人腦神經(jīng)纖維成像及三維重構(gòu)研究課件

1、人腦神經(jīng)纖維成像及三維重構(gòu)研究目錄1234項(xiàng)目研究背景纖維方向重構(gòu)纖維跟蹤技術(shù)研究趨勢(shì)及可視化項(xiàng)目研究背景1人腦的復(fù)雜2疾病根源探索3腦研究計(jì)劃4腦纖維群體成像一千億個(gè)神經(jīng)元 一百萬(wàn)億條神經(jīng)聯(lián)絡(luò)通路阿爾海默癥 ，癲癇帕金斯，精神分裂癥孤獨(dú)癥，抑郁癥2013年歐盟、美國(guó) 加拿大、日本 中國(guó)973計(jì)劃臨床醫(yī)學(xué)與信息技術(shù)復(fù)雜腦網(wǎng)絡(luò)纖維結(jié)構(gòu)信息活體無(wú)創(chuàng)顯示腦纖維走向神經(jīng)疾病輔助治療項(xiàng)目研究意義大腦研究旨在從時(shí)間和空間上展示復(fù)雜的神經(jīng)環(huán)路網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)和檢索大量信息提供科學(xué)證據(jù)。圖1.大腦網(wǎng)絡(luò)模型纖維跟蹤在腫瘤手術(shù)中圖2

2、.腫瘤區(qū)域的纖維重建重要階段DWI? ? ?DTIHARDI1234擴(kuò)散-分子的布朗運(yùn)動(dòng)過(guò)程高密度向低密度-微運(yùn)動(dòng)DWI發(fā)展時(shí)期1986Le BihanDWI應(yīng)用于生物成像中1950Hahn擴(kuò)散對(duì)MRI信號(hào)強(qiáng)度的影響1954Carr以自旋回波序列得到水分子的擴(kuò)散系數(shù)b1965Stejskal脈沖梯度自旋回波序列1946Felix發(fā)現(xiàn)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(gè)擴(kuò)散梯度脈沖180射頻脈沖自旋回波數(shù)據(jù)填充至K空間中央第二個(gè)擴(kuò)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(duì)比DTI1992年 Peter Basser 核磁擴(kuò)散張量成像技術(shù)圖7.DTI擴(kuò)散模型表示各向異性FAFA: Fractional Anisotropy,張量各項(xiàng)異性指數(shù),即各向異性占整個(gè)擴(kuò)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(lán)-z圖8.DWI圖與FA圖DTI圖9.DTI重建結(jié)果DTI其假設(shè)每個(gè)體素僅含一根神經(jīng)纖維二階張量極值唯一性無(wú)法描述復(fù)雜纖維結(jié)構(gòu)的非高斯分布體素纖維結(jié)構(gòu)：交叉、分叉、扇形、瓶頸等交叉、分叉、扇形、瓶頸圖10.單個(gè)橢球模型無(wú)法表示復(fù)雜纖維結(jié)構(gòu)HARDIHARDI圖11.HARDI的群體多纖維重構(gòu)經(jīng)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(shí)別總體過(guò)程“確定性確定性方法 纖維走向取決于每個(gè)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(jī)方法 依據(jù)特定概率隨機(jī)選擇每個(gè)體素的纖維方向圖15.概率隨機(jī)方法對(duì)方向的選擇圖16.概率隨機(jī)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(jì)ROI局部跟蹤全腦纖維跟蹤圖18.全腦纖維群體重構(gòu)的大致流程國(guó)內(nèi)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(dòng)化所該領(lǐng)