Введение
1 Магнитно-резонансная томография 4
История МРТ 4
Принципы работы магнитно-резонансной томографии 6
Физические основы МРТ 10
Отношение сигнал-шум 17
Т1 и Т2 релаксация 19
Последовательности МРТ 22
Последовательность градиентного эхо 22
Последовательности МРТ (MP-RAGE) 23
2 Морфометрия головного мозга 24
Основные понятия 2D и 3D изображений 24
Воксель-базированная морфометрия (ВБМ) 25
Пространственная нормализация 26
Сегментирование (сегментация) 27
Статистический анализ 29
Применения ВБМ 29
Поверхностная морфометрия 30
Измерение толщины серого вещества 32
Факторы, влияющие на оценку толщины кортикального слоя 35
Программа Freesurfer 37
Поверхностный процесс программы Freesurfer 38
Нормализация интенсивности 39
Маркировка белого вещества 40
Кортикальная парсерация 42
3 Экспериментальная часть 44
Материалы и методы 44
Метод 45
Результаты 46
Эффект отношения сигнал-шум 46
Эффект отношения контраст-шум 47
Эффект коррегистрации изображений 47
Групповой анализ 51
дефекты и ограничения выявленные в ручном режиме 56
Топологические дефекты 56
Данные с низким отношением сигнал шум 57
4 Обсуждение результатов 58
Выводы 61
публикации автора 62
Список использованных источников 63
Актуальность. Магнитно-резонансная томография – один из самых перспективных и быстро совершенствующихся методов современной диагностики. Опираясь на последние достижения электроники, криогенной техники и новейшие информационные технологии, МР томография позволяет за несколько минут получить изображения, сравнимые по качеству с гистологическими срезами, а для получения высококачественных диагностических изображений время обследования пациента можно снизить до нескольких секунд.
Оценка толщины коры головного мозга с помощью магнитно- резонансной томографии является важным методом диагностики и мониторинга прогрессирования нейро-дегенеративных заболеваний. Многие причины могут повлиять на точность такой оценки, включая ограниченное разрешение изображения и сигнал-шум, движение головы, погрешности совмещения изображений, полученных в разное время и др.
В настоящее время наиболее часто используется два метода. Первый основан на поверхностной модели, где толщина коры вычисляется как среднее расстояние от поверхности белого вещества до ближайшей возможной точки на поверхности серого вещества, затем обратно в ближайшую точку на поверхности белого вещества. В таком случае, на точность в первую очередь влияет насколько хорошо визуализируется граница белого и серого вещества головного мозга. Во второй группе, МР-изображения сегментируются на серое и белое вещество и спинно-мозговую жидкость (СМЖ). В таком случае, корректировки неравномерности интенсивности сигнала, сглаживание, интерполяция на эффекты частичного заполнения разными тканями в объеме воксела позволяют повысить надежность результатов.
Есть много факторов, которые могут повлиять на оценку толщины коры, например, движение головы, что может привести к искажениям изображения. Движение может вызывать артефакты, затенение и размытие деталей на МР изображениях. Снижение качества изображения может повлиять на оценку объема или толщины коры и исказить результы. Однако неочевидно когда артефакты движения приводят к систематической ошибке в данных, а когда просто увеличивают их дисперсию.
Универсального решения этих проблем нет, корректировка движения между измерениями частично устраняет ошибки, однако для, исключения движения во время измерения лучше использовать такие устройства, такие как маски для лица, мосты для укуса и специальные подушки, предназначены для обездвиживания головы субъекта во время сканирования. Методы корректировки движения в процессе измерения путем непрерывной локализации положения головы и корректировки положения срезов «на лету» во время сканирования обещают улучшить качество изображения и уменьшить артефакты движения, однако до сегодняшнего времени они не доступны на рутинных клинических сканерах. Уровень гидратации тоже влияет на изображение и оценку границ серого вещества [54].
Кроме того, в процессе расчетов возможны ошибки связанные с алгоритмом обработки, особенно при наличии локальных артефактов изображения и наличии «ненормальных» анатомических структур, как , например, при опухолях или в результате операции. Ручная проверка и редактирование результатов сегментации могут исправить некоторые из этих ошибок, но не все. Также ручная корректировка результатов анализа вносит фактор субъективности в результаты и не всегда однозначна.
Практическая значимость. Целесообразность применения МРТ морфометрии как инструмента для оценки тенденций изменения структур головного мозга человека, выявления структурных различий для различных групп пациентов и/или здоровых людей а также для мониторинга терапии общепризнана. Определение границ воспрозводимости и достоверности этих результатов позволит повысить эффективности диагностики и мониторинга.
Новизна темы: Методы МРТ морфометрии широко используются для клинических задач и часто на основе небольших выявленных тенденций делаются клинические заключения. Вопрос воспроизводимости и достоверности был систематические исследован более чем 25 лет назад, а за это время экспериментальные возможности МРТ и методы обработки значительно прогрессировали, в связи с чем необходимо исследование вопроса воспроизводимости и достоверности результатов МРТ морфометрии в новых условиях.
Цель работы: оценить границы воспроизводимости и достоверности определения толщины кортикального слоя серого вещества головного мозга человека и тенденций ее изменения методами морфометрии по данным МРТ.
Задачи:
1. Отработка процедуры расчета толщины коры головного мозга человека с помощью программ для морфометрии;
2. Отработка процедуры и статистической обработки результатов морфометрии с целью выявления тенденций изменения толщины коры головного мозга;
3. Исследование зависимости результатов морфометрии в зависимости от качества МРТ изображений, их параметров и вариации положении головы исследуемого между МРТ обследованиями.
Таким образом, в данной работе на основе проведенной морфометрии данных МРТ головного мозга человека экспериментально показано, что вариации параметров трехмерной МРТ последовательности вносят систематические ошибки в оценку толщины кортикального слоя. Сравнение данных с более низким отношение сигнал шум тоже некорректно по той же причине. Эффекты неоднородности РЧ поля в приемо-передающей катушке и сильные различия в положениях головы в катушке между последовательными измерениями также вносить заметные систематические ошибки.
«Стандартные» процедуры статистической обработки данных МРТ морфометрии выявили ложные зоны «статистически достоверного» изменения толщины слоя, изменения в которых меньше фактического пространственного разрешения анализируемых МРТ изображений. В связи с этим следует относится с осторожность к публикуемым результатам по данным морфометрии, где не было обеспечена максимальная идентичность параметров измерения (измерение на одном и том же сканере без модификации оборудования, с фиксированным протоколом измерения и постоянным контролем качества МРТ измерений), а также следует обеспечить максимально стандартизованное положение головы исследуемого при измерениях.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
