脑电磁活动的真实头部建模：从 MRI 数据到 FEM 解的 Brainstorm 集成流程
医学物理
2020-11-04 v1 数值分析
数值分析
摘要
人脑活动产生头皮电位（脑电图 EEG）、颅内电位（iEEG）和外部磁场（脑磁图 MEG），这些信号均能被记录，且常同时记录，用于研究与临床应用。所谓正问题是指：给定假定的神经源配置，对这些传感器处的场进行建模。早期方法将头部建模为一组简单的各向同性球体，而如今无处不在的磁共振成像（MRI）数据允许对头部各分区进行详细描述，并赋予各向同性与各向异性电导率。本文提出一个集成于 Brainstorm 软件中的完整流程，使用户能从 MRI 生成个体化的精确头部模型，并利用有限元方法（FEM）计算电磁正解。头部模型生成通过集成最新的 MRI 分割与 FEM 网格生成工具实现。最终头部模型划分为五个主要分区：白质、灰质、脑脊液（CSF）、颅骨和头皮。对于各向同性分区，赋予广泛使用的默认电导率值。对于脑组织，我们利用有效介质方法（EMA）从扩散加权成像（DWI）数据估算各向异性电导率张量。FEM 电磁计算由 DUNEuro 库完成，该库已集成至 Brainstorm 并通过用户友好的图形界面访问。这一集成流程配有完整教程与示例数据集，可在 Brainstorm 网站免费获取，使神经科学界能便捷地使用基于 FEM 的先进电磁建模工具。
引用
@article{arxiv.2011.01292,
title = {Realistic head modeling of electromagnetic brain activity: An integrated Brainstorm pipeline from MRI data to the FEM solution},
author = {Takfarinas Medani and Juan Garcia-Prieto and Francois Tadel and Sophie Schrader and Anand Joshi and Christian Engwer and Carsten H. Wolters and John C. Mosher and Richard M. Leahy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.01292},
year = {2020}
}
备注
SPIE Medical Imaging, 4 pages, accepted for publication (2021)