Abstract
Der menschliche Hippocampus wurde weitgehend im Rahmen der Speicher und die normale Funktion des Gehirns und seiner Rolle in verschiedenen neuropsychiatrischen Erkrankungen untersucht wurde stark untersucht. Während viele Bildgebungsstudien behandeln den Hippocampus als einzelne einheitliche neuroanatomische Struktur ist es in der Tat aus mehreren Unterfeldern, die eine komplexe dreidimensionale Geometrie zusammengesetzt ist. Als solche ist bekannt, dass diese Unterfelder führen spezialisierte Funktionen und differentiell durch den Verlauf der verschiedenen Krankheitszuständen betroffen sind. Magnetresonanz (MR) kann als ein leistungsfähiges Werkzeug verwendet, um die Morphologie des Hippocampus und seine Unterfelder abzufragen. Viele Gruppen nutzen fortschrittliche Imaging-Software und Hardware (> 3T), um Bildunterfelder; Jedoch ist diese Art von Technik kann in den meisten Forschung und klinische Bildgebungszentren leicht verfügbar sein. Um diesem Bedarf zu begegnen, bietet das Manuskript eine detaillierte Schritt-für-Schritt-Protokoll zur Segmentierung des vollen Vorwärts-Rückwärts-Längedes Hippocampus und seine Unterfelder: Ammonshorn (CA) 1, CA2 / CA3, CA4 / Gyrus dentatus (DG), Schichten radiatum / lacunosum / moleculare (SR / SL / SM) und Subiculum. Dieses Protokoll wurde zu fünf Themen (; Alter 29-57, avg 37. 3F, 2 M) angewendet. Protokoll Zuverlässigkeit wird durch resegmenting entweder den rechten oder linken Hippocampus jedes Thema und die Berechnung der Überlappung mit der Dice kappa Metrik bewertet. Mittlere Dice kappa (Bereich) in den fünf Themen sind: ganze Hippocampus, 0,91 (0,90-0,92); CA1, 0,78 (0,77 bis 0,79); CA2 / CA3, 0,64 (0,56 bis 0,73); CA4 / Gyrus dentatus, 0,83 (0,81-0,85); Schichten radiatum / lacunosum / moleculare, 0,71 (0,68-0,73); und Subiculum 0,75 (0,72-0,78). Die hier vorgestellte Segmentierung Protokoll stellt anderen Laboratorien mit einer zuverlässigen Methode, um die Hippocampus und Hippocampus Subfelder in vivo unter Verwendung von handelsüblichen MR-Tools zu untersuchen.
Introduction
Der Hippocampus ist ein weitgehend untersucht medialen Temporallappens Struktur, die mit episodischen Gedächtnis, räumliche Navigation und andere kognitive Funktionen 10,31 verbunden ist. Ihre Rolle bei neurodegenerativen und neuropsychiatrischen Störungen, wie Alzheimer-Krankheit, Schizophrenie und bipolarer Störung ist gut dokumentiert 4,5,18,24,30. Das Ziel dieser Handschrift ist es, zusätzliche Details zu dem zuvor 34 für den menschlichen Hippocampus Subfelder veröffentlicht auf hochauflösenden Magnetresonanz (MR) Bilder bei 3T erworbenen manuelle Segmentierung Protokoll bereitzustellen. Darüber hinaus wird die diese Handschrift begleitenden Video-Komponente bieten weitere Unterstützung für Forscher, die auf das Protokoll über ihre eigenen Datensätzen implementieren möchten.
Der Hippocampus kann in Teilfelder unterteilt werden basierend auf beobachteten in histologisch vorbereitet post-mortem zytoarchitektonischen Unterschiede Proben 12,22. Solche postmortal entnommenen Proben definieren die ground Wahrheit für die Identifizierung und Untersuchung von Hippocampus-Teilfelder; jedoch Präparate dieser Art erfordern spezielle Fähigkeiten und Ausrüstung für die Färbung und werden durch die Verfügbarkeit von fixiertem Gewebe vor allem in erkrankten Populationen beschränkt. In-vivo-Bildgebung hat den Vorteil eines viel größeren Pool von Themen, und stellt auch die Möglichkeit für Folge Studien und Beobachtung von Veränderungen in der Bevölkerung. Obwohl es sich gezeigt hat, dass die Signalintensitäten in T2-gewichteten ex vivo MR-Bilder zu reflektieren Zelldichte 13, ist es immer noch schwierig, unbestrittenen Grenzen zwischen den Unterfeldern mit ausschließlich MR-Signalintensitäten zu ermitteln. Als solches ist eine Anzahl von verschiedenen Ansätzen für die Identifizierung Histologie Detailebene auf MR-Bildern entwickelt worden.
Einige Gruppen haben sich bemüht, zu rekonstruieren und zu digitalisieren histologische Datensätze und dann diese Rekonstruktionen mit den Bildregistrierungstechniken zur Hippocampus-Unterfeld neuroanat lokalisieren gemachtschaft auf in vivo MR 1,2,8,9,14,15,17,32. Obwohl dies ein effektives Verfahren zum Abbilden einer Version der histologischen Ground Truth direkt auf MR-Bildern sind Rekonstruktionen dieser Art schwierig zu vervollständigen. Projekte wie diese von der Verfügbarkeit von intakten medialen Temporallappen Proben, histologische Techniken, Datenverlust bei der histologischen Verarbeitung, und die Grund morphologischen Inkonsistenzen zwischen festen und in vivo Gehirn beschränkt. Andere Gruppen haben Hochfeld-Scannern (7T oder 9,4-T) in dem Bemühen verwendet werden, um in vivo erwerben oder Ex-vivo-Bilder mit einer klein genug (0,20 bis 0,35 mm isotrope) Voxelgröße zu visualisieren räumlich lokale Unterschiede in der Bildkontrast, die verwendet werden, folgern Grenzen zwischen Unterfeldern 35,37. Selbst bei 7T-9,4 T und bei einem so geringen Voxelgrße die zytoarchitektonischen Charakteristika hippocampalen Unterfelder sind nicht sichtbar. Als solche haben manuelle Segmentierung Protokolle entwickelt worden, daß einpproximate die bekannten histologischen Grenzen, die auf MR-Bildern. Diese Protokolle bestimmen, Unterfeldgrenzen durch die Interpretation lokalen Bildkontrastunterschiede und die Definition geometrischen Regeln (wie gerade Linien und Winkel) in Bezug auf sichtbare Strukturen. Obwohl Bilder mit hoher Feldstärke genommen in der Lage, detaillierte Einblicke in Hippocampus-Teilfelder bieten, sind Hochfeld-Scanner noch nicht in der klinischen oder Forschungs Einstellungen gemeinsam, so 7T und 9,4-T-Protokolle derzeit haben Anwendbarkeit begrenzt. Ähnliche Protokolle für Bilder auf 3T und 4T Scanner 11,20,21,23,24,25,28,33 gesammelt entwickelt. Viele dieser Protokolle werden auf Bildern mit Unter 1mm Voxel Voxel-Dimensionen in der Frontalebene basiert, aber haben große Schichtdicken (0,8-3 mm) 11,20,21,23,25,28,33 oder große Zwischenschichtabstände 20,28, die beide zu einer signifikanten Messfehler bei der Schätzung der Volumina der einzelnen Teilfelder. Zusätzlich sind viele der existierenden 3T Protokollenauszuschließen Teilfelder in allen oder einem Teil der Hippocampus-Kopf oder Schwanz 20,23,25,33 oder nicht bieten detaillierte Segmentierungen von wichtigen Unterkonstruktionen (dh verbinden die DG mit CA2 / CA3 oder enthalten nicht die Schichten radiatum / lacunosum / moleculare Die CA) 11,20,21,23,24,25,28,33. Es besteht daher ein Bedarf auf dem Gebiet für eine detaillierte Beschreibung eines Protokolls, die zuverlässig ermitteln kann relevanten Teilfelder ganzen Kopf, Körper und Schwanz des Hippocampus, die auf einen Scanner in der klinischen und Forschungs verfügbaren Einstellungen basiert. Die Bemühungen sind derzeit von der Hippocampus-Teilfelder Group (www.hippocampalsubfields.com) im Gange, um die Hippocampus-Unterfeld Segmentierungsprozess zwischen den Laboratorien zu harmonisieren, ähnlich wie bei einer bestehenden Harmonisierungsbemühungen für ganze Hippocampus Segmentierung 6 und einer anfänglichen Papier Vergleichen 21 bestehenden Protokolle wurde kürzlich veröffentlichten 38 . Die Arbeit dieser Gruppe wird weiter aufzuklären optimale Segmentierung proceWeisen.
Diese Handschrift enthält detaillierte schriftliche und Video-Anleitungen für die zuverlässige Umsetzung der zuvor von Winterburn und Kollegen 34 auf hochauflösenden 3T MR-Bildern beschrieben Hippocampus-Unterfeldsegmentierung Protokoll. Das Protokoll wurde auf fünf Bildern von gesunden Kontrollen für den gesamten Hippocampus und fünf Hippocampus Subfelder (CA1, CA2 / CA3, CA4 / Gyrus dentatus, Schichten radiatum / lacunosum / moleculare und Subiculum) umgesetzt. Diese segmentierten Bilder sind für die Öffentlichkeit online (cobralab.ca/atlases/Hippocampus). Das Protokoll und die segmentierten Bilder werden nützlich für die Gruppen, die detaillierte Hippocampus Neuroanatomie in MR-Bildern studieren wollen.
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Protocol
Die Studienteilnehmer
(; Alter 29-57, avg 37. 3F, 2 M), die frei von neurologischen und neuropsychiatrischen Erkrankungen und Fälle von schweren Kopfverletzungen waren das Protokoll in diesem Manuskript wurde für fünf repräsentativen hochauflösenden Bildern von gesunden Freiwilligen gesammelt entwickelt. Alle Probanden wurden am Zentrum für Sucht und psychische Gesundheit (CAMH) rekrutiert. Die Studie wurde von der CAMH Forschungsethik Board genehmigt und wurde in Übereinstimmung mit der Deklaration von Helsinki durchgeführt. Alle Probanden vorgesehen geschrieben, informierte Zustimmung für die Datenerfassung und des Teilens. Weitere Einzelheiten zu der Aufnahmesequenz verwendet, um diese Bilder zu sammeln, finden Sie in Winterburn et al., 2013 Park et al., 2014 wurden 26,34 Images für alle fünf Themen für die Qualität überprüft und festgehalten beziehen. Der Hippocampus überspannt einen Durchschnitt von 118 koronalen Scheiben in diesen Bildern.
1. Software Set-up
- Öffnen Sie Anzeige:
2. Whole Hippocampus manuelle Segmentierung
- Set-up: Die Verwendung einer T1-gewichteten Bild, blättern Sie zu der anterior-koronalsten Scheibe des Hippocampus. Um Scheiben in der vorderen Richtung voranzutreiben, verwenden Sie die '+' Taste; verwenden Sie die "-" Taste, um in der hinteren Richtung zu bewegen.
- Scheibe B: Hippocampus-Head 1 (1B):
- Superior, inferior, lateral, medial Grenzen: Weiter, um die Grenzen zu ziehen, wie in Schritt 2.2 beschrieben, mit der weißen Substanz des Schläfenlappens und alveus als Leitfaden.
- Supero-medialen Rand: Dazu mit der axiale Ansicht, zeichnen Sie eine horizontale Linie von der Vorderkante der Seiten Hippocampus 29 und umfassen alles, was unterhalb dieser Linie, wie Hippocampus.HINWEIS: Die supero-medialen Rand wird weniger eindeutig in diesen Scheiben, wo die grauen Zellen des Hippocampus verschmilzt mit der grauen Substanz der Amygdala.
- Scheibe C: Hippocampus-Head 2 mit Zahnungen: Je nach Motiv können die Zahnungen des Hippocampus für 3-4 Scheiben sichtbar sein (in der Regel sind sie auf T2-gewichteten gegen T1-gewichteten Bildern sichtbar). In diesen Scheiben, auch weiterhin die weiße Substanz des alveus und Schläfenlappen verwenden, um überschreitende Segmentierung 12,22 führen. Für weitere Details, folgen Sie den Schritten 2.5.1-2.5.2.
- Scheibe D: Hippocampus-Leiter 3:
- Superior, inferior, lateral, medial Grenzen: Ziehen Sie den unteren Rand des Hippokampus in der weißen Substanz des Schläfenlappens, dem seitlichen Rand am Unterhorn des Seitenventrikels, Oberrand, im Anschluss an die Kurve der Zahnungen, bei der weißen Substanz des alveus / Fimbrien und der medialen Rand am hypointense region der Umgebungs Zisterne 12,22.
- Supero-medialen und infero-medialen Grenzen: Fahren Sie mit dem supero-medialen Rand zu definieren, wie in Schritt 2.3.2 beschrieben. Zeichnen Sie den unteren Abschnitt des medialen Grenze, wo der Hippocampus lichtet leicht und erstreckt sich in den leicht hyperintense grauen Substanz des entorhinalen Kortex 12,22.
- Scheibe E: Hippocampus Head 4 mit Uncus: Fahren Sie mit der in den Schritten 2.5.1-2.5.2 beschrieben inferior, lateral und superior Grenzen zu ziehen. Fügen Sie die Uncus im Hippocampus (die Medaille mit dem Hauptkörper des Hippocampus befindet und von geringer Intensität CSF umgeben) Segmentierung 12,2 2.
- Scheibe F: Hippocampus Körper: Fahren Sie mit der in den Schritten 2.5.1-2.5.2 beschrieben inferior, lateral, medial und superior Grenzen zu ziehen. Zeichnen Sie die infero-medialen Rand an der Stelle, wo der Hippocampus verdünnt, wie es zum entorhinalen Kortex / para-Hippocampus Gyrus 12,22 Gänge.Enthalten Sie nicht die Low-Intensity-CSF der Rest Sulcus hippocampi in der Segmentierung.
- Scheibe G: Hippocampus Endstück 1: Beginnen Sie die Segmentierung Hippocampus-tail-Typ-Scheiben, wenn die Schenkel des Fornix zunächst sichtbar. Schließen Sie die faszikuläre Gyrus (a grauen Substanz Struktur, die mit dem Hippocampus in Teilen des Hippocampus Schwanz verbindet) von der Segmentierung durch Extrapolieren der Form des faszikuläre Gyrus in die Hippocampus-Schwanz aus mehr vorderen Scheiben 12,22. Diese Extrapolation ist nur für 2-3 Scheiben, wonach die beiden Strukturen nicht genau unterschieden werden kann; an dieser Stelle, behandeln alle sichtbaren grauen Substanz in diesem Bereich, wie Hippocampus.
- Slice H: Hippocampus Endstück 2: Segment der Low-Intensity-grauen Substanz des hinteren Hippocampus Schwanz aus dem umgebenden hoher Intensität weißen Substanz.
- Scheibe I: Posterior-Most Scheibe: Segment der kleinen verbleibenden Bereich des Hippocampus grauen Substanz ausdie umgebende weiße Substanz des Schläfenlappens.
3. Hippocampus-Unterfeld manuelle Segmentierung
- Set-up: Die Verwendung einer T2-gewichteten Bild, um die anterior-koronalsten Scheibe des Hippocampus zu blättern (wie in Schritt 2.1). Um die Farbe des Pinsels ändern, wählen Sie D (Set Malen Lbl :) auf der Segmentierung Menü im Navigationsfenster. Der Befehl Terminal fordert: "Geben Sie das aktuelle Farbe Label:". Geben Sie eine Zahl zwischen 1 und 255. Jede Zahl entspricht einem anderen Etikett Farbe.
- Scheibe A: Anterior-Most Scheibe: Seit Unterfeld-Divisionen sind noch nicht im anterior-esten Scheibe sichtbar ist, ziehen Sie eine Linie, die das sichtbare Hippocampus grauen Substanz entlang ihrer längsten sichtbaren Achse (die nicht unbedingt parallel zu einer der Hauptachsen wird) in zwei gleiche Abschnitte um die wahre Anatomie 12,22 nähern. Beschriften Sie die überlegene dieser beiden Abschnitte als CA1 und den unteren Abschnitt als Subiculum durch choosing einen andersfarbigen Bezeichnung für jedes Teilfeld 23,35.
- Scheibe B: Hippocampus-Head 1: Beschriften Sie die Low-Intensity-Bereich in der Mitte des Hippocampus als SR / SL / SM 13,37. Wenn die Biegung entlang der Unterkante des Hippocampus wird deutlich, verwenden Sie dieses Wahrzeichen wie die laterale Grenze zwischen der Subiculum aus der CA1 12,22. Fahren Sie mit der längsten Achse des Hippocampus zu folgen, um die CA1-Subiculum Grenze auf der supero-medialen Spitze 37 zu ziehen.
- Scheibe C: Hippocampus-Head 2 mit Zahnungen:
- SR / SL / SM, CA4 / DG und Subiculum: Beschriften Sie die SR / SL / SM, CA4 / DG und Subiculum wie für Scheibe D beschrieben (Schritt 3.5.1).
- CA2 / CA3 und CA1: Definieren Sie die Grenze zwischen CA1 und CA2 / CA3 als Winkel von 45 ° Linie, die sich in der superolaterale Richtung von der die meisten superolaterale Rand des SR / SL / SM 12,22. Erweitere CA2 / CA3 medial entlang der Oberkante zum Trog zwischen dem dentagen 12,22. Beschriften Sie den Rest der Oberkante als CA1 12,22.
- Scheibe D: Hippocampus-Leiter 3
- SR / SL / SM, CA4 / DG und Subiculum: Beschriften Sie die dunklen SR / SL / SM Band ersten, die den Verlauf der CA1 37 folgen wird. Beschriften Sie jede mit hoher Intensität der grauen Substanz im Inneren des SR / SL / SM als CA4 / DG 12,22,23,35,37. Dies kann nicht eine kontinuierliche Region sein, wie in 2C. Fahren Sie mit dem Subiculum-CA1 Grenze definieren, mit dem Knick in der minderwertigen Hippocampus 12,22.
- CA2 / CA3 und CA1: Fahren Sie mit dem CA1 und CA2 / CA3 Grenze, wie in Schritt 3.4.2 zu definieren. Erweitere CA2 / CA3 medial auf halbem Weg entlang der Oberkante des Hippocampus 12,22 und beschriften Sie die andere Hälfte des übergeordneten Kante als CA1 12,22.
- Supero mediale Hippocampus-Kopf: In diesem Stück, teilen Sie die supero mediale Hippocampus Kopf vertikal in zwei Hälften. Beschriften Sie die mediale Hälfte SR / SL / SM 12. Teilen Sie die seitlichendie Hälfte in die Hälfte, diesmal horizontal. Beschriften Sie die überlegene Teil als CA4 / DG und den unteren Abschnitt als CA2 / CA3 12.
- Scheibe E: Hippocampus Head 4 mit Uncus
- Lateral Hippocampus Kopf (Subiculum): In den seitlichen Teil dieser Scheiben, definieren die Subiculum-CA1 Grenze als eine vertikale Linie, die sich in der unteren Richtung von der die meisten medialen Rand der CA4 / DG 12,22.
- Lateral Hippocampus Kopf (CA1, CA2 / CA3, CA4 / DG, SR / SL / SM.): Definieren Sie die CA1-CA2 / CA3 Grenze in der gleichen Weise wie in Schritt 3.4.2. Fahren Sie mit dem SR / SL / SM als geringer Intensität Region kennzeichnen nach der Kurve der CA Regionen. Beschriften CA4 / DG als Zentrum Hohlraum innerhalb des SR / SL / SM, wie in Schritt 3.5.1.
- Uncal Hippocampus Kopf (SR / SL / SM): Beschriften Sie die Uncus des Hippocampus für etwa 10 Scheiben wie die Hippocampus-Kopf-Übergänge in die Hippocampus-Körper. Im Uncus, beschriften Sie die niedrige Intensität Bereich in der Mitte, wie SR / SL / SM (wenn dies ist schwer zu sehen, anzunähern, die Anatomie durch Segmentieren einer Linie 2-3 Voxel breiten sich im Zentrum der Uncus) 12.
- Uncal Hippocampus Kopf (CA2 / CA3, CA4 / DG): Zeichnen Sie eine Linie am oberen Rand des SR / SL Schnitt / SM entlang infero-lateral / supero-Mittelachse des Uncus. Beschriften Sie alle grauen Substanz oberhalb dieser Linie, wie CA2 / CA3 12. Beschriften Sie jedes unmarkierten grauen Substanz unterhalb dieser Linie (auf beiden Seiten des SR / SL / SM) als CA4 / DG 12.
- Scheibe F: Hippocampus Körper: Weiter, um die in Schritt 3.6.1-3.6.2 beschriebenen Grenzen gelten.
- Scheibe G: Hippocampus Endstück 1: Fahren Sie mit der in Schritt 3.6.1-3.6.2 beschriebenen Regeln gelten. Die Subiculum-CA1 Grenze zu einem Winkel von 45 ° Linie in der infero-medialer Richtung von der medialen Rand der CA4 / DG 12,22 erstreckt.
- Slice H: Hippocampus-Endstück 2: Nachdem die faszikulären Gyrus kann nicht mehr aus dem Hippocampus formatio unterscheiden/ SM (wie in früheren Scheiben) und der verbleibende grauen Substanz in der Mitte als CA4 / DG 12,22 n, beschriften Sie die gesamte äußere Schicht als CA1, der niedriger Intensität Bereich innerhalb dieses als SR / SL.
- Scheibe I: Posterior-Most Scheibe: Sobald der Dunkelheit SR / SL / SM ist in der Mitte des Hippocampus nicht mehr sichtbar ist, kennzeichnen die gesamte Struktur als CA1 12,22.
4. Protokoll Zuverlässigkeit
- Resegment entweder den rechten oder linken Hippocampus von jedem Probanden nach einer Wartezeit von etwa einem Monat Durchführung der ursprünglichen Segmentierung. Segment alle Teilfelder entlang der gesamten anterior-posterior Länge des Hippocampus, zu versuchen, die Protokollregeln so konsequent wie möglich zu folgen.
- Berechnen Sie die Würfel Kappa zwischen den ursprünglichen und neu segmentiert Bände:
wobei k = Dice kappa und A und B sind Etikettenvolumina.
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Representative Results
. Die Ergebnisse aus dem Protokoll Zuverlässigkeitsprüfung sind in Tabelle 2 zusammengefaßt Für das gesamte bilaterale Hippocampus, bedeutet räumliche Überlappung wie von Dice kappa gemessen wird, ist 0,91 und liegt im Bereich von 0,90 bis 0,92. Unterfeld Kappa-Werte reichen von 0,64 (CA2 / CA3) auf 0,83 (CA4 / Gyrus dentatus). Durchschnittsmengen für alle Teilbereiche und den ganzen Hippocampus sind in Tabelle 3 2456,72 bis 3325,02 mm 3 angegeben. Volumes für den gesamten Hippocampus-Bereich. Ca2 / CA3 ist die kleinste Teilfeld auf 208,33 mm 3, während die CA1 ist der größte bei 857,46 mm 3.
Abbildung 1. Die Segmentierung des gesamten Hippocampus für 9 koronalen Scheiben (AI) mit T1-gewichteten Bildern. Die senkrechten roten Linien auf der Hippocampus-Oberfläche veranschaulichen die Lage der einzelnen Frontalscheibe. Der Hippocampus in einer a vorlagverage von 118 koronalen Scheiben in jedem der fünf Probanden in die Studie einbezogen. Bilder Fortschritt von anterior (slice 1) an der Spitze, um posterior (slice 118) an der Unterseite. Bilder werden in der linken Spalte ohne Segmentierung und mit Segmentierung in der rechten Spalte dargestellt. Der Maßstab zeigt 3 mm als Referenz. Römischen Ziffern weisen auf Besonderheiten in der Protokoll-Handschrift identifiziert. ich. Die alveus unterscheidet den Hippocampus grauen Substanz aus der grauen Substanz der Amygdala in der anterior-meisten-Slice. ich ich. Die weiße Substanz des Schläfenlappens definiert den unteren Rand des Hippokampus in der Hippocampus-Kopf. iii. Die seitlichen Rand des Hippokampus in der Hippocampus-Kopf ist der Unterhorn des Seitenventrikels. iv. Der obere Rand wird von der weißen Substanz des alveus / fimbria definiert. v. Die medialen Rand der Hippocampus-Kopf ist die Umgebungs Zisterne. vi. Die infero mediale Hippocampus erstreckt sich in den entorhinalen Kortex, die sich als leicht hyper intensiver zeigtBand in T1-gewichteten Bildern. vii. Die Uncus des Hippocampus im Hippocampus Kopf vorhanden und können leicht aus dem umgebenden CSF unterschieden werden. viii. Im infero-medialer Richtung, wird die Grenze zwischen dem subiculum und para-hippocampalen Gyrus durch eine geringfügige Verdünnung der hippocampalen grauen Substanz definiert. ix. Die CSF des Rest hippocampalen Sulcus nicht in der Segmentierung enthalten. x. Die faszikulären Gyrus nicht in der Segmentierung des hippocampalen Schwanz enthalten, wenn es möglich ist, sie zu unterscheiden. xi. Wenn es nicht mehr möglich, zwischen dem faszikuläre Gyrus und dem Hippocampus Schwanz zu unterscheiden, wird die faszikuläre Gyrus bei der Segmentierung enthalten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 2. Segmentation der Hippocampus Subfelder für 9 koronalen Scheiben (AI) mit T2-gewichteten Bildern. Die senkrechten roten Linien auf der Hippocampus-Oberfläche veranschaulichen die Lage der einzelnen Frontalscheibe. Der Hippocampus war in einem Durchschnitt von 118 koronalen Scheiben in jedem der fünf Probanden in die Studie einbezogen vorhanden. Bilder Fortschritt von anterior (slice 1) an der Spitze, um posterior (slice 118) an der Unterseite. Bilder werden in der linken Spalte ohne Segmentierung und mit Segmentierung in der rechten Spalte dargestellt. Der Maßstab zeigt 3 mm als Referenz. Römischen Ziffern weisen auf Besonderheiten in der Protokoll-Handschrift identifiziert. ich. Die niedrige Intensität Region in der Mitte der Hippocampus-Kopf ist der SR / SL / SM. ich ich. Die uncal förmige Kurve auf der infero-Seitenkante des Hippocampus markiert die Grenze zwischen der CA1 und Subiculum. iii. Die Subiculum-CA1 Grenze weiterhin an der "Knick" in der unteren Hippocampus im Hippocampus Kopf definiert werden. iv. Die Grenze zwischen CA1 undCA2 / CA3 als einem 45 ° Winkel im superolaterale Richtung von der am meisten superolaterale Rand des SR / SL / SM erstreckenden definiert. v. Die CA2 / CA3 erstreckt halber Länge der oberen Kante des Hippocampus, in den Trog der Zahnungen, medial dem es als CA1 markiert. vi. Die graue Substanz in der Mitte des Hippocampus Kopf als CA4 / DG beschriftet. vii. Weiterhin die CA1-CA2 / CA3 Grenze als einem 45 ° Winkel im superolaterale Richtung von der am meisten superolaterale Rand des SR / SL / SM erstreckt definieren. viii. Ca2 / CA3 weiterhin auf halbem Weg entlang der oberen Kante des Hippocampus erstrecken medial dem es als CA1 markiert. ix. In Scheibe D wird die supero mediale Hippocampus Kopf in Teilfelder (siehe Schritt 3.5.3) unterteilt. x. Die Subiculum-CA1 Grenze wird als eine vertikale Linie, die sich von der die meisten medialen Rand der CA4 / DG definiert. xi. Das SR / SL / SM weiterhin die intensitätsarmen Region im Anschluss an die Kurve der CA-Regionen. xii. Im uncal Teil des Hippocampus-Kopf,das SR / SL / SM ist die Low-Intensity-Bereich in der Mitte des Uncus. Wenn dies nicht gesehen werden kann, ziehen Sie eine Linie 2-3 Pixel breit up der Mitte des Uncus. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Tabelle 1. Superior, inferior, medial, und Seitenränder für Hippocampus Subfelder neun repräsentative Scheiben entlang anterior-posterior Ausmaß des Hippocampus. Grenzen werden für die T2-gewichteten Bildern beschrieben. WM = Weiß Materie; GM = graue Substanz; MTL = medialen Temporallappens.
| Struktur | Scheibe | Superior-Border | Unterrand | Medialen Rand | Seitenrand | CA1 | Anterior-Most Scheibe | WM der alveus | Mittellinie des Hippocampus grauen Substanz, zusammen längste Achse (Grenzen Subiculum) | WM der alveus | WM der alveus |
| Hippocampus-Head 1 | WM der alveus | SR / SL / SM; inferolateralen Grenze Subiculum an der "Knick" des Hippokampus | WM der alveus | WM der alveus | |
| Hippocampus-Head 2 (mit Zahnungen) | |||||
| Lateral | Folgt der Kurve des SR / SL / SM; superolaterale Grenze mit CA2 / CA3 | WM der MTL | SR / SL / SM; inferomedialen mit Subiculum an der "Knick" des Hippokampus | WM der alveus | |
| Medial | WM der alveus; supero-medialen Rand mit CA2 / CA3 | Niedriger Intensität SR / SL / SM | Low-Intensität SR / SL / SM | CA2 / CA3 | |
| Hippocampus-Leiter 3 | |||||
| Lateral | Folgt der Kurve des SR / SL / SM; superolaterale Grenze mit CA2 / CA3 | WM der MTL | SR / SL / SM; inferomedialen mit Subiculum an der "Knick" des Hippokampus | WM der alveus | |
| Medial | WM der alveus; supero-medialen Rand mit CA2 / CA3 | Niedriger Intensität SR / SL / SM | Niedriger Intensität SR / SL / SM | CA2 / CA3 | |
| Hippocampus-Head 4 (mit Uncus) | Folgt der Kurve des SR / SL / SM; superolaterale Grenze mit CA2 / CA3 | WM der MTL | SR / SL / SM; inferomedialen Grenze Subiculum vertikale Linie entlang medialen Rand CA4 / DG | WM der alveus | |
| Hippocampus-Körper- | Folgt der Kurve des SR / SL / SM; superolaterale Grenze with CA2 / CA3 | WM der MTL | SR / SL / SM; inferomedialen Grenze Subiculum vertikale Linie entlang medialen Rand CA4 / DG | WM der alveus | |
| Hippocampus-Endstück 1 | SR / SL / SM; superolateralen Grenze mit CA2 / CA3 | WM der MTL | Folgt der Kurve des SR / SL / SM; supero-medialen Rand mit dem Subiculum entlang einer Linie parallel zur Kante der CA4 / DG | WM der alveus | |
| Hippocampus-Endstück 2 | Superolaterale Grenze mit der WM der alveus / fimbria | WM der MTL | WM der MTL | WM der MTL | |
| Posterior-Most Scheibe | Superolaterale Grenze mit der WM der alveus / fimbria | Rest der Struktur durch die WM des Schläfenlappens faßt | WM der MTL | WM der alveus / fimbria | |
| Subiculum | Anterior-Most Scheibe | Mittellinie hippoCampal grauen Substanz, zusammen längste Achse (grenzt CA1) | WM der MTL | WM der alveus | WM der alveus |
| Hippocampus-Head 1 | SR / SL / SM; CA1 auf supero-medialen Kante | WM der MTL | WM der alveus | CA1, bei 'Knick' im Hippocampus | |
| Hippocampus-Head 2 (mit Zahnungen) | SR / SL / SM | WM der MTL | Entorhinalen Kortex (niedrige Intensität Bereich medial inferior Hippocampus) | CA1, bei 'Knick' im Hippocampus | |
| Hippocampus-Leiter 3 | SR / SL / SM | WM der MTL | Entorhinalen Kortex (niedrige Intensität Bereich medial inferior Hippocampus) | CA1, bei 'Knick' im Hippocampus | |
| Hippocampus-Head 4 (mit Uncus) | CSF der Umgebungs Zisterne | WM der MTL; infero-medialen Rand an entorhinalen Kortex, wo Rindenband lichtet slightly und Signalintensität sinkt | CSF der Umgebungs Zisterne | CA1 entlang der Linie parallel zur Kante der CA4 / DG | |
| Hippocampus-Körper- | CSF der Umgebungs Zisterne | WM der MTL; infero-medialen Rand an entorhinalen Kortex, wo Rindenband lichtet leicht und Signalintensität Tropfen | CSF der Umgebungs Zisterne | CA1 entlang der Linie parallel zur Kante der CA4 / DG | |
| Hippocampus-Endstück 1 | GM des faszikuläre Gyrus (wo kann von Hippocampus-GM getrennt werden) | WM der MTL | Schwierig zu bestimmen; Extrapolation aus mehr anterior / posterior Scheiben | CA1 entlang der Linie parallel zur Kante der CA4 / DG | |
| Hippocampus-Endstück 2 | N / A | ||||
| Posterior-Most Scheibe | N / A | ||||
| CA2 / CA3 | Anterior-Most Scheibe | N / A | N / A | ||
| Hippocampus-Head 2 (mit Zahnungen) | |||||
| Lateral | WM der alveus | Niedriger Intensität SR / SL / SM | CA1 auf halbem Weg entlang Oberkante des Hippocampus; wenn Zahnungen sichtbar ist, versuchen Sie, auf halbem Weg schätzen | Infero-lateralen Grenze mit CA1 entlang Winkel von 45 ° von den meisten superolaterale Rand des SR / SL / SM | |
| Medial | CA4 / DG halber Strecke superiorinferior Erweiterung des Hippocampus | CA1 an der Basis der von oben nach unten Erweiterung des Hippocampus | SR / SL / SM halber Länge Breite von oben nach unten Erweiterung des Hippocampus | WM der alveus | |
| Hippocampus-Leiter 3 | |||||
| Lateral | WM der alveus | Niedriger Intensität SR / SL / SM | CA1 auf halber Längesuperior Rand des Hippocampus | Infero-lateralen Grenze mit CA1 entlang Winkel von 45 ° von den meisten superolaterale Rand des SR / SL / SM | |
| Medial | CA4 / DG halber Strecke superiorinferior Erweiterung des Hippocampus | CA1 an der Basis der von oben nach unten Erweiterung des Hippocampus | SR / SL / SM halber Länge Breite von oben nach unten Erweiterung des Hippocampus | WM der alveus | |
| Hippocampus-Head 4 (mit Uncus) | |||||
| Lateral | WM der alveus | CA4 / DG | CSF der Umgebungs Zisterne | Infero-lateralen Grenze mit CA1 entlang Winkel von 45 ° von den meisten superolaterale Rand des SR / SL / SM | |
| Medial | CSF der Umgebungs Zisterne | Linie parallel zur Oberkante des SR / SL / SM | CSF der Umgebungs Zisterne | CSF der Umgebungs Zisterne | |
| Hippocampal Körper | WM der alveus | CA4 / DG | CSF der Umgebungs Zisterne | Infero-lateralen Grenze mit CA1 entlang Winkel von 45 ° von den meisten superolaterale Rand des SR / SL / SM | |
| Hippocampus-Endstück 1 | WM der alveus | Unteren Rand horizontale Linie, die sich von den meisten seitlichen Punkt des SR / SL / SM, folgendes Muster von mehr vorderen Scheiben; inferomedialen Grenze mit CA4 / DG | WM der Fimbria | WM der Fimbria | |
| Hippocampus-Endstück 2 | N / A | ||||
| Posterior-Most Scheibe | N / A | ||||
| CA4 / DG | Anterior-Most Scheibe | N / A | |||
| Hippocampus-Head 1 | N / A | ||||
| Hippocampus-Head 2 (mit Zahnungen) | Folgt Kurve geringer Intensität SR / SL / SM | Niedriger Intensität SR / SL / SM | CSF der Umgebungs Zisterne | Niedriger Intensität SR / SL / SM | |
| Lateral | Niedriger Intensität SR / SL / SM | Niedriger Intensität SR / SL / SM | CSF der Umgebungs Zisterne | Niedriger Intensität SR / SL / SM | |
| Medial | Verwenden Sie die axiale Ansicht, um eine horizontale Linie nach medial von der Vorderkante der Seiten Hippocampus zu ziehen | CA2 / CA3 halber Strecke superiorinferior Erweiterung des Hippocampus | SR / SL / SM halber Länge Breite von oben nach unten Erweiterung des Hippocampus | WM der alveus | |
| Hippocampus-Leiter 3 | |||||
| Lateral | Niedriger Intensität SR / SL / SM | Niedriger Intensität SR / SL / SM | CSF der Umgebungs Zisterne | Niedriger Intensität SR / SL / SM | |
| Medial | CSF der Umgebungs Zisterne | CA2 / CA3 halber Strecke superiorinferior Verlängerung der hippocaMPUs | SR / SL / SM halber Länge Breite von oben nach unten Erweiterung des Hippocampus | WM der alveus | |
| Hippocampus-Head 4 (mit Uncus) | |||||
| Lateral | Niedriger Intensität SR / SL / SM | Niedriger Intensität SR / SL / SM | CSF der Umgebungs Zisterne | Niedriger Intensität SR / SL / SM | |
| Medial | Linie parallel zur Oberkante des SR / SL / SM | CSF Umgebungs Zisterne | CSF Umgebungs Zisterne; lowintensity SR / SL / SM | CSF Umgebungs Zisterne; niedrige Intensität SR / SL / SM | |
| Hippocampus-Körper- | CA2 / CA3 | Niedriger Intensität SR / SL / SM | CSF Umgebungs Zisterne | Niedriger Intensität SR / SL / SM | |
| Hippocampus-Endstück 1 | CA2 / CA3 und Fimbria | Niedriger Intensität SR / SL / SM | CSF der Seitenventrikel | Niedriger Intensität SR / SL / SM | |
| Hippocampus-Endstück 2 | N / A | ||||
| Posterior-Most Scheibe | N / A | ||||
| SR / SL / SM | Anterior-esten Scheibe | N / A | |||
| Hippocampus-Head 1 | Niedriger Intensität SR / SL / SM im Zentrum von CA1 und Subiculum | ||||
| Hippocampus-Head 2 (mit Zahnungen) | Verwenden Sie die axiale Ansicht, um eine horizontale Linie nach medial von der Vorderkante der Seiten Hippocampus zu ziehen | Niedriger Intensität SR / SL / SM umliegenden CA4 / DG | CSF Umgebungs Zisterne | CA2 / CA3 und CA4 / DG halber Länge Breite von oben nach unten Erweiterung des Hippocampus | |
| Hippocampus-Leiter 3 | Verwenden Sie die axiale Ansicht, um eine horizontale Linie nach medial von der Vorderkante der Seiten Hippocampus zu ziehen | Niedriger Intensität SR / SL / SM umliegenden CA4 / DG | CSF Umgebungs Zisterne CA2 / CA3 und CA4 / DG halber Länge Breite von oben nach unten Erweiterung des Hippocampus | ||
| Hippocampus-Head 4 (mit Uncus) | |||||
| Lateral | Niedriger Intensität SR / SL / SM umliegenden CA4 / DG | ||||
| Medial | Niedriger Intensität SR / SL / Smin Mitte (bei schwer zu sehen, ungefähre mit einer Linie 203 Voxel breit) | CSF Umgebungs Zisterne | CA4 / DG | CA4 / DG | |
| Hippocampus-Körper- | Niedriger Intensität SR / SL / SM umliegenden CA4 / DG | ||||
| Hippocampus-Endstück 1 | Niedriger Intensität SR / SL / SM umliegenden CA4 / DG | ||||
| Hippocampus-Endstück 2 | Niedriger Intensität SR / SL / SM umliegenden CA4 / DG | ||||
| Posterior-Most Scheibe | N / A | ||||
fo:. Halten-with-previous.within-page = "always"> Tabelle 2. Protokoll Zuverlässigkeit Ergebnisse für alle fünf Teilfelder und der ganzen Hippocampus aus den fünf manuell segmentierten Objekte Resegmentations wurden durchgeführt entweder die rechte oder linke Hippocampus jedes Thema. Mittlere Dice kappa spiegelt den Mittelwert über die fünf Themen.
| Struktur | Mittlere Dice kappa (Bereich) |
| CA1 | 0,78 (0,77-0,79) |
| CA2 / CA3 | 0,64 (0.56-0.73) |
| CA4 / Gyrus dentatus | 0,83 (0,81-0,85) |
| SR / SL / SM | 0,71 (0,68-0,73) |
| Subiculum | 0,75 (0,72-0,78) |
| Whole Hippocampus | 0,91 (0,90-0,92) |
Tabelle 3. Mittelunterfeld und ganze Hippocampus-Volumen.
| Struktur | Mittlere Volumen (Bereich) (mm 3) |
| CA1 | 857,46 (720,17 bis 981,68) |
| CA2 / CA3 | 208,33 (155,10 bis 281,57) |
| CA4 / Gyrus dentatus | 615,50 (500,16 bis 763,01) |
| SR / SL / SM | 687,22 (576,61 bis 895,59) |
| Subiculum | 390,79 (277,21 bis 445,95) |
| Whole Hippocampus | 2759,31 (2456.72-3325.02) |
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Discussion
Hippocampus-Unterfeldsegmentierung in MR-Bildern ist in der Literatur gut vertreten. , Bestehende Protokolle auszuschließen jedoch Teile des Hippocampus 20,23,33,35, gelten nur für Standbilder 37 oder erfordern Ultrahochfeld-Scanner für die Bildaufnahme 35,37. Diese Handschrift bietet eine Segmentierung Protokoll, das fünf Hauptunterteilungen (CA1, CA2 / CA3, CA4 / Gyrus dentatus, SR / SL / SM und Subiculum) des Hippocampus umfasst und erstreckt sich über die gesamte anterior-posterior Länge der Struktur. Die kompletten segmentierten Atlanten sind für die Öffentlichkeit online (cobralab.ca/atlases/Hippocampus). Diese Arbeit ist für viele Gruppen innerhalb des Neuroimaging-Feld und wird dazu beitragen, einige der bestehenden Diskrepanzen in Hippocampus-Unterfeldsegmentierung zu begrenzen.
Zuverlässigkeitsprüfung des Protokolls zeigt eine hohe räumliche Überlappung zwischen Original und neu segmentiert Etiketten, die eine hohe intra-Reliabilität widerspiegelt (Tabelle 2). Ein Kappa-Wert von 0,91 für den gesamten Hippocampus im Vergleich mit anderen in der Literatur 35,37 berichteten Werte. Die Intra-Rater-Reliabilität von vielen der Teilfelder auch vergleiche auch mit anderen ähnlichen Segmentierung Protokolle; haben jedoch einige Strukturen unteren Zuverlässigkeiten 25,33,35,37 .Dieses kann ein Ergebnis einschließlich der SR / SL / SM-Unterfeld in dem vorliegenden Protokoll, wo andere Gruppen nicht, die in benachbarten Teilfeldern führt (die Subiculum, CA1 sein, und CA2 / CA3) dünner ist, und daher stark von der Dice kappa metrischen 33,35 bestraft. Zusätzlich wird der Test erneut Prozess in diesem Protokoll verwendet vielleicht strenger und somit repräsentativ für wahre Protokoll Zuverlässigkeit als diejenigen von anderen Gruppen eingesetzt. Die gesamte anterior-posterior Länge einer Halbkugel jedes Thema wurde neu segmentiert, während andere Gruppen mit höheren Zuverlässigkeiten Segment nur wenige koronalen Scheiben 23,33,37 .Die Unterfeld mitder niedrigste kappa (0,64) ist der CA2 / CA3, die eine kleine, dünne Struktur ist. Es wurde zuvor gezeigt, dass die intra Beurteiler Fehler für alle Teilbereiche in diesem Protokoll höher als eine simulierte 0,3 mm Translationsfehler in jeder Himmelsrichtung oder einer simulierten 1% Dehnung / Schrumpfung von Etiketten 34 ist. In anderen Worten, ist die manuelle Neusegmentierung Fehler kleiner als Einführen einer geringen systematischen Fehler, der den hohen manuellen Reproduzierbarkeit des Protokoll unterstützt.
Der Experte manuelle rater untersucht jedes der fünf hochauflösenden Bildern im Detail zu bestimmen, welche der in Duvernoyschen Histologie vorliegenden Teilfelder gesehen werden konnte 12. Es wurde festgestellt, dass es nicht möglich, zuverlässig zu unterscheiden, die CA2 aus der CA3, so zu Protokoll, die Zuverlässigkeit zu erhöhen, werden sie in einer Struktur zusammengefasst wurden. Diese Regel folgt dem Vorbild der früheren Gruppen 33,37. Es war auch nicht möglich, die aus dem Stratum CA4 Molekulare zu unterscheiden,Stratum granulosum und polymorphe Schicht des Gyrus dentatus in den Bildern, oder unter den Gyrus dentatus Schichten selbst zu unterscheiden. Die CA4 und alle Gyrus dentatus Schichten wurden daher zu einem Label (CA4 / DG) kombiniert. Es gibt in der Tat, eine Debatte in der Hippocampus-Unterfeldsegmentierung Community, ob der CA4-Region muss als Teil des Ammonshorn, wie bei Duvernoy 12, oder als ein Teil des Gyrus dentatus, wie Amaral 3 werden. Die in dieser Handschrift vorgestellte Verfahren bietet Platz für beide dieser Ansichten, und folgt der Arbeit der vorangegangenen MR Segmentierung Gruppen 23,28,33,35,37. Die Schichten radiatum, lacunosum und moleculare des Ammonshorn auch nicht getrennt ausgewiesen wurden so zu einem Label kombiniert, wie bei früheren Gruppen 37.
Die genaue Analyse der Neuroanatomie ist durch histologische Schnitte und Färbung, aber diese Art der Analyse leidet unter einer Reihe von Fragen: limited Zugang zu festen Proben (die in sehr kleinen Stichproben führt); die erforderlich ist, um Proben herzustellen Know-how; Verzerrungen des Gehirns nach der Fixierung; und Schwierigkeiten bei der Anwendung einer festen Atlas digital, in vivo-Daten 1,2,8. In Ex-vivo-Bildgebung, bietet lange Aufnahmezeiten von einem festen Gehirn in einem MR-Scanner auch ein detailliertes Bild der Neuroanatomie, aber wie bei der Histologie ist der Probenzahl begrenzt und es gibt morphometrische Unterschiede zwischen der festen und in vivo Gehirn 37. In vivo MR Imaging hat eine begrenzte Auflösung, aber bietet die Möglichkeit für viel größere Stichprobenumfänge sowie das Potenzial zur Abbildung eines einzigen Thema zu mehreren Zeitpunkten. Durch die Verlängerung der Aufnahmezeit auf Standard-Feldstärke-Scanner (innerhalb der Grenzen unterliegen Komfort) ist der Detailgrad in In-vivo-Bilder aus, um Unterstruktur-Level Neuroanatomie zu lösen. Das für die Bilder seg verwendet Akquisitionmentiert in diesem Protokoll bietet daher einen vernünftigen Kompromiss zwischen Proben Verfügbarkeit und Bildauflösung.
Dieses Protokoll wurde für die hochauflösende MR-Bildern, wie sie verwendet werden, um die Protokollschritte in diesem Manuskript 26,34 illustrieren entwickelt. Hochauflösende Bilder wurden an einem 3T-Scanner durch die Nutzung von langen Zykluszeiten und Bildmittelung erfasst. Die Gesamtzykluszeit für beide FSPGR-BRAVO und FSE-CUBE Akquisitionen betrug zusammen knapp 2 Stunden. Es wird anerkannt, dass dies eine prohibitive Abtastlänge für klinische Anwendungen: Diese Sequenz wurde hier zu illustrativen Zwecken zur Segmentierung Protokoll. Die Autoren glauben, daß die in diesem Manuskript beschrieben Segmentierungs Protokoll könnte, um Bilder mit einer kürzeren Zykluszeit angepasst werden, beispielsweise eine einzelne 3T Erfassung (im Gegensatz zur 3 Nahmen für jedes Kontrasttyps, wie Winter et al. 2013 34 und Park et al., 2014 26 7,27 angewendet werden.
Das Protokoll wurde für entworfen und auf Bildern von gesunden Probanden durchgeführt, kann aber auch angewendet werden (entweder manuell oder mit Hilfe eines automatischen Segmentierungs Pipeline 7,16,27), um Bilder von kranken Bevölkerungen wie Alzheimer-Patienten, bei denen schwere Atrophie macht die Hippocampus eine Struktur von besondererInteresse. 5,30 Trotz dieser Atrophie, würde Sehenswürdigkeiten rund um den Hippocampus und Intensitätskontrast in den Bildern bedeuten die Segmentierung Protokoll würde noch weitgehend lebensfähig sein. Solche klinischen Bildern wahrscheinlich auf einen Scanner mit einem viel niedrigeren Feldstärke erfasst werden, wie zum Beispiel 1,5 T, wobei die Auflösung wäre zu gering, um Substrukturen sehen sein.
Die Art von Software verwendet, um die Segmentierungen durchzuführen, ist von Bedeutung, da es wichtig ist, in der Lage, auf die Struktur von mehreren Standpunkten (dh, koronal, sagittal, axial) zu suchen. Zusätzlich kann die Verwendung einer 3D-Visualisierung der Oberfläche der Struktur verwendet, zu glätten die Gesamttopologie des Hippocampus werden. Oft errant Voxel oder unlogische Formen werden nicht in den 2-dimensionsal Kardinalebenen offensichtlich sein, aber wird sehr deutlich auf einer 3D-Oberfläche sein. Auf hochauflösenden Bildern, gilt das Protokoll auf ca. 118 koronalen Scheiben und erfordert nach oben von 40 Stunden WOrk pro Fach durch eine zuvor ausgebildete Experten manuelle rater. Diese Menge an Handarbeit begrenzt die Anwendbarkeit des vollständigen Protokolls zu einem großen Thema Set. Wäre es möglich, eine modifizierte Version des Protokolls als zeitsparende Maßnahme zu implementieren: zum Beispiel könnte jeder andere Koronalschichtansichten segmentiert werden, um eine Abschätzung des Unterfelds Volumina bereitzustellen oder Unterfelder kombiniert werden könnten, beispielsweise alle Ammons Subfelder ( CA1, CA2 / CA3 und SR / SL / SM).
Zusammenfassend zeigt diese Handschrift eine detaillierte manuelle Segmentierung Protokoll für den gesamten Hippocampus und fünf Hippocampus Subfelder (CA1, CA2 / CA3, CA4 / Gyrus dentatus, Schichten radiatum / lacunosum / moleculare und Subiculum). Dieses Protokoll wurde um fünf Themen aufgebracht worden ist, und die Atlanten zur Verfügung gestellt wurden öffentlich (cobralab.ca/atlases/Hippocampus) gefertigt. Diese Atlanten ermöglichen anderen Laboratorien interessiert Hippocampus-Segmentierung, um zuverlässige, wiederholbare Segmentierungen des Hippocampus Subfelder auf führenneue Bilddatensätze.
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Acknowledgments
Die Autoren danken, die Unterstützung der CAMH Stiftung anerkennen, Dank an Michael und Sonja Koerner, der Kimel Familie, und dem Paul E. Garfinkel New Investigator Catalyst Award. Dieses Projekt wurde vom Fonds de Recherches Santé Québec, der kanadischen Institutes of Health Research (CIHR), den Natur- und Ingenieurwissenschaften Research Council of Canada, die Weston Brain Institute, die Alzheimer-Gesellschaft von Kanada und den Micheal J. Fox Foundation für die Parkinson-Forschung (MMC) sowie CIHR, der Ontario Mental Health Foundation, NARSAD, und dem National Institute of Mental Health (R01MH099167) (ANV). Die Autoren möchten auch Anusha Ravichandran Hilfenahme der Bilder bedanken.
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 |
References
- Adler, D. H., et al. Reconstruction of the human hippocampus in 3D from histology and high-resolution ex-vivo MRI. IEEE Intl. Symp. on Biomed. Img. , 294-297 (2012).
- Adler, D. H., et al. Histology-derived volumetric annotation of the human hippocampal subfields in postmortem MRI. NeuroImage. 84 (1), 505-523 (2014).
- Amaral, D. G. A golgi study of cell types in the hilar region of the hippocampus in the rat. J. Comp. Neurol. 182 (4 Pt 2), 851-914 (1978).
- Blumberg, H. P., et al. Amygdala and Hippocampal Volumes in Adolescents and Adults With Bipolar Disorder. Arch Gen Psychiatry. 60 (12), 1201-1208 (2003).
- Braak, H., Braak, E.
- Boccardi, M., et al. Survey of protocols for the manual segmentation of the hippocampus: preparatory steps towards a joint EADC-ADNI harmonized protocol. J. Alzheimer's Dis. 26 (3), 61-75 (2011).
- Chakravarty, M. M., et al. Performing label-fusion-based segmentation using multiple automatically generated templates. Hum. Brain Mapp. 34 (10), 2635-2654 (2013).
- Chakravarty, M. M., Bertrand, G., Hodge, C. P., Sadikot, A. F., Collins, D. L. The creation of a brain atlas for image guided neurosurgery using serial histological data. NeuroImage. 30 (2), 359-376 (2006).
- Collins, D. L., Neelin, P., Peters, T. M., Evans, A. C. Automatic 3D intersubject registration of MR volumetric data in standardized Talairach space. J. Comput. Assist. Tomogr. 18 (2), 192-205 (1994).
- Heijer, F. V., et al. Structural and diffusion MRI measures of the hippocampus and memory performance. NeuroImage. 63 (4), 1782-1789 (2012).
- Duncan, K., Tompary, A., Davachi, L. Associative encoding and retrieval are predicted by functional connectivity in distinct hippocampal area ca1 pathways. The Journal of Neuroscience. 34 (34), 11188-11198 (2014).
- Duvernoy, H. M. The Human Hippocampus: Functional Anatomy Vascularization, and Serial Sections with MRI. , Springer Verlag. (2005).
- Fatterpekar, G. M., et al. Cytoarchitecture of the human cerebral cortex: MR microscopy of excised specimens at 9.4 Tesla. Am. J. Neuroradiol. 23 (8), 1313-1321 (2002).
- Frey, S., Pandya, D. N., Chakravarty, M. M., Bailey, L., Petrides, M., Collins, D. L. An MRI based average macaque monkey stereotaxic atlas and space (MNI monkey space). NeuroImage. 55 (4), 1435-1442 (2011).
- Goubran, M., Crukley, C., de Ribaupierre, S., Peters, T. M., Khan, A. R. Image registration of ex-vivo. MRI to sparsely sectioned histology of hippocampal and neocortical temporal lobe specimens. NeuroImage. 83, 770-781 (2013).
- Heckemann, R. A., Hajnal, J. V., Aljabar, P., Rueckert, D., Hammers, A. Automatic anatomical brain MRI segmentation combining label propagation and decision fusion. NeuroImage. 33 (1), 115-126 (2006).
- Holmes, C. J., Hoge, R., Collins, L., Woods, R., Toga, A. W., Evans, A. C. Enhancement of MR images using registration for signal averaging. J. Comput. Assist. Tomogr. 22 (2), 324-333 (1998).
- Karnik-Henry, M. S., Wang, L., Barch, D. M., Harms, M. P., Campanella, C., Csernansky, J. G. Medial temporal lobe structure and cognition in individuals with schizophrenia and in their non-psychotic siblings. Schizophrenia Research. 138 (2-3), 128-135 (2012).
- Kim, J. S., et al. Automated 3-D extraction and evaluation of the inner and outer cortical surfaces using a Laplacian map and partial volume effect classification. NeuroImage. 27 (1), 210-221 (2005).
- La Joie, R., et al. Differential effect of age on hippocampal subfields assessed using a new high-resolution 3T MR sequence. NeuroImage. 53 (2), 506-514 (2010).
- Libby, L. A., Ekstrom, A. D., Ragland, J. D., Ranganath, C. Differential connectivity of perirhinal and parahippocampal cortices within human hippocampal subregions revealed by high-resolution functional imaging. The Journal of Neuroscience. 32 (19), 6550-6560 (2012).
- Atlas of the Human Brain. Mai, J. K., Paxinos, G., Voss, T. , 3rd ed, (2008).
- Mueller, S. G., et al. Measurement of hippocampal subfields and age-related changes with high resolution MRI at 4T. Neurobiol Aging. 28 (5), 719-726 (2006).
- Narr, K. L., et al. Regional specificity of hippocampal volume reductions in first-episode schizophrenia. NeuroImage. 21 (4), 1563-1575 (2004).
- Olsen, R. K., Palombo, D. J., Rabin, J. S., Levine, B., Ryan, J. D., Rosenbaum, R. S. Volumetric Analysis of Medial Temporal Lobe Subregions in Development Amnesia using High-Resolution Magnetic Resonance Imaging. Hippocampus. 23 (10), 855-860 (2013).
- Park, M. T. M., et al. Derivation of high-resolution MRI atlases of the human cerebellum at 3T and segmentation using multiple automatically generated templates. NeuroImage. 95, 217-231 (2014).
- Pipitone, J., et al. Multi-atlas Segmentation of the Whole Hippocampus and Subfields Using Multiple Automatically Generated Templates. NeuroImage. 101, 494-512 (2014).
- Pluta, J., Yushkevich, P., Das, S., Wolk, D. In vivo analysis of hippocampal subfield atrophy in mild cognitive impairment via semi-automatic segmentation of T2-weighted MRI.Journal of Alzheimer's Disease. 31 (1), 85-99 (2012).
- Pruessner, J. C., et al. Volumetry of hippocampus and amygdala with high-resolution MRI and three- dimensional analysis software: minimizing the discrepancies between laboratories. Cereb Cortex. 10 (4), 433-442 (2000).
- Sabuncu, M. R., et al. The dynamics of cortical and hippocampal atrophy in Alzheimer disease. Archives of Neurology. 68 (8), 1040-1048 (2011).
- Scoville, W. B., Milner, B. Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions. J. Neuropsych. and Clin. Neurosci. 12 (1), 103-113 (1957).
- Toga, A. W., Thompson, P. M., Mori, S., Amunts, K., Zilles, K. Towards multimodal atlases of the human brain. Nat. Rev. Neurosci. 7 (12), 952-966 (2006).
- van Leemput, K., et al. Automated segmentation of hippocampal subfields from ultra-high resolution in vivo. MRI. Hippocampus. 19 (6), 549-557 (2009).
- Winterburn, J. L., et al. A novel in vivo atlas of human hippocampal subfields using high-resolution 3 T magnetic resonance imaging. NeuroImage. 74, 254-265 (2013).
- Wisse, L. E. M., Gerritsen, L., Zwanenburg, J. J. M., Kuijf, H. J. Subfields of the hippocampal formation at 7 T MRI: in vivo. volumetric assessment. NeuroImage. 61 (4), 1043-1049 (2012).
- Yelnik, J., et al. A three-dimensional, histological and deformable atlas of the human basal ganglia. I. Atlas construction based on immunohistochemical and MRI data. NeuroImage. 34 (2), 618-638 (2007).
- Yushkevich, P. A., et al. A high-resolution computational atlas of the human hippocampus from postmortem magnetic resonance imaging at 9.4 T. NeuroImage. 44 (2), 385-398 (2009).
- Yushkevich, P. A., et al. Quantitative Comparison of 21 Protocols for Labeling Hippocampal Subfields and Parahippocampal Subregions in In Vivo MRI: Towards a Harmonized Segmentation Protocol. NeuroImage. , (2015).
