Modelado de formas tridimensionales y análisis de estructuras cerebrales

Recuperar con precisión las características de la forma contra las segmentaciones ásperas y ruidosas es fundamental para lograr una buena correspondencia anatómica entre los modelos de forma cerebral individuales. Nuestro marco de trabajo proporciona varias herramientas para el modelado de formas individuales, la construcción de plantillas en grupo y el cálculo de la deformidad de la forma. Y se ha utilizado para grandes conjuntos de datos del cerebro humano.

Demostrando este procedimiento estará el Dr.Jaeil Kim, un ex estudiante de posgrado de mi laboratorio que desarrolló el software para el modelado de la forma del cerebro. Para la edición manual de la segmentación del hipocampo, abra la imagen de resonancia magnética de peso T1 y la segmentación automática del hipocampo da como resultado el software de interfaz gráfica de usuario. Haga clic en el icono de la ventana de visualización para seleccionar la vista coronal y desplácese por el volumen hasta que se encuentre el lugar.

Incluyendo el uncus en la máscara del hipocampo donde está presente, utilice las funciones de sumar y restar para editar la máscara del cuerpo del hipocampo después de que el uncus haya retrocedido. Continúe editando la máscara del hipocampo hasta que se encuentre la cola del hipocampo. A medida que el núcleo pulvinar del tálamo retroceda superior al hipocampo, el fornix emergerá.

Terminar de editar la última rebanada coronal del hipocampo en la que toda la longitud del fornix es visible, pero aún no continua con el splenium del cuerpo calloso. A continuación, guarde las máscaras para el hipocampo izquierdo y derecho en formato NifTI. Para construir un modelo de plantilla de grupo, cargue el complemento de modelado de formas y haga clic en Abrir directorio para abrir un directorio que contenga las máscaras binarias de la población de estudio de interés.

Introduzca el número deseado de vértices y haga clic en Construcción de plantilla para la construcción de la plantilla de grupo. A continuación, compruebe la malla de forma media. Para la reconstrucción de forma individual, cargue la imagen de resonancia magnética ponderada T1 de interés y su correspondiente máscara de segmentación y seleccione el directorio de trabajo para guardar los archivos.

Seleccione un modelo de plantilla para el modelado de formas individual y compruebe y modifique los parámetros de modelado en el complemento de modelado de formas según sea necesario. Por lo tanto, nuestro marco de modelado está casi automatizado, sin embargo, algunos pasos requieren confirmación del usuario. Por ejemplo, si el valor de las regiones del hipocampo no es uno de los usuarios, los usuarios deben cambiar el parámetro de intensidad.

A continuación, compruebe el resultado en la vista 3D del área de trabajo del kit de herramientas. Para realizar una medición de forma y deformidad, seleccione el modelo de forma del sujeto de interés en el gestor de datos del software y haga clic en Seleccionar plantilla para seleccionar la plantilla de interés para obtener la medición. Aquí, se puede observar una deformación representativa del modelo de plantilla del hipocampo para la reconstrucción de formas individuales.

El método induce una deformación a gran escala del modelo de plantilla para minimizar la distorsión de su distribución de puntos mientras restaura las características de forma individuales. En esta figura, se muestran los modelos de forma reconstruido a partir de dos sujetos con sus máscaras de segmentación. En estas imágenes se pueden observar modelos de forma individuales alineados, su modelo promedio y los vectores de diferencia de forma con un modelo de forma individual.

Estos datos representan mapas de deformidad de forma media proyectados en el modelo promedio. Para un grupo con un pequeño volumen de tejido cerebral, y un grupo con un gran volumen de tejido cerebral. Los mapas de deformidad de forma de los dos grupos presentan patrones opuestos de diferencia de forma del hipocampo en las regiones correspondientes.

Compruebe conjuntamente la máscara de segmentación y el modelo individual o el modelo compartido. Si el modelo no está ajustado al contorno de la imagen, ajuste los parámetros de modelado para obtener mejores resultados. El análisis estadístico utilizando la deformidad de la forma se puede realizar para investigar la forma de grupo También hemos proporcionado código MATLAB para el análisis en nuestra página del proyecto.

Este método robusto se ha aplicado a una serie de estudios clínicos, no sólo implicando el modelado de la estructura crítica como la enfermedad de Alzheimer o estudio de envejecimiento, sino también trastornos del hueso del pie que requieren el análisis de los huesos compuestos.