最新李敏计算神经科学的研究方法-PPT文档.pptx
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1、计算神经科学是使用数学分析和计算机模拟的方法在不同水平上对神经系统进行模拟和研究:从神经元的真实生物物理模型到脑组织和神经类型计算的量化理论。从计算的角度理解脑,研究非程序、适应性的、大脑风格的信息处理的本质和能力。,计算神经科学,Neurochemical Structural Functional,目录,Neurochemical (MRS SPECT PET),MRS 磁共振波谱分析,SPECT 单光子发射计算机断层 显像技术,PET 正电子发射断层 成像技术,特殊神经化学研究技术,可定位定量,测量脑内各种生物分子的分布和代谢,MRS技术概述(1/8)-MRS基本原理,Magnetic
2、Resonance Spectroscopy,MRS 研究人体能量代谢的病理性生理改变 不同波谱:H、P、C、F、Na 基本原理: 利用原子核化学位移和原子核自旋耦合裂分现象 理论基础:不同化合物的相同原子核,相同化合物的不同原子核之间,共振频率的差别 实现流程:,得到的振幅与频率的函数即MRS,MRS技术概述(2/8)-MRS表示方法,MRS表示方法: 横轴代表化学位移(频率差别),单位百万分子一(ppm) 纵轴代表信号强度,峰高和峰值下面积反应某种化合物的存在和化合物的量,MRS技术概述(3/8)-MRS常见成分,MRS技术概述(4/8)-MRS的获取,MRS的获取 选择成像序列:激励回波
3、法STEAM、点分辨波谱法PRESS 选择检查方法:单体素和多体素 具体步骤:扫描参数、定位、饱和带、预扫描匀场、数据采集、后处理分析,激励回波法 连续使用三个90射频脉冲产生激励回波 优点:常使用短TE检测代谢物种类 缺点:对运动敏感,信噪比低,对匀场和水抑制要求严格,对T2弛豫不敏感,点分辨波谱法 用一个90和两个180产生自旋回波 优点:信噪比高,是激励回波的两倍,可以选择长、短TE,对T2弛豫敏感,对运动不敏感 缺点:不易检出物质,MRS技术概述(5/8)-MRS检查方法,单体素和多体素检查方法比较,单体素 容易实现 成像时间短 磁场不均匀性克服 谱线定性分析容易 谱线基线不稳定,多体
4、素 覆盖范围大,一次采集可获取较多信息 成像时间长 容易受磁场不均匀性的影响 谱线基线稳定,MRS技术概述(6/8)-不同参数对MRS的影响,MRS技术概述(7/8)-不同参数对MRS的影响,短TE:检测代谢物种类多,基线不够稳定 长TE:检测代谢物种类少,基线稳定,MRS技术概述(8/8)-如何获取好的MRS,必要的硬件和软件是基础:静磁场的均匀性、射频脉冲的稳定性、后处理软件 序列、方法、参数和位置的合理选择,是高信噪比的保证 充分抑制水、脂信号,避免波谱的脂肪污染和水信号对代谢物的掩盖,SPECT技术概述(1/4)-SPECT基本原理,Single-Photon Emission Com
5、puted Tomography,SPECT 基本原理:将某种放射性同位素标记在药物上形成放射性药物并置入体内,当它被人体的组织或器官吸收后,在体内形成辐射源,成像方法: 1、一个探头可以围绕病人某一脏器进行360旋转的相机,在旋转时每隔一定角度采集一帧图片 2、经电子计算机自动处理,将图像叠加,利用滤波饭投影方法,重建图像。,SPECT技术概述(2/4)-SPECT断层影像,由横向断层影响的三维信息再经过 重建可以得到矢状、冠状和任意斜方位的断层影响,SPECT技术概述(3/4)-重建算法步骤,FBP反投影 把探头采集到的二维投影数据经预滤波后,反投影到预先设定的三位矩阵中 优点:计算简单;
6、重建速度快;重建后的图像分辨率可满足临床需要 缺点:存在固有星状伪影;得到的图像分辨率较差,SPECT技术概述(4/4)-总体特点与优势,示踪剂适应面广,特异性高,放射性小,不干扰体内环境 保留了照相机全部平面显像的性能 分层脏器功能观察到脏器功能动态变化;化学物质在脏器内代谢分布、血管量的变化等 超快速、大容量,具有高级图像处理后台 是当前位移的一种活体生理、生化、功能、代谢信息的四维显像方式,PET技术概述(1/6)-基本原理,Positron Emission Computed Tomography,PET 基本方法:将某种物质,一般是生物生命代谢中必须的物质,标记上短寿命的放射性核素(
7、如18F,11C等),注入人体后,通过对于该物质在代谢中的聚集,来反映生命代谢活动的情况,从而达到诊断的目的。 基本原理:一些短寿命的物质,在衰变过程中释放出正电子,一个正电子在行进十分之几毫米到几毫米后遇到一个电子后发生湮灭,从而产生方向相反(180度)的一对能量为511KeV的光子(based on pair production)。这对光子,通过高度灵敏的照相机捕捉,并经计算机进行散射和随机信息的校正。经过对不同的正电子进行相同的分析处理,我们可以得到在生物体内聚集情况的三维图像。,PET技术概述(2/6)-重建算法,PET技术概述(3/6)-影响重建效果的参数,反投影运算中的相对于检查
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