人腦神經纖維成像及三維重構研究課件

1、人腦神經纖維成像及三維重構研究目錄1234項目研究背景纖維方向重構纖維跟蹤技術研究趨勢及可視化項目研究背景1人腦的復雜2疾病根源探索3腦研究計劃4腦纖維群體成像一千億個神經元 一百萬億條神經聯(lián)絡通路阿爾海默癥 ，癲癇帕金斯，精神分裂癥孤獨癥，抑郁癥2013年歐盟、美國 加拿大、日本 中國973計劃臨床醫(yī)學與信息技術復雜腦網絡纖維結構信息活體無創(chuàng)顯示腦纖維走向神經疾病輔助治療項目研究意義大腦研究旨在從時間和空間上展示復雜的神經環(huán)路網絡之間的相互作用和連通，探尋腦部疾病的根源和治療方案。為探索大腦的瞬間精確記憶、處理、利用、存儲和檢索大量信息提供科學證據。圖1.大腦網絡模型纖維跟蹤在腫瘤手術中圖2

2、.腫瘤區(qū)域的纖維重建重要階段DWI? ? ?DTIHARDI1234擴散-分子的布朗運動過程高密度向低密度-微運動DWI發(fā)展時期1986Le BihanDWI應用于生物成像中1950Hahn擴散對MRI信號強度的影響1954Carr以自旋回波序列得到水分子的擴散系數b1965Stejskal脈沖梯度自旋回波序列1946Felix發(fā)現核磁共振NMR圖3.某人腦的DWI掃描層DWI成像原理90射頻脈沖后等待T/2第一個擴散梯度脈沖180射頻脈沖自旋回波數據填充至K空間中央第二個擴散梯度脈沖填充K空間其余圖4 梯度脈沖自旋回波流程圖5.不同剖面的DWI掃描層DWI圖6.b=0與b=1000的DWI掃

3、描對比DTI1992年 Peter Basser 核磁擴散張量成像技術圖7.DTI擴散模型表示各向異性FAFA: Fractional Anisotropy,張量各項異性指數,即各向異性占整個擴散張量的比重。 FA圖直觀地描述了張量的空間幾何形狀，紅-x,綠-y,藍-z圖8.DWI圖與FA圖DTI圖9.DTI重建結果DTI其假設每個體素僅含一根神經纖維二階張量極值唯一性無法描述復雜纖維結構的非高斯分布體素纖維結構：交叉、分叉、扇形、瓶頸等交叉、分叉、扇形、瓶頸圖10.單個橢球模型無法表示復雜纖維結構HARDIHARDI圖11.HARDI的群體多纖維重構經典的球面反卷積方法圖13.球面反卷積原理

4、圖12.單位球上的纖維重建與纖維方向識別總體過程“確定性確定性方法 纖維走向取決于每個體素的最大特征方向 圖14.確定性跟蹤方法概率性概率隨機方法 依據特定概率隨機選擇每個體素的纖維方向圖15.概率隨機方法對方向的選擇圖16.概率隨機方法ROI纖維重建群智能型圖17.群體智能算法在纖維跟蹤中纖維跟蹤群體方向估計ROI局部跟蹤全腦纖維跟蹤圖18.全腦纖維群體重構的大致流程國內外三維可視化軟件3D Slicer Harvard Medical School, Brigham & Womens HospitalSPM8 Functional Imaging Laboratory, University College LondonFSL FMRIB Centre, University of OxfordDoDTI Lab of Molecular Neuroimaging Technology, Yonsei UniversityFiberNavigator Sherbrooke Connectivity Imaging Laboratory, CanadaExploreDTI University Medical Center UtrechtDTI_Tracking1.0 中科院自動化所該領