JoVE Logo
Faculty Resource Center
Authors
Librarians
High Schools
About

Sign In

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Acknowledgements

Materials

References

Neuroscience

نمذجة الاشكال ثلاثية الابعاد وتحليل هياكل المخ

Published: November 14th, 2019

DOI:

10.3791/59172

1School of Computer Science and Engineering, Kyungpook National University, 2Centre for Clinical Brain Sciences, University of Edinburgh, 3School of Computing and KI for Health Science and Technology (KIHST), Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)

نحن نقدم بروتوكول شبه تلقائي لتحليل الشكل علي هياكل الدماغ ، بما في ذلك تجزئه الصورة باستخدام البرمجيات المفتوحة ، والمزيد من تحليل الشكل المجموعة الحكيمة باستخدام حزمه النمذجة الألى. هنا ، ونحن نظهر كل خطوه من بروتوكول تحليل الشكل 3D مع تقسيم هيبوكامبال من الدماغ MR الصور.

وقد استخدم تحليل الشكل الإحصائي لهياكل المخ للتحقيق في العلاقة بين التغييرات الهيكلية والعمليات المرضية. لقد قمنا بتطوير حزمه برامج لنمذجة الشكل دقيقه وقويه وتحليل المجموعة الحكيمة. هنا ، نقدم خط أنابيب لتحليل الشكل ، من النمذجة شكل 3D الفردية إلى تحليل شكل المجموعة الكمية. كما نقوم بوصف خطوات المعالجة المسبقة والتجزئة باستخدام حزم البرامج المفتوحة. هذا الدليل العملي من شانه ان يساعد الباحثين توفير الوقت والجهد في تحليل الشكل 3D علي هياكل الدماغ.

وقد برز تحليل الشكل من هياكل الدماغ كاداه مفضله للتحقيق في التغييرات المورفولوجية في اطار العمليات المرضية, مثل امراض الأعصاب والشيخوخة1. علي مدي السنوات العديدة الماضية ، تم إدخال العديد من الطرق في دراسات التصوير العصبي لكل من هذه الخطوات. ومع ذلك ، وعلي الرغم من التطورات الملحوظة في الميدان ، لا توجد أطر كثيره تنطبق علي الفور علي البحوث. في هذه المقالة ، نقوم بوصف كل خطوه من تحليل شكل هياكل الدماغ باستخدام أدوات النمذجة المخصصة للشكل وأداات تقسيم الصور المتاحة للعامة.

هنا ، ونحن نظهر اطار تحليل الشكل للهياكل الدماغ من خلال تحليل الشكل من اليسار واليمين وهيبوكامبي باستخدام مجموعه بيانات من الضوابط الكبار ومرضي مرض ....

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

تم الحصول علي صور الدماغ MR وفقا للبروتوكول الذي وافق عليه مجلس المراجعة المؤسسية المحلية ولجنه الأخلاق.

ملاحظه: يمكن تحميل أدوات نمذجة الشكل والتحليل من مستودع NITRC: https://www.nitrc.org/projects/dtmframework/. يمكن تنفيذ برنامج واجهه المستخدم .......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

وقد استخدمت عمليه نمذجة الشكل الموصوفة هنا لدراسات التصوير العصبي المختلفة علي الشيخوخة6,8,10 ومرض الزهايمر5,9. خصوصا ، وأظهرت هذه الطريقة النمذجة الشكل دقتها وحساسيتها في تحليل الشكل علي ا.......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

باختصار ، لقد وصفنا خط أنابيب البرمجيات لتحليل الشكل علي هياكل الدماغ بما في ذلك (1) MR تجزئه الصورة باستخدام أدوات مفتوحة (2) أعاده بناء الشكل الفردية باستخدام نموذج قالب تشوه ، و (3) الفرق الشكل الكمي قياس عبر المراسلات شكل متعديه مع نموذج قالب. يتم اجراء التحليل الإحصائي تحت تصحيح معدل الاكت.......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

وقد تم تمويل العمل من قبل المؤسسة الوطنية للبحوث في كوريا (JP باعتبارها PI). يتم تمويل JK من قبل الصندوق الوطني للبحوث جامعه كيونغبوك; ويتم تمويل MCVH من قبل الامانه الخيرية الصف فوغو والجمعية الملكية في ادنبره. تم تكييف التجزئة الهيبوكامباله من المبادئ التوجيهية الداخلية التي كتبتها الدكتورة كارين فيرغسون ، في مركز علوم الدماغ السريرية ، ادنبره ، المملكة العربية البريطانية.

....

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

NameCompanyCatalog NumberComments

  1. Costafreda, S. G., et al. Automated hippocampal shape analysis predicts the onset of dementia in mild cognitive impairment. NeuroImage. 56 (1), 212-219 (2011).
  2. Platero, C., Lin, L., Tobar, M. C. Longitudinal Neuroimaging Hippocampal Markers for Diagnosing Alzheimer's Disease. Neuroinformatics. , 1-19 (2018).
  3. Valdés Hernández, M. D. C., et al. Rationale, design, and methodology of the image analysis protocol for studies of patients with cerebral small vessel disease and mild stroke. Brain and behavior. 5 (12), e00415 (2015).
  4. Kalmady, S. V., et al. Clinical correlates of hippocampus volume and shape in antipsychotic-naïve schizophrenia. Psychiatry Research: Neuroimaging. 263, 93-102 (2017).
  5. Kim, J., Valdés Hernández, M. D. C., Royle, N. A., Park, J. Hippocampal Shape Modeling Based on a Progressive Template Surface Deformation and its Verification. IEEE Transactions on Medical Imaging. 34 (6), 1242-1261 (2015).
  6. Kim, J., et al. 3D shape analysis of the brain's third ventricle using a midplane encoded symmetric template model. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 129, 51-62 (2016).
  7. Kim, J., Ryoo, H., Valdés Hernández, M. D. C., Royle, N. A., Park, J. Brain Ventricular Morphology Analysis Using a Set of Ventricular-Specific Feature Descriptors. International Symposium on Biomedical Simulation. , 141-149 (2014).
  8. Valdés Hernández, M. D. C., et al. Hippocampal morphology and cognitive functions in community-dwelling older people: the Lothian Birth Cohort 1936. Neurobiology of Aging. 52, 1-11 (2017).
  9. Lee, P., Ryoo, H., Park, J., Jeong, Y. Morphological and Microstructural Changes of the Hippocampus in Early MCI: A Study Utilizing the Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative Database. Journal of Clinical Neurology. 13 (2), 144-154 (2017).
  10. Cox, S. R., et al. Associations between hippocampal morphology, diffusion characteristics, and salivary cortisol in older men. Psychoneuroendocrinology. 78, 151-158 (2017).
  11. Sled, J. G., Zijdenbos, A. P., Evans, A. C. A nonparametric method for automatic correction of intensity nonuniformity in MRI data. IEEE Transactions on Medical Imaging. 17 (1), 87-97 (1998).
  12. Tustison, N. J., et al. N4ITK: improved N3 bias correction. IEEE Transactions on Medical Imaging. 29 (6), 1310-1320 (2010).
  13. Zhang, Y., Brady, M., Smith, S. Segmentation of brain MR images through a hidden Markov random field model and the expectation-maximization algorithm. IEEE Transactions on Medical Imaging. 20 (1), 45-57 (2001).
  14. Wardlaw, J. M., et al. Brain aging, cognition in youth and old age and vascular disease in the Lothian Birth Cohort 1936: rationale, design and methodology of the imaging protocol. International Journal of Stroke. 6 (6), 547-559 (2011).
  15. Morey, R. A., et al. A comparison of automated segmentation and manual tracing for quantifying hippocampal and amygdala volumes. NeuroImage. 45 (3), 855-866 (2009).
  16. Boccardi, M., et al. Survey of protocols for the manual segmentation of the hippocampus: preparatory steps towards a joint EADC-ADNI harmonized protocol. Journal of Alzheimer's Disease. 26 (s3), 61-75 (2011).
  17. Winterburn, J., et al. High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging. Journal of Visualized Experiments. (105), e51861 (2015).
  18. MacLullich, A., et al. Intracranial capacity and brain volumes are associated with cognition in healthy elderly men. Neurology. 59 (2), 169-174 (2002).
  19. Gower, J. C. Generalized Procrustes analysis. Psychometrika. 40 (1), 33-51 (1975).
  20. Lorensen, W. E., Cline, H. E. Marching cubes: A high resolution 3D surface construction algorithm. ACM Siggraph Computer Graphics. , 163-169 (1987).

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2024 MyJoVE Corporation. All rights reserved