磁共振图像测不准?试试这套更准确快速、好学的算法

学术   科学   2025-01-20 07:31   北京  

本文通过ChatGLM/GPT进行辅助对近期Bio-protocol 期刊发表的方案进行解读和概括,若感兴趣请点击“阅读原文”查看详细的实验流程及试材。如果解读中有任何错误或遗漏,敬请指正

磁共振图像的精准测量在脑部研究中至关重要,但由于噪声和图像分辨率等因素,往往难以准确划定脑部结构。传统的手动测量不仅费时费力,而且重复性差,影响实验效率。为了简化这一过程,提高测量的准确性,科学家们不断探索更优质的方法。在这方面,2025年1月5日,Bio-protocol 期刊在线发表了丹麦哥本哈根大学(University of Copenhagen)Ryszard S. Gomolka题为“Automatic Adaptive Algorithm for Delineation of Cerebral-Spinal Fluid Regions for Non-contrast Magnetic Resonance Imaging Volumetry and Cisternography in Mice”的方法文章。

图1. 文章标题页 https://doi.org/10.21769/BioProtoc.5148
关键词磁共振成像 3D-CISS 脑脊液空间体积测量 自动3D图像分割

磁共振成像(MRI)一种非侵入性的医学成像技术,利用强磁场和射频波生成体内结构的详细图像。MRI通过测量人体内不同组织对磁场和射频波的响应差异来创建图像。该技术特别擅长成像软组织,如大脑、脊髓、肌肉和器官,并能提供高分辨率的解剖信息

磁共振成像(MRI)作为一种重要的脑部解剖与功能成像技术,广泛应用于活体大脑成像研究。脑脊液(CSF)空间的精准分割是MRI图像分析中的一项重要任务,尤其在没有使用外部对比剂的情况下,CSF的分割更加困难。传统的T2加权自旋回波(SE)成像虽然能够提供高精度的CSF分辨率,但其采集时间较长,限制了其在3D全脑成像中的应用。为了解决这一问题,采用3D构造干涉稳态(3D-CISS)序列的快速梯度回波成像技术被提出,具有较高的空间分辨率和良好的CSF对比度,且对流动伪影具有较强的抵抗力。尽管如此,CSF空间的准确分割仍然是影像处理中的一大挑战,尤其是在低信噪比的条件下。因此,开发一种自动化的分割方法,能够显著提高效率和精度,成为当前研究的关键方向


  • 本文提出了一种全自动的适应性算法,能够在非对比的鼠脑3D-CISS图像中精确分割脑脊液(CSF)空间,避免了手动分割的时间消耗和重复性差的问题。

  • 该算法通过计算图像强度的累积分布,并基于对比度计算进行切片式区域生长,有效区分CSF区域,确保了分割结果的准确性和稳定性。

  • 算法在矢状面、轴向面和冠状面上分别独立细化CSF区域,提供了更高的分割精度,适应不同的脑结构特点。

—————文中代表性图—————

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图2. 从采集到自动分割的脑脊液(CSF)空间图像:图示摘要展示了所提出的自动自适应算法在小鼠脑部3D构造干涉稳态(3D-CISS)图像中进行脑脊液空间客观分割的应用(来自Bio-protocol期刊

图3. 所提出的自动自适应算法在小鼠脑部非对比3D构造干涉稳态(3D-CISS)图像中进行脑脊液(CSF)空间分割的操作步骤(来自Bio-protocol期刊
  • 小鼠脑部研究
    该算法可用于小鼠脑部的自动分割,特别是在缺乏外部对比剂的情况下,帮助研究者进行脑脊液空间的定量分析,从而揭示不同小鼠模型的生物学差异。
  • 脑脊液空间测量
    ‍通过精确分割CSF空间,算法可用于定量分析脑脊液体积变化,助力研究与神经退行性疾病、脑损伤等相关的脑脊液变化。
  • 影像分析中的自动化
    该方法可以应用于其他类型的3D医学影像(如μCT、CT图像)中的自动化分割,提升影像分析效率,减少人为操作误差。


个方法的可重复性已经被本文作者丹麦哥本哈根大学(University of Copenhagen)Ryszard S. Gomolka团队验证过,相关实验数据与结果发表在Elife,DOI:10.7554/eLife.82232

温馨提示:积极引用本文不仅是对作者创新技术和科研共享的最佳肯定,也是确保实验可复现性的重要方式。

Gomolka, R. S. (2025). Automatic Adaptive Algorithm for Delineation of Cerebral-Spinal Fluid Regions for Non-contrast Magnetic Resonance Imaging Volumetry and Cisternography in Mice. Bio-protocol 15(1): e5148. DOI: 10.21769/BioProtoc.5148.

Gomolka, R. S., Hablitz, L. M., Mestre, H., Giannetto, M., Du, T., Hauglund, N. L., Xie, L., Peng, W., Martinez, P. M., Nedergaard, M., et al. (2023). Loss of aquaporin-4 results in glymphatic system dysfunction via brain-wide interstitial fluid stagnation. eLife. 12: e82232.

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