基于MRI的鲤鱼脑组织三维重建及脑神经纤维束研究

发布时间：2020-11-20 02:24

　　 生物机器人是新兴的交叉学科中发展最活跃的领域之一,也是具有潜在广泛应用前景的重要领域。对脑功能区的研究是生物机器人控脑技术的关键问题,只有清楚地了解生物机器人脑部的解剖与形态结构,才能提高对生物机器人的运动控制能力。本课题以鲤鱼为研究对象,通过选择最适于鲤鱼颅脑及脑组织成像的磁共振成像仪对鲤鱼颅脑及脑组织进行扫描成像,将获得的鲤鱼颅脑及脑组织磁共振图像进行三维重建,实现鲤鱼脑体表投影,为不开颅法植入脑电极提供定位导航。通过自主设定的磁共振弥散张量成像的相关参数,利用磁共振弥散张量成像对鲤鱼部分脑神经纤维束进行了探索与发现,为鲤鱼机器人脑神经通路研究提供一定的实验依据。在选择适用于鲤鱼脑组织成像的磁共振成像仪方面,应用不同场强的磁共振成像仪对鲤鱼颅脑及脑组织进行扫描成像。通过mimics软件测量扫描成像的鲤鱼脑脊液与脑组织信号,选择最适宜鲤鱼颅脑及脑组织成像的磁共振成像仪。在鲤鱼颅脑及脑组织磁共振图像的三维重建方面,运用mimics软件对鲤鱼颅脑及脑组织进行三维重建。重建后显示了鲤鱼颅脑表面的形态结构,并识别出嗅球、嗅茎、端脑、中脑、小脑、迷叶、延脑等组织结构。实现了鲤鱼脑组织在脑表面的投影,将鲤鱼脑组织在颅脑内的位置关系进行了透明化观察,为实现不开颅法植入脑电极提供定位导航。在探索鲤鱼脑神经纤维束方面,本研究利用磁共振弥散加权与磁共振弥散张量成像对鲤鱼颅脑及脑组织进行扫描成像。通过对比鲤鱼颅脑磁共振加权图像的清晰程度,确定了选取b=400s/mm~2时的鲤鱼颅脑磁共振加权图像,为后期利用磁共振弥散加权成像的方法研究鲤鱼脑组织功能提供前提条件。通过将鲤鱼颅脑T2加权图像与FA图像进行三个方向的融合显示,观察到分布在鲤鱼脑组织各部分中不同脑神经纤维束的不同走向及分布信息;利用磁共振弥散张量成像的方法进行了鲤鱼部分脑神经纤维束的追踪,为以后探索鲤鱼小脑与延脑之间的纤维连接提供了前提条件。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：R445.2
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 生物机器人国内外研究现状
        1.2.1 飞行生物机器人
        1.2.2 陆地生物机器人
        1.2.3 水生生物机器人
    1.3 磁共振成像国内外研究现状
        1.3.1 磁共振成像技术
        1.3.2 磁共振弥散张量成像技术
    1.4 三维重建国内外研究现状
    1.5 课题研究的目的及意义
    1.6 本文的主要研究内容
第2章 相关基础理论
    2.1 鲤鱼脑组织结构
    2.2 磁共振成像
    2.3 磁共振弥散加权成像
    2.4 磁共振弥散张量成像
    2.5 本章小结
第3章 面向鲤鱼脑组织的磁共振扫描成像技术研究
    3.1 引言
    3.2 应用1.5T磁共振成像仪进行鲤鱼脑组织磁共振成像
        3.2.1 提取鲤鱼脑组织
        3.2.2 鲤鱼脑组织1.5T磁共振图像的获取
    3.3 应用3.0T磁共振成像仪进行鲤鱼脑组织成像
        3.3.1 鲤鱼脑组织磁共振扫描三维坐标系的确定
        3.3.2 鲤鱼脑组织磁共振扫描参数的设定
        3.3.3 鲤鱼脑组织3.0T磁共振图像的获取
    3.4 应用7.0T磁共振成像仪进行鲤鱼脑组织成像
        3.4.1 鲤鱼脑组织磁共振扫描三维坐标系的确定
        3.4.2 鲤鱼脑组织磁共振扫描参数的设定
        3.4.3 鲤鱼脑组织7.0T磁共振图像的获取
    3.5 鲤鱼磁共振图像脑组织及脑脊液信号测量
    3.6 统计学处理
    3.7 讨论与分析
    3.8 本章小结
第4章 鲤鱼脑组织三维重建及脑体表投影
    4.1 引言
    4.2 鲤鱼脑组织磁共振扫描序列的选择
        4.2.1 液体衰减反转恢复序列
        4.2.2 快速自旋回波序列
        4.2.3 鲤鱼磁共振图像脑脊液与脑组织信号测量
        4.2.4 统计学处理
    4.3 鲤鱼脑组织在脑表面投影
        4.3.1 鲤鱼脑组织磁共振图像配准
        4.3.2 鲤鱼磁共振图像中脑组织阈值的提取
        4.3.3 鲤鱼脑组织的三维重建与识别
        4.3.4 鲤鱼脑组织三维模型与二维磁共振图像的融合显示
        4.3.5 鲤鱼颅脑的表面重建
        4.3.6 鲤鱼脑体表投影
    4.4 讨论与分析
    4.5 本章小结
第5章 鲤鱼脑神经纤维束的研究
    5.1 引言
    5.2 鲤鱼颅脑磁共振弥散加权成像
        5.2.1 不同梯度因子b值下鲤鱼颅脑磁共振弥散加权成像
    5.3 鲤鱼脑神经纤维束成像
        5.3.1 鲤鱼颅脑磁共振弥散张量成像扫描参数的设定
        5.3.2 鲤鱼颅脑FA图像的获得
        5.3.3 鲤鱼颅脑T2加权图像与FA图像的融合
        5.3.4 鲤鱼部分脑神经纤维束的追踪
    5.4 讨论与分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢

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本文编号：2890796