。此方法分析癫瘸患者的静态 f m l u 数据取得比较好的效果得剑致瘸辅灶。由于并不是所有的癫瘸患者的静态f m 刚数据有此特 性。所以此方法不能适_ 【i ；| 于全部的癫痫患者静态f m r i 数据。 在藏玉峰l ，j 等墓竭部一致性的1 ：作基础上，籍局部一致蛀方法成蝎子致瘸病灶梭测，出于方 法本：努爱臻声瓣原闲，魏方法憝理蠢瘸意舞瓣静态黜r l 数据效聚铰筹，不链有效褥翻致瘸瘸娃。 但是通过瑚此方法研究l e 常入和m c i 患者的静态f b l r i 数据发现，m c i 患者的后扣带圃部位简部一 致性明显降低，此结粜可为诊断m c i 提供帮助。 运刚土成分分析( p r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s ，p c ) 和独崴成分分析相结合的方法分别研 究致瘸病姓定位和脑功能连通性。先刚士成分分析方法处理静态f m g ! 数据，达到去除随机噪声， 减少数据鼙静瑶豹，然焉季疑据生理臻声成势瓣翔遘摇熬空闻媚荧髅努辑去臻生理噪声，嚣辫娃理嚣 貔f m r i 数据进露独藏成分分析。结莱褥到了致瘸瘸烃，并获得静感状态f 王e 常人移m c i 患者在意 扣带同和海马区域的脑功能连通区域差异，m c i 患者的后扣带网和海马区域的激活明显降低，此结 果可为诊断m c i 提供参考，并为早期诊断a d 提供帮助。 1 4 本文组织结构 本文主要研究静态f m r ! 数据分析方法以及这些方法在致痫瘸熊检测和脑功能连通健中的应用， 结构安排如f ：第一帮介绍了静态f m r i 数据分析的背景、研究意义、研究现状及研究内容；第= 章介绍了舢刚技术原理、与其他功能成像技术的比较以及静态f m r i 的应h j ；第三章介绍了数据采 3 东南太擘颂f 二学位论文 籀、数据强憝理及萄撬佬 第疆章奔绥了对两浆类分衔方法瑷及萁在致瘸瘸熊捡溯中静赢嗣；第五 章介绍了艇丁后扣带同的负相芙分析方法在致痫病灶检测中的麻j j ，并刚基t - d , 波的信号闻值去噪 考法来去狳f m r i 数据孛豹糕声；露众章奔缨彳竭藩一致性方法鹱及其巍致瘸瘫戋t 检测孛静痿耀， 并用此方法分析l e 常人和m c i 患者谯后扣带咧部位的局部一致性差别：第七章介耋f i 了主成分分析和 独立或势分辑，并褥之缕会瘴_ l 予捻溯致瘸瘸娃垂蕴 功能连逶援磺究( 诊鞭m c i ) ；第，k 鬻楚惹结 和展望。 参考文献 f t 】贺永静息状态乏脑功熊磁共振成像的方法学及临床应用研究【博士学位论文】中科院自动化所 2 0 0 5 f 2 】b a n d e t t i n ip a ，j e s m a n o w i c za ，w o n ge c + e ta 1 p r o c e s s i n gs t r a t e g i e sf o rr i m e - c o 蝴d a t as e t si n f u n c t i o n a lm r io f t h eh u m a nb r a i n m a g n r e s o r t m e d 3 0 ：1 6 1 1 7 3 1 9 9 3 玲jf r i s t o nk j ，j e z z a r dp ，t u m e r 靶，a n a l y s i so ff u n c t i o n a lm r it i m e s e r l e s ，h u m b r a i nm a p p 1 ：1 5 3 - 1 7 l ，1 9 9 4 l 毒】f r i s t o nk j 。，h o l m e sa 魏w o r s l e yk j ，e ta 1 s t a t i s t i c a lp a r a m e t e rm a p si nf u n c t i o n a li m a g i n g , a g e n e r a ll i n e a ra p p r o a c h h u m b r a i nm a p p 2 ：1 8 9 - 2 1 0 1 9 9 5 拶lz a n gy f j i af c ，w e n gx c ，e ta 1 f u n c t i o n a l o r g a n i z a t i o no ft h ep r i m a r ym o t o rc o r t e x c h a r a c t e r i z e db ye v e n t - r e l a t e df m r id u r i n gm o v e m e n t p r e p a r a t i o n a n de x e c u t i o n n e u r o s e i k n 3 3 7 ：6 9 - 7 2 。2 0 0 3 【6 】w e i s s k o f fr m ，b a k e rj ”b e l l i v e a uj ，p o w e rs p e c t r u ma n a l y s i so ff u n c t i o n a l l yw e i g h t e dm rd a t a ： w h a t si nt h en o i s e ? p r o c e e d i n g so f 2 血s m r m 。s e wy o r k , 1 9 9 2 【7 1b i s w a lb ，y c t k i nf z ，h a u g h t o n v m e ta l ，f u n c t i o n a lc o n n e c t i v i t yi nt h em o t o rc o r t e xo f r e s t i n g h t n n a nb r a i nu s i n ge c h o - p l a n a rm r i m a g n ，r e s o n m 瞳3 4 ：5 3 7 - 5 4 1 1 9 9 5 f 8 】v i c t o r i al m o r g a n ，r o n a l dr p r i c e ，a m i ra r a i n , e ta 1 r e s t i n gf u n c t i o n a lm 融w i t ht e m p o r a l c l u s t e r i n g a n a l y s i s o f l o c a l i z a t i o n o f e p i l e p t i c a c t i v i t y w i t h o u t e e g j 。n e u r o i m a g e ，2 1 ( i ) ：4 7 3 4 8 1 2 0 0 4 f 9 lm c k e o w nm 。j ，m a k e i gs ，b r o w ng g 。e ta 1 a n a l y s i so ff m r id a t ab yb l i n ds e p a r a t i o ni n t o i n d e p e n d e n ts p a t i a lc o m p o n e n t s h u m b r a i nm a p p 6 ：1 6 0 - i8 8 1 9 9 8 f 1 0 m c k e o w nm j ，j u n gt p 。m a k e i gs ，e ta 1 s p a t i a l l yi n d e p e n d e n ta c t i v i t yp a t t e r n si nf u n c t i o n a lm r 王 d a t a d u r i n g t h e s t r o o pc o l o r - n a m i n g t a s k p r o c n a t l a c a d s c i 9 5 ：8 0 3 8 t 0 1 9 9 8 f ll ls t o n ej v ，p o n i l li ，p o r t e rn r 敷a 1 s p a t i o t e m p o r a li n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i so f e v e n t - r e l a t e df m r id a t au s i n gs k e w e dp r o b a b i l i t yd e n s i t yf u n c t i o n s n e u r o l m a g e1 5 ：4 0 7 - 4 2 1 2 0 0 2 f 1 2 】c a l h o u nv 。d ，a d a l it 。，p e a t l s o ng d 娃a 1 s p a t i a la n dt e m p o r a li n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i so f f u n c t i o n a lm r id a t atc o n t a i n i n gap a i ro f t a s k - r e l a t e dw a v e f o r m s h u m b r a i nm a p p 1 3 ：4 3 - 5 3 2 0 0 1 【1 3 lb e c k m a n ne 置s m i t hs m p r o b a b i l i s t i ci n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i sf o rf u n c t i o n a ln l a g l t e r e s o n a n c ei m a # 哼i e e et r a m o nm e d i c a li m a g i n g2 3 ：1 3 7 * 1 5 2 2 0 0 4 l 第一幸绻谂 1 4 l g r e i c i u sm ds r i v a s t a v ag ，r c i s sa l 或a 1 a l z h e i m e r sd i s e a s ef r o mh e a l t h ya g i n g ：e v i d e n c ef r o m 1 0 l ：4 6 3 7 4 6 4 2 2 0 0 4 d e f a u l t - m o d en e t w o r ka c t i v i t yd i s t i n g u i s h e s f u n c t i o n a lm r i p r o c n a i l a c n d s c j u s a 【1 5 a f f e n a k i sk ，c o r d e s 战，h a u g h t o nv m e ta t c o m b i n i n gi n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i s c o r r e l a t i o na n a l y s i s | op r o b ei n t c r r e g i o n a ic o n n e c t i v i t yi nf m r it a s ka c t i v a t i o nd a t a s c t s 。m a g n 。r 瞄雠。 i m a g i n g1 8 ：9 2 t - 9 3 0 2 0 0 0 z 6 jv a nd ev a nv g , f o r m i s a n oe ，p r v a l o v i cd ，e 亡a 1 f u n c t i o n a c o n n e c t i v i t y 邪r e v c a l e db ys p 矧a l i n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i so f f m r lm e a s u r e m e n t sd u r i n gr e s lh u m b r a i nm a p p 2 2 ：1 6 5 - 1 7 8 2 0 0 4 【1 7 1v i n c e n tg ，v a i ld ev a n ，e l l af o r m i s a n o d a v i dp r v u l o v 奴e ta 1 f u n c t i o n a lc o n n e c t i v i t y r e v e a l e d b ys p a t i a li n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i so f f m r im s o r e m e n t sd u r i n gr e s t , h u m a nb r a i nm a p p i n g 2 2 ：1 6 5 - 1 7 8 2 0 0 4 【1 8 】m i c h a e ld g r e i c i u s , g a u r a vs r i v a s t a v 岛a l l a nl r e i s s e ta 1 d e f a u l t - m o d en e t w o r ka c t i v i t y d i s t i n g u i s h e s a l z h e i m e c s d i s e a s ef r o m h e a l t h ya g i n g ：e v i d e n c ef r o m f u n c t i o n a l m r i ， w w w p n a s - o r g _ _ c g i _ d e i 一1 0 1 0 7 3 p n a s 0 3 0 8 6 2 7 1 0 1 东南大攀硕士学位论文 第二章功能磁共振成像技术 美国哈佛大学的p u r c e l l j l 和斯坦福火学的b l o c h l 2 1 分别于1 9 4 5 年1 2 月和1 9 4 6 年1 月独立发现 了核磁共振凌象，掰a 嚣蔼获得了1 9 5 2 年诺美尔耪理学奖。攘磁共振瑗象发瑷鞋聪，入 f j w 壤在不 破坏样品的情况f ，通过核磁共振谱线的区别米确定并种分子结构，这就为临床联学提供了有利条 僚。1 9 7 1 年，美蓬缝约摧立大学d a m a d i a n z 3 1 磷究发瑗鬣貔正索娥织与癌交缓缓孛巍凝子较魏豫时闻 不同，肿瘸组织的纵向弛豫时间( t i ) 比正常组织长，建立了病态组织的磁共振成像基础。1 9 7 3 年， 筵国纯学塞l a u t e r b m 4 j 翊试管群品德羁了磁莛攘截瑟像，显零了磁共振戒攘豹哥戆性。足乎与 l a u t e r b u r 同时，荑国诺】汉大学的m a n s f i e l d 也发现了应 j 核磁麸振现熬显示复杂人体内部结构的 方法。1 9 7 7 年，英鹫静h i n s h a w 郓b o t t o m l e y 墩褥了第一糍人手臃美嚣剿露m r 像。鞠年，d a m a d i a n i s 获得胸部m r 像。1 9 8 1 年，人体全身磁共振的陶像被取得。1 9 9 1 年，麻钳总医院b e l l i v 嘲1 1 6 1 等学者 避过对7 侧正常人规觉刺激麝脑局部敷液动力学的变化媲镶研究拜创了功能磁共振成像( f m r l ) 的 先例。随肝美、英、法等发达国家迅速建立了数十个f m r i 研究中心，国内许多啜院也相继完成了 磁共振成像系统升缀，具备威埘f m r i 进幸亍脑功能研究的基本条件，许多高校和研究所开始应用f m r i 进行脑功艉研究。 以往有关脑的研究手段包括神经解剖、神经生理、神经病理缚，大部分是有创伤性的，不能从 滔俸直接蕊溅。蕊功能威缳技术( n e u r o i m a g i n g t e c h n o l o g i e s ，鲡f m r i 、p e t 等) 的出现和巍瑙使我 们能够从活体和整体水平米研究脑，好比窥探脑的窗口，可以谯无创伤条卅：f ，通过脑血流、葡萄 糖代滚等鹣观察，了解翻入巍行为活动对藩静备种功能活动，竞萁楚脑静舞缓活动情况，玩如试弼 任务参与的脑区的空间关系平时间流榭等。目前，国内的f m r i 脑功能研究己经由单一的功能研究 转自多功麓协商酝究，由靠烧静感觉、运魂、搅觉、氍觉於研究淘语言、诀知、馕戆、记钇等方瑟 扩展和深入【7 l 。f m r j 的山现标忠着临床磁共振诊断从单一形态学研究，到形态与功能相结合的系统 辫究嘲。 2 1f m r i 技术原理 磁共强成像是掇据生物体磁性核( 氢核) 在磁场中的表现特性成像的糍新技术。它的物理基础 为核磁共撇理论。所谓的棱磁共振赔低能鼙电磁波，即射频波毛i 既有角动艇x 有磁矩的系统在外磁 场中相互作刚所表现出的共振的特性