脑胶质瘤患者普遍存在认知功能下降、手术预后差等问题,给患者生活质量带来极大影响。如何在术前对患者的功能认知进行评估,并准确判断肿瘤对重要功能区的影响,就显得尤为重要。功能磁共振成像技术(functional Magnetic Resonance Imaging fMRI)的出现为脑肿瘤的诊断、治疗和功能认知的评价提供了丰富的信息,已广泛应用于神经外科。目前,对于大脑功能认知的研究,大多是把大脑看作一个线性随机系统来分析。大脑作为一个复杂系统,涉及到神经系统非线性动力学的特性。与常规处理技术相比,基于非线性时间序列对各种度量指标的规律性进行分析的复杂度分析技术,能提供更接近于大脑神经活动属性的功能代谢信息,具有检测大脑活动和系统非线性动力学定量测量的优点。本研究采用复杂度分析技术及其脑功能网络分析技术,对脑胶质瘤患者的肿瘤特性进行分析,对重要功能区进行定位,并对肿瘤患者的功能认知进行评估。论文的主要研究内容如下:1、基于复杂度分析的脑功能像处理研究。计算大脑fMRI数据的样本熵值,构建全脑样本熵图;基于复杂度样本熵值对肿瘤患者的激活区进行提取和分析,发现复杂度分析方法能有效提取患者神经活动的异常变化。计算正常被试的全脑平均样本熵值和Hurst指数,并对二者进行对比分析和线性回归曲线估计,发现复杂度分析方法可以表征大脑神经活动的不规则程度;基于样本熵激活区分布对男女认知差异进行分析,结果和相关研究结果一致。结果均表明复杂度分析方法在大脑功能像处理中是可行的。2、基于赫斯特指数(Hurst)的脑胶质瘤分级研究。分割肿瘤患者肿瘤实质区及其对侧区域,并提取正常对照组的相应区域;计算各个感兴趣区域的Hurst指数值;通过对比分析肿瘤及其对侧正常区域、肿瘤区域及对照组同区域、不同肿瘤组别的肿瘤区域的Hurst指数,来研究肿瘤区域Hurst指数的异常变化及Hurst指数和肿瘤等级之间的变化关系。结果表明肿瘤区域的Hurst指数变化与肿瘤等级存在正相关关系。3、基于复杂度分析的大脑网络构建及网络参数分析。基于复杂度分析技术,构建正常受试者和额颞叶胶质瘤患者的大脑静息态功能网络。对两组被试的网络拓扑属性、网络全局参数以及局部参数进行了分析;通过对比统计分析,给出了胶质瘤患者网络拓扑结构和网络参数的异常改变。研究发现肿瘤患者的小世界属性较正常被试增强,认为可能和大脑存在的功能代偿有关;肿瘤患者网络局部参数变化表明,肿瘤对大脑前运动皮层、双侧内侧和旁扣带脑回等脑区造成了一定的认知损伤。4、基于复杂度分析技术的额颞叶胶质瘤患者认知功能评估。分别从全脑样本熵值计算及分析、大脑功能模块划分和分析,以及大脑功能网络的拓扑属性和网络参数分析三个角度,分析胶质瘤患者的功能认知损伤以及可能存在的代偿机制。研究发现肿瘤对大脑认知的影响主要集中在肿瘤实体区域及周围重要组织,同时在非肿瘤区域及其对侧相应区域可能存在功能代偿现象。论文的创新点如下:1、采用非线性方法对功能磁共振数据进行了处理以及分析,为复杂度分析方法在功能磁共振中的应用提供了支撑。2、为基于认知功能分析的术前规划和手术导航提供了理论支持。