Name: מידול צורה תלת מימדי וניתוח מבני המוח (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-11-14T10:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 33 s
Description: למדו פרוטוקול למידול צורה תלת מימדי וניתוח מבני המוח באמצעות סגמנטציה חצי-אוטומטית של ההיפוקמפוס מתמונות MRI. השיטה מספקת כלים לניתוח סטטיסטי של וריאציות צורה במחקר נוירולוגי.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

העבודה ממומנת על ידי הקרן הלאומית למחקר של קוריאה (JP כמו PI). JK ממומנת על ידי קרן המחקר הלאומית של קיונגפובוק; ו-MCVH ממומן על ידי קרן הצדקה שורה Fogo והחברה המלכותית של אדינבורו. פילוח ההיפוקמאל הותאם מתוך הבית הנחיות שנכתבו על ידי ד ר קארן פרגוסון, במרכז למדעי המוח קלינית, אדינבורו, בריטניה.

המוח תמונות MR נרכשו לפי הפרוטוקול שאושר על ידי הוועדה המקומית סקירה מוסדית וועדת האתיקה.
הערה: ניתן להוריד את הכלים עבור מידול וניתוח צורות ממאגר NITRC: <a href="https://www.nitrc.org/projects/dtmframework/" target="_blank">https://www.nitrc.org/projects/dtmframework/</a>. ניתן לבצע את תוכנת GUI (DTMModeling. exe) לאחר החילוץ.  ראה איור 1.
1. המוח מקטעי תמונה MR
<ol><li>לרכוש תמונות המוח MR של נושאים בודדים מסכות פילוח המוח. הערה: בדרך כלל, אנו רוכשים תמונות MR T1 משוקלל עבור ניתוח של מבני המוח. אנו מניחים כי תמונות MR מעובדות מראש עבור תיקון non-יניאריות הדרגתי ועוצמת תיקון הומוגניות באמצעות N311, שיפור N3 שיטות12, או fsl-FAST13. חלק מהכלים הזמינים בחופשיות לפילוח אוטומטי של מבני מוח אנושיים רשומים בטבלה 1.</li>
	<li>תקן את תוצאות הפילוח באופן ידני. הערה: פתיחת תוכנת GUI התומכת בפילוח ידני מפורטות בטבלה 2. הפרוטוקולים פילוח ידני של מבנה המוח ניתן למצוא כאן14,15,16. מדריך וידאו על פילוח ידני עבור ההיפוקמפוס הוא כאן17. אנו מתארים את הפרוטוקול לפילוח היפוקמאל בסעיף הבא.<ol>
<li>פתח את ה-MRI המשוקלל של T1 ואת תוצאות הפילוח האוטומטי באמצעות התפריט פתיחת קובץ .</li>
		<li>טעינת התוסף פילוח על ידי לחיצה על תפריט חלון | הצג את | פילוח.</li>
		<li>תקן את מסיכת הפילוח באמצעות הכלי הוספה, חיסור ותיקון בתוסף פילוח .</li>
		<li>שמור את מסיכת הפילוח המתוקן בתבנית Nifti באמצעות תפריט השמירה .</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. עריכה ידנית של פילוח היפוקמא
הערה: אנו מציגים פרוטוקול לעריכה ידנית של פילוח המוח באמצעות תוכנת מידול GUI מבוסס על הספסל MITK (<a href="http://www.mitk.org/" target="_blank">http://www.mitk.org/</a>). הספסל MITK מספק פונקציות שונות עבור פילוח ידני ואוטומטי והדמיה תמונה רפואית. אנו מדגימים את תהליך העריכה הידנית של ההיפוקמאני השמאלי והימני. שלבים לעריכה ידנית18 תוצאה של פילוח היפוקמאל אוטומטי הם כדלקמן.
<ol><li>פתח את התמונה MR משוקלל T1 ואת התוצאות של פילוח היפוקמאל אוטומטי באמצעות תוכנת העבודה MITK הספסל.</li>
	<li>לטעון את התוסף פילוח בספסל MITK על ידי לחיצה על חלון התפריט | הצג תצוגה | פילוח.</li>
	<li>בחר את התצוגה הקורילית על-ידי לחיצה על הסמל מצד ימין המופיע בפינה הימנית העליונה של חלון הצג .</li>
	<li>ערוך את המסיכה הבינארית של כל היפוקמפוס (כלומר, שמאל וימין) בתצוגה הקורלית, החל מראש ההיפוקמאל לגוף כדלקמן.<ol>
<li>גלול לאורך כל אמצעי האחסון עד שהאוקוס יימצא. כלול את uncus במסכה היפוקמאל שם הוא נוכח.</li>
		<li>לערוך את המסכה של הגוף היפוקמאל לאחר uncus התרחק באמצעות פונקציה Add ו להחסיר ב-plugin פילוח .</li>
		<li>המשך לערוך את מסכת ההיפוקמאל עד שנמצא זנב ההיפוקמאל. כמו גרעין pulvinar של תלמוס מעולה על ההיפוקמפוס, fornix מתגלה.</li>
		<li>סיום עריכת הפרוסה האחרונה ילתית של ההיפוקמפוס שבו אורך כולו של fornix הוא גלוי אבל עדיין לא רציף עם הטחול של הקורפוס callosum. הערה: מרווחים של נוזל מוחי שדרתי (שדרתי) יכולים להיות כלולים בתוך האזורים של היפוקמאל. החללים שבמוח שדרתי ניתן להסיר מסכות היפוקמאל באמצעות הכלי חיסור בתוסף פילוח של הספסל mitk. זה עשוי להיות קל יותר להגדיר את האזורים היפוקמאל לחלוטין ולאחר מכן לעבור את כל הפרוסות ילתית מן היפוקמאל ראש לזנב להסרת חללים שדרתי.</li>
		<li>בצע את אותו תהליך לעריכת המסכות הבינאריות של שני היפוקמונים. הערה: ניתן להשתמש בכלי הוספה, חיסור ותיקון של תוסף פילוח בספסל העבודה mitk עבור העריכה הידנית. הכלי תיקון קל לטפל בשגיאות קטנות במסיכת הפילוח על-ידי ביצוע חיבור וחיסור בהתאם לקלט המשתמש ומסיכת הפילוח ללא בחירת כלי נוסף.</li>
	</ol>
</li>
	<li>שמור את המסכות הבינאריות עבור היפוקמונים שמאל וימין בפורמט nifti (המוסד לביטוח העצמי או המוסד לביטוח העצמי. gz) באמצעות תפריט שמור בתוכנת mitk ושר. הערה: המסכות הבינאריות של היפוקמונים שמאל וימין יש לשמור בנפרד עבור הצעדים הבאים היפוקמאל מודל הצורה.</li>
</ol>3. בניית תבניות קבוצה
הערה: לאחר פילוח ועריכה ידנית עבור כל הנושאים, מידול הצורה הבודד דורש את מודל התבנית של מבנה היעד. אנו בונים את מודל התבנית מתוך המסכה הבינארית הממוצעת לאוכלוסיה, שנרכשה באמצעות תוסף "שפיר" בדוכן העבודה של MITK. השלבים של בניית מודל התבנית באמצעות תוכנת GUI הם כדלקמן.
<ol><li>טען את התוסף שפיר באמצעות פונקציית התפריט: חלון | הצג תצוגה | מידול צורות.</li>
	<li>פתח ספריה המכילה את המסכות הבינאריות של אוכלוסיית מחקר על-ידי לחיצה על לחצן פתח ספריה בתוסף שפיר .</li>
	<li>לחץ על לחצן בניית תבנית בתוסף שפיר .</li>
	<li>בדוק את שינוי הצורה הממוצע ושמור אותו בתבנית סטריאואוליתוגרפיה (STL) באמצעות תפריט השמירה .</li>
</ol>4. שחזור צורה אינדיבידואלית
הערה: בשלב זה, אנו מבצעים את מידול הצורה עבור נושאים בודדים באמצעות התחל מידול צורה לחצן "שפיר" תוסף. אנו מפרט את פרמטרי התוכנה של תוסף זה בטבלה 3. הסבר מפורט על כל פרמטר ניתן למצוא כאן5. השלבים של שחזור הצורה הבודד באמצעות תוכנת GUI הם כדלקמן.
<ol><li>טעינת תמונת MR של T1 משוקלל ומסיכת הפילוח שלה באמצעות תפריט פתיחת קובץ . הערה: אנו משתמשים בתמונת MR לאימות חזותי של T1.</li>
	<li>בדוק את פרמטרי המידול בתוסף שפיר ושנה אם יש צורך בכך. הערה: אם מודל התבנית אינו מעוות או שהמרחק בין מודל התבנית לבין גבול התמונה גדול, מומלץ להגדיל את טווח החיפוש בגבולות. אם נמצאו עיוותים גיאומטריים, הגדלת maxAlpha ומינאלפה עם שלב 0.5 יסייעו לפתור את הבעיה. חשוב לבדוק את עוצמת voxel עבור אובייקט היעד במסכת הפילוח. אם הערך אינו 1, יש לשנות את פרמטר העוצמה בהתאם.</li>
	<li>לחץ על לחצן מידול צורה כדי להפעיל את תהליך מידול הצורה ולבדוק את התוצאה בתצוגת תלת-ממד של ספסל העבודה mitk.</li>
	<li>חזור על שלבים 4.2 ו-4.3, כאשר מודל התבנית אינו מותאם באופן מדוק לגבול התמונה. הערה: מודל התבנית מדמיין את מסיכת הפילוח במשונן, הקולית, הציר ותצוגת התלת-ממד של ספסל העבודה של MITK. משטח התבנית אינו מעוות כאשר המרחק בין מודל התבנית לגבול התמונה קטן מסף שהוא עשירית מגודל ה-voxel הקטן ביותר.</li>
	<li>שמור את תוצאת המידול בתבנית סטריאואוליתוגרפיה (STL) באמצעות תפריט שמור ב-mitk framework.</li>
</ol>5. מדידה בנורמליזציה של צורה והבדלי צורה
הערה: בשלב זה, אנו מיישר את דגמי הצורה הבודדת למודל התבנית ומחשב את העיוות של הצורה מבחינת הנקודה בין הקודקודים המתאימים בין מודל התבנית לבין מודל הצורה הבודד. השלבים עבור מדידת עיוות הצורה הם כדלקמן.
<ol><li>בחר את מודל הצורה של נושא במנהל הנתונים של ספסל העבודה של mitk. הערה: משתמשים יכולים לבחור מספר דגמים עבור מדידת העיוות.</li>
	<li>בצע את מדידת העיוות על-ידי לחיצה על לחצן המדידה בתוסף שפיר .</li>
</ol>

<ol><li>Costafreda, S. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+hippocampal+shape+analysis+predicts+the+onset+of+dementia+in+mild+cognitive+impairment%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Automated hippocampal shape analysis predicts the onset of dementia in mild cognitive impairment.</a> NeuroImage. 56 (1), 212-219 (2011).</li>
<li>Platero, C., Lin, L., Tobar, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Longitudinal+Neuroimaging+Hippocampal+Markers+for+Diagnosing+Alzheimer%27s+Disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroinformatics%22%5BJournal%5D)">Longitudinal Neuroimaging Hippocampal Markers for Diagnosing Alzheimer's Disease.</a> Neuroinformatics. , 1-19 (2018).</li>
<li>Valdés Hernández, M. D. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rationale%2C+design%2C+and+methodology+of+the+image+analysis+protocol+for+studies+of+patients+with+cerebral+small+vessel+disease+and+mild+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+and+behavior%22%5BJournal%5D)">Rationale, design, and methodology of the image analysis protocol for studies of patients with cerebral small vessel disease and mild stroke.</a> Brain and behavior. 5 (12), e00415(2015).</li>
<li>Kalmady, S. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+correlates+of+hippocampus+volume+and+shape+in+antipsychotic-na%C3%AFve+schizophrenia%5BTitle%5D)+AND+%22Psychiatry+Research%3A+Neuroimaging%22%5BJournal%5D)">Clinical correlates of hippocampus volume and shape in antipsychotic-naïve schizophrenia.</a> Psychiatry Research: Neuroimaging. 263, 93-102 (2017).</li>
<li>Kim, J., Valdés Hernández, M. D. C., Royle, N. A., Park, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hippocampal+Shape+Modeling+Based+on+a+Progressive+Template+Surface+Deformation+and+its+Verification%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">Hippocampal Shape Modeling Based on a Progressive Template Surface Deformation and its Verification.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 34 (6), 1242-1261 (2015).</li>
<li>Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+shape+analysis+of+the+brain%27s+third+ventricle+using+a+midplane+encoded+symmetric+template+model%5BTitle%5D)+AND+%22Computer+Methods+and+Programs+in+Biomedicine%22%5BJournal%5D)">3D shape analysis of the brain's third ventricle using a midplane encoded symmetric template model.</a> Computer Methods and Programs in Biomedicine. 129, 51-62 (2016).</li>
<li>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. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKim%2C+J+%22International+Symposium+on+Biomedical+Simulation%22">International Symposium on Biomedical Simulation</a>. , 141-149 (2014).</li>
<li>Valdés Hernández, M. D. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hippocampal+morphology+and+cognitive+functions+in+community-dwelling+older+people%3A+the+Lothian+Birth+Cohort+1936%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiology+of+Aging%22%5BJournal%5D)">Hippocampal morphology and cognitive functions in community-dwelling older people: the Lothian Birth Cohort 1936.</a> Neurobiology of Aging. 52, 1-11 (2017).</li>
<li>Lee, P., Ryoo, H., Park, J., Jeong, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Morphological+and+Microstructural+Changes+of+the+Hippocampus+in+Early+MCI%3A+A+Study+Utilizing+the+Alzheimer%27s+Disease+Neuroimaging+Initiative+Database%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Clinical+Neurology%22%5BJournal%5D)">Morphological and Microstructural Changes of the Hippocampus in Early MCI: A Study Utilizing the Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative Database.</a> Journal of Clinical Neurology. 13 (2), 144-154 (2017).</li>
<li>Cox, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Associations+between+hippocampal+morphology%2C+diffusion+characteristics%2C+and+salivary+cortisol+in+older+men%5BTitle%5D)+AND+%22Psychoneuroendocrinology%22%5BJournal%5D)">Associations between hippocampal morphology, diffusion characteristics, and salivary cortisol in older men.</a> Psychoneuroendocrinology. 78, 151-158 (2017).</li>
<li>Sled, J. G., Zijdenbos, A. P., Evans, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+nonparametric+method+for+automatic+correction+of+intensity+nonuniformity+in+MRI+data%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">A nonparametric method for automatic correction of intensity nonuniformity in MRI data.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 17 (1), 87-97 (1998).</li>
<li>Tustison, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((N4ITK%3A+improved+N3+bias+correction%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">N4ITK: improved N3 bias correction.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 29 (6), 1310-1320 (2010).</li>
<li>Zhang, Y., Brady, M., Smith, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Segmentation+of+brain+MR+images+through+a+hidden+Markov+random+field+model+and+the+expectation-maximization+algorithm%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">Segmentation of brain MR images through a hidden Markov random field model and the expectation-maximization algorithm.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 20 (1), 45-57 (2001).</li>
<li>Wardlaw, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+aging%2C+cognition+in+youth+and+old+age+and+vascular+disease+in+the+Lothian+Birth+Cohort+1936%3A+rationale%2C+design+and+methodology+of+the+imaging+protocol%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Stroke%22%5BJournal%5D)">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.</a> International Journal of Stroke. 6 (6), 547-559 (2011).</li>
<li>Morey, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparison+of+automated+segmentation+and+manual+tracing+for+quantifying+hippocampal+and+amygdala+volumes%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">A comparison of automated segmentation and manual tracing for quantifying hippocampal and amygdala volumes.</a> NeuroImage. 45 (3), 855-866 (2009).</li>
<li>Boccardi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Survey+of+protocols+for+the+manual+segmentation+of+the+hippocampus%3A+preparatory+steps+towards+a+joint+EADC-ADNI+harmonized+protocol%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Alzheimer%27s+Disease%22%5BJournal%5D)">Survey of protocols for the manual segmentation of the hippocampus: preparatory steps towards a joint EADC-ADNI harmonized protocol.</a> Journal of Alzheimer's Disease. 26 (s3), 61-75 (2011).</li>
<li>Winterburn, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+In+Vivo+Manual+Segmentation+Protocol+for+Human+Hippocampal+Subfields+Using+3T+Magnetic+Resonance+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging.</a> Journal of Visualized Experiments. (105), e51861(2015).</li>
<li>MacLullich, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intracranial+capacity+and+brain+volumes+are+associated+with+cognition+in+healthy+elderly+men%5BTitle%5D)+AND+%22Neurology%22%5BJournal%5D)">Intracranial capacity and brain volumes are associated with cognition in healthy elderly men.</a> Neurology. 59 (2), 169-174 (2002).</li>
<li>Gower, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generalized+Procrustes+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Psychometrika%22%5BJournal%5D)">Generalized Procrustes analysis.</a> Psychometrika. 40 (1), 33-51 (1975).</li>
<li>Lorensen, W. E., Cline, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Marching+cubes%3A+A+high+resolution+3D+surface+construction+algorithm%5BTitle%5D)+AND+%22ACM+Siggraph+Computer+Graphics%22%5BJournal%5D)">Marching cubes: A high resolution 3D surface construction algorithm.</a> ACM Siggraph Computer Graphics. , 163-169 (1987).</li>
</ol>

המחברים מצהירים שאין ניגוד אינטרסים.

לסיכום, תיארנו את צינור התוכנה עבור ניתוח הצורה על מבנים המוח כולל (1) MR מקטעי תמונה באמצעות כלים פתוחים (2) שחזור צורה בודדים באמצעות מודל תבנית deformable, ו (3) הבדל צורה כמותית מדידה באמצעות התכתבות הצורה טרנזיטיבית עם מודל התבנית. ניתוח סטטיסטי תחת שיעור גילוי שווא (רוזוולט) מבוצע עם עיוות הצורה כדי לחקור את המשמעות של שינויים מורפולוגיים של מבני מוח, הקשורים לתהליכים נוירופתולוגיים.
צינור הדוגמנות שלנו שימוש פנימי כלים בתוך הבית כדי לבנות מודל תבנית מתמונות הנושא. השלבים עבור בניית התבנ...

ניתוח צורה של מבני המוח התפתחה ככלי המועדף לחקור שינויים מורפולוגיים שלהם תחת תהליכים פתולוגיים, כגון מחלות ניווניות והזדקנות1. שיטות חישוביות שונות נדרשים 1) להתוות במדויק את הגבולות של מבני היעד מתמונות רפואיות, 2) לשחזר את צורת היעד בצורה של שינוי פני השטח 3D, 3) לבנות בין הנושאים התכתבות על פני מודלים הצורה הפרט דרך מפרוניזציה צורה או פני השטח, ו 4) להעריך את ההבדלים הצורה במהלך השנים האחרונות, שיטות רבות הוכנסו במחקרים נוירוהדמיה עבור כל אחד משלבים אלה. עם זאת, למרות ההתפתחויות הבלתי מדהימות בתחום, אין הרבה מסגרות המתאימות באופן מיידי למחקר. במאמר זה, אנו מתארים כל שלב של ניתוח הצורה של מבנים המוח באמצעות הכלים שלנו מידול צורה מותאם אישית והזמין לציבור מקטעי תמונה.
כאן, אנו להדגים את מסגרת ניתוח צורה עבור מבני המוח דרך ניתוח צורה של היפוקמאני השמאלי והימני באמצעות ערכת נתונים של שולטת למבוגרים וחולי אלצהיימר. ניוון של היפוקמאני מזוהה כביוארקר הדמיה קריטית במחלות ניווניות2,3,4. במסגרת ניתוח הצורה שלנו, אנו מעסיקים את מודל התבנית של מבנה היעד ואת הרישום תבנית-לתמונה deformable בתהליך מידול הצורה. מודל התבנית מקודד מאפייני צורה כללית של מבנה היעד באוכלוסיה, והוא גם מספק תוכנית בסיסית לכימות הבדלי הצורות בין המודלים הבודדים באמצעות הקשר הטרנזיטיבי שלהם עם מודל התבנית. ברישום תבנית-לתמונה, פיתחנו שיטת הדפורמציה של פני השטח כדי להתאים את מודל התבנית למבנה היעד בתמונות בודדות תוך מזעור העיוות של התפלגות הנקודה במודל התבנית5,6,7. הכדאיות והחוסן של המסגרת המוצעת אומתו במחקרים נוירוהדמיה האחרונות של הזדקנות קוגניטיבית8, גילוי מוקדם של ליקוי קוגניטיבי מתון9, וכלה לחקור אסוציאציות בין שינויים מבניים המוח רמות קורטיזול10. גישה זו תקל עליך להשתמש במידול הצורה ובשיטות הניתוח במחקרים נוירוהדמיה נוספים.

מידול צורה תלת מימדי וניתוח מבני המוח

Three-Dimensional Shape Modeling and Analysis of Brain Structures

ניתוח צורה סטטיסטית של מבני מוח שימש לחקירת הקשר בין השינויים המבבניים שלהם לבין התהליכים הפתולוגיים. פיתחנו חבילת תוכנה למידול צורה מדויקת ואיתנה וניתוח מבחינת הקבוצה. כאן, אנו מציגים צינור עבור ניתוח הצורה, ממידול צורה בודדת תלת-ממדית ועד ניתוח צורה כמותי. אנו מתארים גם את השלבים טרום עיבוד ופילוח באמצעות חבילות תוכנה פתוחה. מדריך זה מעשי יסייע לחוקרים לחסוך זמן ומאמץ בניתוח צורה 3D על מבנים המוח.

תהליך מידול הצורה המתואר כאן כבר מועסק למחקרים נוירודימות שונים על הזדקנות6,8,10 ומחלת אלצהיימר5,9. במיוחד, שיטת דוגמנות צורה זו הראתה את הדיוק והרגישות שלה בניתוח הצורה על ההיפוקמפוס עבור אוכלוסיה מזדקנת של 654 נושאים8. ניתן למצוא כאן5. ניתוח כמותי של התוכנה והתוכנה הזמינה לציבור, עבודה בצו...

אנו מציגים פרוטוקול חצי אוטומטי עבור ניתוח צורה על מבני המוח, כולל פילוח תמונה באמצעות תוכנה פתוחה, ועוד ניתוח צורה מבחינת הקבוצה באמצעות חבילת דוגמנות אוטומטית. כאן, אנו מדגימים כל שלב של הפרוטוקול ניתוח צורה 3D עם פילוח היפוקמאל מתמונות MR המוח.

Statistical shape analysis of brain structures has been used to investigate the association between their structural changes and pathological processes. ...

שחזור מדויק של תכונות הצורה כנגד פילוחים מחוספסים ורועשים הוא קריטי להשגת התכתבות אנטומית טובה בין מודלים בודדים של צורת המוח. המסגרת שלנו מספקת כלים שונים עבור מידול צורות אינדיבידואלי, בניית תבנית מבחינת קבוצה וחישוב עיוות צורה. והוא שימש לערכות נתונים גדולות של המוח האנושי.הדגמת הליך זה תהיה ד"ר ג'ליל קים, סטודנט לשעבר לתואר שני מהמעבדה שלי שפיתח את התוכנה למידול צורת המוח. לעריכה ידנית של פילוח ההיפוקמפוס, פתחו את תמונת התהודה המגנטית של משקל T1 ואת תוצאות פילוח ההיפוקמפוס האוטומטי בתוכנת ממשק המשתמש הגרפי. לחץ על הסמל בחלון התצוגה כדי לבחור את תצוגת coronal ולגלול דרך עוצמת הקול עד uncus ממוקם.כולל uncus במסכת ההיפוקמפוס שבו הוא נוכח, להשתמש בפונקציות להוסיף לחסר כדי לערוך את המסכה של הגוף ההיפוקמפוס לאחר uncus נסוג. המשך לערוך את מסכת ההיפוקמפוס עד שנמצא זנב ההיפוקמפוס. כאשר גרעין הפולווינר של התלמוס נסוג עדיף על ההיפוקמפוס, הפורניקס ייצא.סיים לערוך את פרוסת הקורונול האחרונה של ההיפוקמפוס שבה כל אורך ה-fornix גלוי, אך עדיין לא רציף עם התפוז של כפיסת הקורפוס. לאחר מכן, שמור את המסכות הן עבור ההיפוקמפוס השמאלי והן עבור ההיפוקמפוס הימני בפורמט NifTI. כדי לבנות מודל תבנית קבוצה, טען את יישום ה- Plug-in של מידול הצורות ולחץ על פתח ספריה כדי לפתוח ספריה המכילה את המסכות הבינאריות של אוכלוסיית המחקר המעניינים.הזן את מספר הקודקודים הרצוי ולחץ על בניית תבנית עבור בניית תבנית הקבוצה. לאחר מכן בדוק את רשת שינוי הצורה הממוצעת. לשחזור צורה בודד, טען את תמונת התהודה המגנטית משוקלל T1 של עניין ואת מסיכת הפילוח המתאימה שלה ובחר את ספריית העבודה כדי לשמור את הקבצים.בחר מודל תבנית עבור מידול הצורות הבודד ובדוק ושנה את פרמטרי מידול התוסף מידול הצורות לפי הצורך. אז מסגרת הדוגמנות שלנו היא כמעט אוטומטית, עם זאת, כמה צעדים דורשים אישור המשתמש. לדוגמה, אם הערך עבור אזורי ההיפוקמפוס אינו משתמש אחד חייב לשנות את פרמטר העוצמה.לאחר מכן, בדקו את התוצאה בתצוגה תלת-מימדית של סכך העבודה של ארגז הכלים. כדי לבצע מדידת צורה ועיוות, בחר את מודל הצורה של נושא העניין במנהל הנתונים של התוכנה ולחץ על בחר תבנית כדי לבחור את תבנית העניין כדי להשיג את המדידה. כאן, ניתן לראות עיוות מייצג של מודל תבנית ההיפוקמפוס לשחזור צורה בודד.השיטה גורמת לעיוות בקנה מידה גדול עד קטן של מודל התבנית כדי למזער את עיוות התפלגות הנקודות שלו תוך שחזור מאפייני הצורה הבודדים. בנתון זה מוצגים מודלים של צורה משוחזרת משני נושאים עם מסכות הפילוח שלהם. בתמונות אלה מיושרים מודלי צורה בודדים, המודל הממוצע שלהם, ואת וקטורים הבדל צורה עם מודל צורה בודד ניתן לראות.נתונים אלה מייצגים מפות עיוות צורה ממוצעות המוקרנות על המודל הממוצע. עבור קבוצה אחת עם נפח רקמת מוח קטן, וקבוצה אחת עם נפח רקמת מוח גדול. מפות עיוות הצורה של שתי הקבוצות מציגות דפוסים מנוגדים של הבדל צורה בהיפוקמפוס באזורים המתאימים.בדוק את מסיכת הפילוח ואת האדם או את המודל המשותף יחד. אם הדגם אינו מותאם לגבול התמונה, התאימו את פרמטרי מידול כדי להשיג תוצאות טובות יותר. ניתוח סטטיסטי באמצעות עיוות הצורה יכול להתבצע כדי לחקור את הצורה הקבוצתית סיפקנו גם קוד MATLAB לניתוח בדף הפרויקט שלנו.שיטה חזקה זו הוחלה על מספר מחקרים קליניים, לא רק מעורבים מידול מבנה קריטי כגון מחלת אלצהיימר או מחקר הזדקנות, אלא גם הפרעות עצם כף הרגל הדורשות ניתוח של עצמות מורכבות.

three-dimensional-shape-modeling-and-analysis-of-brain-structures

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

באמצעות סריקות MRI (אנושיות), תוכנת הדמיה תלת-ממדית וניתוח אימונוהיסטולוגי, אנו מתעדים שינויים בחדרים הצדדיים של המוח. מיפוי תלת מימד אורכי של שינויים בנפח החדר הצדדי ואפיון של שינויים תאיים סביב החדר המתרחשים במוח האנושי עקב הזדקנות או מחלה מודלים לאחר מכן בעכברים.

3D דוגמנות של רוחב החדרים והיסטולוגית אפיון רקמות סביב חדרי מוח בבני אדם ועכבר

אנו מתארים את השלבים כדי להשתמש בתוכנה האישית המעוצבת שלנו לשילוב תמונה, ויזואליזציה ותכנון ניתוחי אפילפסיה.

צינור אינטגרצית תמונת 3D Multimodality ותכנון בסיוע מחשב בכירורגיה אפילפסיה

המטרה הכללית של פרוטוקול זה היא ליישר הדמיה בתהודה מגנטית במדויק כרכי תמונה (MRI) עם קטעים היסטולוגיה באמצעות יצירת בעלי המוח 3D מודפס אישית ותיבות מבצעה.

ניצול טכנולוגיית הדפסה 3D כדי מיזוג MRI עם היסטולוגיה: פרוטוקול המוח חתך

מטרת הפרויקט היא לפתח של צינור דוגמנות אינטראקטיבי, מטופל ספציפי כדי לדמות את ההשפעה של גירוי מוחי עמוק, ליד בזמן אמת ולספק משוב משמעותי לגבי כמה התקנים אלה משפיעים על פעילות עצבית במוח.

פילוח סיבים עצביים ספינלי לטיפול גירוי מוחי עמוק באמצעות דגמים אינטראקטיביים, מטופל ספציפי

מאמר זה מציג פרוטוקול ניסיוני באמצעות טכנולוגיית סריקה תלת-ממדית המגשר על שני סולמות מרחביים: הסולם המרחבי המקסקופי של אנטומיה מוחית שלמה המועלת על-ידי MRI ב-&gt; 100 יקרומטר ובקנה המידה המרחבי המיקרוסקופי של הפצות עצבי באמצעות כתמים אימונוהיסטוכימיה ומערכת מערך רב אלקטרודה ושיטות אחרות (~ 10 μm).

3D סריקה תלת-ממדית מיקרומעגלים ותמונות המוח המקברקנה בתלת-ממד הטבעה בפרוטוקול החופף

קו הצינור המתואר מיועד לפילוח של נתונים מיקרוסקופ אלקטרונים הגדולים יותר מאשר ג'יגה-בתים, כדי לחלץ מורפולוגיות תא שלם. לאחר התאים משוחזרים ב-3D, תוכנה מותאמת אישית שתוכננה סביב צרכים בודדים ניתן להשתמש כדי לבצע ניתוח איכותי כמותי ישירות ב-3D, גם באמצעות מציאות וירטואלית כדי להתגבר על החסימה השקפה.

שיטה לניתוח שחזור תלת מימד ומציאות וירטואלית של תאים גליאל ונוירוונאליות

השיטה המתוארת להלן נועדה לספק פרוטוקול מקיף להכנת נוירוכירורגיה יונקים לא אנושיים (NHP) באמצעות שילוב חדשני של שיטות הדפסה תלת מימדיות (תלת מימד) וחילוץ נתוני MRI.

ארגז כלים מבוסס MRI לתכנון נוירוכירורגי בפרימטים לא אנושיים

פרוטוקול זה מתאר את ייצור הגולגולת, המוח ופנטום הגידול הספציפיים למטופל. הוא משתמש בהדפסה תלת-ממדית כדי ליצור תבניות, ואלכוהול פוליוויניל (PVA-c) משמש כחומר חיקוי הרקמה.

ייצור פנטום פוליוויניל אלכוהול ספציפי למטופל עם אולטרסאונד וניגוד רנטגן לתכנון ניתוח גידול במוח

הפרוטוקול הנוכחי מספק הליך שלב אחר שלב לניקוי אופטי מהיר ובו-זמני, תיוג מוטי עגול ושחזור נפחי תלת-ממדי של עשרות קטעי מוח אנושיים לאחר המוות על ידי שילוב (SWITCH - H 2O2 - Antigen Retrieval - 2,2'-thiodiethanol [TDE]) טכניקת טרנספורמציה קצרה של רקמות עם הדמיה במיקרוסקופ פלואורסצנטי של יריעות אור בפרוטוקול תפוקה גבוהה באופן שגרתי.

ניקוי אופטי ותיוג עבור מיקרוסקופ פלואורסצנטי של יריעות אור בדימות מוח אנושי בקנה מידה גדול

מאמר זה מתאר תהליכים אוטומטיים לתכנון נוירוכירורגי של פרימטים לא אנושיים בהתבסס על סריקות דימות תהודה מגנטית (MRI). טכניקות אלה משתמשות בשלבים פרוצדורליים בפלטפורמות תכנות ועיצוב כדי לתמוך בתכנון שתלים מותאם אישית עבור NHPs. לאחר מכן ניתן לאשר את תוקפו של כל רכיב באמצעות מודלים אנטומיים תלת-ממדיים (תלת-ממדיים) מודפסים בגודל טבעי.

ארגז כלים לתכנון שתלים עצביים עבור פרימטים לא אנושיים

כאן, אנו מתארים לעומק שיטה, המבוססת על טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת, לפלח ולמדוד מודלים תלת-ממדיים של עצמות קרניומקסילופציאליות בעכברים, להערכה טובה יותר של התפתחות עצם קרניומקסילופציאלית בעכברים ממה שמתאפשר בשיטות הנוכחיות.

ניתוח מומים קרניומקסילופציאליים בעכברים באמצעות טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת תלת מימדית

למדו פרוטוקול למידול צורה תלת מימדי וניתוח מבני המוח באמצעות סגמנטציה חצי-אוטומטית של ההיפוקמפוס מתמונות MRI. השיטה מספקת כלים לניתוח סטטיסטי של וריאציות צורה במחקר נוירולוגי.

מידול צורה תלת מימדי וניתוח מבני המוח

גלה סרטונים נוספים