In this paper, methods are proposed and validated to determine low and high thresholds to segment out gray matter and white matter for MR images of different pulse sequences of human brain. First, a two-dimensional re...In this paper, methods are proposed and validated to determine low and high thresholds to segment out gray matter and white matter for MR images of different pulse sequences of human brain. First, a two-dimensional reference image is determined to represent the intensity characteristics of the original three-dimensional data. Then a region of interest of the reference image is determined where brain tissues are present. The non-supervised fuzzy c-means clustering is employed to determine: the threshold for obtaining head mask, the low threshold for T2-weighted and PD-weighted images, and the high threshold for T1-weighted, SPGR and FLAIR images. Supervised range-constrained thresholding is employed to determine the low threshold for T1-weighted, SPGR and FLAIR images. Thresholding based on pairs of boundary pixels is proposed to determine the high threshold for T2-and PD-weighted images. Quantification against public data sets with various noise and inhomogeneity levels shows that the proposed methods can yield segmentation robust to noise and intensity inhomogeneity. Qualitatively the proposed methods work well with real clinical data.展开更多
脑卒中是全球主要的致残原因之一,可导致患者在运动、感觉及认知功能上出现障碍。传统的康复治疗周期长、见效慢,而近年来脑机接口、健侧第七颈神经移位术、脑刺激和细胞治疗等技术在卒中患者群体中的应用旨在增强脑可塑性、缓解症状,...脑卒中是全球主要的致残原因之一,可导致患者在运动、感觉及认知功能上出现障碍。传统的康复治疗周期长、见效慢,而近年来脑机接口、健侧第七颈神经移位术、脑刺激和细胞治疗等技术在卒中患者群体中的应用旨在增强脑可塑性、缓解症状,为临床提供了新的治疗思路。功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)作为脑科学重要的研究工具之一,已经广泛应用于脑卒中康复的研究中,它不仅能描述功能和网络连接变化,还能预测康复预后、指导治疗方案和监测康复效果,为脑卒中康复治疗提供了理论依据。本综述总结了近年来国内外应用fMRI技术在脑卒中康复期脑网络重塑等方面的探索,分析了相关研究成果以及存在的难点,以期为脑卒中康复治疗的fMRI研究提供新的思路。展开更多
为弥补传统的广义线性模型(generalized linear model,GLM)方法的不足,并探索模式识别在运动脑科学当中的应用价值。使用支持向量机(support vector machine,SVM)模式识别算法,以低频振幅(fractional amplitude of low-frequency fluctu...为弥补传统的广义线性模型(generalized linear model,GLM)方法的不足,并探索模式识别在运动脑科学当中的应用价值。使用支持向量机(support vector machine,SVM)模式识别算法,以低频振幅(fractional amplitude of low-frequency fluctuations,fALFF)、局部一致性(regional homogeneity,ReHo)和度中心度(degree centrality,DC)作为学习特征,对射击运动组和滑冰运动组(分类1)、射击运动组和对照组(分类2)以及速滑运动组和对照组(分类3)之间进行二分类,并计算每一个脑区在分类算法当中的权重。使用留一交叉验证法计算分类正确率,使用总的准确率、接受者操作特性曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)、以及预测准确率来衡量机器分类算法的优劣性。结果表明:分类1中SVM算法的正确率较高且分类效果更稳定,总的准确率(total accuracy,tACC)可以维持在96.67%以上,曲线下面积(area under curve,AUC)均为1,说明SVM算法对区分不同项目运动员脑静息态功能特征时更有优势;在分类2和分类3中,SVM算法效果取决于使用的指标。其中,使用fALFF或者综合使用三个静息态指标的分类效果较稳定(tACC均在80%以上,AUC均在0.88以上);小脑在分类1算法中占较多的权重,提示不同运动项目运动员的脑功能活动之间差异最明显的部位主要在小脑上。而分类2和3中,除了小脑,还有一些与运动执行和控制及其他功能活动相关的脑区参与了算法的构成。通过SVM分类算法的应用获得较为理想的结果,展示了模式识别方法在运动科学领域的应用价值。研究成果有助于体育科学研究者从新的角度更加全面地理解运动与脑的关系。展开更多
目的为了探讨汉语为母语者在处理双耳分听模式下汉语听觉信号的脑区分布特征及偏侧化特点,本研究利用低通过滤的方法获取韵律信号,结合双耳分听技术,通过脑功能磁共振成像得到汉语语言和韵律双耳分听信号的神经处理模型。材料与方法从2...目的为了探讨汉语为母语者在处理双耳分听模式下汉语听觉信号的脑区分布特征及偏侧化特点,本研究利用低通过滤的方法获取韵律信号,结合双耳分听技术,通过脑功能磁共振成像得到汉语语言和韵律双耳分听信号的神经处理模型。材料与方法从2022年1月至5月在昆明医科大学第一附属医院共招募30位志愿者,年龄(25.36±0.88)岁,汉语为母语,强右利手者。汉语短句音频信号通过低通滤波器,只保留低频率语言韵律信号(<320 Hz),并得到两组双耳分听语音信号:左耳低通过滤右耳不过滤组(filtered in the left ear and unfiltered in the right ear,FL);右耳低通过滤左耳不过滤组(filtered in the right ear and unfiltered in the left ear,FR)。受试者依次聆听两组语音信号,同时进行两组组块设计的脑功能磁共振成像。使用SPM 12软件对得到的影像数据进行预处理后,进行组内单样本t检验、组间双样本t检验,以此观察两组语音信号激活脑区的分布和强度的共性、差异性。根据单样本t检验的统计结果,确定感兴趣区域,计算相应脑区的偏侧化指数,以获得大脑在处理双耳分听模式下的汉语语言和韵律信号时的脑区偏侧化特点。结果两组信号都激活了双侧颞中回、颞上回、额下回,左侧中央前回和右侧额中回(P<0.05,FDR校正);FL信号诱导左侧额中回血氧水平增高(P<0.05,FDR校正);FR信号还激活了双侧顶下小叶(P<0.05,FDR校正)。对两组语音信号进行双样本t检验后,发现FR与FL相比,右侧颞中回、颞上回具有明显差异(P<0.05,FDR校正);FL与FR相比无明显差异性脑区。对两组语音信号进行偏侧化指数计算后发现,在大脑半球水平上两组语音信号无明显的偏侧化表现。两组信号的额中回具有右侧优势,中央前回都表现出左侧化趋势;顶下小叶在FR刺激下呈现左侧化趋势。结论大脑处理两种语音信号时具有一个由双侧颞中回、颞上回、额下回和右侧额中回组成的基础语音处理模型。双耳分听信号FR除激活了基础语音加工脑区外,相较于FL招募了更多的听觉相关脑区参与言语感知和认知控制;FL则可以降低右侧颞中回、颞上回的音韵处理负荷,可能是一种符合左、右两侧半球处理语言、韵律优势的信号。展开更多
文摘In this paper, methods are proposed and validated to determine low and high thresholds to segment out gray matter and white matter for MR images of different pulse sequences of human brain. First, a two-dimensional reference image is determined to represent the intensity characteristics of the original three-dimensional data. Then a region of interest of the reference image is determined where brain tissues are present. The non-supervised fuzzy c-means clustering is employed to determine: the threshold for obtaining head mask, the low threshold for T2-weighted and PD-weighted images, and the high threshold for T1-weighted, SPGR and FLAIR images. Supervised range-constrained thresholding is employed to determine the low threshold for T1-weighted, SPGR and FLAIR images. Thresholding based on pairs of boundary pixels is proposed to determine the high threshold for T2-and PD-weighted images. Quantification against public data sets with various noise and inhomogeneity levels shows that the proposed methods can yield segmentation robust to noise and intensity inhomogeneity. Qualitatively the proposed methods work well with real clinical data.
文摘脑卒中是全球主要的致残原因之一,可导致患者在运动、感觉及认知功能上出现障碍。传统的康复治疗周期长、见效慢,而近年来脑机接口、健侧第七颈神经移位术、脑刺激和细胞治疗等技术在卒中患者群体中的应用旨在增强脑可塑性、缓解症状,为临床提供了新的治疗思路。功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)作为脑科学重要的研究工具之一,已经广泛应用于脑卒中康复的研究中,它不仅能描述功能和网络连接变化,还能预测康复预后、指导治疗方案和监测康复效果,为脑卒中康复治疗提供了理论依据。本综述总结了近年来国内外应用fMRI技术在脑卒中康复期脑网络重塑等方面的探索,分析了相关研究成果以及存在的难点,以期为脑卒中康复治疗的fMRI研究提供新的思路。
文摘目的关于阿斯伯格综合征(Asperger's syndrome,AS)和高功能孤独症(high functioning autism,HFA)之间的差异的争论已经持续了数十年,本研究拟采用静息态功能磁共振成像图论的方法来探索这两种疾病在脑功能上的差异。材料与方法使用美国孤独症脑成像交换数据库Ⅰ(Autism Brain Imaging Data Exchange,ABIDEI)的影像数据,其中包括AS患者(n=55)和HFA患者(n=53)的静息态功能磁共振成像数据。对两组影像数据进行处理,并计算出两组的脑网络图论参数。使用两样本t检验比较两组间的脑网络图论参数,并进行事后检验(Bonferroni校正)。使用偏相关分析分别探索两组中有显著差异的图论指标与临床数据的相关性。结果AS组和HFA组在右颞上回的节点效率(P=0.016)、右额中回的节点聚类系数(P=0.044)等多个脑区的多个图论指标分别存在显著差异。这些脑区涉及社会、共情、语言和认知功能。此外,AS组患者在双侧脑岛的节点局部效率(nodal local efficiency,NLE)与孤独症诊断观察量表评分呈负相关(左脑岛:r=-0.366,P=0.033;右脑岛:r=-0.412,P=0.016)。结论本研究结果可能为不同类型孤独症谱系障碍的脑功能机制提供新的思路和见解,从而有助于揭示孤独症不同亚型诊断和治疗的特异性。
文摘失眠障碍(insomnia disorder,ID)是一种严重影响生活质量的睡眠障碍,长期失眠会导致日间功能障碍及抑郁症、焦虑症等精神疾病,也会增加肥胖、2型糖尿病和心血管疾病的风险,ID已成为影响公民健康的重大公共卫生问题。功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)作为一种非侵入式检查手段,可以反映大脑的生理或病理功能状态,对疾病的发病机制研究具有重要意义,在ID患者脑区功能评价中发挥了重要作用。研究表明,ID患者在杏仁核、海马、额叶等多个脑区存在功能异常,通过fMRI技术,研究者能够观察到这些脑区在ID患者中的神经元活动变化。本文旨在综述近年来采用基于fMRI分析评估ID患者相关脑区脑功能的研究进展,以期为进一步探索ID的神经病理学机制研究提供坚实的理论基础和影像学研究证据。
文摘目的为了探讨汉语为母语者在处理双耳分听模式下汉语听觉信号的脑区分布特征及偏侧化特点,本研究利用低通过滤的方法获取韵律信号,结合双耳分听技术,通过脑功能磁共振成像得到汉语语言和韵律双耳分听信号的神经处理模型。材料与方法从2022年1月至5月在昆明医科大学第一附属医院共招募30位志愿者,年龄(25.36±0.88)岁,汉语为母语,强右利手者。汉语短句音频信号通过低通滤波器,只保留低频率语言韵律信号(<320 Hz),并得到两组双耳分听语音信号:左耳低通过滤右耳不过滤组(filtered in the left ear and unfiltered in the right ear,FL);右耳低通过滤左耳不过滤组(filtered in the right ear and unfiltered in the left ear,FR)。受试者依次聆听两组语音信号,同时进行两组组块设计的脑功能磁共振成像。使用SPM 12软件对得到的影像数据进行预处理后,进行组内单样本t检验、组间双样本t检验,以此观察两组语音信号激活脑区的分布和强度的共性、差异性。根据单样本t检验的统计结果,确定感兴趣区域,计算相应脑区的偏侧化指数,以获得大脑在处理双耳分听模式下的汉语语言和韵律信号时的脑区偏侧化特点。结果两组信号都激活了双侧颞中回、颞上回、额下回,左侧中央前回和右侧额中回(P<0.05,FDR校正);FL信号诱导左侧额中回血氧水平增高(P<0.05,FDR校正);FR信号还激活了双侧顶下小叶(P<0.05,FDR校正)。对两组语音信号进行双样本t检验后,发现FR与FL相比,右侧颞中回、颞上回具有明显差异(P<0.05,FDR校正);FL与FR相比无明显差异性脑区。对两组语音信号进行偏侧化指数计算后发现,在大脑半球水平上两组语音信号无明显的偏侧化表现。两组信号的额中回具有右侧优势,中央前回都表现出左侧化趋势;顶下小叶在FR刺激下呈现左侧化趋势。结论大脑处理两种语音信号时具有一个由双侧颞中回、颞上回、额下回和右侧额中回组成的基础语音处理模型。双耳分听信号FR除激活了基础语音加工脑区外,相较于FL招募了更多的听觉相关脑区参与言语感知和认知控制;FL则可以降低右侧颞中回、颞上回的音韵处理负荷,可能是一种符合左、右两侧半球处理语言、韵律优势的信号。
