Tredimensionell form modellering och analys av hjärnstrukturer

Vi introducerar ett halvautomatiskt protokoll för form analys på hjärnstrukturer, inklusive bildsegmentering med öppen programvara, och ytterligare grupp vis form analys med hjälp av ett automatiserat modellerings paket. Här visar vi varje steg i 3D-form analysprotokoll med Hippocampus segmentering från Brain Mr images.

Statistisk form analys av hjärnstrukturer har använts för att undersöka sambandet mellan deras strukturella förändringar och patologiska processer. Vi har utvecklat ett mjukvarupaket för noggrann och robust form modellering och grupp-Wise analys. Här introducerar vi en pipeline för form analys, från individuell 3D-form modellering till kvantitativ grupp form analys. Vi beskriver också förbehandling och segmentering steg med hjälp av öppna mjukvarupaket. Denna praktiska guide skulle hjälpa forskare att spara tid och ansträngning i 3D-form analys på hjärnans strukturer.

Form analys av hjärnstrukturer har dykt upp som det föredragna verktyget för att undersöka deras morfologiska förändringar under patologiska processer, såsom neurodegenerativa sjukdomar och åldrande¹. Olika beräkningsmetoder krävs för att 1) exakt avgränsa gränserna för målstrukturer från medicinska bilder, 2) rekonstruera målformen i form av 3D-yta mesh, 3) bygga Inter-ämnen korrespondens över enskilda form modeller via form Parameterisering eller yta registrering, och 4) kvantitativt bedöma de regionala form skillnader mellan individer eller grupper. Under de senaste åren har många metoder införts i neuroimaging studier för vart och ett av de....

Brain MR-bilder förvärvades enligt det protokoll som godkänts av den lokala institutionella prövnings nämnden och etikkommittén.

Anmärkning: Verktygen för form modellering och analys kan laddas ner från NITRC repository: https://www.nitrc.org/projects/dtmframework/. GUI-programvaran (DTMModeling. exe) kan köras efter extraktion.

Den form modellering process som beskrivs här har varit anställd för olika neuroimaging studier på åldrande^6,8,10 och Alzheimers sjukdom^5,9. Speciellt, denna form modelleringsmetod visade sin noggrannhet och känslighet i form analys på Hippocampus för en åldrande befolkning på 654 försökspersoner⁸. En k.......

Sammanfattnings, vi har beskrivit programvaran pipeline för form analys på hjärnans strukturer inklusive (1) MR image segmentering med hjälp av öppna verktyg (2) individuell form rekonstruktion med hjälp av en deformerbar mall modell, och (3) kvantitativ form skillnad mätning via transitiv form korrespondens med mallmodellen. Statistisk analys enligt false Discovery Rate (FDR) korrigering utförs med formen deformitet att undersöka betydelsen av morfologiska förändringar av hjärnans strukturer, i samband med n.......

Arbetet finansierades av National Research Foundation i Korea (JP som PI). JK finansieras av Kyungpook nationella universitets forskningsfonden; och MCVH finansieras av Row Fogo välgörenhets förtroende och Royal Society of Edinburgh. Den Hippocampus segmentering anpassades från in-House riktlinjer skrivna av Dr Karen Ferguson, vid centrum för klinisk hjärn vetenskap, Edinburgh, Storbritannien.