基于突起分辨小鼠脑数据集的白质纤维束追踪

摘要

鼠脑白质纤维束的研究为揭示神经信息传递和处理提供了重要依据。传统鼠脑二维图谱能提供鼠脑的二维断面信息,展示鼠脑分区、功能核团和白质纤维束的结构。由于鼠脑图谱图像中白质纤维束的分辨率低,无法获得较直观的三维鼠脑白质纤维束信息。近年来发展的基于磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)的弥散张量成像技术(Diffusion Tensor Imaging,DTI)可以对脑白质进行无损成像,并自动追踪出白质纤维束的三维投射通路。目前 DTI技术已经被广泛应用于跨脑区白质纤维束连接关系及白质纤维束病理模型的研究。但由于DTI成像分辨率在百微米水平,而神经突起直径在微米水平,因此DTI成像结果无法解析纤维束内的突起形态结构。因而基于高分辨光学断层鼠脑数据集构建白质纤维束信息对研究纤维束的形态结构显得尤为重要。
　　本论文基于高分辨全自动光学断层成像系统采集的小鼠脑数据集,研究鼠脑白质纤维束的图像预处理和解剖位置识别方法,并分别追踪了Golgi染色鼠脑和Thy1基因表达黄色荧光蛋白标记鼠脑的白质纤维束,构建高分辨鼠脑数据集白质纤维束的三维解剖结构。采用图像预处理方法减少了图像中的斑块等噪声,并增强了图像的对比度;解剖位置识别方法能在海量鼠脑数据集中快速找到目标白质纤维束,便于后续的白质纤维束追踪;对Golgi染色鼠脑数据集运用全自动矢量追踪,追踪出目标白质纤维束的突起路径,并通过K均值算法聚类分析目标白质纤维束;对Thy1基因表达黄色荧光蛋白标记鼠脑数据,采用手动追踪方法得到锥体束的长程投射通路。
　　本论文对Golgi染色和Thy1基因表达黄色荧光蛋白标记鼠脑数据集白质纤维束的追踪,在微米水平的介观尺度,解析单根突起的投射路径,在跨脑区的宏观尺度,构建白质纤维束的长程投射通路。相对于传统的鼠脑图谱,本文提供了纤维束的三维精细结构;相对于DTI技术,本文通过聚类方法获得了精细的单根纤维束。本文的研究为分析纤维束内的突起形态结构提供了基础,对揭示神经信号传导、处理机制以及神经疾病的病理机制有着重要的意义。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究概况

1.3 本论文主要研究内容

2 突起分辨鼠脑数据集中白质纤维束初步辨别

2.1 小鼠鼠脑三维结构数据集

2.2 数据集处理流程

2.3 本章小结

3 Golgi染色的白质纤维束局部自动追踪

3.1 纤维束局部数据选取

3.2 神经突起的矢量追踪

3.3 矢量追踪验证

3.4 矢量追踪结果存储格式分析

3.5 纤维束的聚类

3.6 聚类的特征向量选择

3.7 追踪结果

3.8 本章小结

4 荧光染色的白质纤维束长程手动追踪

4.1 纤维束所在区域的数据选取

4.2 海量数据的格式转换

4.3 白质纤维束的长程追踪与验证

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献