Analýza struktury mozkové kůry pomocí zobrazovacích metod založených na magnetické rezonanci

Bc. Jakub Jamárik

Master's thesis

Cerebral cortex analysis using magentic resonance imaging methods

Abstract:

Současné konvenční metody magnetické rezonance nemají rozlišení potřebná pro separaci kortikálních vrstev mozku in vivo. Tato omezení lze obejít použitím multi-IR (inversion recovery) zobrazování, následovaným modifikovanou T1 mapovací analýzou. Tato práce si klade za svůj cíl analyzovat data získaná experimentální sekvencí a dosáhnout oddělení kortikálních vrstev v doméně spin-mřížkové (T1 relaxace). Teoretické kapitoly pojednávají o neuroanatomii mozku, teoretických principech zobrazování pomocí magnetické rezonance a současných přístupech k vizualizaci kortikální laminy. V praktické části práce jsou předzpracovány obrazy získané z experimentální sekvence. Vhodnost metod modelování je hodnocena s využitím simulovaných souborů dat a různé vizualizační přístupy jsou integrovány do jednoho procesního diagramu. Výsledky práce poukazují na sub-optimální chování běžných registračních algoritmů aplikovaných na experimentální data. Výsledky také poukazují na možnost využití algoritmů s omezeným krokem (Trust Region algorithm) pro oddělení jednotlivých vrstev v doméně T1 relaxace.

Abstract:

Current conventional magnetic resonance imaging methods do not possess the resolutions required for the in vivo delineation of the cortical layers. These limitations could be circumvented by the usage of the experimental multi-IR (inversion recovery) imaging, followed by a modified T1 mapping analysis. This thesis aims to analyze the data acquired by the experimental sequence and achieve the separation of the cortical layers in the spin-lattice (T1 relaxation) domain. The theoretical chapters discuss the neuroanatomy of the brain, theoretical principles of magnetic resonance imaging, and the current approaches to the visualization of the cortical lamina. In the practical part of the thesis, images acquired from the experimental sequence are preprocessed. The viability of the modeling methods is assessed with the usage of simulated sets of data and different visualization approaches are integrated into a singular pipeline. The results of the thesis show a sub-optimal behavior of the common registration algorithms with the experimental data. The results also show the possible viability of the Trust Region algorithms for the separation of the individual layers in the domain of T1 relaxation.

Keywords

mozková kůra, kortikální vrstvy, MRI, echo-planární zobrazování, optimalizace, cerebral cortex, cortical layers, echo-planar imaging, optimization

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 6. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 23. 6. 2021
• Supervisor: doc. Ing. Daniel Schwarz, Ph.D.
• Reader: Ing. Martin Lamoš, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Computational biology and biomedicine / Epidemiology and modeling