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一种新的评估脑白质纤维形态变化的长度特征构建

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中国生物医学工程学报 2024年第2期43卷 173-182页

作者：董卫红秦姣龙倪黄晶罗丹丹吴烨姚志剑卢青东南大学生物科学与医学工程学院南京210096 南京理工大学计算机科学与工程学院南京210094 南京邮电大学计算机学院南京210023 南京邮电大学软件学院南京210023 南京邮电大学网络空间安全学院南京210023 南京医科大学附属脑科医院精神科南京210029

基于弥散张量成像(DTI)数据可对全脑白质纤维进行三维呈现。当前对脑白质纤维的形态分析已用于研究在发育过程或病理情况下纤维形态的变化。本研究提出了一种新的逐脑白质纤维上点累加的欧氏空间距离表征其长度的特征,并进一步采用人类... 详细信息

基于弥散张量成像(DTI)数据可对全脑白质纤维进行三维呈现。当前对脑白质纤维的形态分析已用于研究在发育过程或病理情况下纤维形态的变化。本研究提出了一种新的逐脑白质纤维上点累加的欧氏空间距离表征其长度的特征,并进一步采用人类连接组计划(HCP)数据集中的50例样本从两个方面探究该特征稳定性。其一,不同纤维跟踪算法重建出的脑白质纤维对特征的影响;其二,同一种纤维跟踪算法下不同的脑白质纤维根数对特征的影响。纳入HCP数据集中的254例被试,运用该特征采用基于体素的分析(VBA)方式初步探究性别对脑白质纤维形态的影响。通过类内相关性系数(ICC)模型的计算发现,在两种纤维跟踪算法重建出的总体纤维长度比较接近的情况下,颅内绝大部分体素对应特征值的ICC在0.4以上。此外,同一种纤维跟踪算法下不同的脑白质纤维根数对特征的影响甚微,颅内体素对应特征值的ICC集中在0.8以上。性别对脑白质纤维长度影响的分析结果发现,相比于男性,女性在丘脑、穹窿、小脑中脚和苍白球区域的脑白质纤维长度特征值显著偏高;男性在右侧直回和右侧苍白球区域特征值显著高于女性。所提出的脑白质纤维长度特征丰富了脑白质纤维形态分析方法,可用于研究脑发育和脑相关的疾病。

关键词：脑白质纤维长度特征稳定性性别差异

运动功能的脑组织结构与年龄相关性的DTI研究

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运动功能的脑组织结构与年龄相关性的DTI研究

作者：秦姣龙南京师范大学

学位级别：硕士

运动是一种传统而有效的锻炼身体方式,它有利于保持人的身体健康。对于运动的这项功效,人们长期以来都比较关注。近来有学者发现有氧运动是最好的大脑训练,同时也有研究报道运动能够延缓脑的老化。随着我们的社会逐渐进入高龄化,正常脑... 详细信息

运动是一种传统而有效的锻炼身体方式,它有利于保持人的身体健康。对于运动的这项功效,人们长期以来都比较关注。近来有学者发现有氧运动是最好的大脑训练,同时也有研究报道运动能够延缓脑的老化。随着我们的社会逐渐进入高龄化,正常脑老化也会随之而来,因为脑老化是一种客观存在的规律。因此,本文采用弥散张量成像技术,通过一系列弥散指标参数,来观测跟运动功能相关的脑组织结构与年龄之间的相关性变化。希望通过此研究,能对认识脑老化过程和延缓脑老化有所帮助。同时也希望,认识到随年龄增长,运动功能衰退与脑物理组织结构之间的变化关系,能对体育教育有一些的帮助。本文选取了86名健康被试(数据来源ICBM数据库),并选取部分各向异性、平均弥散率、纵向弥散率和横向弥散率作为弥散指标参数;对锥体系的双侧皮质脊髓束和锥体外系的双侧纹状体(包含双侧的尾核、苍白球和壳核)进行年龄相关性的研究。分别取每侧部位的各项指标参数值的均值作为统计分析的统计量。1)采用配对t检验比较随年龄增长左右半球间同一脑组织结构的FA、MD、λL和λT值之间的差异;2)采用单因素方差分析(One-Way ANOVA)5个年龄组之间每个部位的各项指标的差异,两两比较时采用LSD方法。并绘制各组间每个部位的各项指标值的多重线图;3)对于每个部位的各项指标值,采用pearson相关分析研究其与年龄的相关性,计算相关系数,并绘制其随年龄增长的变化趋势图。通过实验发现随着年龄增长,在所选取的四个部位中双侧苍白球的差异最大,而双侧壳核的差异最小。在各年龄组的比较中发现,组V与其他组的差异最明显;壳核在各年龄组中的组间差异最大,因为壳核的各项指标参数值均具有组间差异,差异最小的是尾核;通过五个年龄组间的多重线性图分析,发现与其他三个部位的各项指标参数值相比,皮质脊髓束的FA值比其他三个部位的FA值更高;而其MD、λL和λT值比其他三个部位的对应值要更低;MD值随着年龄增长的整体变化与λT值的整体变化最为相似。在运动功能的脑组织结构与年龄相关性分析中发现,皮质脊髓束和苍白球的MD、λL和λT值与年龄存在一定的正相关性。左侧壳核的MD、λL和λT值与年龄存在一定的正相关性;而其右侧λL值与年龄相关性不强,MD和λT值与年龄有一定的正相关性,而FA值与年龄存在一定的负相关性。尾核的各项指标参数都与年龄的相关性不强。总之,随着年龄的增加,每个部位的各项参数值大体趋势是FA值下降,而MD、λL和λT值的升高,其中尾核的变化最小。

关键词：弥散张量成像年龄运动功能皮质脊髓束纹状体

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Bagging组合的不平衡数据分类方法

计算机工程 2011年第14期37卷 178-179,182页

作者：秦姣龙王蔚南京师范大学教育科学学院机器学习与认知实验室南京210097

提出一种基于Bagging组合的不平衡数据分类方法CombineBagging,采用少数类过抽样算法SMOTE进行数据预处理,在此基础上利用C-SVM、径向基函数神经网络、Random Forests 3种不同的基分类器学习算法,分别对采样后的数据样本进行Bagging集... 详细信息

提出一种基于Bagging组合的不平衡数据分类方法CombineBagging,采用少数类过抽样算法SMOTE进行数据预处理,在此基础上利用C-SVM、径向基函数神经网络、Random Forests 3种不同的基分类器学习算法,分别对采样后的数据样本进行Bagging集成学习,通过投票规则集成学习结果。实验结果表明,该方法能够提高少数类的分类准确率,有效处理不平衡数据分类问题。

关键词： Bagging组合不平衡数据分类支持向量机神经网络 Random Forests算法

个体脑功能网络在长时间尺度上的动态复杂度分析

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陕西师范大学学报（自然科学版） 2020年第6期48卷 56-62页

作者：倪黄晶秦姣龙南京邮电大学江苏省智慧健康大数据分析与位置服务工程实验室江苏南京210023 南京理工大学计算机科学与工程学院江苏南京210094

为人脑功能网络在长时间尺度上的动态复杂度变化情况,基于单个被试在18个月内近百次密集扫描的纵向静息态功能磁共振成像的数据集,采用排列熵对全脑功能网络的动态复杂度进行定量分析。结果表明,所有功能网络的复杂度会随着时间变化而... 详细信息

为人脑功能网络在长时间尺度上的动态复杂度变化情况,基于单个被试在18个月内近百次密集扫描的纵向静息态功能磁共振成像的数据集,采用排列熵对全脑功能网络的动态复杂度进行定量分析。结果表明,所有功能网络的复杂度会随着时间变化而发生一定的动态波动变化,但这种变化的幅度范围较为有限;不同功能网络的表现各异,其中小脑网络和皮下核团网络的复杂度最高,而额顶网络复杂度最低。

关键词：脑功能网络长时间尺度动态复杂度

基于动态Hurst指数的人脑老化复杂度分析

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北京生物医学工程 2023年第5期42卷 441-447页

作者：倪黄晶李新林秦姣龙南京邮电大学地理与生物信息学院南京210003 江苏省智慧健康大数据分析与位置服务工程实验室南京210003 南京理工大学计算机科学与工程学院南京210094

目的研究健康成人在不同年龄段的功能特点可以更好地理解人脑的老化过程,Hurst指数可以测量静息态功能磁共振成像时间序列的复杂度。既往对大脑复杂度随年龄变化的研究,还存在样本量小、未考虑复杂度的动态变化等局限性。因而有必要在... 详细信息

目的研究健康成人在不同年龄段的功能特点可以更好地理解人脑的老化过程,Hurst指数可以测量静息态功能磁共振成像时间序列的复杂度。既往对大脑复杂度随年龄变化的研究,还存在样本量小、未考虑复杂度的动态变化等局限性。因而有必要在大样本被试上通过刻画复杂度的动态变化特性,来研究人脑随年龄变化的规律。方法选择19~80岁的458名健康成人静息态功能磁共振成像数据,划分为青年组(n=213)、中年组(n=142)和老年组(n=103),通过滑窗法来计算动态Hurst指数,并进一步提取其平均值、标准差和变异系数特征来描述人脑的动态复杂度水平和波动程度,最后通过统计分析来评判不同年龄组被试的复杂度差异。结果在平均值特征上,双侧颞上回、双侧岛回、右侧扣带回和双侧腹中侧枕叶皮层的复杂度随年龄增长而降低,而双侧眶回和左侧楔前叶的复杂度则随年龄的增长而呈现出倒U形变化;在标准差和变异系数特征上,老年组在右侧楔前叶的动态复杂度显著大于青年组和中年组。结论人脑老化过程中全脑复杂度动态变化模式并不一致,且在不同的年龄段上,局部脑区存在不同的组间统计显著差异模式。该结果可以为研究者理解正常老化的功能机制提供帮助。

关键词：动态Hurst指数脑老化静息态功能磁共振成像时间序列复杂度

首次发病和复发抑郁症患者脑白质网络节点度属性对比研究

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中华精神科杂志 2015年第2期48卷 70-75页

作者：陈建淮姚志剑秦姣龙赵可阎锐花玲玲卢青南京医科大学附属脑科医院抑郁症专科 210029 东南大学学习科学研究中心东南大学苏州研究院南京大学医学院

目的探讨首次发病和复发抑郁症患者与健康对照者脑白质结构网络中表示节点连接疏密程度的度属性值异同.方法对29例首次发病抑郁症患者（首发组）、20例复发抑郁症患者（复发组）、57名健康对照者（对照组）进行弥散张量成像检查,利用... 详细信息

目的探讨首次发病和复发抑郁症患者与健康对照者脑白质结构网络中表示节点连接疏密程度的度属性值异同.方法对29例首次发病抑郁症患者（首发组）、20例复发抑郁症患者（复发组）、57名健康对照者（对照组）进行弥散张量成像检查,利用解剖学自动标记模板将整个大脑划分为90个区域,同时对全脑进行确定性纤维追踪,构建脑白质结构网络.比较首发组、复发组与对照组,以及首发组与复发组间脑网络节点度属性值的差异;并分析差异脑区与患者临床特征的相关性.结果（1）首发组左侧壳核度属性值（11.83±2.28）较对照组（13.95±2.33;t=-4.02,P=0.000 13,通过校正）下降;（2）复发组节点度属性值（右侧背外侧额上回：7.80±1.43;左侧壳核：11.75±2.07）较对照组（9.70±2.89,13.95±2.33;t=-3.81、-3.73,P=0.000 31、0.00037,通过校正）下降;（3）复发组右侧背外侧额上回度属性值（7.80±1.44）较首发组（9.62±1.78;t=-3.80,P=0.000 42,通过校正）下降;（4）首发、复发组与对照组脑网络核心节点分布区域类似,其中左侧壳核为共同的核心节点;（5）抑郁症患者右侧背外侧额上回度属性值与抑郁发作次数（r=-0.42,P=0.002 6）、病程（r=-0.41,P=0.003 7）呈负相关.结论抑郁症患者额叶皮质及壳核的结构连接紧密性下降.其中,壳核在脑网络中处于重要地位,其所连接纤维受损是首次发病和复发抑郁症患者共同的结构改变;而额叶所连接纤维受损与抑郁症患者病程的复发性相关.

关键词：抑郁症首次发病复发弥散张量成像脑结构网络

抑郁症患者脑结构网络局部属性与疾病严重程度相关研究

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中华行为医学与脑科学杂志 2014年第10期23卷 881-884页

作者：陈建淮姚志剑秦姣龙阎锐花玲玲卢青南京医科大学附属脑科医院抑郁症专科南京210029 东南大学学习科学研究中心南京大学医学院

目的探讨抑郁症患者与正常人脑结构网络节点连接强度、聚类系数和局部效率属性的异同,分析抑郁症患者大脑各区域的局部连接模式和局部信息传递效率改变及其与疾病严重程度的相关性.方法对24例抑郁症患者、25名正常人进行弥散张量成像... 详细信息

目的探讨抑郁症患者与正常人脑结构网络节点连接强度、聚类系数和局部效率属性的异同,分析抑郁症患者大脑各区域的局部连接模式和局部信息传递效率改变及其与疾病严重程度的相关性.方法对24例抑郁症患者、25名正常人进行弥散张量成像扫描（Diffusion Tensor Imaging,DTI）,利用解剖学自动标记模板（AAL）将整个大脑划分为90个区域,采用FACT（fiber assignment by continuous tracking）方法进行纤维跟踪,结合基于图论的复杂网络方法构建脑结构网络,并对所得抑郁症患者与正常人脑结构网络的节点局部属性值进行双样本t检验.结果（1）抑郁症组局部效率属性值（左侧额中回眶部：0.64±0.30、左侧海马：0.57±0.07、右侧海马旁回：0.50±0.15）较对照组（0.88±0.10、0.64±0.06、0.66±0.13,P=0.00098、0.00039、0.00017,通过FDR校正）显著下降;（2）抑郁症组聚类系数属性值（左侧额中回眶部：0.14±0.07）较对照组（0.22±0.06,P=0.000030,通过FDR校正）显著下降;（3）抑郁症组左侧额中回眶部局部效率属性值与HAMD-17总分呈显著负相关（r=-0.48,P=0.02）.结论抑郁症患者大脑额叶相关脑区连接的集团化程度及局部信息传递效率均发生下降,海马结构的局部信息传递效率也发生下降;其中,额叶相关脑区的局部信息传递效率下降导致疾病严重程度增加.

关键词：抑郁症弥散张量成像脑结构网络局部属性

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抑郁症脑结构网络拓扑特性及其与病程关系

中华行为医学与脑科学杂志 2014年第3期23卷 207-210页

作者：陈建淮姚志剑秦姣龙汤浩阎锐花玲玲卢青南京医科大学附属脑科医院抑郁症专科南京210029 东南大学学习科学研究中心南京大学医学院

目的探讨抑郁症患者脑结构网络小世界属性和节点介数中心度属性及其与病程的相关性,分析抑郁症患者脑区间纤维连接分布特性及各脑区在大脑活动的信息传递中作用和地位的改变.方法对27例抑郁症患者、33名正常人进行弥散张量成像扫描（D... 详细信息

目的探讨抑郁症患者脑结构网络小世界属性和节点介数中心度属性及其与病程的相关性,分析抑郁症患者脑区间纤维连接分布特性及各脑区在大脑活动的信息传递中作用和地位的改变.方法对27例抑郁症患者、33名正常人进行弥散张量成像扫描（Diffusion Tensor Imaging,DTI）,结合基于图论的复杂网络方法构建脑结构网络.结果（1）两组脑结构网络均具有小世界属性；（2）抑郁症组右侧额上回眶部（P=0.00035,FDR校正后）、左侧壳核（P=0.00054,FDR校正后）节点介数中心度属性值较对照组显著下降；（3）抑郁症组左侧海马节点介数中心度属性值与病程呈显著负相关（r=0.50,P=0.016）.结论抑郁症患者和正常人的脑区及脑区间纤维连接分布均具有小世界属性,但抑郁症患者额叶眶部及纹状体的壳核在与情绪和认知相关活动的信息传递中的中心地位下降.抑郁症患者海马在大脑结构中的中心地位性与病程相关.

关键词：抑郁症弥散张量成像脑结构网络小世界属性介数中心度

抑郁症患者脑结构网络效率属性及与疾病严重程度的相关分析

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中华精神科杂志 2014年第6期47卷 321-325页

作者：陈建淮姚志剑秦姣龙汤浩阎锐花玲玲卢青南京医科大学附属脑科医院抑郁症专科 210029 东南大学学习科学研究中心南京大学医学院

目的探讨抑郁症患者与健康对照者脑结构的网络效率及节点效率属性的异同,分析抑郁症患者大脑全局信息处理模式和脑区间信息整合效率的改变,及其与疾病严重程度的关系.方法对27例抑郁症患者（抑郁症组）和36名健康对照者（对照组）进... 详细信息

目的探讨抑郁症患者与健康对照者脑结构的网络效率及节点效率属性的异同,分析抑郁症患者大脑全局信息处理模式和脑区间信息整合效率的改变,及其与疾病严重程度的关系.方法对27例抑郁症患者（抑郁症组）和36名健康对照者（对照组）进行弥散张量成像扫描,利用解剖学自动标记模板将整个大脑划分为90个区域,同时对全脑进行确定性纤维追踪,构建脑结构二值化网络.并对所得抑郁症组与对照组脑结构网络的效率属性值进行双样本t检验.结果（1）2组脑网络分别与相匹配的随机网络比较：网络全局效率均与随机网络相似;网络局部效率均大于随机网络.（2）抑郁症组网络全局效率（0.86±0.01）较对照组（0.87±0.01）下降（t=-2.31;P =0.02）.（3）抑郁症组节点全局效率属性值较对照组（右侧额上回眶部：0.41±0.04与0.44±0.02;左侧颞中回颞极：0.31 ±0.02与0.33±0.03）下降（t=-3.52、-3.84;P=0.0008、0.0003;通过多重校正）.（4）抑郁症组右侧额上回眶部全局效率属性值与HAMD17总分呈负相关（r=-0.46,P=0.02）.结论抑郁症患者与健康人大脑都具有高效经济的“小世界”式的信息处理模式.抑郁症患者脑区间信息整合的能力已受损,且与疾病严重程度呈负相关.

关键词：抑郁症磁共振成像,弥散脑结构网络效率属性