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静息态功能磁共振成像评估健康老年人认知行为的多尺度熵模型研究

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物理学报 2020年第10期69卷 285-297页

作者：张夫一葛曼玲郭志彤谢冲杨泽坤宋子博河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300130

当前,静息态功能磁共振成像(rfMRI)为脑功能检测提供了高效、快捷的先进技术.熵可以捕捉神经信号动态特征,可作为量化评估参数,但尚存在固定尺度计算缺陷且对认知行为的生物学标记少有研究,影响检测精准性.为此,本文将多尺度熵模型与机... 详细信息

当前,静息态功能磁共振成像(rfMRI)为脑功能检测提供了高效、快捷的先进技术.熵可以捕捉神经信号动态特征,可作为量化评估参数,但尚存在固定尺度计算缺陷且对认知行为的生物学标记少有研究,影响检测精准性.为此,本文将多尺度熵模型与机器学习方法联合,寻求BOLD信号复杂度表征健康老年人认知分数的功能影像学标记.由扫描前认知量表测试分数将98名健康老年人分为优、差两组,78名纳入训练,20名纳入测试.首先,构建多尺度熵模型,计算两组扫描数据熵,统计和对比以优化模型参数;然后,在优化参数下由统计显著性高的脑区熵值构建特征向量;最后,用极限学习机对两组分类并统计检验.发现:rfMRI多尺度熵在评估老年人认知分数时,在额、颞叶脑区存在较大显著性差异,以此为标记区分认知分数可达80%准确率.结论:额、颞叶等脑区优化的多尺度熵可有效区分健康老年人认知行为优劣.该研究将为rfMRI替代主观繁琐的传统认知量表测试提供新的检测参数和新方法.

关键词：多尺度熵静息态功能磁共振成像极限学习机认知分数

静息态功能磁共振成像与人口神经科学:信度研究进展与指南

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科学通报 2024年第24期69卷 3547-3559页

作者：罗伟罗崇静颜志雄王银山左西年中国科学院心理研究所北京100101 中国科学院大学心理学系北京100049 南宁师范大学教育科学学院南宁530299 南宁师范大学教育与发展人口神经科学研究基地南宁530299 北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室北京100875 国家基础学科公共科学数据中心北京100190

静息态功能磁共振成像(rsfMRI)测量人脑自发神经活动,安全可靠且易于操作而大规模实施,用于揭示认知活动与精神疾病神经影像变化,已成为人口神经科学收集大脑表型信息而倚重工具之一.高信度是rsfMRI测量个体差异的基本要求,但当前rsfMR... 详细信息

静息态功能磁共振成像(rsfMRI)测量人脑自发神经活动,安全可靠且易于操作而大规模实施,用于揭示认知活动与精神疾病神经影像变化,已成为人口神经科学收集大脑表型信息而倚重工具之一.高信度是rsfMRI测量个体差异的基本要求,但当前rsfMRI测量的信度水平偏低(多低于0.6),不同研究和不同测量指标信度差异较大,脑网络间信度存在较大异质性.当前,rsfMRI信度研究在领域内渐备受关注,如何开展rsfMRI信度研究亟待领域规范和指南.通过描述人口特征学、样本规模和测量安排三个信度研究维度对rsfMRI信度的影响,本文系统介绍rsfMRI信度研究进展,据此提出人口神经科学rsfMRI信度研究指南:基于人口神经科学规范化建模进行rsfMRI测量标准化,提供rsfMRI研究测量指标的信度信息;扩大研究样本量、高效安排扫描间隔和延长扫描时间;优化扫描参数、减少扫描噪声和进行标准化扫描;用标准化程序预处理静息态功能像数据,有效化计算和分析方法.

关键词：静息态功能磁共振成像信度人口神经科学实验设计指南

静息态功能磁共振成像多尺度熵优化及在颞叶癫痫致痫侧定位中的应用

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生物医学工程学杂志 2021年第6期38卷 1163-1172页

作者：谢冲葛曼玲付晓璇陈盛华张夫一郭志彤张志强河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300130 南京大学医学院附属金陵医院/东部战区总医院医学影像科南京210002

熵模型广泛应用在癫痫脑电分析中,但其在静息态功能磁共振成像(rfMRI)中尚存在主观选择计算参数的问题。为此,本文提出多尺度熵模型优化算法,联合有监督机器学习检验优化效果。以致痫侧定位为例,将20位海马硬化标记患者分为左、右侧2组... 详细信息

熵模型广泛应用在癫痫脑电分析中,但其在静息态功能磁共振成像(rfMRI)中尚存在主观选择计算参数的问题。为此,本文提出多尺度熵模型优化算法,联合有监督机器学习检验优化效果。以致痫侧定位为例,将20位海马硬化标记患者分为左、右侧2组,利用敏感性分析指标优化熵模型参数,以组间优化熵值有显著差异的脑区作为对致痫侧敏感的标记,其熵值为特征向量输入支持向量机分类并验证,获得平均准确率达95%的定侧结果,高于目前水平。研究结果显示,熵模型参数优化算法可较为准确地提取对致痫侧敏感的功能影像学标记,达到客观选择癫痫rfMRI熵模型参数的研究目的,为熵应用于先进技术检测提供了依据。

关键词：多尺度熵静息态功能磁共振成像颞叶癫痫支持向量机致痫侧

静息态功能磁共振成像分析原发性失眠患者大脑的小世界网络

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南方医科大学学报 2021年第3期41卷 424-429页

作者：黄伟康李志铭吴水天洪静静文戈南方医科大学南方医院增城分院(增城区中心医院) 广东广州511340 广州医科大学第二附属医院广东广州510260

目的基于静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)研究原发性失眠患者脑功能网络小世界属性的变化。方法采集65名患者和60名相匹配的健康对照者rs-fMRI数据以及神经量表数据,通过GRENTA软件构建脑网络,统计分析采用SPSS软件及基于网络的统计分析... 详细信息

目的基于静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)研究原发性失眠患者脑功能网络小世界属性的变化。方法采集65名患者和60名相匹配的健康对照者rs-fMRI数据以及神经量表数据,通过GRENTA软件构建脑网络,统计分析采用SPSS软件及基于网络的统计分析方法。结果两组在年龄、性别和受教育程度方面差异均无统计学意义(P>0.05),在匹兹堡睡眠质量指数,汉密尔顿抑郁量表、汉密尔顿焦虑量表数据差异有统计学意义(P<0.05)。两组均符合小世界网络属性,与对照组相比患者组小世界网络全局属性表现出更低的Cp、γ、Eloc、λ、连通性、σ(P<0.05)。结论原发性失眠患者较对照者表现出聚类系数等网络参数的减低,表明网络信息整合能力受损,为原发性失眠患者神经病理机制提供了客观的影像学证据,有利于加深对其神经病理机制的了解。

关键词：静息态功能磁共振成像原发性失眠小世界网络

静息态功能磁共振成像的脑网络特征融合在机器学习识别自闭症中应用

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磁共振成像 2021年第12期12卷 55-61页

作者：赵小虎葛曼玲陈盛华王磊宋子博谢冲杨泽坤河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300130 廊坊职业技术学院廊坊065001

目的利用静息态功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI)技术联合机器学习算法对自闭症患者进行分类,试图为早期识别自闭症提供参考依据。材料与方法对24例自闭症患者和25例健康人的rs-fMRI数据... 详细信息

目的利用静息态功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI)技术联合机器学习算法对自闭症患者进行分类,试图为早期识别自闭症提供参考依据。材料与方法对24例自闭症患者和25例健康人的rs-fMRI数据进行预处理;然后,以偏相关性的功能连接(functional connection,FC)构建网络矩阵,并使用GRETNA软件选取稀疏度空间为0.05~0.50,以步长为0.05搭建脑功能网络,分别计算患者和健康人的4个局部节点指标;最后,将每类指标分类准确率所占比重作为权重系数进行特征融合,以此构建特征向量,输入到支持向量机中分类并进行交叉验证以检验融合效果。结果特征加权融合方法平均准确率可达89.47%,比单一特征提高了21.05%,比无加权的融合方法提高了4.74%。结论文中提出的特征加权融合法为rs-fMRI检测自闭症提供了新指标和新方法。

关键词：自闭症谱系障碍脑功能网络特征加权融合机器学习静息态功能磁共振成像

静息态功能磁共振成像在青光眼疾病中的应用研究进展

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国际眼科杂志 2023年第1期23卷 67-70页

作者：罗文静胡金维胡淑琼长江大学医学部湖北省荆州市434023 武汉大学附属爱尔眼科医院武汉爱尔眼科医院湖北省武汉市430063

青光眼是全球第一大不可逆致盲性眼病,是一组以特征性视神经损伤和视野缺损为共同特征的神经眼科疾病。已有多项研究表明,青光眼的损害不仅局限于眼球局部视神经节细胞的凋亡,而且会累及大脑视皮层整个视觉通路,是一种全脑神经退行性疾... 详细信息

青光眼是全球第一大不可逆致盲性眼病,是一组以特征性视神经损伤和视野缺损为共同特征的神经眼科疾病。已有多项研究表明,青光眼的损害不仅局限于眼球局部视神经节细胞的凋亡,而且会累及大脑视皮层整个视觉通路,是一种全脑神经退行性疾病。近年来,功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)技术飞速发展,将神经系统的解剖和功能相结合,使局部脑组织的损伤与脑功能的缺失对应起来,可以实现在无创条件下观察中枢神经系统解剖结构及功能变化,为青光眼病理机制的研究提供了有效证据。而静息态功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI)作为神经影像学的热点研究技术,为探讨青光眼患者视觉相关脑区的解剖结构、代谢以及功能改变提供了影像学支持。本综述主要讨论了rs-fMRI的基本原理以及低频振幅(amplitude of low-frequency fluctuation,ALFF)、局部一致性(regional homogeneity,ReHo)、度中心度(degree centrality,DC)、功能连接(functional connectivity,FC)等几种较为常用的分析方法在青光眼中应用的研究进展。

关键词：青光眼静息态功能磁共振成像低频振幅局部一致性度中心度功能连接

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静息态功能磁共振成像在癫痫中的研究进展

磁共振成像 2024年第3期15卷 206-211页

作者：郭佳慧吴琼高阳赵鹤谢生辉李波王少彧张华鹏王桠楠内蒙古医科大学附属医院影像诊断科呼和浩特010030 西门子医疗系统有限公司上海201318

癫痫是一种慢性神经系统疾病,其分类广泛、机制复杂,具有反复发作和不可预测的特点,对患者的生活造成了一定的影响。深度了解其病理生理机制对疾病的治疗和提高患者生活质量十分重要,静息态功能磁共振成像(resting-state functional mag... 详细信息

癫痫是一种慢性神经系统疾病,其分类广泛、机制复杂,具有反复发作和不可预测的特点,对患者的生活造成了一定的影响。深度了解其病理生理机制对疾病的治疗和提高患者生活质量十分重要,静息态功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI)现已成为探究癫痫脑功能改变的有效方法。目前基于rs-fMRI研究癫痫的数据分析方法主要有低频振幅(amplitude of low frequency fluctuation,ALFF)、局部一致性(regional homogeneity,ReHo)、功能连接(function connection,FC)和图论分析。本文将对rs-fMRI的各种分析方法在癫痫中的应用作一综述,为癫痫的病理生理机制及术前定位、治疗提供重要参考。

关键词：癫痫磁共振成像静息态功能磁共振成像低频振幅局部一致性功能连接图论

静息态功能磁共振成像观察帕金森病患者低频振幅自发活动特征及功能连接

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磁共振成像 2023年第1期14卷 25-31页

作者：熊思宁万娜郭瑞宋秋霞杜向东邓得峰安甲佳马静石河子大学医学院第二附属医院(新疆生产建设兵团医院)医学影像科乌鲁木齐830002 石河子大学医学院第二附属医院(新疆生产建设兵团医院)神经内科乌鲁木齐830002

目的通过联合静息态功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI)低频波动幅度方法及功能连接(functional connectivity,FC),观察帕金森病(Parkinson’s Disease,PD)患者的自发脑活动特征及连接功能。材料与方法前瞻性纳入PD患者36例(PD组)及年龄、性别、受教育程度相匹配的健康对照(healthy control,HC)者31例(HC组),分别行3.0 T血氧水平依赖(blood oxygenation level dependent,BOLD)rs-fMRI和高分辨率3D-T1WI序列扫描,经图像处理,分别获取低频振幅(amplitude of low frequency fluctuation,ALFF)、低频振幅分数(fractional ALFF,fALFF)、低频振幅百分比(percent amplitude of fluctuation,PerAF)值,所有结果均进行标准化,得到mALFF、mfALFF、mPerAF,进行基于体素的组间差异比较。然后,再基于ALFF、fALFF和PerAF的差异脑区与全脑其余体素进行基于种子的FC。分析差异脑区的mALFF值、mfALFF值、mPerAF值与统一帕金森病等级量表(Unified Parkinson’s Disease Rating Scale,UPDRS)评分、病程、简易精神状态检查(Mini-Mental State Examination,MMSE)评分的相关性。结果与HC组相比,PD组的mALFF值在左侧楔前叶显著减低;mfALFF值在右侧内侧额上回、左侧后扣带回显著减低;mPerAF值在右侧直回、左侧眶部额下回显著减低(Alphasim校正后P功能活动,结果主要稳定在默认模式网络区域和前额叶。

关键词：帕金森病磁共振成像静息态功能磁共振成像低频振幅自发脑活动功能连接

静息态功能磁共振成像在青少年精神分裂症中的应用进展

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磁共振成像 2024年第5期15卷 168-174,180页

作者：王露刘芮杉廖娟李宏伟卓丽华川北医学院医学影像学院南充637000 绵阳市第三人民医院(四川省精神卫生中心)放射科绵阳621000

青少年精神分裂症(adolescent-onset schizophrenia,AOS)属于早发性精神分裂症的范畴,是指发病年龄在13~18岁之间的精神分裂症,与成人发病的精神分裂症相比,其症状更不典型,程度更严重,对抗精神病药物的治疗反应更差,并且其病因及发病... 详细信息

青少年精神分裂症(adolescent-onset schizophrenia,AOS)属于早发性精神分裂症的范畴,是指发病年龄在13~18岁之间的精神分裂症,与成人发病的精神分裂症相比,其症状更不典型,程度更严重,对抗精神病药物的治疗反应更差,并且其病因及发病机制至今尚不明确。静息态功能MRI(resting-state functional MRI,rs-fMRI)是一种操作便捷、无创客观且受试者易于配合的MRI技术,它能够从局部和整体反映脑神经元的自发性活动情况,为AOS神经病理学机制研究提供了强有力的手段。本文从功能分离分析和功能整合分析两方面展开,围绕rs-fMRI在AOS研究中应用的最新进展进行综述,探讨了当前研究的不足之处,并对未来进一步研究的方向进行了展望,旨在为进一步探索精神分裂症的病理生理学机制提供一定线索和依据。

关键词：精神分裂症青少年磁共振成像静息态功能磁共振成像