construction of human brain template人类大脑模板的施工

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1、哈尔滨工业大学学位论文ConstructionofHumanBrainTemplate专业名称：BiomedicalEngineering作者姓名：EvtikheevaIrina指导教师：FuYiliDissertationfortheMasterDegreeinEngineeringCONSTRUCTIONOFHUMANBRAINTEMPLATECandidate：EvtikheevaIrinaSupervisor：Prof.FuYiliAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Bi

2、omedicalEngineeringAffiliation：SchoolofLifescienceandtechnologyDateofDefence：July,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学2016ᒤ7ᴸ摘要摘要虽然大脑结构ާᴹ共性，但长期的研究结果表明地球к⇿个人的脑部结构都是独一无二的，就ۿDNA代码中的Ṩ苷酸序列一ṧDŽ人们甚㠣可以用肉眼४分出脑部MRIമۿ大脑皮层ި型的沟回形态特征DŽ䘉种个体差异促进了神㓿影ۿ学的发展，尤ަ是在大脑几何学统计分析和多ṧ本脑统计മ谱ࡋ建方面DŽ神㓿影ۿ

3、学现已成Ѫ生物५学工程亶域发展最迅速的方向之一，而神㓿影ۿ学中一个研究分支就是人脑й维模板的构建，即基于у用软件对MR脑മۿ进行处理，包括数据处理和数据统计DŽᖃ前研究人员面临的两大ѫ要问题是模板分辨率վǃ存在噪声ᒢ扰，以及о之相ޣ的മۿ处理问题，ѫ要是亴处理算法和MRI数据获ਆDŽ过去十ᒤ䟼，神㓿影ۿ学亶域在以л几个方向发展˖˄1˅神㓿䘰行性疾病മ谱，用于检测常㿱症状和映射疾病进展的大体阶段DŽ例如，基于MRI和fMRIമۿ建立的阿尔茨海默病脑മ谱用以᧿述由于对脑࣏能的н可逆破ൿ引起的脑部结构ਈ化DŽ另一个例子是精神障碍脑മ谱，精神疾病会使大脑的发生显著ਈ化，该模板组用于反映组织ਈ化，通过统计മ谱可

4、对䘉些ਈ化进行评估DŽ˄2˅健康人й维统计മ谱，用于确定↓常人大脑的结构特点和ѫ要差异DŽ˄3˅脑࣏能统计മ谱，ѫ要利用fMRIമۿ和MRIമۿ᧿述脑部结构在执行н਼任࣑过程中或休ⵐ状态中或५疗诊断过程中的н਼४域的活跃情况DŽ人脑概率统计മ谱是神㓿解剖学的概率统计മ谱，ަ由人工标记᧿㔈的MRI数据组成，并将⇿个对象的体素信息映射到മ谱空间，然ਾ在മ谱空间统计⇿个体素ս置的信息数据DŽ该മ谱可以提供ޣ于脑部结构的概率信息DŽ本文研究目的是构建人脑й维模板用于᧿述大脑及ަ组成部分的组织结构在空间中的分布ޣ系DŽѪ人脑数据设计䘲ᖃ的参考඀标系，捕捉大脑结构和࣏能在大䟿人群中的差异性，䘉种差异性可能由ᒤ龄ǃ性别

5、ǃн਼疾病状态ǃ成ۿ方式ǃ物种之间的н਼而产生的DŽ本文采用ഭ际к普遍采用的研究流程，利用SPM软件对数据进行处理DŽSPM是英ഭ伦敦大学Friston教授等人在通用数学软件Matlab基础к开发的软件系统，ަ统计࣏能非常强大，可用于在时间和空间范围内构建人脑统计മ谱并进行定䟿评估DŽ本文研究ޣ于性别н਼导㠤的人类脑部结构差异性，ѫ要是通过构建男性和女性大脑整体机构，以及灰质ǃ白质和脑脊液的概率മ谱阐述䘉种性别差异引起的脑部结构差异性DŽ研究阿尔茨海默病н਼发展阶段对脑部结构ਈ化的影响DŽ课题研究对象ѫ要来源于网络开放的脑部MRI数据OASIS，该数据包括н਼ᒤ龄段，-I-摘要性别，阿尔茨海默病发展н਼

6、阶段的ṧ本数据DŽ数据的亴处理ѫ要包括四个↕骤˖˄1˅䟽定ս，ѫ要是保证н਼个体的脑部ս姿在MRIമۿк是一㠤或者使ṧ本MRIമۿ中脑部ս姿оICBM模板中脑部ս姿保持一㠤，该↕骤ѫ要⎹及空间的旋转ਈ换，参数包括俯仰角，滚动角和偏航角˗˄2˅灰度偏差校↓，ѫ要是校↓成ۿ空间中存在的灰度н均匀性，该↕骤ѫ要是ṩ据最大ਾ验概率的灰度统计法对灰度н均匀场进行估计，并采用灰度补偿的方式⎸除മۿ中的灰度н均性˗˄3˅头骨剥离，ѫ要是去除亵骨ǃ肌肉等非脑组织对ਾ续മۿ分析的ᒢ扰，该↕骤ѫ要采用ਈ形曲面模型的方法使在脑部中心初始化的球面㓿过മۿ力和几何㓖束力作用л发生形ਈ逼近大脑表面，实现脑部组织о非脑部组织

7、的分离˗˄4˅定义前ਾ联合，ѫ要是确定脑部空间的参考඀标系，以解剖结构标志点前连合作Ѫ参考඀标系原点，以前ਾ联合所在直线Ѫy轴，以过原点并垂直о↓中矢状面的直线Ѫx轴，通过原点在↓中矢状面к垂直于y轴的直线Ѫz轴建DŽ⇿个ṧ本数据需要使ަ轴սമۿᒣ行于x-yᒣ面，矢սമۿᒣ行于y-zᒣ面DŽMRമۿ配准过程负责将⇿个ṧ本MRമۿ数据集转换到к述඀标系中DŽṩ据配准中⎹及到的两个数据模态类型，മۿ配准方法