人腦靜息態(tài)功能磁共振成像的重測(cè)及其計(jì)算分析.pdf

1、功能連接組(Functional connectomes)即人腦內(nèi)部功能連接的全體。目前功能連接組指標(biāo)已成為人腦功能研究中的重要參考依據(jù)。在人腦發(fā)育和疾病研究中出現(xiàn)了越來(lái)越多的方法用于關(guān)注腦功能的變化。由于具有不受任務(wù)設(shè)計(jì)限制的優(yōu)勢(shì)，因此靜息態(tài)功能磁共振(rfMRI)成為人腦功能連接組學(xué)研究的主要方法之一。靜息態(tài)功能磁共振圖像的計(jì)算指標(biāo)主要包括功能分化和功能整合兩部分。鑒于開(kāi)發(fā)具備高重復(fù)性的腦功能連接組學(xué)計(jì)算方法對(duì)研發(fā)基于腦成像的人腦功

2、能影像學(xué)標(biāo)記物重要性，靜息態(tài)腦功能指標(biāo)的變異和重測(cè)研究就成為了探索人腦活動(dòng)變化的重要參考工具。
　　本文以靜息態(tài)人腦功能連接組為研究對(duì)象，以重測(cè)信度和指標(biāo)動(dòng)態(tài)變化為主線。圍繞靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)的重測(cè)周期、數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量控制、計(jì)算指標(biāo)加以發(fā)展和創(chuàng)新，采集更豐富的縱向重測(cè)數(shù)據(jù)，用以更準(zhǔn)確的反應(yīng)人腦功能連接組指標(biāo)隨時(shí)間的變異和重測(cè)信度。本文主要研究?jī)?nèi)容由以下三部分組成。
　　第一，針對(duì)目前靜息態(tài)指標(biāo)的重測(cè)研究存在著持續(xù)周期過(guò)短、

3、重測(cè)次數(shù)不足、重測(cè)樣本量不夠、重測(cè)時(shí)時(shí)間不一致等問(wèn)題。本文從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的角度，提出了在約1個(gè)月的時(shí)間內(nèi)對(duì)30名實(shí)驗(yàn)參與者進(jìn)行了大致間隔3天的10次重測(cè)，在每次重測(cè)時(shí)，盡量保證參與者的掃描時(shí)間一致，降低不同重測(cè)時(shí)間段造成的靜息態(tài)指標(biāo)差異。
　　第二，論文采用功能連接組計(jì)算系統(tǒng)(Connectome Computation System, CCS)的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制模塊，對(duì)靜息態(tài)功能磁共振重測(cè)數(shù)據(jù)處理中的每一步驟的中間結(jié)果進(jìn)行監(jiān)控和校正，較

4、好的保證了結(jié)構(gòu)像和功能像的圖像質(zhì)量，確保了數(shù)據(jù)的可靠性。在靜息態(tài)功能磁共振指標(biāo)計(jì)算方式上采用2D結(jié)構(gòu)，充分考慮了大腦皮層溝回的形狀結(jié)構(gòu)，這一辦法較以往的3D方式計(jì)算更準(zhǔn)確的反應(yīng)了大腦的功能組織特點(diǎn)。
　　第三，在靜息態(tài)功能連接組指標(biāo)的變化上，本研究依次從全腦水平到網(wǎng)絡(luò)水平、認(rèn)知成分、頂點(diǎn)分別測(cè)量了1個(gè)月內(nèi)實(shí)驗(yàn)參與者的被試內(nèi)變異、被試間變異、重測(cè)信度，較以往的靜息態(tài)重測(cè)研究計(jì)算了更全面的功能連接組指標(biāo)的變化情況。
　　本研究在

5、皮層結(jié)構(gòu)上從功能分化和功能整合的角度分別計(jì)算了靜息態(tài)功能連接組指標(biāo)的變異性和重測(cè)信度，為全面了解人腦靜息態(tài)功能連接組的指標(biāo)變化情況提供了數(shù)據(jù)支持和指標(biāo)參考，彌補(bǔ)了靜息態(tài)重測(cè)中缺乏短時(shí)間內(nèi)大樣本多次重測(cè)的數(shù)據(jù)空白。
　　論文系統(tǒng)地研究了不同網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)知成分在人腦靜息態(tài)功能網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩缘淖儺惓潭群椭販y(cè)信度。結(jié)果表明:人腦功能網(wǎng)絡(luò)的重測(cè)可靠性在功能分化指標(biāo)上具有中等程度的可靠性，但在功能整合指標(biāo)方面則表現(xiàn)較低。各網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)知成分的可靠性在6

6、個(gè)度量指標(biāo)(ALFF，fALFF，ReHo，ReHo2，DCw，ECw)之間表現(xiàn)出較大的變異。在視覺(jué)、體感運(yùn)動(dòng)、額頂控制、默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)部分功能分離指標(biāo)的重測(cè)信度大致為0.5。而在注意網(wǎng)絡(luò)的重測(cè)信度則表現(xiàn)較低，類(lèi)內(nèi)相關(guān)系數(shù)小于0.4。各網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的被試間變異小于被試內(nèi)變異，在注意和體感運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的被試內(nèi)和被試間變異均較小。通過(guò)對(duì)12個(gè)認(rèn)知成分的指標(biāo)重測(cè)觀察，我們了解到對(duì)于聽(tīng)覺(jué)和默認(rèn)這兩種成分，具有中等程度的重測(cè)信度，約為0.5。最后我們對(duì)6個(gè)計(jì)算