核磁共振成像对胎儿健康

麻省理工学院的研究人员、波士顿儿童医院和马萨诸塞州总医院加入了一项雄心勃勃的新项目使用磁共振成像(MRI)来评估胎儿的健康。

通常情况下,胎儿发育与超声波成像监测,这是廉价的和便携式和可以通过胎盘血流计,子宫的器官提供营养给胎儿。但MRI可能衡量不同的化学物质的浓度在胎盘和胎儿器官,可能有更多的诊断价值。

今年早些时候,在一个项目由艾伦·格兰特的群体Fetal-Neonatal神经影像学和发展科学中心在波士顿儿童医院(BCH),研究小组成员发表了一篇论文表明,核磁共振测量氧吸收率在胎盘可以显示胎盘可能危及胎儿的疾病。格兰特是哈佛医学院的儿科和放射学教授(HMS)。

在国际会议和医学影像计算和计算机辅助介入本周,波琳娜Golland集团领导的研究小组在麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室发表了一篇论文表明新算法跟踪器官通过核磁共振扫描序列,这将使MRI监测更有用。

Golland的之前的工作处理的大脑核磁共振扫描的算法分析。“问题是,为什么你就不能使用我们所做的一切在过去的25年里在大脑中应用在这种情况下吗?”Golland说,电气工程和计算机科学的教授。“答案是对大脑,当人扫描器执行特定的任务,他们撒谎。之后,您可以使用算法正确方法对于很小的动作。子宫内,你不能告诉母亲不要呼吸。你不能告诉孩子不要踢。”

逐帧

“当你试图了解是否健康的子宫内环境,你看看胎儿增长通过测量超声,看看速度波形的脐动脉,”格兰特说。“但这些都不是直接胎盘功能的措施。他们是下游的影响。我们的目标是想出方法来评估胎盘直接的时空的功能。如果你真的想干预,你想干预前胎盘失败。”

资助项目的临床部门一起劳伦斯•瓦尔德的物理学家马萨诸塞州总医院和HMS的放射学教授。Elfar Adalsteinsson,麻省理工学院的电气工程和计算机科学教授,与同事合作在BCH为胎儿成像,开发新的核磁共振技术和Golland集团负责开发软件解释图像。

核磁共振图像可能包含成百上千的解剖区域的二维横截面,组合成一个三维整体。测量化学变化随着时间的推移,需要分析序列的三维表示,大约300的新论文。研究人员是指每个核磁共振图像在一系列“框架”,类似于视频帧。

本地化器官化学变化的第一步,当然是确定器官。这就是研究者的新算法。

与核磁共振成像的大脑活动图像,比较容易确定哪些解剖特点一帧对应的功能在未来。主题的头是固定化的,大脑区域不改变形状或位置的扫描。从算法上,协调框架的标准方法是确定一个地区分别在第一帧,然后将其映射到的每一帧。

胎儿的核磁共振成像,行不通,因为胎儿可能已经大大之间,说,200帧一帧。所以Golland和她的合著者——包括第一作者瑞智廖,麻省理工学院的电气工程和计算机科学研究生;格兰特;和Adalsteinsson——采取了不同的方法。

上一卷

他们的算法首先找到一个数学函数,将第一帧的像素映射到这些第二;然后地图的数学转换版本第一帧到第三,等等。结果是一系列的数学运算,描述了进化的扫描。“思考这个算法是如何工作的,它需要基线框架——例如,第一个序列——它滚下来,“Golland说。

接下来,吸引人类专家非常精确的边界在第一帧的兴趣的元素——在这种情况下,不仅胎盘,大脑和肝脏。这些元素的运动或变形从帧到帧可以计算使用前面确定的数学运算。

手绘器官边界——或“分段”核磁共振扫描——是一个耗时的过程。但只执行一次比执行更繁重的300倍。

评估他们的算法的准确性,研究者hand-segmented额外5帧。“两个团队的成员坐了大约一个星期画轮廓,“Golland说。“这是一个非常痛苦的验证过程,但你必须相信结果。算法的分割得到很好执行的手。

”的一个重大问题在高速采集和先生(核磁共振)收购的公司绝对是运动,试图解决运动问题,“Sarang Joshi说,犹他大学的生物工程教授。“建模,将变形评估收购先生是一个巨大的挑战,我们一直在努力,和其他许多人已经开始了研制它的工作。所以,这是一个非常伟大的进步。”