This paper is for the segmentation and volume calculation of the white matter and gray matter from brain MRI. We segment white matter, gray matter and CSF from the Brain image in the normal and abnormal person, and calculate the volume of segmented tissue. In this paper, we present a new method of extracting white matter, gray matter and CSF and calculation its volume from MR images for brain. And we have developed the determining method of threshold that can extract white matter and gray matter from MR image for brain through the analysis of gray values represented by ratio of each component. We proposed the calculation method of volume for white matter and gray matter by using number of extracted pixels in each slice. This algorithm input CSF/Head volume ratio and age of patient and calculates discriminant value through discriminant expression, classifies normal and abnormal using calculated discriminant value. As a result, we could blow that white matter and gray matter volume decrease and CSF volume increase as we grow gold.
This study is for the segmentation and volume calculation of the white matter and gray matter from brain MRI. In general, the volume of white and gray matter is reduced by contraction of each components in the case of mental retardation which are Alzheimer's disease and Down's syndrome. As results, it is useful for diagnostic and early detection for various mental retardation through the tracing of variation for its volume from the brain MRI. But, until now, it was very difficult to calculate the partial volume of each components existing in some thickness, because MR image was represented by single gray value after scanning by MR scanner. Accordingly, new segmentation algorithm proposed in this paper is to calculate the partial volume of the white and gray matter existing in some thickness through the analysis of the blurred gray value, and is to determine the threshold for segmentation of white and gray matter, and is to calculate the volume of each segmented component. And finally, proposed algorithm was applied the models which was created manually, and then acquired results was compared with that of original model.
Koh, Seok Young;Choi, Young Hun;Lee, Seul Bi;Lee, Seunghyun;Cho, Yeon Jin;Cheon, Jung-Eun
Investigative Magnetic Resonance Imaging
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v.25
no.2
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pp.101-108
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2021
Purpose: To identify characteristic magnetic resonance imaging (MRI) features to differentiate between Krabbe disease and metachromatic leukodystrophy (MLD) in young children. Materials and Methods: We collected all confirmed cases of Krabbe disease and MLD between October 2004 and September 2020 at Seoul National University Children's Hospital. Patients with initial MRI available were included. Their initial MRIs were retrospectively reviewed for the following: 1) presence of white matter signal abnormality involving the periventricular and deep white matter, subcortical white matter, internal capsule, brainstem, and cerebellum; 2) presence of volume decrease and signal alteration in the corpus callosum and thalamus; 3) presence of the tigroid sign; 4) presence of optic nerve hypertrophy; and 5) presence of enhancement or diffusion restriction. Results: Eleven children with Krabbe disease and 12 children with MLD were included in this study. There was no significant difference in age or symptoms at onset. Periventricular and deep white matter signal alterations sparing the subcortical white matter were present in almost all patients of the two groups. More patients with Krabbe disease had T2 hyperintensities in the internal capsule and brainstem than patients with MLDs. In contrast, more patients with MLD had T2 hyperintensities in the splenium and genu of the corpus callosum. No patient with Krabbe disease showed T2 hyperintensity in the corpus callosal genu. A decrease in volume in the corpus callosum and thalamus was more frequently observed in patients with Krabbe disease than in those with MLD. Other MRI findings including the tigroid sign and optic nerve hypertrophy were not significantly different between the two groups. Conclusion: Signal abnormalities in the internal capsule and brainstem, decreased thalamic volume, decreased splenial volume accompanied by signal changes, and absence of signal changes in the callosal genu portion were MRI findings suggestive of Krabbe disease rather than MLD based on initial MRI. Other MRI findings such as the tigroid sign could not help differentiate between these two diseases.
This study is to segment white matter, gray matter, and cerebrospinal fluid(CSF) on a brain MR image of coronal section and to calculate the volume of each. First, we segmented the whole region of a brain from a black colored background, a skull and a fat layer. Then, we calculated the partial volume of each component, which was present in scanning finite thickness, with the arithmetical analysis of gray value from the internal region of a brain showing the blurring effects on the basis of the MR image forming principle. Calculated partial volumes of white matter, gray matter and CSF were used to determine the threshold for the segmentation of each component on a brain MR image showing the blurring effects. Finally, the volumes of segmented white matter, gray matter, and CSF were calculated. The result of this study can be used as the objective diagnostic method to determine the degree of brain atrophy of patients who have neurodegenertive diseases such as Alzheimer’s disease and cerebral palsy.
Park, Mi-Sook;Seok, Ji-Woo;Kim, Eun-Ye;Noh, Ji-Hye;Sohn, Jin-Hun
Science of Emotion and Sensibility
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v.20
no.4
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pp.113-126
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2017
The purpose of the study was to find grey matter (GM) and white matter (WM) volume reduction in the brain reward system among patients with alcohol dependency. This study investigated regional GM and WM in chronic alcoholic patients, focusing primarily on the reward system, including principal components of the mesocorticolimbic reward circuit as well as cortical areas with modulating and oversight functions. Sixteen abstinent long-term chronic alcoholic men and demographically matched 16 healthy control men participated in the study. Morphometric analysis was performed on magnetic resonance brain scans using voxel-based morphometry (VBM)-diffeomorphic Anatomical Registration through Exponentiated Liealgebra (DARTEL). We derived GM and WM volumes from total brain and cortical and subcortical reward-related structures. Morphometric analyses that revealed the total volume of GM and WM was reduced and cerebrospinal fluid (CSF) was increased in the alcohol group compared to control group. The pronounced volume reduction in the reward system was observed in the GM and WM of the nucleus accumbens (NAc), GM of the amygdala, GM and WM of the hippocampus, WM of the thalamus, GM and WM of the insula, GM of the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), GM of the orbitofrontal cortex (OFC), GM of the cingulate cortex (CC), GM and WM of the parahippocampal gyrus in the alcohol group. We identified volume reductions in WM as well as GM of reward system in the patients with alcohol dependency. These structural deficits in the reward system elucidate underlying impairment in the emotional and cognitive processing in alcoholism.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.25
no.7A
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pp.1006-1016
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2000
This study is to segment white matter, gray matter, and cerebrospinal fluid(CSF) on a brain MR image and to calculate the volume of each. First, after removing the background on a brain MR image, we segmented the whole region of a brain from a skull and a fat layer. Then, we calculated the partial volume of each component, which was present in scanning finite thickness, with the arithmetical analysis of gray value from the internal region of a brain showing the blurring effects on the basis of the MR image forming principle. Calculated partial volumes of white matter, gray matter and CSF were used to determine the threshold for the segmentation of each component on a brain MR image showing the blurring effects. Finally, the volumes of segmented white matter, gray matter, and CSF were calculated. The result of this study can be used as the objective diagnostic method to determine the degree of brain atrophy of patients who have neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease and cerebral palsy.
Background: We utilized diffusion tensor imaging (DTI) to evaluate the cerebral white matter changes that are associated with phantom limb pain in patients with unilateral arm amputation. It was anticipated that this would complement previous research in which we had shown that changes in cerebral blood volume were associated with the cerebral pain network. Methods: Ten patients with phantom limb pain due to unilateral arm amputation and sixteen healthy age-matched controls were enrolled. The intensity of phantom limb pain was measured by the visual analogue scale (VAS) and depressive mood was assessed by the Hamilton depression rating scale. Diffusion tensor-derived parameters, including fractional anisotropy, mean diffusivity, axial diffusivity (AD), and radial diffusivity (RD), were computed from the DTI. Results: Compared with controls, the cases had alterations in the cerebral white matter as a consequence of phantom limb pain, manifesting a higher AD of white matter in both hemispheres symmetrically after adjusting for individual depressive moods. In addition, there were associations between the RD of white matter and VAS scores primarily in the hemispheres related to the missing hand and in the corpus callosum. Conclusions: The phantom limb pain after unilateral arm amputation induced plasticity in the white matter. We conclude that loss of white matter integrity, particularly in the hemisphere connected with the missing hand, is significantly correlated with phantom limb pain.
Normal aging causes changes in the brain volume, connection, function and cognition. The brain changes with increases in age and difference of gender varies at all levels. Studies about normal brain aging using various brain magnetic resonance imaging (MRI) variables such as gray and white matter structural imaging, proton spectroscopy, apparent diffusion coefficient, diffusion tensor imaging and functional MRI are reviewed. Total volume of brain increases after birth but decreases after 9 years old. During adulthood, total volume of brain is relatively stable. After 35 years old, brain shrinks gradually. The changes of gray and white matters by aging show different features. N-acetylaspartate decreases or remains unchanged but choline, creatine and myo-inositol increase with aging. Apparent diffusion coefficient decreases till 20 years old and then becomes stable during adulthood and increase after 60 years old. Diffusion tensor properties in white matter tissue are variable during aging. Resting-state functional connectivity decreases after middle age. Structural and functional brain changes with normal aging are important for studying various psychiatric diseases such as dementia, schizophrenia and bipolar disorder. Our review may be helpful for studying longitudinal changes of these diseases and successful aging.
Neonatal hypoxia/ischemia (H/I), injures white matter, results in neuronal loss, disturbs myelin formation, and neural network development. Neuroinflammation and oxidative stress have been reported in neonatal hypoxic brain injuries. We investigated whether Paeoniflorin treatment reduced H/I-induced inflammation and oxidative stress and improved white matter integrity in a neonatal rodent model. Seven-day old Sprague-Dawley pups were exposed to H/I. Paeoniflorin (6.25, 12.5, or 25 mg/kg body weight) was administered every day via oral gavage from postpartum day 3 (P3) to P14, and an hour before induction of H/I. Pups were sacrificed 24 h (P8) and 72 h (P10) following H/I. Paeoniflorin reduced the apoptosis of neurons and attenuated cerebral infarct volume. Elevated expression of cleaved caspase-3 and Bad were regulated. Paeoniflorin decreased oxidative stress by lowering levels of malondialdehyde and reactive oxygen species generation and while, and it enhanced glutathione content. Microglial activation and the TLR4/NF-κB signaling were significantly down-regulated. The degree of inflammatory mediators (interleukin 1β and tumor necrosis factor-α) were reduced. Paeoniflorin markedly prevented white matter injury via improving expression of myelin binding protein and increasing O1-positive olidgodendrocyte and O4-positive oligodendrocyte counts. The present investigation demonstrates the potent protective efficiency of paeoniflorin supplementation against H/I-induced brain injury by effectually preventing neuronal loss, microglial activation, and white matter injury via reducing oxidative stress and inflammatory pathways.
Background and Purpose: The association between the low emotional regulation and the brain structural change of major depressive disorder (MDD) has been proposed, but the voxel-based morphometry (VBM) studies on female MDD are rare. The purpose of the present study was to show the regional volume changes of gray matter (GM) in female patients with MDD by optimized VBM. Methods: To control subjects homogeneity, twenty female MDD patients and age, sex matched 21 normal controls were included for the VBM analysis. To identify the change of regional gray matter volume (GMV), the optimized VBM was performed with T1 MRIs. The amounts of gray/white matter and intracranial cavity volumes (ICV) were measured. The analysis of covariance (ANCOVA) and partial correlation analyses covariate with age and ICV were applied for VBM. Results: The age and ICV distributions were similar between the two groups. In the ANCOVA, the total GMV of MDD was smaller than that of normal controls. In the VBM, regional GMV was relatively decreased in the limbic system (amygdalae, ambient gyri, hippocampi heads, subiculum, posterior parahippocampal gyri, pulvinar nuclei, dorsal posterior cingulate gyri, and left pregenual cingulate gyrus). The lingual gyri, short insular gyri, right fusiform gyrus, and right inferior frontal gyrus were also showed decreased regional GMV. Conclusion: The results of this study indicate that the female MDD is mainly associated with the structural deficits of the limbic system and limbic system related cortices, which were known to the center of emotions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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