研究成果
擴散頻譜影像(DSI)

擴散頻譜影像(Diffusion Spectrum Imaging, DSI)為一高階的擴散磁振影像技術。此技術量測多重擴散梯度方向及多重擴散訊號衰減因子的擴散磁振影像,形成笛卡爾座標系上的網格點。再利用傅立葉轉換,即可計算水分子在三維空間擴散之機率密度。故DSI能提供高角度的水分子擴散方向鑑別率,可以更精準地解析複雜的交叉神經結構,非侵入性地探測大腦白質纖維走向、大腦發展、或各種大腦相關神經疾病等問題。
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神經纖維追蹤術(Tractography)

此技術乃利用擴散磁振影像來重建大腦白質神經纖維束的走向。為能清晰地以3D視覺化呈現這些纖維束的路徑,本研究室之葉芳誠博士發展了DSI Studio軟體,並將常見的擴散磁振影像重建法、神經纖維追蹤術演算法以及各擴散影像參數之計算整合於其中,可幫助擴散磁振影像之研究使用。

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快速格點取像法

取像法為一種加速擴散頻譜造影的技術,將原本203格點之擴散頻譜影像,藉由球面對稱的假設將擴散梯度磁場的方向最佳化地設計在一半的球面上,再透過重建的方式將水分子擴散機率密度函數計算出來。此法由郭立威博士等人研發,可大幅縮短DSI的造影時間,有利於DSI於研究與臨床之使用。目前利用此技術之擴散頻譜影像造影時間約為16分鐘。

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高度形變微分同胚度量映射法(LDDMM-DSI)

此法為一種DSI影像之六維資訊對位法。此技術將兩個影像間的對位過程模擬成液體的流動,並定義兩影像間的差異函數。此對位技術由徐泳欽博士等人所發展,並透過數個驗證實驗與其它對位方法比較,結果顯示LDDMM-DSI 技術可獲得較佳的對位效果,而透過此對位技術,將能利於進行不同大腦間之資訊的比較,推動進一步的神經科學研究。

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大腦擴散頻譜影像模板

本實驗室自2010年起,持續進行DSI影像的掃瞄,涵蓋不同年齡層及不同精神疾病患者之影像資料。為了提升DSI影像的訊號雜訊比,我們篩選出影像品質相當好的122位正常成人的影像資料,利用LDDMM-DSI的對位技術,建立了一個擴散頻譜影像模板,名為NTU-DSI-122。此模板為目前品質最好之活體大腦擴散影像模板之一,提供高訊雜比之白質纖維資訊,可利用於重建大腦白質纖維束,探索未知的神經纖維束,或利用於研究資料上的比對。此模板已開放公眾下載

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大腦神經纖維束圖譜(Tractatlas)

本實驗室以高品質NTU-DSI-122 template為基礎,在此模板上創作出最詳盡的大腦神經纖維束圖譜。我們採取多重興趣區域法神經纖維束追蹤技術重建全腦長連結神經纖維束,目前已定義出76束可視覺化的白質神經纖維束。各神經纖維束之座標定義於國際通用的Montreal Neuroscience Institute (MNI)空間上,不僅可作為科普教育之用,亦可廣泛應用於神經科學影像研究。同時,此白質神經纖維束圖譜為高通量自動化大腦白質纖維束特性分析技術(TBAA)重要元件之一,為本實驗室之重要資產。
(線上版的Tractatlas連結請按此,請使用IE瀏覽器觀看,觀看前請先下載Unity Web Player: 
https://unity3d.com/webplayer )

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腦神經纖維自動化分析系統

腦神經纖維自動化分析系統(Tract-based automatic analysis, TBAA)為一套自動化且高通量的大腦白質纖維特性分析技術。TBAA整合了本實驗室過去各項擴散磁振影像技術,將複雜的白質纖維分析轉換成自動化的影像運算,透過TBAA技術可將數目眾多的研究影像資料,合併為一個大腦影像模板,此模板再與本實驗室已發展之NTU-DSI-122大腦模板及76束大腦白質纖維束進行對位及座標轉換,最終能計算每一個體之全腦白質纖維資訊,並產生一標準化之全腦白質纖維束資訊。此外,TBAA技術不僅能運用於DSI高階擴散磁振影像,亦能應用於各類擴散磁振影像,包括DTI、Q-ball imaging等,將能提供臨床及研究上相當便利且具可信度的全腦比對。
 

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臨床研究應用

本實驗室已利用DSI於各種不同的臨床研究,如:思覺失調症、自閉症、注意力不足過動症、輕度認知障礙、阿茲海默症、顳葉癲癇症、老化研究等。我們希望透過DSI和神經纖維追蹤技術找到這些疾病的生物標記做為臨床診斷和治療上的參考。

 

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