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MRtrix3: A fast, flexible and open software framework for medical image processing and visualisation. ​

文献信息 ​

DOI10.1016/j.neuroimage.2019.116137
PMID31473352
期刊NeuroImage
影响因子4.5
JCR 分区Q1
发表年份2019
被引次数1294
关键词图像、磁共振成像、处理、软件、可视化
文献类型Journal Article, Research Support, Non-U.S. Gov't, Review
ISSN1053-8119
页码116137
期号202()
作者J-Donald Tournier, Robert Smith, David Raffelt, Rami Tabbara, Thijs Dhollander, Maximilian Pietsch, Daan Christiaens, Ben Jeurissen, Chun-Hung Yeh, Alan Connelly

一句话小结 ​

MRtrix3是一个开源医学图像处理软件，专注于利用扩散磁共振成像研究大脑，采用灵活的模块化框架以提高图像数据处理效率和计算性能。该软件的开发不仅支持新的应用程序，还确保了应用之间一致的命令行界面，对医学图像分析领域具有重要意义。

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图像 · 磁共振成像 · 处理 · 软件 · 可视化

摘要 ​

MRtrix3 是一个开源的跨平台软件包，专注于医学图像处理、分析和可视化，特别强调利用扩散磁共振成像（diffusion MRI）对大脑进行研究。该软件采用一种快速、模块化且灵活的通用代码框架来实现图像数据的访问和处理，从而有效支持新应用程序的开发，同时保持高计算性能和应用程序之间一致的命令行界面。本文将对 MRtrix3 框架的特性以及随软件提供的一般图像处理应用进行高层次的概述。

英文摘要 ​

MRtrix3 is an open-source, cross-platform software package for medical image processing, analysis and visualisation, with a particular emphasis on the investigation of the brain using diffusion MRI. It is implemented using a fast, modular and flexible general-purpose code framework for image data access and manipulation, enabling efficient development of new applications, whilst retaining high computational performance and a consistent command-line interface between applications. In this article, we provide a high-level overview of the features of the MRtrix3 framework and general-purpose image processing applications provided with the software.

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主要研究问题 ​

  1. MRtrix3在扩散MRI分析中有哪些具体应用案例？
  2. MRtrix3与其他医学影像处理软件相比，有哪些独特的优势和特点？
  3. 在使用MRtrix3进行图像处理时，如何优化计算性能以处理大规模数据集？
  4. MRtrix3支持哪些类型的医学影像数据，是否可以与其他数据格式兼容？
  5. 在MRtrix3中，如何实现自定义图像处理算法或模块的开发？

核心洞察 ​

研究背景和目的 ​

MRtrix3是一种开源的跨平台医学图像处理、分析和可视化软件，特别强调使用扩散MRI（dMRI）进行脑部研究。随着医学成像技术的迅速发展，专门针对这些大型成像数据集的数字图像分析技术的需求也在不断增长。本文旨在提供MRtrix3框架的高层次概述及其提供的通用图像处理应用程序。

主要方法/材料/实验设计 ​

MRtrix3的设计理念是模块化和高性能，允许用户高效地访问和操作图像数据。其主要功能包括：

  • 图像输入输出：支持多种图像文件格式，直接读写，不需要转换。
  • 多线程处理：通过ThreadedLoop和run_queue()构造实现高效的多线程图像处理。
  • 数据存储和管理：支持任意步幅（strides）以优化数据访问性能。

以下是MRtrix3的技术路线流程图：

Mermaid diagram

关键结果和发现 ​

MRtrix3在以下方面表现出色：

  • 性能：优化的图像访问策略和高效的多线程支持使得MRtrix3能够处理大规模数据集。
  • 灵活性：模块化设计允许用户根据需要开发新应用，并且能够处理多种类型的医学图像数据。
  • 可视化能力：MRView工具支持高效的多维医学图像数据可视化，增强了用户体验。

主要结论/意义/创新性 ​

MRtrix3为医学图像分析提供了一个高性能、灵活且易于使用的平台，特别是在扩散MRI分析方面。其开源特性促进了研究人员之间的合作与共享，有助于提高神经科学研究的可重复性和透明度。未来的发展将继续专注于提升分析方法的性能，鼓励用户和开发者社区的参与。

研究局限性和未来方向 ​

尽管MRtrix3在多个方面表现优异，但仍存在一些局限性：

  • 远程显示能力：由于OpenGL的限制，MRtrix3在高性能计算环境中的远程显示支持不足。
  • 用户教育：需要更多的教程和支持以帮助用户充分利用软件功能。

未来，MRtrix3将继续扩展其功能，鼓励在更广泛的神经成像应用中采用该软件，并促进开发者社区的活跃参与。

引用本文的文献 ​

  1. A multi-shell multi-tissue diffusion study of brain connectivity in early multiple sclerosis. - Carmen Tur;Francesco Grussu;Ferran Prados;Thalis Charalambous;Sara Collorone;Baris Kanber;Niamh Cawley;Daniel R Altmann;Sébastien Ourselin;Frederik Barkhof;Jonathan D Clayden;Ahmed T Toosy;Claudia Am Gandini Wheeler-Kingshott;Olga Ciccarelli - Multiple sclerosis (Houndmills, Basingstoke, England) (2020)
  2. Complex diffusion-weighted image estimation via matrix recovery under general noise models. - Lucilio Cordero-Grande;Daan Christiaens;Jana Hutter;Anthony N Price;Jo V Hajnal - NeuroImage (2019)
  3. Separate lanes for adding and reading in the white matter highways of the human brain. - Mareike Grotheer;Zonglei Zhen;Garikoitz Lerma-Usabiaga;Kalanit Grill-Spector - Nature communications (2019)
  4. Advanced MRI analysis to detect white matter brain injury in growth restricted newborn lambs. - Atul Malhotra;Tara Sepehrizadeh;Thijs Dhollander;David Wright;Margie Castillo-Melendez;Amy E Sutherland;Yen Pham;Michael Ditchfield;Graeme R Polglase;Michael de Veer;Graham Jenkin;Kerstin Pannek;Rosita Shishegar;Suzanne L Miller - NeuroImage. Clinical (2019)
  5. Human Olfaction without Apparent Olfactory Bulbs. - Tali Weiss;Timna Soroka;Lior Gorodisky;Sagit Shushan;Kobi Snitz;Reut Weissgross;Edna Furman-Haran;Thijs Dhollander;Noam Sobel - Neuron (2020)
  6. Optic Radiation Tractography in Pediatric Brain Surgery Applications: A Reliability and Agreement Assessment of the Tractography Method. - Joseph Yuan-Mou Yang;Richard Beare;Michelle Hao Wu;Sarah M Barton;Charles B Malpas;Chun-Hung Yeh;A Simon Harvey;Vicki Anderson;Wirginia J Maixner;Marc Seal - Frontiers in neuroscience (2019)
  7. Cortical Microstructural Alterations in Mild Cognitive Impairment and Alzheimer's Disease Dementia. - Nicholas M Vogt;Jack F Hunt;Nagesh Adluru;Douglas C Dean;Sterling C Johnson;Sanjay Asthana;John-Paul J Yu;Andrew L Alexander;Barbara B Bendlin - Cerebral cortex (New York, N.Y. : 1991) (2020)
  8. Modified connectivity of vulnerable brain nodes in multiple sclerosis, their impact on cognition and their discriminative value. - Elisabeth Solana;Eloy Martinez-Heras;Jordi Casas-Roma;Laura Calvet;Elisabet Lopez-Soley;Maria Sepulveda;Nuria Sola-Valls;Carmen Montejo;Yolanda Blanco;Irene Pulido-Valdeolivas;Magi Andorra;Albert Saiz;Ferran Prados;Sara Llufriu - Scientific reports (2019)
  9. White matter changes in chronic and episodic migraine: a diffusion tensor imaging study. - Álvaro Planchuelo-Gómez;David García-Azorín;Ángel L Guerrero;Santiago Aja-Fernández;Margarita Rodríguez;Rodrigo de Luis-García - The journal of headache and pain (2020)
  10. A fixel-based analysis of micro- and macro-structural changes to white matter following adult traumatic brain injury. - Erica J Wallace;Jane L Mathias;Lynn Ward;Jurgen Fripp;Stephen Rose;Kerstin Pannek - Human brain mapping (2020)

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