激活似然估计整合分析在医学影像数据中的应用

【摘要】 整合分析是针对一系列独立研究结果进行定量综合分析的方法。自从1976年Glass在心理学研究中提出以来,该方法已经在许多学科特别是医学领域进行了广泛的应用。本文旨在以定量描绘被试者在扣指任务过程中激活脑区为例,介绍ALE方法在功能性磁共振影像数据研究结果整合分析中的应用。激活似然估计整合分析是一种基于随机效应模型的脑区激活似然评估方法,它可以定量地分析已往的fMRI研究结果。其基本思想：通过计算各脑区体素的激活似然估计(ALE)值参数分布图,定位那些稳定激活的脑区,再判断被试者在这些任务条件下激活脑区聚类的-致性。具体步骤如下：首先通过Sleuth软件检索Medline、Embase、 CNKI等数据库选定的33篇文献(18fMRI和15PET)作为本文的研究数据(包含633个坐标点),然后使用GingerALE软件进行数据分析,最后利用Mango软件显示脑区的激活结果。本文将收集到的数据分成以下三组进行分析：①将文献中检测到的所有激活脑区坐标合并到一起；②把所有文献按照扣指任务是否有节奏刺激划分为听觉刺激(20篇；381个坐标)、视觉刺激(6篇；95个坐标)和无节奏刺激(10篇；157个坐标)三组；③把所有文献根据扣指任务的复杂程度分为右手简单的扣指(19篇；261个坐标)、右手多个手指有顺序的扣指(14篇；240个坐标)和双手扣指(4篇；88个坐标)三组。结果发现,在所有扣指任务下激活脑区主要聚类在初级感觉运动皮层、辅助运动区、前运动皮层、双侧顶叶皮层、双侧基底神经节和双侧小脑部分等脑区；在有节奏刺激的扣指任务下得到的激活脑区与在复杂度不同的扣指任务下得到的激活脑区相比分布更为广泛；并且验证了选择不同复杂程度地扣指任务对大脑激活脑区的区域分布会有很大影响。 

1绪论

对于某个相同的问题，不同学科领域的研究者们采用的研究方法不一，当然得到的结果可想而知也会有所差异，有时甚至相反。虽然学科的交叉借鉴会对问题的研究带来一定的帮助，但仅仅从单个相对独立的研究结果来看一般是不能从实质上解决问题的，更何况各种具有差异性的结果很可能会对该问题的进一步分析产生一定的影响。在这时，往往需要找到一种全面的有效的综合分析方法。以往的分析方法通常只是从定性的角度来综合分析不同的研究成果，它是将研究者的主观判断及把握融入其中，并且对问题的分析也并不透彻，不能从根本上提出解决问题的方法。而整合分析是一种能有效的、定量的、客观的综合性分析方法。它的主要思想是对不同的研究结果进行定量的综合分析，这些研究结果有着共同的研究目的，结果一般具有独立性，只是由于研究方法的不同而导致结果各有差异。整合分析就能结合这些研究结果的差异特性，对这些研究结果做出更准确的，更可靠的评价依据，因此该方法具有一定的优势。首先，不同研究结果的合并分析能提高分析问题的准确率，并能对各个独立的结果的不一致性做出客观评价。其次，，在整合分析中可以计算出各个研究效应的衡量值，以此来定量地分析问题；同时，能衡量和评价针对单个问题的研究方法的有效性，为更深入研究该问题提出可行性意见。
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2整合分析的理论

2.1基本思想及步骤
运用整合分析时需要有以下两个前提条件：一是各个研究需要具有相同的研究目的和手段，二是多个研究所得的结果是相互独立的。整合分析则是对各个独立研究结果的定量的系统评价，是系统评价的主要技术之一。所以在分析之前，需要搜集一些已发表或待发表的文献，并且这些文献要具有可比性，不具可比性的文献可忽略，然后在计算设定好的统计量值，对这些文献所贡献的信息进行定量的分析和评价。其基本步骤如下：首先提出一些有待解决的问题，并且该问题是可以解决的；然后在数据库中检索有关文献，但这样会搜集到大量的文献，其中一些无用的文献会附加很多冗余的信息，对文章的分析带来诸多影响，故将不满足要求的文献删除掉；最后运用软件对文献进行综合分析并得出相应地研究结果。可以发现，文献资料分析得如何是整合分析的关键所在。整合分析一般都有以下两种分析方法：定性的和定量的。

2.2统计分析过程
在进行整合分析的过程中，要对搜集到的资料做异质性检验，其原因是只有具有同质性的文献才能合并，才能比较。所以，异质性检验是有必要的，这样一方面可以达到检验的目的，另一方面可以使不同质的文献经过处理后变成同质性文献。对应异质性检验的另一种叫法是同质性检验，它是指通过统计假设检验检测搜集到的各个研究结果是不是具有异质性。这种检验方法是一种定量的检测方法，常用的检验方法如下：通过图法可直观地将具有异质性的异常点显示在图像上。该图是以标准误差的倒数为横坐标，统计量效应量除以它的标准误差为纵坐标，有一条穿过原点的回归线，并且距离这条回归线上下两个单位处做的置信区间的平行线。如果被检验的研究结果不具有异质性，则所得到的点落在两条平行线之内。研究结果通过了异质性检验之后，需要对合并的效应量即统计量进行统计推断。这里，值得注意的是，研究结果在进行异质性检验之后会存在两种结果：一种是存在同质性，一种是存在异质性。如果各文献研究结果具有同质性，则可以用固定效应模型将其研究结果直接加权后整合进行分析。固定效应模型基于两种形式的文献，计量文献和计数文献。

2整合分析的理论.....5
2.1基本思想及步骤....5
2.2统计分析过程...........6
3激活似然估计整合分析..........13
3.1ALE统计量的计算..13
4结果分析.......19

4结果分析

为了确定扣指的复杂度对已得到整合分析结果的影响，首先将复杂度分为五个不同等级：1、右手单个手指扣指；2、右手手指简单有顺序的扣指；3、右手手指按复杂的顺序扣指；4、双手手指简单有顺序的扣指；5、双手手指按复杂的顺序扣指，接着记录了听觉vs视觉与节奏刺激vs无节奏刺激这两组在这五个复杂等级中的得分，然后针对听觉组的得分平均值为1.919和视觉组的得分平均值为1.125进行了单样本t，两组数据不存在显著差异, 接着也对节奏刺激组的得分和无节奏刺激组的得分行了单样本t检验，发现这两组数据也没有显著性差异. 从以上结果可以看出，听觉组和视觉组检验的P值小于给定的阈值, 这也说明一些潜在的误差引入了整合分析中，因此，将来的功能磁共振成像对研究听觉vs视觉和扣指复杂程度的关系有很大的作用。
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5总结与期望

从本文研究结果可以看出，所有扣指任务下得到激活的脑区都与控制运动的脑区有关，包括有初级感觉运动皮层、辅助运动区、基底神经元和小脑，在早期的研究中，初级感觉运动皮层和辅助运动区都只是控制一些简单自发行为的脑区，但是，最近的研究表明在执行单手复杂有序和双手的扣指任务过程中这些脑区都很明显地激活了，另外有研究表明，辅助运动区的活动和更高级的运动处理功能有很大关的关联，包括运动的发起、规划、模仿、和协调等。基底神经元的活动通常与简单的重复运动和复杂有序的运动联系在一起，而小脑的激活往往是在运动的准备、执行和选择过程中较明显。除了以上脑区在扣指任务中激活脑区一致聚类性较高外，还有运动前区和顶叶皮层也同样被一致激活，运动前区皮层在把感觉信息转换成恰当地行为过程中起着很大的作用，顶叶皮层激活主要是由听觉和视觉等刺激行为引起的。有节奏刺激与所有扣指任务整合得到激活脑区差不多一致，用激活似然估计整合分析的方法在三组听力、视觉和无刺激中都发现初级感觉运动皮层，补充运动区，小脑前部被激活图。并且在最近的研究中也发现，在做各种不同的运动任务时这些脑区也是被激活的。而对于基底神经元，这三组并没有一致的结果。听力和无刺激这两组发现壳核和丘脑两个脑区被激活，而视觉这一组的结果发现左外侧苍白球被激活。这些结果表明当任务与听力有关时，基底神经元也可能处于激活状态。
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