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老年性痴呆病(Alzheimers Disease,AD)作为严重影响老年人身心健康、生活质量的四大疾病之一,其早期诊断和治疗还存在很大的不足。
本文首先描述[1]中提出的一种常速度场流体配准方法,给出其变分格式证明以及数值实现算法。然后说明了用迭代主成分分析(IPCA)方法计算脑萎缩率的原理及对其离群阈值选取的改进。
目的是用上述两种方法对核磁共振成像(MRI)的系列大脑图像进行研究,找出老年痴呆病人(AD)、中度认知受损病人(MCI)和正常被试(NC)的认知受损程度与其大脑萎缩率(brain atrophy)的关系,旨在寻找AD早期诊断和治疗的图像指标。
我们对AD、MCI和NC三组前后相隔一年的MRI大脑图像(142AD/200MCI/196NC)进行预处理和统计分析。得到的结果如下:
(1)实验一对AD和Nc两组被试进行微分同胚配准之后图像亮度值的双样本t检验的横向比对,得到具有显著性差别的脑区为海马区、杏仁核等老年痴呆症典型病症脑区,说明该配准方法可以保持一定的解剖学特性；
(2)实验二将微分同胚配准过程中变形的Jacobian矩阵的行列式作为一个指标(因为其可代表各体素点体积变化),根据IPCA方法计算该指标代表的脑萎缩率,发现随机选取的25和100个AD/MCI/Nc被试组有极显著性差异(n=25,ANOVA,p=1.17e-007；n＝100,ANOVA,p=2.04e-009)且与老年痴呆病人的认知受损程度呈一致性,表明由该指标计算出的萎缩率可以作为早期老年痴呆病诊断的一个指标;
(3)实验三给出了基于该配准方法研究特定脑区的萎缩率的实验步骤,以及对100个被试组(AD/MCI)海马区萎缩率研究显示有显著性差异(n=100,ANOVA,p=8.40e-006)。