基于偏相干系数的脑功能连接研究及其在癫痫诊断中的应用

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近年来,由脑功能连接构建的脑功能网络因能直观地表示人脑活动的功能机制而受到各方面的关注。由此进行的研究在飞速发展的脑成像技术以及各种脑功能连接研究手段的基础上被应用于多个领域,特别是在医学领域里神经疾病的病理诊断中获得了广泛应用。本课题基于偏相干系数对脑磁图信号进行了功能连接分析,构建了功能网络,并将研究结果应用于癫痫诊断中。脑磁图采集中易受到信号间串扰与大脑容积传导的影响。偏相干系数分析能降低信号串扰,同时,有研究者证明相干系数的虚部不受容积传导的影响。因此,利用偏相干系数虚部来分析脑磁图能够获得更准确的功能连接,本课题首先利用仿真脑信号验证了上述论点。偏相干系数求解有三种方法:直接法、递归法、求逆法。直接法计算误差大;递归法常用于分析低阶偏相干系数;求逆法迅速、方便,但该方法依赖于谱矩阵的可逆性。本课题研究发现:对于相同的仿真信号,求逆法在一些谱矩阵病态的情况下,分析结果出现错误,而递归法的分析结果仍能保持准确。另一方面,由于普通计算机内存和速度的限制,递归法往往无法实现求解高阶偏相干系数,这大大限制了其使用可能。本课题对递归法的求解步骤进行了优化,提出了改进型的递归法,该方法极大地减少了内存需求与计算时间,并能实现在普通计算机上计算高阶偏相干系数。最后,基于该改进型的递归法,本课题分析了275通道的全头脑磁图数据,并由功能连接组建脑功能网络,对比癫痫患者和健康人的脑功能网络,发现患者在部分频段上有区域化显著的功能连接,推测这些异常连接区域有可能与癫痫病灶有关。
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