MRtrix 分析DWI教程(一)简介、安装和查看数据

1. DWI 简介

扩散加权磁共振成像(diffusion-weighted MRI,dMRI或DWI,它测量大脑不同部位(特别是白质束内)的相对弥散率。大脑的白质被髓鞘包裹着,有利于电信号的传输,也限制了水分子在白质内的扩散。水分子在垂直于细胞膜的方向上的扩散受到了限制,这种现象被叫做各向异性扩散。

使用 MRI 测量水分子扩散实际上是一个将 MRI 伪影转化为强大工具的故事。布朗运动导致了自旋的微小退相,导致测量到的MRI信号幅度略有下降。1965年,Stejskal 和 Tanner 了解了这种信号衰减探测组织样品中分子运动,并计算表观扩散系数(ADC)后,提出了一种新的脉冲梯度自旋回波磁共振序列。到今天为止,这一序列仍然是使MRI信号对扩散敏感的标准方案。

Le Bihan 提出了b值(b代表Bihan),扩散衰减由b值调整,并以s/ mm^2为单位测量。这个b值取决于\gamma ,水质子H的旋磁比,以及梯度的大小G、两个脉冲之间的时间\Delta和施加扩散敏化梯度的时间\delta
b = \gamma^2G^2\delta^2(\Delta-\delta/3)

b 值为零的弥散加权图像与典型的 T2 加权图像几乎相同 - CSF 是亮的,灰质是暗的。随着 b 值的增加,你就越能让水分子脱相或对它们的分子位移“敏感”,这会导致更多的信号衰减。可以看到大脑特定部位的信号损失更大,主要是在白质内。这是因为这些白质束内的水主要沿着白质方向扩散,并且生成的图像显示相应较低的信号。


较高的 b 值将对检测扩散更敏感,但存在更多噪声和伪影。

所应用的梯度的方向,被称为 b 向量(b-vectors)。如果你下载了扩散加权扫描的数据,就会有两个文本文件,一个通常有后缀.bval,表示 b 值,另一个有后缀.bvec,代表b 向量。

假设你在 40 个方向上收集了扩散加权图像。bvals 文件将有 40 个值,每个对应于这个方向上的 bval 。bvecs 文件将包含 40 个三元组数字,在 x、y 和 z 方向上的扩散梯度方向。

2. MRtrix 安装

跟着官网来就行。
Windows 系统在教程里装的那个mingw64里输命令。

3. 查看数据

MRtrix 可以读入和输出 NIFTI 格式(DWI常用的)的图像,但是有自己的储存格式,有.mif扩展名,存储速度更快。

将 NIFTI 格式转为.mif:

mrconvert data.nii.gz DWI.mif -fslgrad bvec bval

查看信息,输出包含几条信息,例如数据集的尺寸和体素大小,以及用于生成当前文件的命令:

mrinfo DWI.mif

在mrview里查看图像,输入命令 mrview,可以打开查看器。

View -> Ortho view可以变为三个角度同时查看。

鼠标前后滚动或者键盘前后键是查看不同slice,左右键是查看不同的volume。

Tool -> view option 里可以调整显示范围。

参考:

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