Segmentation and volumetric quantification of thalamic nuclei for assessing MS

用于评估 MS 的丘脑核分割和体积定量

基本信息

  • 批准号:
    8656167
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.83万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-05-01 至 2016-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The thalamus plays a key role in integrating sensory information for further processing in the basal ganglia and cortex. In multiple sclerosis (MS), long thought to be primarily a white matter disease, it has recently been shown that cognitive decline is more strongly related to thalamic volume than to white matter magnetic resonance image (MRI) lesion load. Since the thalamus is made up of nuclei having specific physical connections within the brain, it may be possible to relate physical changes in thalamic nuclei caused by MS to specific cognitive, behavioral, or disease subtype differences. This grant proposes to develop an automated method and associated software tool to carry out thalamic nuclei parcellation using MRI. Specifically, it is proposed to: 1) optimize the computation of thalamic features from anatomical and diffusion MRI; 2) develop an integrated, multi-nuclear thalamus segmentation algorithm; 3) optimize the algorithm parameters using manual delineations; and 4) carry out a pilot study using an existing MRI database comprising 99 normal controls and 226 MS patients. The work builds on previous methods that exploit topology and connectivity in order to improve segmentation robustness. The primary innovation is to provide a coordinated multi-object approach that integrates intensity information from T1-weighted MRI with orientation information and connectivity information obtained from diffusion MRI. Primary diffusion directions will be mapped to a five- dimensional space in order to cluster nuclei by diffusion orientation and use this information in the parcellation algorithm. A machine learning approach applied to manual delineations will be used to learn boundary-specific properties that will be used to carry out a joint parcellation approach. The algorithm will be designed for conventional three tesla clinical MRI and will be validated using high-resolution, high signal-to-noise ratio seven tesla MRI on 15 subjects scanned contemporaneously with their three tesla scans. The pilot study will use 822 scans of 305 participants, and will examine longitudinal stability of the algorithm and a cross-sectional univariate statistical analysis relatng thalamic nuclei (or nuclear groups) volumes to various clinical measures including disease subtype, disease duration, visual acuity, and two standard MS composite disability scores. An exploratory principal component analysis of multiple thalamic nuclear volumes will be carried out to look for patterns of atrophy and their relationships to various clinical measures. The algorithm will be made publicly available as open source code on the NITRC website so that the entire neuroscience community will be able to use the algorithm to study other diseases or modify and extend it for other applications.
描述(申请人提供):丘脑在整合感觉信息以便在基底节和皮质进行进一步处理方面起着关键作用。在多发性硬化症(MS)中,长期以来一直被认为是一种主要的脑白质疾病,最近的研究表明,认知能力下降与丘脑体积的关系比与脑白质磁共振成像(MRI)病变负荷的关系更强。由于丘脑由大脑内具有特定物理连接的核组成,因此可能将多发性硬化症引起的丘脑核的物理变化与特定的认知、行为或疾病亚型差异联系起来。这笔赠款建议开发一种自动化方法和相关的软件工具,以使用核磁共振进行丘脑核团分离。具体地说,建议:1)优化来自解剖和扩散MRI的丘脑特征的计算;2)开发集成的多核丘脑分割算法;3)使用手动描绘来优化算法参数;以及4)使用现有的MRI数据库进行初步研究,该数据库包括99名正常对照和226名MS患者。这项工作建立在以前利用拓扑和连通性来提高分割稳健性的方法的基础上。主要的创新是提供了一种协调的多对象方法,该方法将来自T1加权MRI的强度信息与从扩散MRI获得的方向信息和连通性信息相结合。主扩散方向将被映射到一个五维空间,以便按扩散方向对原子核进行聚类,并在分割算法中使用该信息。将使用适用于手工划定的机器学习方法来学习将用于执行联合划界办法的具体边界性质。该算法将设计用于传统的三特斯拉临床MRI,并将使用高分辨率、高信噪比的七特斯拉MRI对15名受试者进行验证,这些受试者与他们的三次特斯拉扫描同时扫描。这项初步研究将使用305名参与者的822次扫描,并将检验算法的纵向稳定性,并将丘脑核团(或核团)体积与各种临床指标(包括疾病亚型、病程、视力和两个标准的MS综合残疾评分)进行横断面单变量统计分析。将对多个丘脑核团体积进行探索性主成分分析,以寻找萎缩的模式及其与各种临床指标的关系。该算法 将在NITRC网站上以开放源代码的形式公开提供,以便整个神经科学界能够使用该算法来研究其他疾病或将其修改和扩展用于其他应用。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Thalamus parcellation using multi-modal feature classification and thalamic nuclei priors.
使用多模态特征分类和丘脑核先验进行丘脑分割。
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  • 资助金额:
    $ 22.83万
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    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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知道了