آزمایشگاه ملی نقشه برداری مغز

پردازش و آنالیز تصاویر

معرفی آزمایشگاه پردازش تصویر

مغز انسان به عنوان پیچیده ترین سیستم شناخته شده، الهام بخش علوم مختلف بوده است. به طوری که در بسیاری از علوم، ساختار یا کارکرد مغز انسان، الهام بخش توسعه علوم دیگر بوده است. در حال حاضر بهترین راه شناخت ساختار و عملکرد مغز استفاده از تصاویر تشدید مغناطیسی (MRI) است. تصاویر MRI به صورت خام حاوی اطلاعات خاصی نمی باشند. به عنوان مثال دیدن تصاویر fMRI به صورت خام حتی برای یک پزشک متخصص نیز مفهومی ندارد بنابراین استخراج یک تصویر قابل بررسی در مدالیته-های پیشرفته MRI مانند fMRI و DWI نیازمند انجام مجموعه‌ای از پردازش های اولیه و ثانویه روی این داده ها می باشد. از طرفی انجام برخی از این پردازش ها نیازمند دانش حداقلی در زمینه پردازش سیگنال و تصویر است که تمامی پژوهشگران در علوم مختلف آشنایی تخصصی با این حوزه ندارند.

آنچه ما در آزمایشگاه پردازش تصویر در اختیار پژوهشگران می گذاریم، دانش و تجربه ی پردازش تصاویر مغز است تا پژوهشگران علوم مختلف بی نیاز از درگیری در مسائل پیچیده پردازش تصویر، بر حوزه تخصصی خود تمرکز کرده و پژوهش خود را پیش ببرند. نتایج قابل تفسیر، کمی و قابل اطمینان از طریق روال های آنالیز قابل اطمینان و متداول و به صورت تخصصی متناسب با نیاز پژوهشگران در اختیارشان قرار داده می شود.

تصویر برداری تشدید مغناطیسی (MRI) و قابلیت های آن

قبل از شروع یک مطالعه ی Neuroimaging لازم است درک صحیحی از قابلیت های MRI داشته باشیم تا متناسب با این قابلیت ها، علاوه بر استفاده از حداکثر ظرفیت این ابزار، از انتظارات غیرواقعی وگمراه کننده در این حوزه جلوگیری کنیم.

به طور کلی می توان تصاویر MRI را به چهار دسته تقسیم بندی کرد:

هر کدام از این تصویربرداری ها به چند مدالیتی تقسیم می شوند که بر اساس نوع داده گیری می‌توانند کنتراست خاصی را در اختیار محقق قرار دهند. به عبارتی می‌توان MRI را به دوربینی تشبیه کرد که با تنظیمات مختلف از پدیده ها یا ویژگی های متفاوتی تصویر تهیه می کند.

کنتراست در تصاویر تشدید مغناطیسی (که باعث شکل گیری تصویر ظاهری یک ساختار برای ما می‌‎شود)، بستگی به نحوه ثبت آن تصویر دارد. می توان با تنظیم پالس‏های فرکانس رادیویی و گرادیان‌ها و انتخاب دقیق زمان بندی آن‌ها، از ویژگی‌های مختلف بافت عکس گرفت.

مقدمه ای بر پردازش تصاویر مغزی:

هدف از پردازش تصاویر مغزی کمی‌سازی ویژگی‌های این تصاویر است. این کمی‌سازی به پزشکان و محققان در تشخیص بیماری ها و همچنین شناخت بهتر مغز کمک می‌کند. برای مثال کمی‌سازی تصاویر ساختاری مغز این امکان را به محققان می‌دهد که حجم قسمت‌های مختلف مغز را در افراد مختلف مقایسه نمایند. در بخش پردازش تصویر آزمایشگاه ملی نقشه برداری مغز، خدمات پردازش و پیش‌پردازش برای تصاویر MRI گوناگون ارائه می‌شود. از جمله تصاویر MRI که در سال‌های اخیر بسیار مورد توجه و استفاده قرار گرفته اند عبارتند از تصویر برداری fMRI و DWI، که پردازش آن‌ها در این مرکز انجام می‌شود.

پردازش و آنالیز تصاویر

شکل 1. روند ثبت و آنالیز تصاویر پزشکی

لیست خدمات پردازشی:

پردازش تصاویر fMRI

  • پیش پردازش تصاویر fMRI
  • آنالیز داده rest-fMRI به روش ICA
  • آنالیز داده task-fMRI با روش GLM
  • آنالیز connectivity عملکردی و آنالیز گراف

پردازش تصاویر DWI

  • کنترل کیفی (QC) تصاویر DWI
  • پیش پردازش تصاویر DWI
  • آنالیز تصاویر به روش DTI
  • آنالیز connectivity ساختاری و آنالیز گراف

پردازش تصاویر ساختاری

  • آنالیز Voxel Based Morphometry (VBM)
  • آنالیز Deformation-based Morphometry
  • آنالیز Region-based Morphometry
  • آنالیز Surface-based Morphometry
  • تهیه نقشه های T1 & T2 (تکنیک های Relaxometry)
  • کنترل کیفی و تصحیح تصاویر خروجی freesurfer

پردازش تصاویر MRS

  • پیش‌پردازش تصاویر MRS
  • آنالیز تصاویر MRS

پردازش تصاویر ASL

  • پیش پردازش تصاویرASL
  • آنالیز داده rest-ASL به روش ICA
  • آنالیز داده task-based ASL با روش GLM

خدمات طراحی task

  • خدمات پیاده سازیtask در Psychtoolbox و Psychopyجهت تصاویر عملکردی

بسته های نرم افزاری موجود برای آنالیز تصاویر MRI:

Neuroimaging tools Web Link Platform
3D slicer http://www.slicer.org/ Windows, Linux, Mac
AFNI http://afni.nimh.nih.gov/afni/ Unix
BrainVoyager https://www.pstnet.com/software.cfm?ID=97 Windows, Linux, Mac OSX
CAMINO http://cmic.cs.ucl.ac.uk/camino/ Java
ExploreDTI http://www.ExploreDTI.com Windows, Unix, Mac
FreeSurfer http://www.freesurfer.net/ Linux, Mac OSX, Windows
FSL http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/ Linux, Mac OSX, Windows
MRIcro http://www.mricro.com/ Windows, Linux, Mac
MRIConvert http://old-lcni.uoregon.edu/~jolinda/MRIConvert/ Linux, OSX, Windows
MRtrix http://www.brain.org.au/software/ Windows, Unix, Linux,Mac OSX
SPM http://www.fl.ion.ucl.ac.uk/spm/ Matlab
Work Bench http://www.humanconnectome.org/software/get-connectome-workbench Linux, Mac OSX, Windows
ASLtbx https://cfn.upenn.edu/~zewang/ASLtbx.php Matlab
JMRUI http://www.jmrui.eu/ Windows, GNU and Linux
TARQUIN http://tarquin.sourceforge.net/ Windows, OSX and Linux
Psychtoolbox http://psychtoolbox.org/ Windows, Linux, Mac

Man, M. Y., et al. (2015). "A Review on the Bioinformatics Tools for Neuroimaging." The Malaysian journal of medical sciences : MJMS 22(Spec Issue): 9-19.

بکارگیری نرم افزار های متن باز در آزمایشگاه ملی صرفا جنبه علمی – پژوهشی داشته و هیچگونه بهره اقتصادی یا استفاده تجاری از این خدمات، عاید آزمایشگاه نمی شود.