Dreidimensionale Formmodellierung und Analyse von Gehirnstrukturen

Die genaue Wiederherstellung der Formmerkmale gegenüber rauen und lauten Segmentierungen ist entscheidend, um eine gute anatomische Übereinstimmung zwischen einzelnen Gehirnformmodellen zu erreichen. Unser Framework bietet verschiedene Tools für die individuelle Formmodellierung, die gruppenweise Vorlagenerstellung und die Berechnung der Formdeformität. Und es wurde für große Datensätze des menschlichen Gehirns verwendet.

Demonstriert dieses Verfahren wird Dr.Jaeil Kim sein, ein ehemaliger Grad Student aus meinem Labor, der die Software für die Gehirnformmodellierung entwickelt hat. Zur manuellen Bearbeitung der Hippocampussegmentierung öffnen Sie das T1-Gewicht-Magnetresonanzbild und die automatische Hippocampussegmentierung ergibt die grafische Benutzeroberflächensoftware. Klicken Sie auf das Symbol im Anzeigefenster, um die koronale Ansicht auszuwählen und durch die Lautstärke zu scrollen, bis sich der Uncus befindet.

Einschließlich des Uncus in der Hippocampus-Maske, wo er vorhanden ist, verwenden Sie die Add- und Subtrahierfunktionen, um die Maske des Hippocampuskörpers zu bearbeiten, nachdem der Uncus zurückgetreten ist. Bearbeiten Sie die Hippocampusmaske weiter, bis der Hippocampusschwanz gefunden ist. Wenn der Pulvinarkern des Thalamus dem Hippocampus überlegen ist, wird der Fornix entstehen.

Beenden Sie die Bearbeitung der letzten koronalen Scheibe des Hippocampus, in der die gesamte Länge des Fornix sichtbar ist, aber noch nicht kontinuierlich mit dem Splenium des Corpus callosum. Speichern Sie dann die Masken für das linke und rechte Hippocampi im NifTI-Format. Um ein Gruppenvorlagenmodell zu erstellen, laden Sie das Shape Modeling-Plug-In, und klicken Sie auf Verzeichnis öffnen, um ein Verzeichnis zu öffnen, das die binären Masken der Studienauffüllung von Interesse enthält.

Geben Sie die gewünschte Anzahl von Scheitelpunkten ein, und klicken Sie auf Vorlagenkonstruktion für die Gruppenvorlagenkonstruktion. Überprüfen Sie dann das mittlere Formnetz. Laden Sie für die individuelle Formrekonstruktion das T1-gewichtete Magnetresonanzbild von Interesse und die entsprechende Segmentierungsmaske und wählen Sie das Arbeitsverzeichnis aus, um die Dateien zu speichern.

Wählen Sie ein Vorlagenmodell für die individuelle Formmodellierung aus, und überprüfen und ändern Sie die Modellierungsparameter im Shape Modeling Plug-In bei Bedarf. Unser Modellierungsframework ist also fast automatisiert, einige Schritte erfordern jedoch eine Bestätigung durch den Benutzer. Wenn der Wert für die Hippocampus-Regionen beispielsweise nicht einer ist, muss der Parameter Intensität geändert werden.

Überprüfen Sie dann das Ergebnis in der 3D-Ansicht der Toolkit-Workbench. Um eine Form- und Deformitätsmessung durchzuführen, wählen Sie das Formmodell des Interessenten im Datenmanager der Software aus, und klicken Sie auf Vorlage auswählen, um die Vorlage auszuwählen, die für die Messung von Interesse ist. Hier kann eine repräsentative Verformung des Hippocampus-Vorlagenmodells für die individuelle Formrekonstruktion beobachtet werden.

Die Methode induziert eine große bis kleine Verformung des Vorlagenmodells, um die Verzerrung der Punktverteilung zu minimieren und gleichzeitig die einzelnen Formeigenschaften wiederherzustellen. In dieser Abbildung werden rekonstruierte Formmodelle aus zwei Motiven mit ihren Segmentierungsmasken dargestellt. In diesen Bildern können einzelne Formmodelle, ihr Durchschnittsmodell und die Formdifferenzvektoren mit einem einzelnen Formmodell beobachtet werden.

Diese Daten stellen die durchschnittliche Formdeformität dar, die auf das durchschnittliche Modell projiziert wird. Für eine Gruppe mit einem kleinen Hirngewebevolumen und eine Gruppe mit einem großen Hirngewebevolumen. Die Formdeformitätskarten der beiden Gruppen zeigen entgegengesetzte Muster des Hippocampus-Formunterschieds an den entsprechenden Regionen.

Überprüfen Sie die Segmentierungsmaske und die einzelne oder entweder das gemeinsam genutzte Modell zusammen. Wenn das Modell nicht an die Bildgrenze angepasst ist, passen Sie die Modellierungsparameter an, um bessere Ergebnisse zu erzielen. Statistische Auswertung enthoben mit der Formdeformität kann durchgeführt werden, um die gruppenweise Form zu untersuchen Wir haben auch MATLAB-Code für die Analyse auf unserer Projektseite zur Verfügung gestellt.

Diese robuste Methode wurde auf eine Reihe von klinischen Studien angewendet, die nicht nur kritische Strukturmodellierung wie Alzheimer-Krankheit oder Alterungsstudie beinhalten, sondern auch Fuß-Knochen-Erkrankungen, die die Analyse von zusammengesetzten Knochen erfordern.