前言介绍——脑白质、WMH
0. 一些前置知识
神经元（Neuron）
神经元（Neuron），也称为神经细胞，是神经系统的基本结构和功能单位。神经元负责接收、传递和处理信息，是大脑、脊髓和周围神经系统的重要组成部分。由以下几个主要部分组成：
- 细胞体（Soma）：核心部分，包含细胞核和细胞器，负责维持神经元的生命活动。
- 突触（Synapse）：神经元之间或神经元与效应器之间的连接点，负责传递化学或电信号。
- 树突（Dendrite）：神经元接收信号的部位，负责从其他神经元或感受器接收信息。
- 轴突（Axon）：神经元传递信号的部位，负责将电信号从细胞体传递到其他神经元或效应器。
磁共振成像（MRI）
磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI） 是一种利用磁场和射频脉冲生成人体内部结构图像的医学成像技术，具有无辐射、高分辨率、多参数成像等优点。
其基本原理为：
- 磁场作用
- 将人体置于强磁场中，氢原子核的自旋轴会与磁场方向对齐。
- 施加射频脉冲后，氢原子核吸收能量并发生共振。
- 信号采集
- 射频脉冲停止后，氢原子核释放能量并恢复到原始状态，产生信号。
- 通过接收线圈采集信号，并利用计算机重建图像。
MRI可以通过不同的成像序列生成多种对比度的图像，包括 T1 加权像（T1WI）， T2 加权像（T2WI），流体衰减反转恢复序列（FLAIR）， 弥散加权成像（DWI）等。
| 序列 | T1WI | T2WI | FLAIR |
|---|---|---|---|
| 信号特点 | 脂肪高信号，水低信号 | 水高信号，脂肪中等信号 | 水低信号，病变高信号 |
| 临床应用 | 解剖结构显示，脂肪组织成像 | 水肿、炎症、液体成像 | 脑白质病变、脑室周围病变 |
1. 脑白质（White Matter）
简介
脑白质（White Matter）是中枢神经系统的重要组成部分，主要由神经元的轴突（神经纤维）组成。这些轴突被髓鞘（myelin sheath）包裹，髓鞘由少突胶质细胞（oligodendrocytes）形成，呈白色，因此得名“脑白质”。脑白质的主要功能是传递神经信号，连接大脑不同区域以及大脑与脊髓之间的信息传递。
与脑灰质（Gray Matter）的区别
| 特征 | 脑白质 | 脑灰质 |
|---|---|---|
| 成分 | 神经元轴突，被髓鞘包裹 | 神经元细胞体、树突和无髓鞘的轴突 |
| 分布 | 大脑深层、脊髓外围 | 大脑皮层、小脑皮层、脊髓中央 |
| 功能 | 传递神经信号，连接各个脑区和脊髓 | 信息处理、整合和决策 |
| MRI表现 | T1加权像上呈低信号 T2加权像上呈高信号 |
T1加权像上呈中等信号 T2加权像上呈中等或稍低信号 |
脑白质与认知功能
脑白质的健康与认知功能密切相关。脑白质损伤可能导致：
- 信息传递延迟：影响大脑不同区域之间的协调。
- 认知障碍：如记忆力下降、注意力不集中、执行功能障碍等。
- 情绪问题：如抑郁、焦虑等。
2. 脑白质高信号（WMH）
简介
脑白质高信号（White Matter Hyperintensities, WMH）是脑白质病变的常见影像学表现，与多种神经系统疾病和认知功能下降密切相关，是临床和研究中关注的重要指标，通常通过磁共振成像（MRI）观察到。WMH 在 T2 加权像和FLAIR序列上呈现为高信号区域，在 T1 加权像序列上呈现为等信号或低信号区域。
FLAIR序列中脑脊液信号被抑制，更适合检测WMH
WMH分割
WMH 分割是指从 MRI 图像中自动或半自动地提取和量化这些高信号区域的过程。WMH 分割在临床和研究中具有重要意义，可用于评估脑白质病变的严重程度、预测认知功能下降以及诊断相关疾病（如脑小血管病、阿尔茨海默病等）。
分割方法主要有手动、半自动和全自动三种。其中全自动分割完全依赖算法自动提取 WMH 区域，常用的方法包括基于机器学习的支持向量机（SVM）、随机森林（Random Forest）等，以及基于深度学习的卷积神经网络（CNN）、U-Net、3D U-Net等。
常用的WMH分割工具有：
- LST（Lesion Segmentation Toolbox）
- 基于 SPM 的 MATLAB 工具箱，适用于 FLAIR 图像的 WMH 分割。
- 提供基于阈值和机器学习的分割方法。
- UBO Detector
- 基于深度学习的 WMH 分割工具，支持全自动分割。
- FreeSurfer
- 用于脑区分割和体积分析，可结合其他工具进行 WMH 分割。
- DeepMedic
- 基于 3D CNN 的深度学习工具，适用于 WMH 分割。