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JoVE Journal Neuroscience
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Neuroscience

Un protocole complet pour la segmentation manuelle des structures du lobe temporal médial

Published: July 2, 2014 doi: 10.3791/50991
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1, 2,3, 1, 1,2,3
1Psychology Department, University of Illinois Urbana-Champaign, 2Neuroscience Program, University of Illinois Urbana-Champaign, 3Beckman Institute for Advanced Science and Technology, University of Illinois Urbana-Champaign
* These authors contributed equally

ERRATUM NOTICE

Abstract

Le présent document décrit un protocole complet pour le traçage manuel de l'ensemble des régions du cerveau comprenant le lobe temporal médian (MTL): amygdale, l'hippocampe et les régions associées parahippocampal (de périrhinal, entorhinal, et parahippocampal bon). Contrairement à la plupart des autres protocoles de recherches disponibles, en se concentrant généralement sur ​​certaines zones de MTL (par exemple, l'amygdale et / ou hippocampe), la perspective d'intégration adopté par les présentes lignes directrices de traçage permet la localisation précise de tous les sous-régions de MTL. En intégrant l'information à partir d'une variété de sources, y compris les protocoles de traçabilité existantes ciblant séparément les différentes structures du LTM, les rapports histologiques, et atlas du cerveau, et avec le complément du matériel visuel d'illustration, le présent Protocole fournit un guide précis, intuitif et pratique pour comprendre la MTL anatomie. La nécessité de telles lignes directrices de recherchesest également souligné par illustrant les différences possibles entre les protocoles automatiques et manuelles segmentation. Cette connaissance peut être appliquée vers la recherche impliquant non seulement les enquêtes d'IRM structurelles mais aussi colocalisation et le signal IRMf extraction structurelle-fonctionnelle de ROI anatomiquement définies, dans les groupes en bonne santé et cliniques de même.

Introduction

Le lobe temporal médial (MTL), une zone supposée du plus haut niveau d'intégration de l'information sensorielle 1, a été un sujet fréquent d'analyses ciblées. Par exemple, l'hippocampe et les régions parahippocampal associés ont été étudiés dans la recherche de la mémoire 2-5. En outre, le rôle de l'amygdale a été souvent souligné dans la recherche d'examiner le traitement des émotions et interactions émotion-cognition 6-11. Récemment, des régions MTL ont également retenu l'attention dans le domaine émergent de la personnalité neurosciences, qui relie la structure et la fonction de celles-ci et d'autres régions du cerveau à des variations individuelles dans les traits de personnalité 12. L'évaluation de l'anatomie et la fonction des structures de MTL peut être important en facilitant le diagnostic des maladies dégénératives où des anomalies structurelles et fonctionnelles spécifiques peuvent se produire dans différentes structures du LTM. Par exemple, dans la maladie d'Alzheimer (AD), une importantetrophée du cortex entorhinal et de l'hippocampe peut être observé 13,14, et l'atrophie de l'hippocampe peut prédire la transition de la déficience cognitive légère à 15. Algorithmes de segmentation automatique sont récemment devenus populaires pour segmenter les structures corticales et sous-corticales, mais comme avec n'importe quel outil, ces programmes rencontrent inévitablement des erreurs dans certains cas. Dans de tels cas, un chercheur doit être équipé à la fois les connaissances et les lignes directrices pour reconnaître les frontières anatomiques des structures de MTL. La tendance dans la littérature existante a été de cibler les sous-régions de MTL individuels 16-21, avec de nombreux protocoles tendant à se concentrer sur l'hippocampe 16-19.

Contrairement à la plupart des lignes directrices publiées disponibles pour MTL traçage, le présent protocole fournit un ensemble complet de lignes directrices qui permettent la localisation précise de tous les sous-régions de MTL. Lignes directrices de traçage pour les structures de MTL suivantes sont décrites: l'amygdale (AMY), l'hippocampe (HC), le cortex périrhinal (RPC), le cortex entorhinal (CER), et le cortex para-hippocampique (SSP). L'AMY et le HC sont tracées d'abord, et sont suivis par le gyrus para-hippocampique (PHG) des structures. Notez que le HC terme générique est utilisé ici pour se référer à la formation HC, qui englobe le HC bon, le subiculum, et le segment postérieur de l'uncus 22-24. Notez également que le PHG peut être divisé en deux segments, la partie antérieure et la partie postérieure. Dans la partie antérieure de la PHG, il peut être divisé dans le PHG antéro-latéral et médial, dont les zones corticale correspondre à la République populaire de Chine et l'ERC, respectivement. Le SSP, la zone corticale de la partie postérieure de la PHG, correspond au cortex parahippocampique appropriée. Pour des raisons de simplicité, nous utiliserons les termes RPC et ERC de se référer à la partie antérieure PHG médial et latéral, et soins de santé primaires pour désigner le PHG postérieure. Le segmentation pour chaque structure commence avec une localisation approximative des frontières antérieures et postérieures, ainsi que d'autres sites pertinents, qui est ensuite suivi par le tracé effectivement réalisés tranche par tranche dans le plan frontal, dans un anterior-posterior/rostro-caudal direction. Dans tous les cas, les sections sagittales et axiales sont surveillés de près pour aider la localisation des frontières et des points de repère anatomiques.

La nécessité de ces directives traçage est également illustré dans les figures présentant les différences possibles entre la sortie de protocoles automatiques et manuelles segmentation. L'avantage d'un protocole qui décrit l'ensemble des structures du LTM dans le format visuel actuel est que les variations de l'anatomie (par exemple, le sillon collatéral [CS] de profondeur) qui peuvent affecter les définitions de frontières peuvent être décrites dans le contexte de l'anatomie environnante (par exemple, , la République populaire de Chine et ERC médial et bordures latérales varient dans un endroit en fonction de la profondeur de la CS 25

Le présent protocole est une présentation explicite des lignes directrices servant à MTL traçage dans une enquête précédente déterminer les contributions différentielles des sous-régions de MTL à l'effet de mémoire amélioration de l'émotion 26, adapté à la hausse des images de résolution du cerveau permis par l'évolution récente de résonance magnétique structurelle (MR) d'imagerie . Le tracé est illustré sur les scans obtenus à partir d'un volontaire sain (femme, 24 ans), en utilisant un scanner 3T MR. Images anatomiques ont été acquis 3D MPRAGE (TR = 1800 ms; TE = 2,26 ms; FOV = 256 x 256 mm, la taille de voxel = 1 x 0,5 x 0,5 mm) avec un angle parallèle de l'acquisition de AC-PC. Si des données d'image est acquise avec un angle d'acquisition différentes, comme l'orientation oblique, les données doivent être regdébarrassé de parallèle ou perpendiculaire à l'orientation AC-PC, tels que les descriptions de repère anatomiques traduisent de manière appropriée. Les images ont ensuite été convertis au format nifti et entrée dans un logiciel de segmentation 27 pour le traçage manuel. Les données de numérisation utilisés dans le protocole actuel ont été recueillies dans le cadre d'une étude qui a été approuvé par l'Institutional Review Board, et le bénévole consenti par écrit.

En tirant des informations de différents protocoles de traçabilité distinctes pour ces structures 18-22,28-31, ainsi que des analyses et des atlas anatomiques 23,32,33, le présent protocole présente un ensemble complet de lignes directrices qui traitent des incohérences dans la littérature existante. Complété par les matériaux visuels d'accompagnement, ce travail devrait favoriser meilleure compréhension des structures du LTM, et attiser l'intérêt de la recherche future dans l'adoption de la segmentation manuelle, soit en tant que principale méthode de MTL traçage ou une supplémentationméthode de ry de segmentation automatique. En fournissant un guide précis, intuitif et pratique pour comprendre l'anatomie de MTL, ce protocole aidera les chercheurs à identifier l'emplacement de toutes les sous-régions de MTL, par rapport à leurs structures voisines, même si seulement quelques structures de MTL sont spécifiquement ciblées pour les analyses. Cela permettra non seulement d'augmenter la précision de la localisation mais aussi d'aider les traceurs prendre des décisions éclairées en cas de variation morphologique, ce qui est très probable dans la MTL. Ces lignes directrices peuvent être appliquées à la recherche sur les enquêtes d'IRM structurelles et / ou fonctionnelles de la MTL, y compris les analyses volumétriques et la détection des anomalies du cerveau, ainsi que des procédures de localisation pour fonctionnel, anatomique et analyses tractographic, dans les groupes en bonne santé. Le présent protocole pourrait également être utilisé pour informer la segmentation des structures de MTL pour les patients (par exemple, les patients présentant une atrophie), si les principaux repères anatomiques sont relativement préservés. Tracing objet cliniqueLes données de S peut prendre du temps et des efforts supplémentaires, en fonction de la gravité de l'atrophie et / ou des modifications anatomiques.

Il est important de considérer la distinction entre circonvolutions corticales lors de la définition et ROI. Anatomiquement, gyrus ici désigne à la fois la matière blanche et la matière grise, tandis que le cortex se réfère à matière grise seulement. Selon l'utilisation prévue du retour sur investissement, segmentations peuvent inclure la substance blanche ou exclure.

Nous vous recommandons le dépistage à effectuer séquentiellement, structure par structure, un hémisphère à la fois. Certains logiciels permettent 34 pour tracer les frontières décrites sur une tranche à être collé sur les tranches suivantes, une fonctionnalité qui accélère le processus. Il est toujours recommandé de faire référence à l'hémisphère opposée au besoin, afin de vérifier la cohérence entre les deux côtés (par exemple, dans la détection de repères anatomiques). Alternativement, le suivi en parallèle des mêmes structures dans les deux hémisphères peuvent également être effectuées. Peu importe si le tracé est parallèle ou séquentielle, une fois que le processus est terminé, les traceurs doivent double-vérifier le résultat final et apporter les ajustements nécessaires, le référencement deux hémisphères et plusieurs vues d'avion. Selon l'expérience du traceur et la résolution des données d'imagerie, la segmentation manuelle de la MTL pour les données saines en question peut prendre du 8-10 h ou plus, dans le cas d'un traceur novice, à 3-4 h, dans le cas d'un expérimenté.

Figure 1
Aperçu Figure 1. 3D de la MTL, tracée en utilisant le présent protocole. Structures indiqués ici sont le AMY (rouge), le HC (bleu), la République populaire de Chine (jaune), l'ERC (rose), et la SSP (vert) .

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Protocol

1. Amygdale

  1. Antérieures tranches de AMY
    1. Identifier la première tranche de l'AMY dans lequel l'isolation de limen apparaît d'abord, où la connexion de la substance blanche entre les lobes frontal et temporal est continue et visible 30. Dans la vue coronale, utiliser le faisceau angulaire de la frontière inférolatérale du AMY.
    2. Localisez le chiasma optique comme un point de repère pour l'apparition de l'AMY. Utilisez le axiales et sagittales de distinguer l'AMY dans ses premières tranches de l'uncus environnante. Suivez l'affaire voies blanc autour du AMY en vue axiale d'exclure la zone entorhinal 32.
    3. Déménagement en arrière, identifier le premier tranche dans laquelle la commissure antérieure est continue tout au long de deux hémisphères 28, où l'AMY est visible dans sa forme typique. Tracer le AMY sens anti-horaire en utilisant le sillon entorhinal la frontière supéromédiale, la ligne imaginaire du fond de l'sulcu semianulars le long de la substance blanche à l'extrémité inférieure de l'AMY la frontière inféromédiale, la tige temporelle que le bord latéral, et de retour à la gouttière entorhinal pour compléter le traçage 31.
  2. Postérieures tranches du AMY
    1. Notez qu'à ce niveau, à la fois l'AMY et HC sont visibles dans la même tranche (s).
    2. Toujours dans la vue frontale, à identifier la dernière tranche du AMY où la structure est supérieure à l'étendue médiale de la corne temporale du ventricule latéral 36 (ou le alvéus si le ventricule n'est pas présent) et latérale de la circonvolution unciforme, la protubérance de la tête de l'HC. Vérifiez les vues sagittales et axiales pour le suivi précis et cohérent.
    3. Tracez une ligne imaginaire à partir du fond du sillon circulaire inférieur de l'insula de la bandelette optique que le bord supérieur de l'AMY 31, ce qui le différencie aussi de la matière grise du globus pallidus et le putamen.
    4. Trace longle gyrus semi-lunaires que la frontière supéromédiale et excluent le gyrus uncinate 32. Utilisez la corne inférieure du ventricule latéral et la tige temporelle pour la délimitation latérale.
  3. Tranches consécutives du AMY en direction antéro-postérieure
    1. Systématiquement retracer la tranche tranche par AMY en utilisant les lignes directrices pertinentes ci-dessus. A la partie antérieure de l'AMY, utiliser les mêmes limites que pour la partie antérieure la plus part; à l'inverse, à la partie postérieure de l'AMY, utiliser les mêmes limites que pour la tranche de plus postérieur.
    2. Continuer à utiliser les vues axiales et sagittales pour aider à définir et affiner les frontières de AMY.

2. Hippocampus

  1. Localisation de l'HC
    1. Commencez tracer le HC lorsque le corne temporale du ventricule latéral apparaît le long de la frontière inférolatérale du AMY. Si la corne temporale du ventricule latéral est déjà présent sur les tranches précédentes, noter que ee début de la HC est alors indiquée par la corne temporale du ventricule latéral élargir et d'étirement superolaterally.
    2. Fin du tracé de la HC sa dernière apparition inféromédiale au trigone du ventricule latéral 31. Toujours utiliser les vues alternatives pour aider à localiser le HC et ses frontières.
  2. Définitions frontaliers du HC
    1. Délimiter le HC latérale contre la corne temporale. Dans les cas où la corne temporale du ventricule latéral n'est pas suffisamment perceptible, exclure une rangée de voxels à partir de la segmentation pour désigner lui.
    2. En bas, utiliser le faisceau angulaire (ou son prolongement imaginaire) de la cavité ventriculaire pour séparer le HC de la PHG. Utilisez le alvéus avec les franges que le bord supérieur. Tracer le HC utilisant les mêmes définitions dans l'ensemble.
    3. En outre, inclure le subiculum dans la segmentation telle qu'elle frise dedans la question faisceau blanc de la PHG, aligne supérieurementavec la courbe de la uncus, et s'étend essentiellement horizontalement à partir de la HC 37. Traçage en arrière, maintenir ces définitions jusqu'à la scissure calcarine intervient.
  3. Notant divisions du HC
    1. Notez que le HC peut être divisé en trois segments: la tête, le corps et la queue.
    2. Utiliser l'aspect de l'apex uncal pour marquer le passage de la tête au corps HC HC, et de l'ordre ascendant rapide et l'expansion de la taille, qui coïncide généralement avec l'apparition de la crus du fornix, pour signifier l'apparition de la queue HC 23,30,38.
  4. Portez une attention particulière lors du traçage des structures suivantes.
    1. Inclure l'uncus postérieure à la segmentation.
    2. Omettre le plexus choroïde au-dessus du alvéus de la segmentation sur les coupes coronales, même si cela peut ne pas être possible sur les images à basse résolution.
    3. Reportez-vous aux deux autres points de vue pour éviter l'inclusion de la queue de la cAudate et le pulvinar à la face supérieure de la queue HC.
    4. Éviter l'inclusion de la circonvolution fasciculaire en notant son apparition au niveau de la crus du fornix, où, initialement, il est séparé de la queue de l'hippocampe par le cinerea de Fasciola et devient de plus en arrière de la substance grise supérieure à la scissure calcarine 32.

Figure 2
Figure 2. Une coupe sagittale représentant de la MTL tracé en utilisant le présent protocole, montrant sa position réelle dans le cerveau, et les positions relatives entre ses principales structures, à savoir, la AMY (rouge), le HC (bleu), la République populaire de Chine (jaune), l'ERC (rose), et la SSP (vert).

3. Parahippocampal Gyrus

  1. Notant divisions de la PHG
    1. Notez que le PHG can être divisé en deux segments principaux: le PHG antérieure (c'est à dire, la République populaire de Chine et de l'ERC), et le PHG postérieure (le SSP).
    2. Notez que dans le segment antérieur, la République populaire de Chine apparaît plus tôt que l'ERC, et flanque latéralement sur toute son cours.
    3. Après l'ERC disparaît, notez que la RPC englobe sa place sur la PHG et continue sur 3 mm.
    4. Au-delà de ce segment, tracer le PHG postérieur, où le SSP reprend la largeur du PHG jusqu'à ce que son extrémité 30.
  2. Antérieures tranches de la PHG
    1. Définir la première tranche de la République populaire de Chine avec l'apparition de la CS 25,39. Avant le début de l'ERC, tracer la République populaire de Chine à partir du bord interne de la banque multilatérale de la CS au fond latérale du gyrus de Schwalbe, ou celui de l'un médial si deux circonvolutions de Schwalbe sont présents, ou au milieu de la dorsale surface temporo en l'absence de ce gyrus 25,39.
    2. Commencer à tracer l'ERC 5 mm unenterior au limen insula 40,41.
    3. Continuez à faire l'ERC en utilisant le fond du sillon temporo médian que la fin supérieure 40, et le fond du sillon semi-annulaire après apparaît l'AMY, ou le point où le prolongement imaginaire du faisceau angulaire répond à la cavité ventriculaire si le sillon semi-annulaire est indiscernables 25. Notez qu'il s'étend en bas pour répondre à la cavité ventriculaire ou la surface pial directement.
    4. La frontière entre la République populaire de Chine et le CER peut varier d'une tranche à découper.
      1. Lorsque le CS est profonde (≥ 1,5 cm), tracer la République populaire de Chine à partir du bord interne de la banque interne de ce sillon, au milieu de sa banque latérale 25.
      2. Dans les cas avec un CS régulière (profondeur de 1-1,5 cm), tracer la République populaire de Chine comme la zone du milieu de la banque interne de la garantie sillon à l'extrémité interne de la banque latérale du sillon 25.
      3. Avec un <em> CS peu profondes (<1 cm), tracer la République populaire de Chine le fond de ce sillon au milieu de la couronne de la gyrus fusiforme 25.
    5. Lorsque le CS est interrompu, généralement au niveau de l'apex de l'uncus, par un petit gyrus émergents de son fond, tracer la République populaire de Chine au fond du sillon latéral 25. Inclure ou exclure de la substance blanche selon l'objectif pour le retour sur investissement.
    6. Trace l'ERC jusqu'à 1,5 mm en arrière du sommet de l'uncus, ou la fin du gyrus intralimbicus 42.
    7. Elargir le tracé de la République populaire de Chine en dedans pour occuper la place de l'ERC après son expiration, où les définitions de ce dernier continuent de s'appliquer jusqu'à 4,5 mm en arrière du sommet de l'uncus, ou la fin du gyrus intralimbicus 42. Le RPC est alors remplacée par la SSP 25,30.
  3. Postérieures tranches de la PHG
    1. Commencez à tracer le SSP sur la partie postérieure de la tranche à la fin de la République populaire de Chine, jusqu'à 4 mm postérieur à til extrémité de la queue HC 32. D'autres définitions de la littérature sont décrits dans la section Discussion. Encore une fois, inclure ou exclure de la substance blanche en fonction de l'objectif.
    2. Délimiter le SSP en utilisant la même méthode décrite dans la partie postérieure de la République populaire de Chine après la disparition de l'ERC. Également utiliser la substance blanche du cingulum que le bord supérieur dès qu'il apparaît. Continuez à faire de cette façon jusqu'à ce que l'apparition de la scissure calcarine, ce qui limite le SSP superomedially au bord inférieur du sillon 30.
    3. Si un mini-sillon comparaître devant l'émergence de la scissure calcarine, inclure dans la segmentation, mais être prudent en le différenciant de la scissure calcarine.

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Representative Results

Illustration des différences possibles entre la segmentation manuelle et automatique

Un modèle 3D de la segmentation manuelle pour le AMY, HC, PRC, ERC, et SSP est représenté sur la figure 1, et une coupe sagittale de la segmentation est représenté sur la figure 2. Aux fins d'illustrer les différences possibles entre les extrêmes manuel et automatique tracés, des tranches de l'AMY d'un sujet représentant avec erronée segmentation automatique ont été juxtaposés avec traçage manuel (voir la figure 3 ci-dessous). Alors que le logiciel automatique de segmentation a été en mesure de reconnaître le corps de base des structures, sa segmentation a été plutôt rude, ce qui a entraîné une sous-estimation du volume de AMY, par rapport à la segmentation manuelle.

Aux fins d'illustration, les résultats de traçage manuel dans un sujet ont été comparés avec ceux obtenus à partir de la segmentation automatique uchanter un programme de segmentation automatique 43-45; l'accent a été mis sur l'AMY et le HC. Les volumes AMY et HC tracées par les deux méthodes ont été également corrigées par le volume intracrânien (ICV) du sujet (tableau 1), en utilisant les deux étapes suivantes: 1) Les statistiques volumétriques des segmentations AMY et HC: le logiciel manuel de segmentation calculé automatiquement les statistiques de volume pour les zones marquées. Cette information a été récupéré dans le «volume et statistiques" dans le menu de segmentation lorsque la segmentation à-être examiné avec son image en niveaux de gris a été saisie dans le logiciel. 2) Calcul ICV: Ceci a été réalisé en trois étapes, à l'aide de trois programmes dans un logiciel de segmentation automatique standard 46. Un procédé d'extraction a été utilisé pour extraire le volume du cerveau à partir de l'image originale, arrachant un tissu non-cerveau telle que le crâne. Un procédé d'extraction de volume partiel a été utilisé pour séparer le liquide céphalorachidien (LCR), la substance grise, etla substance blanche. Enfin, une procédure statistique a été utilisée pour résumer les volumes partiels pour obtenir l'ICV pour le sujet.

Figure 3
Figure 3. Un exemple extrême des éventuelles différences entre les résultats de traçage manuel (A) et la segmentation automatique (B). Montré ici est une coupe coronale vers l'extrémité antérieure de l'AMY. Comme il ressort de la comparaison, un logiciel de segmentation automatique a reconnu seulement une petite partie de l'AMY gauche, tout en négligeant plus de la moitié du tissu qui est identifiable en tant que partie de l'AMY à un oeil humain expert; sous-estimation similaire, mais dans une moindre mesure, également eu lieu dans la bonne AMY.

Bien que la figure 3 montre un exemple extrême de décalage entre le traçage manuel et automatique, la possibilité pour underestimat ion du volume par segmentation automatique existe encore 47. Ces différences sont illustrées dans le tableau 1 ci-dessous, qui compare les résultats de traçage manuel et automatisé de l'AMY et HC.

Tableau 1
Tableau 1. Résultats volumétriques représentatifs de l'AMY bilatérale et le HC d'un seul sujet, de traçage manuel en utilisant le présent protocole et la segmentation automatique. Segmentation automatique a sous-estimé le volume de chacun des quatre structures comparées. Le volume corrigé a été calculé comme le rapport entre le volume et le volume Voxel intracrânienne (ICV). Pour ce sujet, ICV = 1.446.616,73 mm 3. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

jove_content "> A partir de ces résultats, il est clair que le logiciel automatique de segmentation peut être capable de fournir une localisation raisonnable des structures du LTM, mais que le résultat de sa segmentation peut en outre être modifié et affiné par des réglages manuels pour répondre à un plus haut niveau de précision .

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Discussion

Traditionnellement, la segmentation manuelle a été considéré comme l'étalon-or par de nombreux chercheurs. Néanmoins, une délimitation précise des structures individuelles a été compliquée par la morphologie très variable des structures du LTM, et par les faibles contrastes habituellement d'IRM de ces structures contre les zones de tissus et non-neuronales neurones environnants. Historiquement, il ya eu des descriptions contradictoires dans la littérature pour certaines structures de MTL. Dans certains cas, la segmentation de la République populaire de Chine, par exemple, le sillon collatéral a été décrit comme interrompu 40,41, mais elle a déjà été décrit dans d'autres documents comme un court-CS qui ne dépasse pas le niveau de la limen insulae 30. Cette différence d'interprétation a conduit à des définitions différentes des frontières antérieures à la République populaire de Chine, et ce qui pourrait expliquer dans une certaine mesure pourquoi les variations ont été observées dans des segmentations de structures individuelles dans les différentes études. C'est un aspect de segmentœuvre où le traçage manuel peut offrir des avantages uniques, parce que l'examen visuel permet une adaptation, qui est difficile à mettre en œuvre dans la segmentation automatique. Cela peut aussi être illustrée par les critères utilisés dans le protocole actuel pour délimiter la République populaire de Chine et l'ERC. Il convient de noter, cependant, certains chercheurs ont suggéré de toujours définir le bord interne de la République populaire de Chine comme le milieu de la banque interne de la CS, quelle que soit la profondeur sillon 30. En ce qui concerne le SSP postérieure, en raison de la limite parfois ambiguë de la frontière de soins de santé primaires postérieure, plusieurs définitions sont décrites dans la littérature existante. Dans le protocole actuel, la limite au-delà de la fin de la queue HC est utilisé pour refléter la pratique courante de la mesure de la SSP HC passé à la fois anatomique 32 et de la recherche fonctionnelle 48. Cependant, la bordure de la SSP postérieure a également été définie comme étant située plus en avant, en tant que 1,5 mm en arrière du crus du fornix 42 et que le dernierdans lequel la tranche est située HC position inféro-médiale au trigone du ventricule latéral 30.

Selon le but de le ROI et la résolution de l'image, les chercheurs peuvent choisir d'inclure ou d'exclure la substance blanche dans la segmentation. Par exemple, l'inclusion de la substance blanche pourrait être approprié pour l'utilisation de ROI en IRMf, en raison de résolutions typiques inférieures du rapport fonctionnel aux analyses anatomiques. Un exemple de ceci est offerte par une étude précédente 1, qui représente une tranche de MTL mm avec une superposition de 4 x 4 de la grille (une résolution typique IRMf), où la séparation de la substance blanche et la substance grise serait impossible. Dans la recherche anatomique, cependant, une question / gris blanc affaire séparation est généralement effectuée, mais même dans la recherche anatomique, il est parfois plus facile de délimiter les frontières si les structures sont tracées de façon contiguë, ce qui peut conduire à l'inclusion de certaines substance blanche. Si l'exclusion de la matière blanche est préférable, traçant dans le boundaries, plutôt que sur eux, peut ajuster la segmentation pour éviter le volume de la substance blanche.

L'objectif du protocole actuel est d'illustrer le traçage des lignes directrices à l'un des participants, mais la mise en œuvre d'un protocole de segmentation des fins de recherche, évaluations de la fiabilité doit être calculé afin de vérifier que les tracés sont cohérentes au sein et entre les traceurs. Selon l'objectif de l'étude, il existe plusieurs modèles qui peuvent être utilisés pour déterminer inter-et intra-évaluateur fiabilité 49 pour manuels tracés de segmentation. Pour les comparaisons entre les méthodes, les coefficients de corrélation intra doivent être évalués 50.

L'avantage de la segmentation manuelle de données d'imagerie MR est le potentiel pour une précision accrue et la capacité d'adaptation permise par la flexibilité dans le suivi et / ou faire des ajustements basés sur la connaissance de l'anatomie mis en œuvre dans des directives détaillées. Cette flexibilité peut compléter le traçage automatique. De plus,l'utilisation de l'IRM de cerveaux in vivo, comme dans l'exemple actuel permet des avantages méthodologiques telles que l'étude longitudinale, qui pourrait ne pas être possible dans d'autres approches (p. ex., post-mortem 51). Bien qu'il puisse être difficile à traduire cytoarchitecture aux images IRM, comme l'a reconnu dans un récent article 42, l'utilisation de sites remarquables peut fournir des lignes directrices contextuels qui sont utilisables dans toutes les disciplines. En segmentant l'ensemble MTL, un traceur est donné le contexte et la familiarité avec les structures environnantes qui permet un niveau d'adaptabilité et de flexibilité qui peut augmenter la précision de traçage. Comme nous l'indiquons dans notre protocole, il ya des incohérences dans la documentation existante concernant les limites des structures de MTL. Segmentation manuelle permet une flexibilité dans la mise en œuvre des lignes directrices de traçage, qui n'est pas aussi facilement accessible par des algorithmes de segmentation automatique. En outre, l'avantage d'avoir des connaissances de travail de repères anatomiques pertinents estégalement pertinent si la segmentation automatique échoue, afin que des mesures correctives puissent être prises sur la base de bonne compréhension des directives de traçage concernant les frontières de MTL (sous-) régions, tel que décrit dans notre protocole.

Bien que l'augmentation de la vitesse et de l'efficacité de la formation, une limite pratique de la segmentation manuelle des structures cérébrales est qu'il nécessite une expertise supplémentaire dans l'anatomie du cerveau et une dévotion substantielle de temps et d'efforts. Ainsi, dans la poursuite de la plus grande efficacité, les programmes de segmentation automatiques sont également utilisées alternativement pour la segmentation de retour sur investissement. Cependant, comme les résultats de la segmentation manuelle et automatique à la MTL illustrés ici, l'estimation probabiliste utilisé par un logiciel automatique de segmentation peut être moins précis que le rapprochement manuel dans ces régions du cerveau. Le logiciel standard utilisé dans le protocole actuel est l'une des options communes 34, mais les avantages et les inconvénients de la notice segmentation compared de segmentation automatique sont similaires quel que soit le logiciel choisi pour la segmentation automatique.

Dans l'ensemble, nous estimons que la segmentation manuelle et automatique peut être utilisé des méthodes complémentaires. Nous suggérons que les résultats automatiques de traçage être vérifiés et affinés manuellement, si nécessaire, par des traceurs d'experts. Le présent protocole fournit un ensemble de lignes directrices pour le suivi manuel des structures du LTM sur des images haute résolution MR. En tirant parti de la résolution plus fine des images actuelles, les structures et les points de repère peuvent être capturés avec précision, de sorte que les lignes directrices présentés ici peuvent être appliqués à des images d'une large gamme de résolutions. Avec les matériaux visuels d'accompagnement, ce travail devrait fournir et de promouvoir une meilleure compréhension de l'anatomie macroscopique des structures du LTM, et à encourager l'adoption de la segmentation manuelle, soit en tant que principale méthode de MTL segmentation ou comme une méthode complémentaire à automatique segmentation.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
ITK-SNAP ITK-SNAP Team at University of Pennsylvania and University of Utah ITK-SNAP v2.2
FSL Functional Magnetic Resonance Imaging of the Brain (FMRIB) Analysis Group FSL v4.1
Siemens Magnetom Trio 3T MR Scanner Siemens Magnetom Trio 3T

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Tags

Neuroscience Numéro 89 anatomie segmentation médiale du lobe temporal IRM traçage manuel amygdale hippocampe périrhinal Cortex Cortex entorhinal parahippocampal Cortex

Erratum

Formal Correction: Erratum: A Comprehensive Protocol for Manual Segmentation of the Medial Temporal Lobe Structures
Posted by JoVE Editors on 09/01/2014. Citeable Link.

A correction was made to A Comprehensive Protocol for Manual Segmentation of the Medial Temporal Lobe Structures. Table 1 and its legend were updated. References 10 and 14 were also updated.

The references were updated from:

  1. Wager, T. D. & Smith, E. E. Neuroimaging studies of working memory: a meta-analysis. Cognitive, Affective & Behavioral Neuroscience. 3(4), 255-274 (2003).
  1. Scheltens, Ph, et al. Atrophyofmedialtemporallobeson MRIin 'probable' Alzheimer's disease and normal ageing: diagnostic value and neuropsychological correlates. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 55(10), 967-972, (1992).

to:

  1. Wager, T. D., Phan, K. L., Liberzon, I., & Taylor, S. F. Valence, gender, and lateralization of functional brain anatomy in emotion: a meta-analysis of findings from neuroimaging. Neuroimage. 19 (3), 513-31, doi:10.1016/S1053-8119(03)00078-8 (2003).
  1. de Leon, M. J. et al. Imaging and CSF studies in the preclinical diagnosis of Alzheimer's disease. Annals of the New York Academy of Sciences. 1097, 114-145, doi:10.1196/annals.1379.012 (2007).

Table 1 had its legend updated from:

Table 1. Representative volumetric results of the bilateral AMY and the HC of a single subject, from manual tracing using the present protocol and automatic segmentation. Automatic segmentation has underestimated the volume of each of the four structures compared. Corrected volume was calculated as the ratio between Voxel volume and Intracranial volume (ICV). For this subject, ICV = 1446616.73 mm3.

to:

Table 1. Representative volumetric results of the bilateral AMY and the HC of a single subject, from manual tracing using the present protocol and automatic segmentation. Automatic segmentation has misestimated the volume of each of the four structures compared. Corrected volume was calculated as the ratio between Voxel volume and ICV. For this subject, ICV = 1599482.11 mm3. Please click here to view a larger version of this figure.

Un protocole complet pour la segmentation manuelle des structures du lobe temporal médial
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Moore, M., Hu, Y., Woo, S., O'Hearn, … More

Moore, M., Hu, Y., Woo, S., O'Hearn, D., Iordan, A. D., Dolcos, S., Dolcos, F. A Comprehensive Protocol for Manual Segmentation of the Medial Temporal Lobe Structures. J. Vis. Exp. (89), e50991, doi:10.3791/50991 (2014).

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