1、人脑神经纤维成像及三维重构研究目录1234项目研究背景纤维方向重构纤维跟踪技术研究趋势及可视化项目研究背景1人脑的复杂2疾病根源探索3脑研究计划4脑纤维群体成像 一千亿个神经元 一百万亿条神经联络通路 阿尔海默症，癫痫 帕金斯，精神分裂症 孤独症，抑郁症 2013年欧盟、美国 加拿大、日本 中国973计划 临床医学与信息技术 复杂脑网络纤维结构信息 活体无创显示脑纤维走向 神经疾病辅助治疗项目研究意义大脑研究旨在从时间和空间上展示复杂的神经环路网络之间的相互作用和连通，探寻脑部疾病的根源和治疗方案。为探索大脑的瞬间精确记忆、处理、利用、存储和检索大量信息提供科学证据。图1.大脑网络模型纤维跟踪
2、在肿瘤手术中图2.肿瘤区域的纤维重建重要阶段DWI?DTIHARDI1234 扩散-分子的布朗运动过程 高密度向低密度-微运动DWI发展时期1986LeBihanDWI应用于生物成像中1950Hahn扩散对MRI信号强度的影响1954Carr以自旋回波序列得到水分子的扩散系数b1965Stejskal脉冲梯度自旋回波序列1946Felix发现核磁共振NMR图3.某人脑的DWI扫描层DWI成像原理 90射频脉冲后等待T/2 第一个扩散梯度脉冲 180射频脉冲自旋回波 数据填充至K空间中央 第二个扩散梯度脉冲 填充K空间其余图4梯度脉冲自旋回波流程图5.不同剖面的DWI扫描层DWI(0)S()S
3、b /0SS bS图6.b=0与b=1000的DWI扫描对比DTI1992年PeterBasser核磁扩散张量成像技术D0()TbggS gS e112321233D D D 0 0D=D D D=,0 0 ,0 0 D D DxxxyxzTxyyyyzxzyzzz图7.DTI扩散模型表示各向异性FA FA:FractionalAnisotropy,张量各项异性指数,即各向异性占整个扩散张量的比重。FA图直观地描述了张量的空间几何形状，红-x,绿-y,蓝-z222123222123()()()3FA=2图8.DWI图与FA图DTI图9.DTI重建结果DTI 其假设每个体素仅含一根神经纤维 二阶
4、张量极值唯一性 无法描述复杂纤维结构的非高斯分布 体素纤维结构：交叉、分叉、扇形、瓶颈等交叉、分叉、扇形、瓶颈图10.单个椭球模型无法表示复杂纤维结构HARDIHARDI图11.HARDI的群体多纤维重构经典的球面反卷积方法minESA20(,)/()()SS b qSRF vR F v dv$图13.球面反卷积原理图12.单位球上的纤维重建与纤维方向识别总体过程“确定性确定性确定性方法 纤维走向取决于每个体素的最大特征方向 图14.确定性跟踪方法概率性概率性概率随机方法 依据特定概率随机选择每个体素的纤维方向图15.概率随机方法对方向的选择图16.概率随机方法ROI纤维重建群群智能型智能型图
5、17.群体智能算法在纤维跟踪中纤维跟踪群体方向估计ROI局部跟踪全脑纤维跟踪图18.全脑纤维群体重构的大致流程国内外三维可视化软件3D Slicer HarvardMedicalSchool,Brigham&WomensHospitalSPM8 FunctionalImagingLaboratory,UniversityCollegeLondonFSL FMRIBCentre,UniversityofOxfordDoDTI LabofMolecularNeuroimagingTechnology,YonseiUniversityFiberNavigator SherbrookeConnectivityImagingLaboratory,CanadaExploreDTI UniversityMedicalCenterUtrechtDTI_Tracking1.0 中科院自动化所该领域未来趋势 对神经类疾病的病例分析 纤维跟踪的并行计算 纤维方向的稀疏特性研究 脑纤维成像的可视化开发 临床应用的复杂性考虑 “谢谢您的耐心倾听！END
