The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
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1Department of Psychiatry, University of Geneva School of Medicine, 2Signal Processing Laboratory, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, 3Department of Radiology, University Hospital Center and University of Lausanne, 4Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, Massachusetts General Hospital
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Schaer, M., Cuadra, M. B., Schmansky, N., Fischl, B., Thiran, J. P., Eliez, S. How to Measure Cortical Folding from MR Images: a Step-by-Step Tutorial to Compute Local Gyrification Index. J. Vis. Exp. (59), e3417, doi:10.3791/3417 (2012).
1. 3 डी cortical सतहों फिर से संगठित
प्रोटोकॉल का यह पहला हिस्सा मानक FreeSurfer पाइपलाइन का उपयोग करता है में वर्णित के रूप में विकी (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki). ध्यान दें कि यहाँ विस्तृत आदेश cortical सतह पुनर्निर्माण प्राप्त करने का एक तरीका का वर्णन करने के लिए, लेकिन समतुल्य आदेशों का भी इस्तेमाल किया जा सकता है.
2. स्थानीय Gyrification सूचकांक कंप्यूट
जब आप अपने सतहों के साथ संतुष्ट हैं, स्थानीय Gyrification सूचकांक (एल सैनिक) गणना समादेश के प्रयोग से :
टोह सभी lgi - एस
यह आदेश के बारे में 3 घंटे के लिए आम तौर पर एक अध्ययन भागीदार के दोनों गोलार्द्धों के लिए चलाता है, अपने कार्य केंद्र की शक्ति पर निर्भर करता है. एल सैनिक प्रक्रिया के विभिन्न चरणों में छवि में overviewed हैं. 1. कंप्यूटिंग रूपात्मक समापन आपरेशन का उपयोग कर एक बाहरी सतह के निर्माण के साथ शुरू होता है. इस बाहरी सतह, h.pial_outer_smoothed चिह्नित, आगे छवि में सचित्र है. 3. फिर, के बारे में 800 हित के परिपत्र अतिव्यापी क्षेत्रों बाहरी सतह पर बनाया जाता है. इन क्षेत्रों के हर एक के लिए, ब्याज की एक इसी क्षेत्र पर परिभाषित किया गया हैpial सतह. पूरे अभिकलन एक व्यक्ति cortical सतह के प्रत्येक बिंदु के लिए एक एल सैनिक मूल्य (यानी गोलार्द्ध के प्रति मानों 150.000 ~) युक्त नक्शे के निर्माण के साथ समाप्त होता है.
3. प्रत्येक गोलार्द्ध के लिए एल सैनिक गणना के परिणाम की जाँच करें
tksurfer
एल सैनिक मान cortical सतह पर मढ़ा जाता है . सही एल के रूप में सैनिक मूल्यों आमतौर पर 1 और 5 के बीच शामिल हैं, 1 पर न्यूनतम सीमा (विकल्प fthresh के साथ) एक तेजी की जांच की अनुमति देता है स्थापित: आप किसी भी ग्रे cortical क्षेत्र नहीं देखना चाहिए. सही व्यक्ति के परिणाम के एक उदाहरण छवि में दिखाया गया है. 4.
4. सांख्यिकीय समूह की तुलना
उद्देश्य प्रत्येक शीर्ष पर cortical सतह पर समूह के प्रभाव जबकि लिंग के प्रभाव को नियंत्रित करने के लिए और यों हैउम्र. तुम उसी प्रक्रिया का पालन करने की आवश्यकता के रूप में यदि आप प्रत्येक शीर्ष पर cortical मोटाई की तुलना करना चाहते हैं जाएगा,
5. विश्लेषण
वैकल्पिक रूप से, सांख्यिकीय विश्लेषण अंततः cortical 11 FreeSurfer में एकीकृत parcellation के स्तर पर गणना जा सकता है. उस प्रयोजन के लिए, औसत एल सैनिक मूल्यों प्रत्येक गोलार्द्ध के लिए ब्याज की 34 gyral क्षेत्रों के लिए निकाला जा सकता है, और इन मापों और विभिन्न समूहों के बीच तुलना की जा सकती है . यह पार्सल - वार विश्लेषण (के रूप में शिखर - वार विश्लेषण ऊपर वर्णित करने के लिए विरोध) आकर्षक हो सकता है के रूप में यह सांख्यिकीय तुलना की राशि की सीमा सकता है. हालांकि, आसपास के परिपत्र क्षेत्र में प्रत्येक बिंदु पर एल सैनिक gyrification quantifies, ताकि ब्याज की एक gyral क्षेत्र में औसत एल सैनिक भी कुछ हद तक ब्याज के पड़ोसी क्षेत्रों में gyrification को दर्शाता है.
अंत में, हालांकि सबसे महत्वपूर्ण मुद्दों को इस प्रोटोकॉल, कि फादर के दौरान सामना हो सकता है है अन्य समस्याओं के लिए एक समाधान में वर्णित किया गयाeeSurfer या एल सैनिक प्रसंस्करण FreeSurfer मेलिंग सूची (के अभिलेखागार में पाया जा सकता है है http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/FreeSurferSupport) .
6. प्रतिनिधि परिणाम
प्रोटोकॉल के खंड -1 सी के रूप में वर्णित है, आप हमेशा ध्यान cortical सतहों के पुनर्निर्माण के एल सैनिक अभिकलन करने के लिए पहले सटीकता की जाँच करनी चाहिए . ललाट और पश्चकपाल पालि के बीच स्क्रॉल जबकि विशेष ध्यान है कि जहाजों और झिल्ली pial सतह में शामिल नहीं हैं भुगतान करते हैं. यह भी जाँच करें कि सफेद सतह सही ग्रे सफेद इंटरफ़ेस के बाद. सही पुनर्निर्माण का एक उदाहरण चित्रा 2 में प्रदान की जाती है (पूरी मात्रा के लिए एनिमेटेड gif आंकड़ा देखें).
एल सैनिक अभिकलन के अंत में, आप भी करने के लिए प्रत्येक विषय के दोनों गोलार्द्धों के लिए परिणाम की जांच करनी होगी .वहाँ एक सैनिक एल 1 से छोटे परिणाम के साथ किसी भी cortical क्षेत्र नहीं होना चाहिए. प्रोटोकॉल की धारा 3 और 4 आंकड़ा दिखाने के लिए कैसे सही जांच करने के लिए अगर मैं सैनिक अभिकलन के उत्पादन सही है.
चित्रा 1. एल सैनिक अभिकलन के अवलोकन के पहले, तीन आयामी cortical जाल मॉडल मानक FreeSurfer पाइपलाइन का उपयोग कच्चे छवियों से खंगाला हैं . ये पुनर्निर्माण एल्गोरिदम बिंदु शुरू करने के लिए दफन sulci के मुद्दे पर काबू पाने के रूप में एक द्विआधारी सफेद पदार्थ की मात्रा का उपयोग करें. cortical जाल मॉडल आम तौर पर के बारे में 150.000 कोने शामिल हैं और प्रतिष्ठित प्रत्येक बिंदु पर cortical मोटाई की गणना के लिए इस्तेमाल किया. इसी तरह, स्थानीय Gyrification सूचकांक (एल सैनिक) प्रत्येक शीर्ष पर गणना की जाएगी. उस प्रयोजन के लिए, एक बाहरी सतह बनाया है. फिर एक बाहरी पर ब्याज की इसी परिपत्र क्षेत्रों की पहचान कर रहे हैंघ cortical मिलान एल्गोरिथ्म का उपयोग करने की सतह. बाद ब्याज की अतिव्यापी क्षेत्रों, एल सैनिक की व्यक्तिगत नक्शे के निर्माण में प्रक्रिया का परिणाम पैदा करने के बारे में 800. इन मानचित्रों को आसानी से व्याख्या कर सकते हैं: 5 साधन के एक सूचकांक है कि वहाँ 5 बार अधिक cortical सतह आसपास के क्षेत्र में sulci भीतर invaginated है कि राशि दिखाई cortical सतह के; 1 साधन के एक सूचकांक है कि प्रांतस्था के आसपास के क्षेत्र में फ्लैट है . अंत में, सांख्यिकीय समूह तुलना प्रत्येक शीर्ष स्तर पर गणना कर रहे हैं इसी तरह cortical मोटाई की तुलना करने के लिए.
चित्रा 1 बी. एल सैनिक व्यक्तिगत cortical नक्शे. इस छोटी सी फिल्म एक व्यक्ति के रूप में छवि में दिखाया गया cortical lGI नक्शे के एक 360 डिग्री रोटेशन से पता चलता है. 1. यह हड़ताली है कृपया ध्यान दें कि उच्च एल सैनिक मूल्यों के साथ cortical क्षेत्रों को पहली utero जीवन में के दौरान बनाया जा गुना के अनुरूप: Sylvian विदर, बेहतर अस्थायी परिखा औरमस्तिष्क के पार्श्व दृश्य पर traparietal परिखा, और मस्तिष्क के औसत दर्जे का दृश्य पर parieto पश्चकपाल परिखा फिल्म देखें
चित्रा 2. पर्याप्त cortical सतह पुनर्निर्माण (एक राज्याभिषेक अनुभाग) का उदाहरण पुनर्निर्माण की प्रक्रिया के अंत के बाद, cortical सतहों सही पूरे मस्तिष्क मात्रा भर में सत्यापित किया जाना चाहिए . भीतर cortical सतह (चिह्नित हरे रंग में सफेद, छवि की सतह पर) ठीक ग्रे सफेद इंटरफ़ेस का पालन करना चाहिए. बाहरी cortical सतह (यानी इंटरफ़ेस ग्रे-CSF, pial सतह, यहाँ लाल रंग में चिह्नित) पोत या झिल्ली के किसी भी टुकड़ा शामिल नहीं किया जाना चाहिए. ध्यान से, यहाँ प्रस्तुत उदाहरण "बर्ट" FreeSurfer पैकेज के साथ वितरित विषय का उपयोग करता है.
चित्रा 2B. पर्याप्त cortical सतह reconstru का उदाहरण(पूर्ण मात्रा) ction यह एनिमेटेड gif छवि प्रत्येक राज्याभिषेक खंड पर "बर्ट" विषय के बाएँ गोलार्द्ध के cortical सतह, के रूप में सबसे FreeSurfer के साथ सबसे पश्चकपाल राज्याभिषेक वर्गों के लिए ललाट से स्क्रॉल द्वारा देखा से पता चलता है फिल्म देखें
चित्रा 3. बाहरी एल सैनिक प्रक्रिया (एक राज्याभिषेक अनुभाग) के एक भाग के रूप में गणना की सतह का उदाहरण. एल सैनिक अभिकलन में पहला कदम एक बाहरी गोलार्द्ध घेर सतह की रचना है. यह सतह (चिह्नित FreeSurfer? H.pial_outer_smoothed) tkmedit का उपयोग कर जाँच की जा सकती है. यहाँ, "बर्ट" FreeSurfer साथ वितरित विषय एक उदाहरण के रूप में प्रयोग किया जाता है.
चित्रा 3B. बाहरी एल सैनिक (पूर्ण मात्रा) की प्रक्रिया के एक भाग के के रूप में गणना की सतह का उदाहरण यह एनिमेटेड gif छवि.प्रत्येक राज्याभिषेक खंड पर बाएँ गोलार्द्ध के बाहरी सतह, के रूप में सबसे करने के लिए सबसे पश्चकपाल FreeSurfer में tkmedit साथ राज्याभिषेक वर्गों के लिए ललाट से स्क्रॉल द्वारा देखा से पता चलता है. दृश्य फिल्म
चित्रा 4. सही एल सैनिक उत्पादन का उदाहरण के रूप में FreeSurfer साथ देखा जा सकता है. एल सैनिक के साथ "बर्ट" विषय के cortical सतह के विभिन्न झुकाव मढ़ा मूल्यों. रंग - कोड डिफ़ॉल्ट "गर्मी" उपरिशायी के रूप में FreeSurfer में tksurfer साथ देखा है. 1 की एक न्यूनतम सीमा का उपयोग करना, सभी कोने रंग का हो और कोई cortical क्षेत्र एपी चाहिए चाहिएग्रे में नाशपाती. ध्यान से, रंग उपरिशायी विकल्प tksurfer, जहां न्यूनतम और अधिकतम मान के रूप में के रूप में अच्छी तरह से एल सैनिक के समग्र वितरण के हिस्टोग्राम भी जाँच की जा सकती "ओवरले कॉन्फ़िगर" का उपयोग करते हुए संशोधित किया जा सकता है है .
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ऊपर प्रोटोकॉल बताता है कि कैसे मस्तिष्क T1 भारित एमआरआई पर आधारित स्थानीय Gyrification इंडेक्स को मापने के लिए और सांख्यिकीय समूह तुलना आचरण. हमारी पद्धति विशेष रूप से किया गया है cortical विस्तार की प्रक्रिया में जल्दी व्यवधान स्थानीयकरण और जैसे कई neurodevelopmental या मनोरोग शर्तों में विशेष रुचि के है. नैदानिक नमूनों में समूह की तुलना के उदाहरण हमारे समूह 1,12 या 13-16 दूसरों के द्वारा प्रकाशनों में पाया जा सकता है है. प्रक्रिया पूरी तरह से स्वचालित है और आवश्यकता है केवल करने के लिए क्रियान्वित किया जा आदेश है, हालांकि दो मापदंडों को संशोधित किया जा सकता है.
पहली परिवर्तनीय पैरामीटर एल सैनिक अभिकलन के स्तर पर है: ब्याज की परिपत्र क्षेत्र की त्रिज्या. त्रिज्या 25 मिमी, जो आदेश में चुना गया था एक समय में एक से अधिक परिखा शामिल करते हुए एक पर्याप्त संकल्प बनाए रखने के लिए सेट डिफ़ॉल्ट रूप से है. हमारी मान्यता कागज टी पर त्रिज्या के प्रभाव का एक प्रयोग भी शामिल हैवह cortical gyrification 1 नक्शे, कि बड़े radii दिखा स्थानीय मॅक्सिमा की एक कमजोर पड़ने के साथ cortical नक्शे चिकनी करते हैं . नैदानिक अध्ययन के लिए, हम 20 और 25 मिमी के बीच एक त्रिज्या की सिफारिश करेंगे.
दूसरा समायोज्य पैरामीटर सांख्यिकीय विश्लेषण के स्तर पर चौरसाई की राशि है. आदेश में संकेत से शोर अनुपात में वृद्धि करने के लिए, डेटा cortical रोजगार निकटतम - पड़ोसी औसत प्रक्रिया चलने का जाल पर smoothed रहे हैं. हमारा के रूप में इसी तरह की स्थिति (अर्थात् देशी अंतरिक्ष में मापा डेटा, cortical सतह पर एक ही डेटा वितरण, और एक ही sulcal आधारित एक अध्ययन के विशिष्ट टेम्पलेट के साथ पंजीकरण तकनीक) आमतौर पर आधे अधिकतम (FWHM में एक पूर्ण चौड़ाई का उपयोग के साथ cortical मोटाई अध्ययन ) 10 मिमी (संदर्भ के लिए cortical मोटाई FreeSurfer के डेवलपर्स द्वारा सह लेखक अध्ययन 17 6mm की गिरी, 18-21 13mm और 22mm 22,23) का इस्तेमाल किया. ऊपर प्रोटोकॉल में, हम 1 के एक FWHM उपयोग का प्रस्ताव0 से cortical मोटाई साहित्य के अधिकांश के साथ कतार में रखने मिमी. हालांकि, cortical एल सैनिक नक्शे के रूप में पहले से ही अपेक्षाकृत चिकनी, तुलना का परिणाम बमुश्किल या चौरसाई की उपस्थिति या अनुपस्थिति अनुसार बदल जाएगा.
हालांकि मापने gyrification और मोटाई शेयर आम चरणों के लिए तरीकों के कार्यान्वयन, हम जोर है कि दोनों उपायों cortical आकारिकी के विभिन्न गुणों को प्रतिबिंबित करना चाहते हैं. के रूप में पहले से ही ऊपर जोर दिया है, gyrification ज्यादातर जल्दी घटनाओं से प्रभावित है. इसके विपरीत, cortical मोटाई काफी हद तक बचपन, किशोरावस्था और जल्दी 24 वयस्कता के दौरान maturational परिवर्तन के प्रति संवेदनशील है. एक योजनाबद्ध सरल ध्यान में रखते हुए, इन पूरक गुणों को मापने neurodevelopmental 25 विकारों के रोगजनन के बारे में हमारी समझ अग्रिम की संभावना प्रदान करता है.
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लेखकों खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Material: a Unix or Mac workstation with a processor of 2GHz or faster and a minimum of 4GB of RAM, with FreeSurfer installed (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki, preferably the latest version, but no older than version 4.0.3). In order to compute the local Gyrification Index, MATLAB is also required (http://www.mathworks.com/) along with the Image Processing Toolbox. | |||
| Data: A sample of good quality (high-resolution, high contrast) cerebral MRI T1-weighted dataset. Your group of subjects must be preferably matched for age and gender. Given the normal inter-individual variability in cerebral morphology, the number of subjects in each group should be sufficient to identify an existing group difference (the more - the better). A reasonable minimum sample size would be around 20 subjects per group (although you can probably go for less if the intensity of changes is large and if your groups are tightly matched for gender and age). | |||
| FreeSurfer | Martinos Center for Biomedical Imaging, MGH | Version newer than 4.0.3 | |
| Matlab | Mathworks | Image Processing Toolbox | |
