基于球面均值谱成像探究婴儿脑组织的微观结构
医学物理
2020-06-11 v3 图像与视频处理
摘要
在生命的最初几年，人脑经历动态的、空间异质性的变化，包括神经元类型的分化、树突分支化、轴突生长、外生与回缩、突触发生以及髓鞘形成。为了更好地量化这些变化，本文提出了一种通过表征一系列长度尺度上的水扩散来探测组织微观结构的方法，并剔除了体素内取向异质性的影响。我们的方法基于扩散信号的球面均值，该均值在固定的一组扩散权重（即 b 值）上针对梯度方向计算而得。我们将每个体素的球面均值序列分解为一个球面均值谱（SMS），其本质上编码了经历细尺度到粗尺度扩散过程的自旋包份额，表征分别源自神经突外和神经突内水隔室的受阻扩散与受限扩散。由 SMS 可计算多个取向分布不变指标，例如可用于量化神经突密度、微观分数各向异性（FA）、单轴突轴向/径向扩散率，以及自由/受限各向同性扩散率。我们展示了这些指标在婴儿脑上的图谱，证明可从发育中脑提取微观组织特征，从而对发育相关变化具有更高的灵敏度与特异性。此外，我们证明了所提方法（称为球面均值谱成像，SMSI）快速、准确，且能克服其他最先进微观结构模型所存在的偏差。
引用
@article{arxiv.1908.04483,
title = {Probing Tissue Microarchitecture of the Baby Brain via Spherical Mean Spectrum Imaging},
author = {Khoi Minh Huynh and Tiantian Xu and Ye Wu and Geng Chen and Xifeng Wang and Kim-Han Thung and Haiyong Wu and Weili Lin and Dinggang Shen and Pew-Thian Yap},
journal= {arXiv preprint arXiv:1908.04483},
year = {2020}
}