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《电子科技大学》 2008年
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功能磁共振成像数据处理方法与应用研究

曾翎  
【摘要】: 脑功能磁共振成像(Functional magnetic resonance imaging fMRI)主要依据血氧水平依赖性(blood oxygenation level dependent,BOLD)对比增强原理进行成像,是目前人们掌握的有效的无侵入、可精确定位脑功能活动的研究手段,具有很高的空间分辨率和存在进一步提高时间分辨率的潜力,非常适合神经活动的时空分析和脑的高级功能研究,已受到神经、认知和临床等领域的极大关注。 本文围绕功能磁共振成像(fMRI)在脑科学研究中的应用,对磁共振图像的分割和配准、脑功能的定量分析、采用独立成分分析(ICA)和支持向量机(SVM)对脑功能活动图像的研究,成果有比较系统性的创新;同时结合认知科学研究中的热点问题进行了脑功能的应用研究。详细内容如下: 1)提出了基于互信息脑功能磁共振图像配准新方法。互信息作为衡量两幅图像配准的相似性测度函数,假设当两幅图像配准时,互信息达到最大值。采用了无需计算梯度的Powell直接搜索算法。磁共振成像(MRI)的配准实验证明,互信息法能准确地实现多模态医学图像的配准,并且能达到亚象素的精度。 2)提出了利用空间独立成分分析来处理静息态fMRI数据方法,首次将静息态脑功能的低频振荡理论应用于独立成分分析静态数据的成分选择,通过Z分数选择了静息态下的活动点和去除独立噪点,然后通过频谱分析选择主要能量集中在0.01Hz到0.1Hz的独立成分,进而采用聚类分析得出脑功能连接网络。最后对结果进行了分析与评价验证了我们的方法的可靠性,并得出本文所采用的方法和对时间序列的频谱求相关的结论是类似。 3)运用SPM(Statistical Parameter Mapping)对功能磁共振数据分析处理,并用主成分分析进行时间压缩等综合数据处理方法,去训练功能磁共振成像数据,选取最佳的支持向量机核函数,从训练结果中提取重要的体现大脑活动差异的权重向量,由此探测左右手动状态下大脑活动区域。 4)用功能磁共振成像血氧水平依赖性变化率的范数来定量分析左右脑功能区之间不同的血氧水平依赖性动态反应活动,揭示大脑功能的不对称性。6个右利手功能磁共振实验表明:不论是单手还是双手运动实验左脑区的血氧水平信号变化的强度比右脑区的弱,该结果提供了脑功能不对称性的功能磁共振证据:右利手被试左脑的功能区形成了自适用系统,仅需要少量的神经元就可以完成运动功能。右手经常活动会使左脑的功能区域活动强度变弱。右脑的功能区域的活动强度比左脑的功能区域的活动强度大。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:R445.2;R318

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 张江;脑功能磁共振成像数据处理算法及应用研究[D];电子科技大学;2010年
2 刘学政;内侧颞叶癫痫患者认知功能及语言功能磁共振(fMRI)网络连接的研究[D];福建医科大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 乔晓燕;基于fMRI的图像情感分析方法研究[D];太原理工大学;2011年
2 赵丽;解读fMRI情感类型的机器学习方法研究[D];太原理工大学;2011年
3 白瑀;抑郁症患者功能脑网络属性特征分类研究[D];太原理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 范丽伟,唐焕文,唐一源;独立成分分析应用于fMRI数据研究[J];大连理工大学学报;2003年04期
2 潘丽丽,史振威,唐焕文,唐一源,张伟伟;fMRI信号盲分离的一种独立成分分析算法[J];大连理工大学学报;2005年04期
3 刘伟强,陈鸿,夏德深;基于马尔可夫随机场的遥感图像分割和描述[J];东南大学学报;1999年S1期
4 曹兰英,夏良正,张昆辉;基于小波域MRF模型的SAR图像分割[J];东南大学学报(自然科学版);2004年06期
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10 张鹏;张桂林;;马尔可夫随机场在低信噪比图像恢复中的应用[J];计算机与数字工程;2006年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 王亮;基于独立成分分析的盲信号分离算法研究[D];西北工业大学;2005年
2 马建;基于独立成分分析的说话人识别技术研究[D];电子科技大学;2005年
3 严朝福;基于独立成分分析的超声医学图像滤波方法[D];四川大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张艳;张海军;;基于DSP的多通道超声波连续测厚系统的研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2008年03期
2 俞能福;陈邦考;;主成分分析法在学生成绩分析中的应用[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2007年01期
3 李景福;赵进辉;龙志军;刘诗安;;基于离散小波变换的农业图像处理研究[J];安徽农学通报;2007年03期
4 张颖;蒋永忠;黄锐;;高职院校“双师型”教师胜任力模型的构建[J];安徽农业大学学报(社会科学版);2010年02期
5 肖保全;施彬;李晓龙;;经济增长对耕地非农化的需求研究——以湖北省为例[J];安徽农业科学;2007年35期
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7 李磊;孙卉;翟秋敏;郭志永;;RBF神经网络在平顶山市地表水评价中的应用[J];安徽农业科学;2008年26期
8 区卫民;谭泗桥;袁哲明;柏连阳;熊洁仪;;SVR-KNN法用于除草剂QSAR研究[J];安徽农业科学;2008年35期
9 张帅;李琳一;袁涛;王梅玉;;信息技术在害虫时空动态模拟中的应用[J];安徽农业科学;2009年07期
10 韩勇鹏;;SVM方法及其在乳制品分类问题上的应用[J];安徽农业科学;2009年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周绮凤;林成德;罗林开;彭洪;;一种基于黎曼度量的训练样本类不平衡SVM分类方法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 田艳兵;;BP算法和PSO算法在神经网络中的研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
3 王新宇;孙冠;韩冬;张婷;;基于一种改进神经网络的数据手套手势识别[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 何平;潘国峰;李琳;夏克文;赵红东;;基于LS-SVR的压力传感器温度补偿[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 钟秉翔;;一种基于核主元分析的精简化建模方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
6 《文化强市指标评估体系构建与应用研究》课题组;李彬;郑成功;;构建文化强市指标体系的原则与框架设计[A];科技创新与产业发展(B卷)——第七届沈阳科学学术年会暨浑南高新技术产业发展论坛文集[C];2010年
7 刘吉成;汪熙;王仲;刘爱勇;;基于虚拟环境的摄像机定标中的矩阵研究[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
8 张明;张仁斌;高森;李晓林;;基于马尔可夫随机场的电力设备红外图像分割[A];2011中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2011年
9 董衡苹;;城乡统筹背景下农村居民集中居住的迁居意愿分析[A];转型与重构——2011中国城市规划年会论文集[C];2011年
10 张海波;;服装情感学体系架构研究[A];“力恒杯”第11届功能性纺织品、纳米技术应用及低碳纺织研讨会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵莹;半监督支持向量机学习算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 母丽华;煤矿安全预警系统的方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王兴梅;水下声纳图像的MRF目标检测与水平集的轮廓提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 冷欣;船用增压锅炉汽包水位预测控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 殷志伟;基于统计学习理论的分类方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 魏锁成;GnRH-A免疫对家兔生殖功能的调节作用及机理研究[D];甘肃农业大学;2010年
7 王文标;基于视觉测量的快速再制造成形系统关键技术研究[D];大连海事大学;2010年
8 杨宁;计算机辅助卷烟配方设计关键技术研究[D];中国海洋大学;2010年
9 时长江;豆科类杂草种子图像识别系统研究[D];中国海洋大学;2009年
10 肖洁;视觉注意模型及其在目标感知中的应用研究[D];华中科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋抗;压缩机活塞圆度误差数字检测系统研究[D];河南理工大学;2010年
2 刘棉;人机划拳系统的实现[D];山东科技大学;2010年
3 田文娟;基于支持向量机的人民币序列号识别方法的研究[D];山东科技大学;2010年
4 侯胤光;基于SEM的人力资源管理实践活动对企业绩效的影响研究[D];山东科技大学;2010年
5 周楠;煤炭企业人力资源管理指数研究[D];山东科技大学;2010年
6 丁雷;白鼠脑电信号远控采集处理系统的设计与研究[D];山东科技大学;2010年
7 郑莉;DSP在集装箱加强板焊接定位系统中的应用[D];山东科技大学;2010年
8 岳海亮;信息论在粗糙集连续属性离散化中的应用[D];辽宁师范大学;2010年
9 高越飞;职前教师信息化教学设计能力结构构成与应用研究[D];广西师范学院;2010年
10 张杨;基于双目立体视觉的CCD测距系统设计[D];长春理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 易东;黄玉清;;基于SVM的移动机器人路标识别算法[J];兵工自动化;2009年08期
2 张怀岭,张宏杰,包尚联;血氧水平依赖磁共振脑功能成像[J];北京生物医学工程;2004年02期
3 田娅,饶妮妮,蒲立新;国内医学图像处理技术的最新动态[J];电子科技大学学报;2002年05期
4 李丽;丁妮;梅磊磊;薛峰;董奇;;基于功能磁共振成像方法的单相抑郁症情绪加工特点研究[J];高技术通讯;2007年12期
5 赵坤媛;王滨;龙金凤;李丽新;沈晓君;;珠心算儿童在额顶叶激活的fMRI研究[J];国际医学放射学杂志;2010年06期
6 相洁;陈俊杰;;基于SVM的fMRI数据分类:一种解码思维的方法[J];计算机研究与发展;2010年02期
7 吴新生;张志强;卢光明;田蕾;孙康健;;局灶性癫痫发作期的功能磁共振成像的研究[J];医学研究生学报;2008年11期
8 周建华;;一种PCA和SVM多生物特征融合的视频人脸识别[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2010年04期
9 范金金;刘鹏;;朴素贝叶斯分类器的独立性假设研究[J];计算机工程与应用;2008年34期
10 刘雪燕;夏汉铸;袁宝玲;;基于新的MRSVM说话人辨识方法[J];计算机工程与应用;2010年05期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 刘登堂;首发精神分裂症患者的认知功能及功能磁共振成像研究[D];复旦大学;2003年
2 陈华富;磁共振响应信号的模型与脑功能定位的磁共振方法研究[D];电子科技大学;2004年
3 颜莉蓉;脑功能磁共振数据时空分析方法研究[D];国防科学技术大学;2006年
4 谷琼;面向非均衡数据集的机器学习及在地学数据处理中的应用[D];中国地质大学;2009年
5 相洁;启发式问题解决认知神经机制及fMRI数据分析方法研究[D];太原理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 袁宏;fMRI数据分析方法研究[D];电子科技大学;2005年
2 张伟伟;独立成分分析及其在脑功能磁共振成像中的应用[D];大连理工大学;2006年
3 宋其毅;基于特征分解的磁共振信号处理方法研究[D];电子科技大学;2006年
4 肖柯;基于CCA的fMRI时空模型数据处理方法的研究[D];四川大学;2006年
5 廖祥;机器学习方法在脑—机接口技术中的应用研究[D];电子科技大学;2007年
6 周卉芬;功能磁共振数据处理方法研究[D];南京航空航天大学;2007年
7 黄海莹;基于fMRI的脑功能探测研究[D];电子科技大学;2008年
8 刘兆健;基于独立成分分析的脑默认模式网络功能磁共振成像研究[D];南京航空航天大学;2007年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 闫芳芳;基于fMRI的脑运动功能区与年龄相关性的研究[D];南京师范大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 匡锦瑜,王颖;多尺度边缘检测与图像分割的马尔可夫随机场模型[J];北京师范大学学报(自然科学版);1996年03期
2 陈华根,吴健生,王家林;改进的重力模拟退火反演研究[J];吉林大学学报(地球科学版);2002年03期
3 罗立民;Jean Louis Coatrieux;;医学图象中体积数据的光线跟踪法显示[J];东南大学学报;1992年06期
4 刘伟强,陈鸿,夏德深;基于马尔可夫随机场的遥感图像分割和描述[J];东南大学学报;1999年S1期
5 曹兰英,夏良正,张昆辉;基于小波域MRF模型的SAR图像分割[J];东南大学学报(自然科学版);2004年06期
6 罗立民,鲍旭东;多功能光线追踪方法[J];东南大学学报;1994年05期
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8 赵青,胡波,凌燮亭;非理想信道多用户数字信号的盲分离[J];电子学报;1999年01期
9 陆明俊,王润生;基于MRF模型的可靠的图像分割[J];电子学报;1999年02期
10 陆明俊,王润生;计算机视觉中的Markov随机场方法[J];电子科学学刊;2000年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许新梅;王惠南;黄伟;;基于独立成分分析和互相关分析的脑功能连接研究[J];中国医疗器械信息;2008年01期
2 伍建林;魏海峰;张清;张竞文;苗延巍;宋清伟;;差分回归分析技术在嗅觉磁共振功能成像研究中的价值[J];中国组织工程研究与临床康复;2007年44期
3 刘加成;白净;;基于信号特征的功能磁共振成像数据分析方法[J];国际生物医学工程杂志;2006年01期
4 武振华;唐焕文;唐一;;ROC分析及其在fMRI信号中的一个应用[J];生物医学工程学杂志;2007年01期
5 张伟伟;史振威;唐焕文;唐一源;;新的独立成分分析算法结合主成分分析实现fMRI信号的盲分离[J];生物医学工程学杂志;2007年02期
6 吴飞;苏敏;肖柯;;基于区域增长的ICA算法在fMRI数据处理上的应用探讨[J];第四军医大学学报;2006年11期
7 刘海;章士正;胡兴越;;简单型书写痉挛患者异常皮质活动的功能磁共振成像研究[J];中国医学计算机成像杂志;2007年06期
8 钟元;王惠南;卢光明;郑罡;张志强;刘一军;;基于时间聚类分析和独立成分分析的癫痫fMRI盲分析方法[J];生物物理学报;2008年03期
9 孙学军,刘买利,叶朝辉;脑功能磁共振成像研究进展[J];中国神经科学杂志;2001年03期
10 何立岩;儿童脑磁共振功能成像的研究进展[J];国外医学.临床放射学分册;2003年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张志强;卢光明;王世杰;郑玲;;快速独立成分分析(FCA)的静息功能磁共振成像对癫痫定位的研究[A];中华医学会第十三届全国放射学大会论文汇编(下册)[C];2006年
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3 赵永波;宋小燕;;功能磁共振成像在癫痫病人语言和记忆评估中的应用[A];2005年中国神经心理学学术会议论文集[C];2005年
4 吴军发;吴毅;胡永善;姜鹭春;刘树永;刘含秋;;脑卒中后偏瘫侧膝关节屈伸的脑功能磁共振成像研究[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年
5 雷新军;;手运动相关脑功能皮层功能磁共振成像临床应用[A];2005年浙江省放射学学术年会论文汇编[C];2005年
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7 梁莺;黄魏宁;陈敏;周妮娜;龚霞;;嗅觉中枢的功能磁共振成像研究[A];中华医学会第十次全国耳鼻咽喉-头颈外科学术会议论文汇编(上)[C];2007年
8 王海涛;贾建平;;伴有和不伴有抑郁的阿尔茨海默患者在静音Stroop任务下脑功能激活差异的研究[A];第九次全国神经病学学术大会论文汇编[C];2006年
9 张叙天;张强;郑富强;刘胜林;;基于SPM的脑功能磁共振数据处理技术[A];2008年中华临床医学工程及数字医学大会暨中华医学会医学工程学分会第九次学术年会论文集[C];2008年
10 高炳像;刘俊;;基于Fourier-Mellin变换的红外图像配准[A];浙江省信号处理学会2011学术年会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 李忠粮通讯员 罗晓利;工作学习两不相误 携手培养航空人才[N];中国民航报;2007年
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3 本报记者 武汉;我走进了联合国总部[N];网络世界;2001年
4 记者 余延青 通讯员 张敏;好企业很俏 好学生很挑[N];嘉兴日报;2009年
5 记者段裕祥;桂林电子科大隆重举行建校50周年庆典[N];桂林日报;2010年
6 记者 陈娟;市领导到桂林电科大调研[N];桂林日报;2009年
7 记者 陈张;桂林电子科技大学举行更名庆典[N];桂林日报;2006年
8 何必会;杭州电子科技大学援助查证细菌战[N];金华日报;2007年
9 记者 李云波通讯员 王源林;欲让企业来校“相”人才[N];桂林日报;2008年
10 宋跃 王祥明;电子科大:IT人才的摇篮[N];中国电子报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曾翎;功能磁共振成像数据处理方法与应用研究[D];电子科技大学;2008年
2 陈华富;磁共振响应信号的模型与脑功能定位的磁共振方法研究[D];电子科技大学;2004年
3 史振威;独立成分分析的若干算法及其应用研究[D];大连理工大学;2005年
4 时永刚;广义距离度量和多模态图像配准技术研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2004年
5 王彪;计算机视觉技术在低空突防与精确打击中的应用研究[D];南京航空航天大学;2005年
6 赵振兵;电气设备红外与可见光图像的配准方法研究[D];华北电力大学(河北);2009年
7 纪毅敏;功能磁共振成像在语言区定位及其临床应用中的研究[D];复旦大学;2011年
8 雷都;功能磁共振成像在儿童遗尿症与儿童多动症中的应用[D];华东师范大学;2011年
9 王志阳;约束独立成分分析及其在滚动轴承故障诊断中的应用[D];上海交通大学;2011年
10 宋智礼;图像配准技术及其应用的研究[D];复旦大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张伟伟;独立成分分析及其在脑功能磁共振成像中的应用[D];大连理工大学;2006年
2 刘兆健;基于独立成分分析的脑默认模式网络功能磁共振成像研究[D];南京航空航天大学;2007年
3 吴飞;基于区域增长的ICA算法在fMRI数据处理上的研究应用[D];四川大学;2006年
4 李暄;脑功能磁共振数据处理研究与应用[D];电子科技大学;2007年
5 李洪;双光谱图像检测的图像配准融合技术[D];暨南大学;2005年
6 王海峰;深度图像配准技术的研究及在古遗址数字化展示中的应用[D];西北大学;2011年
7 潘丽丽;独立成分分析及其在脑功能磁共振成像中的应用[D];大连理工大学;2005年
8 刘钰菲;InSAR图像配准算法研究[D];西安电子科技大学;2011年
9 武振华;独立成分分析及其在脑高级功能研究中的应用[D];大连理工大学;2004年
10 孙亚兰;基于fMRI的数字归纳推理的神经机制研究[D];电子科技大学;2009年
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