1、1目录毕业论文-基于 MATLAB 的脑 PET 影像数据库设计和初步分析学生 袁峥玺 上海第二医科大学 本科生导师 张剑戈 上海第二医科大学 生物医学工程教研室摘 要目的 大脑是人体中极其重要而又复杂的器官，人类为解除脑部疾病的痛苦，长期以来进行了大量的基础研究和临床研究工作。近些年研究人员还应用了脑功能成像 (主要包括功能磁共振成像（ fMRI） ，正电子发射断层成像(PET) 等) 手段，从活体和整体水平来研究人脑，极大增强了对脑进行研究的能力。 1但是为了保证足够的空间分辨率和时间分辨率，脑功能成像实验数据量非常庞大，数据处理方法也就很复杂。 2 我们所面临的重要问题之一，就是如何灵活
2、有效地管理所有过去和今后研究获得大量有关脑的数据和研究结果。此次研究建立脑功能影像数据库，目的是利用现代化信息工具，将不同层次有关脑的研究数据进行分析、处理、整合与建模，以便从分子水平到整体系统水平研究脑、认识脑、保护脑和开发脑。 3-5 基于统计学的脑功能成像数据处理已经相当成熟，但随着脑科学研究的不断深入，对数据的处理逐渐产生了新的需求。需求包括以下层面：1、图像数据，图像的病理诊断等文本信息；2、图像数据管理工具、用户友好的查询和可视化显示。因此，本设计主要内容是在前期的脑功能图像分析过程中，建立单机版的 PET 影像数据库。方法 我们选择了Access 2000作为数据库软件，因为它是
3、一个功能非常强大，而且简单易用的数据库管理系统(DBMS)，具有较强的兼容性，可以使用多种格式的数据（Excel，Foxpro等） 。 6且使用 Access权限设置、根据用户的设置对数据库进行口令和加密处理等技术确保数据库的安全性。 7我们在数据库中建立数据表，存储所有的诊断数据。MATLAB是一个包括数值计算、高级图形和可视化的集成科技计算环境，我们利用其强大的数据分析处理功能，采用 MATLAB 6.5 做数据库开发软件；我们本着简洁、美观的原则，创建多种窗口及多种输入格式，并实现界面与数据库的连接与交互。本数据库包括四大模块：诊断数据的输入保存、删除等更新功能；诊断数据条件查询；影像数
4、据的数据加载与显示；感兴趣脑功能区的差异分析并生成报告。用户可由主界面进入各个功能模块，实现相应的模块功能。前期已将PET脑部图像非线性配准于 Talairach图谱，根据各功能区的坐标，提取出功能区，分析其放射性计数值。在此基础上，我们按=0.05的检验水准进行随机两组间t 检验，两组间 P75表4 结果结果 我们通过用户需求分析，确定数据库结构、系统界面框架，确立针对具体应用的数据格式标准，制定用户的安全策略。接着，以 PET 影像数据为载体，构建数据库，设计适合支持大数据体的面向对象数据库存储、查询和管理技术，着重解决医学影像对象数据的存储、管理、查询问题。并完成用户友好的界面设计工作。
5、然后，根据临床和研究的需要，筛选出有明确诊断信息的资料，PET 数据资料整理录入，输入数据库。并经过系统测试。最后，根据已获得的 PET 影像样本数据，进行统计分析，得出不同样本组在感兴趣脑区的差异，包括均值和 P 值，及其临床与研究意义。数据挖掘结果：功能区位置 功能区名称 第 1 组平均 第 4 组平均 P 值29值 值L3 of Left_Cerebrum Inferior Frontal Gyrus 1.151156793 1.10997445 0.017344882L3 of Left_Cerebrum Medial Frontal Gyrus 1.165873656 1.12912
6、61 0.034155693L3 of Left_Cerebrum Middle Frontal Gyrus 1.181471087 1.14483348 0.031918816L3 of Left_Cerebrum Parahippocampal Gyrus 0.842083464 0.88657571 0.003316971L3 of Left_Cerebrum Rectal Gyrus 1.196231661 1.13076602 0.043242647L3 of Left_Cerebrum Sub-Gyral 0.684036961 0.74364997 0.003008665L3 o
7、f Left_Cerebrum Superior Temporal Gyrus 1.061899687 1.03568702 0.040311168L3 of Left_Cerebrum Supramarginal Gyrus 0.964606975 1.02005135 0.048685752L3 of Right_Cerebrum Caudate 1.041160524 0.8894874 0.000531821L3 of Right_Cerebrum Extra-Nuclear 0.728519477 0.76635638 0.03326911L3 of Right_Cerebrum I
8、nferior Frontal Gyrus 1.026683078 0.98688353 0.021234052L3 of Right_Cerebrum Medial Frontal Gyrus 1.043734461 1.064069 0.026788726L3 of Right_Cerebrum Middle Frontal Gyrus 1.0991527 1.05747678 0.009596006L3 of Right_Cerebrum Parahippocampal Gyrus 0.813833676 0.86246796 0.008077358L3 of Right_Cerebru
9、m Sub-Gyral 0.748348663 0.79438416 0.015038891L3 of Right_Cerebrum Superior Frontal Gyrus 1.152817658 1.11811116 0.029244881L3 of Right_Cerebrum Superior Parietal Lobule 1.212751814 1.14642913 0.007532451L3 of Right_Cerebrum Transverse Temporal Gyrus 1.23336818 1.18256607 0.038652896表 1功能区位置 功能区名称 第
10、 2 组平均值 第 4 组平均值 P 值L3 of Left_Cerebrum Medial Frontal Gyrus 1.18779765 1.129126103 0.004835061L3 of Left_Cerebrum Middle Frontal Gyrus 1.18529712 1.144833484 0.031504175L3 of Left_Cerebrum Middle Temporal Gyrus 1.017018598 1.053281725 0.016204405L3 of Left_Cerebrum Parahippocampal Gyrus 0.840181992
11、 0.886575708 0.018729416L3 of Left_Cerebrum Posterior Cingulate 1.161279433 1.085070489 0.028410264L3 of Left_Cerebrum Sub-Gyral 0.686147528 0.743649972 0.004427513L3 of Left_Cerebrum Superior Frontal Gyrus 1.175718727 1.135067733 0.037654069L3 of Left_Cerebrum Uncus 0.794649669 0.848084525 0.012872
12、354L3 of Right_Cerebrum Lentiform Nucleus 1.1768321 1.126622488 0.029956711L3 of Right_Cerebrum Middle Frontal Gyrus 1.120967512 1.057476782 0.002287778L3 of Right_Cerebrum Parahippocampal Gyrus 0.79745951 0.862467959 0.022536295L3 of Right_Cerebrum Posterior Cingulate 1.072299578 1.005599949 0.0100
13、205L3 of Right_Cerebrum Precentral Gyrus 1.109387061 1.074602261 0.028983772L3 of Right_Cerebrum Sub-Gyral 0.745883509 0.794384158 0.009264666L3 of Right_Cerebrum Superior Frontal Gyrus 1.169028426 1.118111162 0.004098844L3 of Right_Cerebrum Uncus 0.781353815 0.852826672 0.006736363表 2功能区位置 功能区名称 第
14、1 组平均值 第 5 组平均值 P 值L3 of Left_Cerebrum Caudate 0.73772092 0.544658783 0.0025131330L3 of Left_Cerebrum Inferior Frontal Gyrus 1.151156793 1.094519166 0.01808316L3 of Left_Cerebrum Sub-Gyral 0.684036961 0.721315051 0.01222287L3 of Left_Cerebrum Superior Temporal Gyrus 1.061899687 0.995482169 0.0239898
15、3L3 of Right_Cerebrum Caudate 1.041160524 0.831507216 1.9426E-05L3 of Right_Cerebrum Inferior Frontal Gyrus 1.026683078 0.974155695 0.00054138L3 of Right_Cerebrum Inferior Temporal Gyrus 1.039093431 1.077200473 0.02120556L3 of Right_Cerebrum Lateral Ventricle 0.587252136 0.487878704 0.00807449L3 of
16、Right_Cerebrum Medial Frontal Gyrus 1.043734461 1.071011782 0.00428818L3 of Right_Cerebrum Paracentral Lobule 1.058608341 1.117341543 0.0202393L3 of Right_Cerebrum Subcallosal Gyrus 0.9971265 1.04783424 0.02956286L3 of Right_Cerebrum Third Ventricle 0.841503318 0.713723956 0.00895518表 3功能区位置 功能区名称 第
17、 2 组平均值 第 5 组平均值 P 值L3 of Left_Cerebrum Cingulate Gyrus 1.066036755 1.01406433 0.028137L3 of Left_Cerebrum Inferior Frontal Gyrus 1.148648701 1.09451917 0.046655L3 of Left_Cerebrum Medial Frontal Gyrus 1.18779765 1.13958955 0.022193L3 of Left_Cerebrum Sub-Gyral 0.686147528 0.72131505 0.019915L3 of R
18、ight_Cerebrum Caudate 0.963313456 0.83150722 0.018286L3 of Right_Cerebrum Inferior Frontal Gyrus 1.012575025 0.9741557 0.021146L3 of Right_Cerebrum Subcallosal Gyrus 0.97422612 1.04783424 0.035771表 4功能区位置 功能区名称 第 3 组平均值 第 5 组平均值 P 值L3 of Left_Cerebrum Caudate 0.746219719 0.544658783 0.000594584L3 of
19、 Left_Cerebrum Claustrum 1.018597041 1.110393443 0.00360253L3 of Left_Cerebrum Inferior Frontal Gyrus 1.158708231 1.094519166 0.014523554L3 of Right_Cerebrum Caudate 1.018146176 0.831507216 0.000192521L3 of Right_Cerebrum Inferior Frontal Gyrus 1.01791047 0.974155695 0.027797113L3 of Right_Cerebrum
20、Inferior Parietal Lobule 1.138283506 1.099843993 0.025099121L3 of Right_Cerebrum Lateral Ventricle 0.570928679 0.487878704 0.03421075表 5功能区位置 功能区名称 第 1 组平均值 第 6 组平均值 P 值L3 of Left_Cerebrum Cingulate Gyrus 1.050768948 0.98350731 0.03886361L3 of Left_Cerebrum Superior Temporal Gyrus 1.061899687 0.9953
21、3681 0.00845515L3 of Right_Cerebrum Caudate 1.041160524 0.85077933 0.02515271L3 of Right_Cerebrum Claustrum 0.991252163 1.03996463 0.03678037L3 of Right_Cerebrum Extra-Nuclear 0.728519477 0.7734055 0.02133261L3 of Right_Cerebrum Inferior Temporal Gyrus 1.039093431 1.07722391 0.02141703L3 of Right_Cerebrum Medial Frontal Gyrus 1.043734461 1.10634667 0.0018092L3 of Right_Cerebrum Sub-Gyral 0.748348663 0.80291395 0.01856192表 6
