Abstract
O hipocampo humano tem sido muito estudada no contexto da memória e função normal do cérebro e seu papel em diferentes transtornos neuropsiquiátricos tem sido fortemente estudado. Embora muitos estudos de imagiologia tratar o hipocampo como uma única estrutura neuroanatômico unitária, isto é, de facto, constituído por vários sub-campos que têm uma geometria tridimensional complexa. Como tal, é sabido que estes subcampos executar funções especializadas e são diferencialmente afectada através do curso de diferentes estados de doença. A ressonância magnética (RM) pode ser usado como uma ferramenta poderosa para interrogar a morfologia do hipocampo e seus subcampos. Muitos grupos utilizam software avançado de imagem e hardware (> 3T) para a imagem dos subcampos; no entanto, este tipo de tecnologia pode não estar prontamente disponível na maioria dos centros de pesquisa clínica e de imagem. Para endereçar esta necessidade, neste manuscrito fornece um protocolo passo-a-passo detalhado para segmentar o comprimento ântero-posterior completado hipocampo e seus subcampos: cornu Ammonis (CA) 1, CA2 / CA3, CA4 / giro denteado (DG), estratos radiatum / lacunosum / moleculare (SR / SL / SM), e subiculum. Este protocolo foi aplicado a cinco sujeitos (3F, 2M; 29-57 anos, Média 37.). Protocolo confiabilidade é avaliada por resegmenting direito ou hipocampo esquerdo de cada sujeito e de informática a sobreposição usando métrica kappa da Dice. Kappa de Dados (intervalo) significa entre os cinco temas são: toda hipocampo, 0,91 (0,90-0,92); CA1, 0,78 (0,77-0,79); CA2 / CA3, 0,64 (0,56-0,73); CA4 / giro denteado, 0,83 (0,81-0,85); estratos radiatum / lacunosum / moleculare, 0,71 (0,68-0,73); subiculum e 0,75 (0,72-0,78). O protocolo de segmentação aqui apresentado fornece outros laboratórios com um método confiável para estudar os hipocampo e subcampos do hipocampo in vivo utilizando ferramentas de RM comumente disponíveis.
Introduction
O hipocampo é uma estrutura do lobo temporal medial amplamente estudado que está associada com a memória episódica, navegação espacial, e outras funções cognitivas 10,31. O seu papel em desordens neurodegenerativas e neuropsiquiátricos tais como doença de Alzheimer, esquizofrenia, transtorno bipolar e é bem documentada 4,5,18,24,30. O objetivo deste artigo é para fornecer detalhes adicionais ao protocolo de segmentação manual publicado anteriormente para 34 subcampos hipocampo humano em imagens de alta resolução ressonância magnética (RM) adquiridas em 3T. Além disso, o componente de vídeo que acompanha este manuscrito irá fornecer mais assistência a pesquisadores que desejem implementar o protocolo sobre os seus próprios conjuntos de dados.
O hipocampo pode ser dividido em subcampos com base nas diferenças observadas na citoarquitetônicos histologicamente preparados post mortem espécimes 12,22. Tais amostras post mortem definir o ground verdade para a identificação e estudo dos subcampos do hipocampo; No entanto preparações desta natureza exigem aptidões e equipamento especializado para a coloração, e são limitados pela disponibilidade de tecido fixo, especialmente em populações de doentes. imagiologia in vivo tem a vantagem de um grupo muito maior de indivíduos, e também apresenta a oportunidade para acompanhamento -se estudos e mudanças de observação nas populações. Embora tenha sido demonstrado que as intensidades de sinal em imagens de RM ex vivo T2-ponderado refletir densidade celular 13, ainda é difícil identificar fronteiras incontestáveis entre subcampos usando apenas intensidades de sinal de RM. Como tal, foram desenvolvidas uma série de abordagens diferentes para a identificação de detalhes ao nível de histologia em imagens de RM.
Alguns grupos têm feito esforços para reconstruir e digitalizar conjuntos de dados histológicos e, em seguida, usar essas reconstruções, juntamente com técnicas de registro de imagem para localizar hipocampo neuroanat subcampoomy on in vivo MR 1,2,8,9,14,15,17,32. Embora esta seja uma técnica eficaz para o mapeamento de uma versão da verdade chão histológico diretamente em imagens de RM, reconstruções dessa natureza são difíceis de concluir. Projetos como estes são limitados pela disponibilidade de amostras intactas medial do lobo temporal, as técnicas histológicas, a perda de dados durante o processamento histológico e as inconsistências morfológicas fundamentais entre cérebros vivo fixos e em. Outros grupos usaram scanners de alto campo (7T ou 9.4T), em um esforço para adquirir in vivo ou ex vivo imagens com uma pequena o suficiente (0,20-0,35 mm isotrópico) tamanho do voxel de visualizar espacialmente localizada diferenças de contraste de imagem que são usados para inferir limites entre subcampos 35,37. Mesmo em 7T-9.4T e com tal um pequeno tamanho do voxel, as características citoarquitetônicos de subcampos hipocampo não são visíveis. Como tal, os protocolos de segmentação manual têm sido desenvolvidos que umpproximate os limites histológicos conhecidos sobre imagens de RM. Estes protocolos determinam limites de subcampos por interpretar diferenças de contraste de imagem locais e definição de regras geométricas (tais como linhas retas e ângulos) em relação a estruturas visíveis. Embora as imagens tiradas com uma intensidade de campo alta são capazes de oferecer uma visão detalhada sobre subcampos hipocampo, scanners de alto campo ainda não são comuns em ambientes clínicos ou de pesquisa, por isso protocolos 7T e 9.4T atualmente têm aplicabilidade limitada. Protocolos semelhantes foram desenvolvidas para imagens recolhidas no 3T e 4T scanners 11,20,21,23,24,25,28,33. Muitos destes protocolos são baseados em imagens com dimensões voxels voxel sub-1mm no plano coronal, mas têm grandes espessuras de corte (0,8-3 mm) 11,20,21,23,25,28,33 ou grandes distâncias inter-slice 20,28, ambos os quais resultam em um erro de medição significativo na estimativa dos volumes dos subcampos individuais. Além disso, muitos dos protocolos existentes 3Texcluir subcampos em todo ou parte da cabeça ou cauda do hipocampo 20,23,25,33 ou não fornecer segmentações detalhadas de subestruturas importantes (ou seja, combinar o DG com CA2 / CA3 ou não incluem os estratos radiatum / lacunosum / moleculare de CA) 11,20,21,23,24,25,28,33. Existe portanto uma necessidade na área para uma descrição detalhada de um protocolo que pode identificar com segurança subcampos relevantes ao longo da cabeça, do corpo e cauda do hipocampo que se baseia em um scanner comumente disponível em ambientes clínicos e de investigação. Esforços estão em andamento pela subcampos Grupo Hippocampal (www.hippocampalsubfields.com) harmonizar o processo de segmentação do hipocampo subcampo entre laboratórios, semelhante a um esforço de harmonização existente para a segmentação do hipocampo inteiro 6, e um papel inicial comparando 21 protocolos existentes foi publicado recentemente 38 . O trabalho deste grupo irá elucidar proce segmentação idealmentos.
Este manuscrito fornece instruções escritas e de vídeo de execução de forma confiável o protocolo de segmentação subcampo hipocampal descrito anteriormente por Winterburn e colegas 34 em imagens de alta resolução 3T MR. O protocolo foi implementado em cinco imagens de controles saudáveis para toda a hipocampo e cinco subcampos CA1 do hipocampo (, CA2 / CA3, CA4 / giro dentado, estratos radiatum / lacunosum / moleculare, e subiculum). Estas imagens segmentadas estão disponíveis ao público em linha (cobralab.ca/atlases/Hippocampus). O protocolo e as imagens segmentadas será útil para grupos que desejam estudar neuroanatomia do hipocampo detalhada em imagens de RM.
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Protocol
Os participantes do estudo
O protocolo neste manuscrito foi desenvolvido para cinco imagens representativas de alta resolução coletadas de voluntários saudáveis (3F, 2M; 29-57 anos, 37 avg.) Que estavam livres de doenças neurológicas e neuropsiquiátricas e os casos de traumatismo craniano grave. Todos os indivíduos foram recrutados no Centro de Dependência e Saúde Mental (CAMH). O estudo foi aprovado pelo Conselho de Ética em Pesquisa CAMH e foi realizado em conformidade com a Declaração de Helsinki. Todos os indivíduos forneceram escrito, o consentimento informado para aquisição de dados e de partilha. Para obter detalhes sobre a sequência de aquisição utilizado para recolher estas imagens, consulte Winterburn et al., 2013 e Park et al., 2014. 26,34 Imagens para todos os cinco indivíduos foram verificados quanto à qualidade e mantida. O hipocampo durou uma média de 118 cortes coronais nestas imagens.
1. Software Set-up
- Abra Display:
2. Whole Hippocampus manual Segmentação
- Set-up: Usando uma imagem ponderada em T1, vá até a fatia anterior-mais coronal do hipocampo. Para avançar fatias na direcção anterior, use a tecla '+'; use a tecla - para se mover na direção posterior ''.
- Fatia B: Hippocampal Cabeça 1 (Figura 1B):
- Superior, inferior, lateral, medial fronteiras: Continue a desenhar as fronteiras como descrito no passo 2.2, utilizando a substância branca do lobo temporal e alveus como um guia.
- Border supero-medial: Para isso, utilizando a vista axial, desenhe uma linha horizontal a partir da borda anterior do hipocampo lateral, 29, e incluir qualquer coisa abaixo dessa linha como hipocampo.NOTA: A fronteira supero-medial se torna mais ambíguo nessas fatias, onde a matéria cinzenta do hipocampo se mistura com a matéria cinzenta da amígdala.
- Fatia C: Hippocampal Head 2 com dentições: Dependendo do tema, as dentições do hipocampo pode ser visível por 3-4 fatias (normalmente, eles são mais visíveis em relação imagens T1-ponderadas em T2). Nestes fatias, continuar a utilizar a substância branca do alveus e lobo temporal para orientar fronteira segmentação 12,22. Para mais detalhes, siga os passos 2.5.1-2.5.2.
- Fatia D: Cabeça Hippocampal 3:
- Superiores, inferiores, laterais, bordas mediais: Desenhar a borda inferior do hipocampo na substância branca do lobo temporal, a borda lateral no corno inferior do ventrículo lateral, a borda superior, seguindo a curva das dentições, no substância branca do alveus / fímbria, ea fronteira medial na regio hipointenson da cisterna ambiente 12,22.
- Supero-medial e fronteiras ínfero-medial: Continuar a definir a fronteira supero-medial, como descrito no passo 2.3.2. Desenhe a parte inferior da borda medial onde o hipocampo dilui um pouco e se estende até a massa cinzenta levemente hiperintenso do córtex entorrinal 12,22.
- Fatia E: Hippocampal Head 4 com uncus: Continue a desenhar as bordas inferiores, laterais e superiores descritas nos passos 2.5.1-2.5.2. Incluir o unco (que está localizado medalha para o corpo principal do hipocampo e está rodeado por uma baixa intensidade-CSF) no hipocampo segmentação 12,2 2.
- Fatia F: Hippocampal Corpo: Continue a desenhar as bordas inferiores, laterais, medial e superiores descritas nos passos 2.5.1-2.5.2. Desenhar a borda ínfero-medial no ponto onde o hipocampo dilui como que ele passa para o córtex entorrinal / para-hipocampal giro 12,22.Não inclua o CSF baixa intensidade do sulco hipocampal vestigial na segmentação.
- Fatia G: Cauda Hippocampal 1: comece segmentando fatias do tipo cauda do hipocampo quando a crus da fornix é primeiro visível. Excluir giro fascicular (uma estrutura de matéria cinzenta que se mistura com o hipocampo em partes da cauda do hipocampo) a partir da segmentação por extrapolação a forma do giro fascicular na cauda do hipocampo a partir de mais fatias anteriores 12,22. Esta extrapolação não é possível apenas por 2-3 fatias, após o que as duas estruturas não podem ser distinguidos com precisão; Neste ponto, toda a matéria cinzenta tratar visível nesta área como hipocampo.
- Fatia H: Cauda Hippocampal 2: Segmento da substância cinzenta de baixa intensidade da cauda do hipocampo posterior da substância branca de alta intensidade circundante.
- Fatia I: Posterior-Most Slice: Segmento pequena área remanescente de substância cinzenta no hipocampo dea substância branca torno do lóbulo temporal.
3. Hippocampal Subfield manual Segmentação
- Set-up: Usando uma imagem ponderada em T2, vá até a fatia anterior-mais coronal do hipocampo (como no passo 2.1). Para mudar a cor do pincel, selecione D (Set Pintura Lbl :) no menu segmentação na janela de navegação. O terminal de comando irá pedir: "Entre etiqueta pintura atual:". Digite um número entre 1 e 255. Cada número corresponde a uma cor rótulo diferente.
- Fatia A: Anterior-Most Slice: Desde divisões subcampo não são ainda visíveis na anterior-maior fatia, desenhe uma linha dividindo a matéria visível do hipocampo cinza ao longo do seu eixo visível mais longo (que não é necessariamente paralelo com qualquer dos eixos cardinais) em duas secções iguais para aproximar a verdadeira 12,22 anatomia. Rotular o superior dessas duas seções como CA1 ea seção inferior como subiculum por choosing uma etiqueta de cor diferente para cada subcampo 23,35.
- Fatia B: Hippocampal Cabeça 1: Identifique a área de baixa intensidade no meio da formação do hipocampo como SR / SL / SM 13,37. Quando a curva ao longo da borda inferior do hipocampo se torna claro, usar esse marco como a borda lateral separando o subiculum do CA1 12,22. Continue a seguir o eixo mais longo do hipocampo para desenhar a borda CA1-subiculum na ponta supero-medial 37.
- Fatia C: Cabeça Hippocampal 2 com dentições:
- SR / SL / SM, CA4 / DG, e subiculum: Rotular o SR / SL / SM, CA4 / DG, e subiculum como descrito para a fatia D (passo 3.5.1).
- CA2 / CA3 e CA1: definir a fronteira entre CA1 e CA2 / CA3 como uma linha de ângulo de 45º se estende na direcção do supero-lateral a partir da extremidade mais súpero-lateral do SR / SL / SM 12,22. Estender a CA2 / CA3 medial ao longo da borda superior à calha entre a dentações 12,22. Rotular o resto da borda superior como CA1 12,22.
- Fatia D: Hippocampal Head 3
- SR / SL / SM, CA4 / DG, e subiculum: Rotular a banda / SL / SM SR escuro primeira, que vai seguir a curva do CA1 37. Rotular qualquer matéria cinzenta de alta intensidade dentro do SR / SL / SM como CA4 / DG 12,22,23,35,37. Isto pode não ser uma região contínua, como na Figura 2C. Continuar a definir a fronteira subiculum-CA1 usando a curva no hipocampo inferiores 12,22.
- CA2 / CA3 e CA1: Continuar a definir o CA1 e CA2 / CA3 fronteira como no passo 3.4.2. Estender a CA2 / CA3 medially a meio caminho ao longo da borda superior do hipocampo 12,22 e rotular a outra metade da borda superior como CA1 12,22.
- Cabeça do hipocampo supero-medial: Neste fatia, dividir a cabeça do hipocampo supero-medial verticalmente pela metade. Rotular a metade medial como SR / SL / SM 12. Divida lateralmeia em meia novamente, desta vez na horizontal. Rotular a parte superior como CA4 / DG ea parte inferior como CA2 / CA3 12.
- Fatia E: Hippocampal Head 4 com uncus
- Cabeça lateral do hipocampo (subículo): na porção lateral destas fatias, definir a fronteira subículo-CA1 como uma linha vertical que se estende na direcção inferior da borda mais medial do CA4 / DG 12,22.
- Cabeça lateral do hipocampo (CA1, CA2 / CA3, CA4 / DG, SR / SL / SM.): Definir a fronteira CA1-CA2 / CA3 do mesmo modo como no passo 3.4.2. Continue a rotular o SR / SL / SM como a região de baixa intensidade após a curva das regiões CA. Rotular o CA4 / DG como a cavidade centro dentro do SR / SL / SM, como no passo 3.5.1.
- Cabeça do hipocampo Uncal (SR / SL / SM): Rotular o uncus do hipocampo durante cerca de 10 fatias como as transições de cabeça do hipocampo no corpo do hipocampo. No uncus, rotular a região de baixa intensidade no centro, como SR / SL / SM (quando este é difícil de ver, aproximar a anatomia segmentando uma linha de 2-3 voxels-se largamente acima do centro da uncus) 12.
- Cabeça do hipocampo Uncal (CA2 / CA3, CA4 / DG): Desenhar uma linha na extremidade superior da secção SR / SL / SM junto infero-lateral / eixo supero-medial do uncus. Rotular toda a matéria cinzenta acima desta linha como CA2 / CA3 12. Rotular qualquer matéria cinzenta não marcado abaixo dessa linha (de cada lado da SR / SL / SM) como CA4 / DG 12.
- Fatia F: Hippocampal Corpo: Continuar a aplicar os limites descritos na etapa 3.6.1-3.6.2.
- Fatia G: Cauda Hippocampal 1: Continuar a aplicar as regras descritas na etapa 3.6.1-3.6.2. A fronteira subículo-CA1 torna-se um ângulo de 45º linha que se estende na direcção infero-medial do bordo medial do CA4 / DG 12,22.
- Fatia H: Cauda Hippocampal 2: Uma vez que o giro fasciculares já não pode ser distinguido do formatio hipocampoN, rotular toda a camada exterior como CA1, a área de baixa intensidade dentro desta como SR / SL / SM (como em fatias anteriores), e qualquer matéria cinzenta remanescente no meio como CA4 / DG 12,22.
- Fatia I: Posterior-maioria Fatia: Uma vez que o escuro SR / SL / SM não é mais visível no centro da formação do hipocampo, rotular toda a estrutura como CA1 12,22.
4. Protocolo de Confiabilidade
- Resegmentar direito ou hipocampo deixou de cada sujeito, depois de esperar cerca de um mês de realizar a segmentação inicial. Segmento todos os subcampos ao longo de todo o comprimento ântero-posterior do hipocampo, tentando seguir as regras de protocolo de forma tão consistente quanto possível.
- Calcule kappa da Dice entre os volumes originais e resegmented:
onde k = kappa de Dados e A e B são volumes de etiqueta.
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Representative Results
. Os resultados do teste de fiabilidade protocolo estão resumidas na Tabela 2 para todo o hipocampo bilateral, significa sobreposição espacial como medido por kappa de dados é 0,91 e varia de 0,90 - 0,92. Os valores de kappa subcampo variar de 0,64 (CA2 / CA3) e 0,83 (CA4 / giro dentado). Os volumes médios para todos os sub-campos do hipocampo inteiro e são apresentados na Tabela 3. Os volumes para toda a gama a partir de hipocampo 2456.72-3325.02 mm 3. O CA2 / CA3 é o menor no subcampo 208.33 mm3, enquanto que o CA1 é o maior em 857,46 mm3.
Figura 1. Segmentação de todo o hipocampo para 9 cortes coronais (AI), utilizando imagens ponderadas em T1. As linhas vermelhas verticais na superfície do hipocampo ilustram a localização de cada fatia coronal. O hipocampo foi um presente numaverage de 118 cortes coronais em cada um dos cinco temas incluídos neste estudo. Imagens de progredir no sentido antero (fatia 1) na parte superior para posterior (fatia 118) na parte inferior. As imagens são exibidas na coluna da esquerda, sem segmentação e com segmentação na coluna da direita. A barra de escala mostra 3 mm para referência. Algarismos romanos apontam para características específicas identificadas no manuscrito protocolo. Eu. O alveus distingue a matéria cinzenta no hipocampo a partir da matéria cinzenta da amígdala no anterior-maior fatia. II. A substância branca do lobo temporal define a borda inferior do hipocampo na cabeça do hipocampo. iii. A borda lateral do hipocampo na cabeça do hipocampo é o corno inferior do ventrículo lateral. eu v. A borda superior é definida pela matéria branca do alveus / fímbria. v. A fronteira medial da cabeça do hipocampo é a cisterna ambiente. vi. O hipocampo ínfero-medial se estende para o córtex entorrinal, que aparece como uma ligeira hiper-intensabanda em imagens ponderadas em T1. vii. O unco do hipocampo está presente na cabeça do hipocampo e pode ser facilmente distinguida da CSF circundante. viii. Na direcção infero-medial, a fronteira entre o subiculum e o giro para-hipocampal é definido por um ligeiro adelgaçamento da matéria cinzenta do hipocampo. ix. O CSF do sulco hipocampal vestigial não está incluído na segmentação. x. O giro fascicular não está incluído na segmentação da cauda do hipocampo quando é possível diferenciá-la. xi. Quando já não é possível distinguir entre o giro fascicular ea cauda do hipocampo, o giro fascicular está incluído na segmentação. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2. Segmentation dos subcampos do hipocampo para 9 cortes coronais (AI), utilizando imagens ponderadas em T2. As linhas vermelhas verticais na superfície do hipocampo ilustram a localização de cada fatia coronal. O hipocampo estava presente em uma média de 118 cortes coronais em cada um dos cinco indivíduos incluídos neste estudo. Imagens de progredir no sentido antero (fatia 1) na parte superior para posterior (fatia 118) na parte inferior. As imagens são exibidas na coluna da esquerda, sem segmentação e com segmentação na coluna da direita. A barra de escala mostra 3 mm para referência. Algarismos romanos apontam para características específicas identificadas no manuscrito protocolo. Eu. A região de baixa intensidade no centro da cabeça do hipocampo é o SR / SL / SM. II. A curva em forma uncal-na borda ínfero-lateral do hipocampo marca a fronteira entre a CA1 eo subiculum. iii. A fronteira subiculum-CA1 continua a ser definida na 'curva' no hipocampo inferior na cabeça do hipocampo. eu v. A fronteira entre CA1 eCA2 / CA3 é definido como um ângulo de 45 ° que se estende na direcção do supero-lateral a partir da extremidade mais súpero-lateral do SR / SL / SM. v. O CA2 / CA3 se estende a meio caminho ao longo da borda superior do hipocampo, para a calha dos deteações, medial ao qual está identificada como CA1. vi. A matéria cinzenta no centro da cabeça do hipocampo é rotulado como CA4 / DG. vii. Continuar a definir a fronteira CA1-CA2 / CA3 como um ângulo de 45 ° que se estende na direcção do supero-lateral a partir da extremidade mais súpero-lateral do SR / SL / SM. viii. O CA2 / CA3 continua a prolongar a meio caminho ao longo da borda superior do hipocampo, medial ao qual está identificada como CA1. ix. Em fatia D, o chefe do hipocampo supero-medial é dividido em subáreas (veja o passo 3.5.3). x. A fronteira subículo-CA1 é definida como uma linha vertical que se estende desde a fronteira mais medial do CA4 / DG. xi. O SR / SL / SM continua a ser a região de baixa intensidade após a curva das regiões CA. xii. Na porção uncal da cabeça do hipocampo,SR / SL / SM é a região de baixa intensidade no centro da unco. Se isso não pode ser visto, desenhe uma linha de 2-3 pixels de largura até o centro da uncus. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Tabela 1. Superior, inferior, medial e bordas laterais para subcampos do hipocampo para nove fatias representativas ao longo extensão ântero-posterior do hipocampo. Fronteiras são descritos por imagens ponderadas em T2. WM = Branco Matéria; GM = Grey Matter; MTL = Lobo Temporal Medial.
| Estrutura | Fatia | Border Superior | Borda inferior | Border Medial | Borda lateral | CA1 | A maioria ântero-Slice | WM do alveus | Mid-line de matéria cinzenta no hipocampo, junto a mais longa (subiculum fronteiras) eixo | WM do alveus | WM do alveus |
| Hippocampal Cabeça 1 | WM do alveus | SR / SL / SM; inferolateral fronteira com subiculum no 'curva' do hipocampo | WM do alveus | WM do alveus | |
| Hippocampal Cabeça 2 (com dentições) | |||||
| Lateral | Segue a curva da SR / SL / SM; border supero-lateral com CA2 / CA3 | WM do MTL | SR / SL / SM; inferomedial com subiculum no 'curva' do hipocampo | WM do alveus | |
| Medial | WM do alveus; border supero-medial com CA2 / CA3 | De baixa intensidade SR / SL / SM | Baixo-intensity SR / SL / SM | CA2 / CA3 | |
| Hippocampal Head 3 | |||||
| Lateral | Segue a curva da SR / SL / SM; border supero-lateral com CA2 / CA3 | WM do MTL | SR / SL / SM; inferomedial com subiculum no 'curva' do hipocampo | WM do alveus | |
| Medial | WM do alveus; border supero-medial com CA2 / CA3 | De baixa intensidade SR / SL / SM | De baixa intensidade SR / SL / SM | CA2 / CA3 | |
| Hippocampal Head 4 (com uncus) | Segue a curva da SR / SL / SM; border supero-lateral com CA2 / CA3 | WM do MTL | SR / SL / SM; inferomedial fronteira com linha vertical ao longo da borda medial subiculum de CA4 / DG | WM do alveus | |
| Corpo do hipocampo | Segue a curva da SR / SL / SM; sagacidade fronteira supero-lateralh CA2 / CA3 | WM do MTL | SR / SL / SM; inferomedial fronteira com linha vertical ao longo da borda medial subiculum de CA4 / DG | WM do alveus | |
| Cauda do hipocampo 1 | SR / SL / SM; superolateral fronteira com CA2 / CA3 | WM do MTL | Segue a curva da SR / SL / SM; border supero-medial com o subiculum ao longo da linha paralela à borda do CA4 / DG | WM do alveus | |
| Cauda do hipocampo 2 | Border supero-lateral com o WM do alveus / fímbria | WM do MTL | WM do MTL | WM do MTL | |
| Posterior-Most Slice | Border supero-lateral com o WM do alveus / fímbria | Resto de estrutura faz fronteira com o WM do lobo temporal | WM do MTL | WM do alveus / fímbria | |
| Subiculum | A maioria ântero-Slice | Mid-line do hipopótamoCampal massa cinzenta, ao longo do eixo mais longo (fronteira CA1) | WM do MTL | WM do alveus | WM do alveus |
| Hippocampal Cabeça 1 | SR / SL / SM; CA1 na borda supero-medial | WM do MTL | WM do alveus | CA1, a 'curva' no hipocampo | |
| Hippocampal Cabeça 2 (com dentições) | SR / SL / SM | WM do MTL | Córtex entorrinal (baixo medial área intensidade para hipocampo inferior) | CA1, a 'curva' no hipocampo | |
| Hippocampal Head 3 | SR / SL / SM | WM do MTL | Córtex entorrinal (baixo medial área intensidade para hipocampo inferior) | CA1, a 'curva' no hipocampo | |
| Hippocampal Head 4 (com uncus) | CSF da cisterna ambiente | WM do MTL; borda ínfero-medial córtex entorrinal, onde a banda cortical dilui SLIghtly e a intensidade do sinal cai | CSF da cisterna ambiente | CA1 ao longo da linha paralela à borda do CA4 / DG | |
| Corpo do hipocampo | CSF da cisterna ambiente | WM do MTL; borda ínfero-medial córtex entorrinal, onde a banda cortical dilui um pouco e sinalizar gotas de intensidade | CSF da cisterna ambiente | CA1 ao longo da linha paralela à borda do CA4 / DG | |
| Cauda do hipocampo 1 | GM do giro fascicular (onde pode ser separado do hipocampo GM) | WM do MTL | Difícil de determinar; extrapolar mais anteriores / posteriores fatias | CA1 ao longo da linha paralela à borda do CA4 / DG | |
| Cauda do hipocampo 2 | N / D | ||||
| Posterior-Most Slice | N / D | ||||
| CA2 / CA3 | A maioria ântero-Slice | N / D | N / D | ||
| Hippocampal Cabeça 2 (com dentições) | |||||
| Lateral | WM do alveus | De baixa intensidade SR / SL / SM | CA1 a meio caminho ao longo da borda superior do hipocampo; se deteações visível, tentar estimar a meio caminho | Borda ínfero-lateral com CA1 ao longo de 45 ° de ângulo de borda mais supero-lateral da SR / SL / SM | |
| Medial | CA4 / DG meio caminho ao longo da extensão superiorinferior hipocampo | CA1 na base da extensão superior-inferior do hipocampo | SR / SL / SM meio caminho largura de extensão superior-inferior do hipocampo | WM de alveus | |
| Hippocampal Head 3 | |||||
| Lateral | WM do alveus | De baixa intensidade SR / SL / SM | CA1 meio do caminhoborda superior do hipocampo | Borda ínfero-lateral com CA1 ao longo de 45 ° de ângulo de borda mais supero-lateral da SR / SL / SM | |
| Medial | CA4 / DG meio caminho ao longo da extensão superiorinferior hipocampo | CA1 na base da extensão superior-inferior do hipocampo | SR / SL / SM meio caminho largura de extensão superior-inferior do hipocampo | WM de alveus | |
| Hippocampal Head 4 (com uncus) | |||||
| Lateral | WM do alveus | CA4 / DG | CSF da cisterna ambiente | Borda ínfero-lateral com CA1 ao longo de 45 ° de ângulo de borda mais supero-lateral da SR / SL / SM | |
| Medial | CSF da cisterna ambiente | Linha paralela à borda superior da SR / SL / SM | CSF da cisterna ambiente | CSF da cisterna ambiente | |
| HCorpo ippocampal | WM do alveus | CA4 / DG | CSF da cisterna ambiente | Borda ínfero-lateral com CA1 ao longo de 45 ° de ângulo de borda mais supero-lateral da SR / SL / SM | |
| Cauda do hipocampo 1 | WM do alveus | Borda inferior linha horizontal que se estende a partir do ponto mais lateral do SR / SL / SM, seguindo o padrão de mais fatias anteriores; inferomedial fronteira com CA4 / DG | WM da fímbria | WM da fímbria | |
| Cauda do hipocampo 2 | N / D | ||||
| Posterior-Most Slice | N / D | ||||
| CA4 / DG | A maioria ântero-Slice | N / D | |||
| Hippocampal Cabeça 1 | N / D | ||||
| Hippocampal Cabeça 2 (com dentições) | Segue curva de baixa intensidade SR / SL / SM | De baixa intensidade SR / SL / SM | CSF da cisterna ambiente | De baixa intensidade SR / SL / SM | |
| Lateral | De baixa intensidade SR / SL / SM | De baixa intensidade SR / SL / SM | CSF da cisterna ambiente | De baixa intensidade SR / SL / SM | |
| Medial | Use a vista axial para desenhar uma linha horizontal medial da borda anterior do hipocampo de lateral | CA2 / CA3 meio caminho ao longo da extensão superiorinferior hipocampo | SR / SL / SM meio caminho largura de extensão superior-inferior do hipocampo | WM de alveus | |
| Hippocampal Head 3 | |||||
| Lateral | De baixa intensidade SR / SL / SM | De baixa intensidade SR / SL / SM | CSF da cisterna ambiente | De baixa intensidade SR / SL / SM | |
| Medial | CSF da cisterna ambiente | CA2 / CA3 meio caminho ao longo da extensão superiorinferior hippocaMPU | SR / SL / SM meio caminho largura de extensão superior-inferior do hipocampo | WM de alveus | |
| Hippocampal Head 4 (com uncus) | |||||
| Lateral | De baixa intensidade SR / SL / SM | De baixa intensidade SR / SL / SM | CSF da cisterna ambiente | De baixa intensidade SR / SL / SM | |
| Medial | Linha paralela à borda superior da SR / SL / SM | CSF de cisterna ambiente | CSF de cisterna ambiente; hipossinal SR / SL / SM | CSF de cisterna ambiente; baixa intensidade SR / SL / SM | |
| Corpo do hipocampo | CA2 / CA3 | De baixa intensidade SR / SL / SM | CSF de cisterna ambiente | De baixa intensidade SR / SL / SM | |
| Cauda do hipocampo 1 | CA2 / CA3 e fimbria | De baixa intensidade SR / SL / SM | CSF do ventrículo lateral | De baixa intensidade SR / SL / SM | |
| Cauda do hipocampo 2 | N / D | ||||
| Posterior-Most Slice | N / D | ||||
| SR / SL / SM | Ântero-maior fatia | N / D | |||
| Hippocampal Cabeça 1 | De baixa intensidade SR / SL / SM no centro de CA1 e subiculum | ||||
| Hippocampal Cabeça 2 (com dentições) | Use a vista axial para desenhar uma linha horizontal medial da borda anterior do hipocampo de lateral | De baixa intensidade SR / SL / SM circundante CA4 / DG | CSF de cisterna ambiente | CA2 / CA3 e CA4 / DG meio caminho largura de extensão superior-inferior do hipocampo | |
| Hippocampal Head 3 | Use a vista axial para desenhar uma linha horizontal medial da borda anterior do hipocampo de lateral | De baixa intensidade SR / SL / SM circundante CA4 / DG | CSF de cisterna ambiente CA2 / CA3 e CA4 / DG meio caminho largura de extensão superior-inferior do hipocampo | ||
| Hippocampal Head 4 (com uncus) | |||||
| Lateral | De baixa intensidade SR / SL / SM circundante CA4 / DG | ||||
| Medial | De baixa intensidade SR / SL / Smin meio (quando difíceis de ver, aproximados com uma linha de 203 voxels de largura) | CSF de cisterna ambiente | CA4 / DG | CA4 / DG | |
| Corpo do hipocampo | De baixa intensidade SR / SL / SM circundante CA4 / DG | ||||
| Cauda do hipocampo 1 | De baixa intensidade SR / SL / SM circundante CA4 / DG | ||||
| Cauda do hipocampo 2 | De baixa intensidade SR / SL / SM circundante CA4 / DG | ||||
| Posterior-Most Slice | N / D | ||||
fo:. manter-com-previous.within-page = "always"> Tabela 2. Resultados de confiabilidade protocolo para todos os cinco subáreas e todo o hipocampo dos cinco temas segmentados manualmente Resegmentations foram realizados em direito ou hipocampo esquerdo de cada sujeito. A média de kappa de Dice reflete a média entre os cinco indivíduos.
| Estrutura | A média de kappa de Dados (intervalo) |
| CA1 | 0,78 (0,77-0,79) |
| CA2 / CA3 | 0,64 (0,56-0,73) |
| CA4 / giro denteado | 0,83 (0,81-0,85) |
| SR / SL / SM | 0,71 (0,68-0,73) |
| Subiculum | 0,75 (0,72-0,78) |
| Whole hipocampo | 0,91 (0,90-0,92) |
Tabela 3. Média subcampo e volumes do hipocampo inteiras.
| Estrutura | O volume (faixa) Média (mm 3) |
| CA1 | 857,46 (720.17-981.68) |
| CA2 / CA3 | 208,33 (155.10-281.57) |
| CA4 / giro denteado | 615,50 (500.16-763.01) |
| SR / SL / SM | 687,22 (576.61-895.59) |
| Subiculum | 390,79 (277.21-445.95) |
| Whole hipocampo | 2759,31 (2456.72-3325.02) |
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Discussion
Segmentação subcampo hipocampal em imagens de RM está bem representado na literatura. No entanto, os protocolos existentes excluir partes do hipocampo 20,23,33,35, aplicam-se apenas a imagens fixas 37, ou exigir scanners ultra-altas de campo para a aquisição de imagens 35,37. Este manuscrito apresenta um protocolo de segmentação, que inclui cinco principais subdivisões (CA1, CA2 / CA3, CA4 / giro dentado, SR / SL / SM, subículo e do hipocampo) e se estende por toda a extensão anterior-posterior da estrutura. Os atlas segmentados completas estão disponíveis ao público em linha (cobralab.ca/atlases/Hippocampus). Este trabalho é aplicável a muitos grupos dentro do campo de neuroimagem, e ajudará a limitar algumas das discrepâncias existentes na segmentação subcampo hipocampal.
O teste de confiabilidade do protocolo mostra um elevado grau de sobreposição espacial entre as etiquetas originais e resegmented, o que reflete uma alta confiabilidade intra-avaliador (Tabela 2). Um valor kappa de 0,91 para todo o hipocampo compara favoravelmente com outros valores relatados na literatura 35,37. As confiabilidades intra-observadores de muitos dos subcampos também comparam bem com outros protocolos semelhantes de segmentação; no entanto, algumas estruturas têm confiabilidade inferiores 25,33,35,37 .Este pode ser um resultado de incluindo o SR / SL / SM subcampo no presente protocolo, onde outros grupos não fazer, o que resulta em subcampos adjacentes (o subiculum, CA1, e CA2 / CA3) ser mais fino, e, portanto, mais fortemente penalizado por kappa métrica da Dice 33,35. Além disso, o processo de reteste utilizado neste protocolo é, talvez, mais rigorosa e, portanto, mais reflexivo de confiabilidade protocolo verdadeiro do que aqueles usados por outros grupos. Toda a extensão ântero-posterior de um hemisfério de cada sujeito foi resegmented, ao passo que outros grupos com maior confiabilidade segmento apenas alguns cortes coronais 23,33,37 .A subcampo ao menor kappa (0,64) é a CA2 / CA3, que é uma pequena estrutura, fina. Foi previamente mostrado que o erro intra-observador para todos os subcampos neste protocolo é mais elevada do que um erro simulada 0,3 mm em todas as direcções de translação Cardinal, ou um simulado 1% de expansão / contracção dos rótulos 34. Em outras palavras, o erro ressegmentação manual é menor do que a introdução de um pequeno erro sistemático, que suporta o manual de alta reprodutibilidade do protocolo.
O avaliador manual do perito estudada cada uma das cinco imagens de alta resolução em detalhe para determinar qual dos subcampos presentes na histologia do Duvernoy poderia ser visto 12. Determinou-se que não foi possível diferenciar de forma fiável a CA2 do CA3, de modo a aumentar a fiabilidade do protocolo, que foram combinadas em uma estrutura. Esta regra segue o precedente de grupos anteriores 33,37. Também não foi possível distinguir a CA4 do stratum moleculare,stratum granulosum, e camada polimórfica do giro dentado nas imagens, ou para distinguir entre as próprias camadas do giro denteado. O CA4 e todas as camadas do giro denteado, portanto, foram combinados em um label (CA4 / DG). Há, de facto, um debate na comunidade subcampo hipocampal segmentação quanto ao facto de a região CA4 deve ser considerada como parte da Ammonis cornu, como com Duvernoy 12, ou como uma parte do giro dentado, como com Amaral 3. O método apresentado neste manuscrito acomoda ambos os pontos de vista, e segue o trabalho de grupos de segmentação MR anterior 23,28,33,35,37. Os estratos radiatum, lacunosum, e moleculare Ammonis cornu do também não poderia ser distinguido separadamente, por isso, foram combinados em um rótulo, tal como com grupos anteriores 37.
A análise mais precisa de neuroanatomia é através de cortes histológicos e coloração, mas este tipo de análise sofre de uma série de questões: limited acesso a espécimes fixas (o que resulta em amostras muito pequenas); os conhecimentos necessários para preparar as amostras; distorções do cérebro após a sua fixação; e dificuldades na aplicação de um atlas fixas para o digital, em 1,2,8 dados vivo. Em ex vivo de imagens, tempos de aquisição longo de um cérebro fixo em um scanner MR também fornece uma imagem detalhada da neuroanatomia, mas como com histologia, número da amostra é limitado e há diferenças morfométricas entre o fixo e in vivo do cérebro 37. In vivo MR de imagem tem uma resolução limitada, mas apresenta a possibilidade de os tamanhos de amostra muito maiores, bem como o potencial para a imagiologia de um único sujeito a vários pontos de tempo. Alongando o tempo de aquisição de scanners de intensidade de campo padrão (dentro dos limites de conforto assunto), o nível de detalhe disponível em in vivo imagens torna-se suficiente para resolver sub-estrutura em nível de neuroanatomia. A aquisição utilizado para as imagens segtadas neste protocolo, portanto, oferece uma razoável trade-off entre a disponibilidade de amostra e resolução de imagem.
Este protocolo foi desenvolvido para imagens de alta resolução MR tais como aqueles usados para ilustrar os passos de protocolo neste manuscrito 26,34. Imagens de alta resolução foram adquiridos em um scanner 3T, tirando partido de longos tempos de leitura e imagem média. O tempo de varredura total para ambas as aquisições FSPGR-Bravo e FSE-CUBE juntos foi pouco menos de 2 horas. Reconhece-se que este é um comprimento de digitalização proibitivos para aplicações clínicas: Esta sequência foi realizada aqui para fins ilustrativos para o protocolo de segmentação. Os autores acreditam que o protocolo de segmentação descrito neste manuscrito poderia ser adaptado para imagens com um tempo de varrimento mais curtos, por exemplo, um único aquisição 3T (em oposição a 3 aquisições para cada tipo de contraste, tal como utilizado por Winterburn et al., 2013 34 e Park et al., 2014 26 7,27.
O protocolo foi projetado para e aplicados em imagens de indivíduos saudáveis, mas também poderia ser aplicada (manualmente ou através de um gasoduto de segmentação automatizada 7,16,27) a imagens de populações doentes, tais como pacientes com doença de Alzheimer, para quem faz a atrofia grave hipocampo de uma estrutura particular,interesse. 5,30 Apesar de essa atrofia, a pontos de referência que rodeiam o hipocampo e o contraste nas imagens intensidade significaria o protocolo de segmentação ainda seria viável em grande parte. No entanto, essas imagens clínicas provavelmente ser adquirido num scanner com uma intensidade de campo muito mais baixa, tal como 1.5T, onde a resolução seria demasiado baixa para ser capaz de ver subestruturas.
O tipo de software utilizado para executar as segmentações é pertinente, uma vez que é importante ser capaz de olhar para a estrutura a partir de vários pontos de vista (isto é, coronal, sagital, axial). Além disso, a utilização de uma visualização 3D da superfície da estrutura pode ser usado para suavizar a topologia global do hipocampo. Muitas vezes voxels errantes ou formas ilógicas não vai ser óbvio nos planos cardinais 2-dimensionsal, mas vai ser muito claro sobre uma superfície 3D. Em imagens de alta resolução, o protocolo aplica-se a aproximadamente 118 cortes coronais e requer mais de 40 horas de work por sujeito por um avaliador manual do perito previamente treinados. Esta quantidade de trabalho manual limita a aplicabilidade do protocolo completo para um grande conjunto sujeito. Seria possível implementar uma versão modificada do protocolo como uma medida de poupança de tempo: por exemplo, todos os outros corte coronal pode ser segmentado para proporcionar uma estimativa dos volumes subcampo, ou subcampos pode ser combinado, por exemplo, todos cornu Ammonis subcampos ( CA1, CA2 / CA3 e SR / SL / SM).
Em conclusão, este manuscrito apresenta um protocolo de segmentação manual detalhado para todo o hipocampo e cinco subáreas do hipocampo (CA1, CA2 / CA3, CA4 / giro dentado, estratos radiatum / lacunosum / moleculare, e subiculum). Este protocolo foi aplicado a cinco sujeitos, e do atlas foram disponibilizadas ao público (cobralab.ca/atlases/Hippocampus). Estes atlas permitir que outros laboratórios interessados em segmentação do hipocampo para executar, segmentações repetíveis confiáveis de subcampos no hipocamponovos conjuntos de dados de imagem.
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Acknowledgments
Os autores gostariam de agradecer o apoio da Fundação CAMH, graças a Michael e Sonja Koerner, a Família Kimel, eo Paul E. Garfinkel New Investigator Award Catalyst. Este projecto foi financiado pelo Fonds de Recherches Santé Québec, Institutos Canadenses de Pesquisa em Saúde (CIHR), as Ciências Naturais e Council of Canada, o Instituto do Cérebro Weston, sociedade do Alzheimer de Canadá Pesquisa de Engenharia, eo Micheal J. Fox Foundation para a pesquisa de Parkinson (MMC), bem como CIHR, a Fundação de Saúde Mental Ontario, NARSAD, e do Instituto Nacional de Saúde Mental (R01MH099167) (ANV). Os autores também gostaria de agradecer a Anusha Ravichandran para assistência a aquisição das imagens.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Discovery MR750 3T | GE | Or equivalent 3T scanner | |
| Minc Tool Kit | McConnell Brain Imaging Center, Montreal Neurological Institute | Open source: http://www.bic.mni.mcgill.ca/ServicesSoftware/ServicesSoftwareMincToolKit |
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