كيفية قياس الطي القشرية من صور MR : برنامج تعليمي خطوة بخطوة لحساب الرقم القياسي المحلي Gyrification

الهدف العام من هذا الإجراء هو قياس طيات القشرة الدماغية أو عملية التخدد بدقة فائقة استناداً إلى التصوير بالرنين المغناطيسي للدماغ. يتم تحقيق ذلك أولاً عن طريق إنشاء تمثيلات ثلاثية الأبعاد دقيقة لأسطح القشرة باستخدام برنامج free surface. وتتمثل الخطوة الثانية في بناء سطح خارجي يلتف بإحكام حول سطح التلافيف باستخدام خوارزمية الإغلاق المورفولوجي.

بعد ذلك، يتم إنشاء مئات من المناطق الدائرية المتداخلة فوق السطح الخارجي ومطابقتها مع رقعة المنطقة القشرية المقابلة لها. ثم يتم حساب نسبة كلا المنطقتين المتقابلتين عند كل نقطة، مما ينتج عنه خرائط فردية للتوضيح المحلي، والتي يمكن استخدامها لاحقاً لإجراء مقارنات إحصائية بين المجموعات التشخيصية المختلفة. وفي النهاية، يمكن لقياس البنية القشرية لدى الأطفال الذين كبروا، أو المراهقين، أو البالغين أن يكشف عن تطور قشري غير طبيعي حدث في الأشهر الأولى من الحياة.

تكمن الميزة الرئيسية لهذه الطريقة مقارنة بالتقنيات الحالية، مثل تلك القائمة على الانحناء أو هندسة مورفولوجيا الخلايا، في أنها توفر قياساً سهل التفسير لعملية التلافيف، وهو قياس غير مقيد بجدران الدائرة كما يوفر دقة فائقة. يمكن لهذه الطريقة أن تساعدنا في الإجابة على بعض الأسئلة الجوهرية فيما يتعلق بتطور الحالات النفسية أو الاضطرابات النمائية العصبية. بعبارة أخرى، يمكننا فهم كيف يمكن لأحداث النماء العصبي المبكرة جداً، مثل تلافيف القشرة المخية، أن تؤثر لاحقاً على تطور المسببات المرضية في مرحلة البلوغ.

لقد خطرت لنا فكرة هذه التقنية لأول مرة عندما أدركنا أن مؤشر التلافيف الذي استُخدم في التشريح العصبي المقارن منذ عقود يمكن أن يكون مؤشراً قوياً جداً لتطور الدماغ إذا تمكنا من التغلب على المشكلات المتعلقة بطريقة تطبيقه. ستقوم ماري، وهي باحثة أولى في مجموعتنا، وكذلك ماري را، وهي باحثة أولى في مختبر جان فيليب تران، بشرح هذه الطريقة لكم. يستخدم هذا الجزء الأول من البروتوكول مسار عمل FreeSurfer القياسي.

تصف الأوامر المفصلة هنا إحدى الطرق لتحقيق إعادة بناء سطح القشرة المخية، ولكن يمكن أيضاً استخدام أوامر مكافئة لاستيراد ملفات MRI DICOM الخام إلى free surfer. ابدأ بإنشاء بنية المجلدات، ثم انتقل إلى مجلد MRI الخاص بالمبحوث وقم بتحويل ملف MRI الخام إلى صيغة free surfer.

بعد ذلك، قم بتصور الحجم الذي تم تحويله. تحقق من جودة الصورة من خلال التأكد من صحة التوجيه، وكفاية التباين، وعدم تحرك الصورة. تالياً، وباستخدام free surfer، قم بإنشاء نماذج شبكية قشرية ثلاثية الأبعاد.

تستمر هذه العملية لعدة ساعات. ومن أجل معالجة مشكلة Barrett، يقوم برنامج Cellie free surfer أولاً بإنشاء حجم موحد للمادة البيضاء، والذي يُستخدم لاحقاً كنقطة بداية لسطح المادة البيضاء. أولاً، تعمل عملية إعادة البناء على تحسين سطح المادة الرمادية والبيضاء وفقاً للتدرج المحلي للكثافة.

بعد ذلك، يتم توسيع هذا السطح بشكل أكبر وصولاً إلى الواجهة بين المادة الرمادية والسائل الدماغي الشوكي (CSF) لإنشاء نموذج الشبكة المتراكمة. وتنتج عملية إعادة البناء نموذجين لشبكة ثلاثية الأبعاد يتكون كل منهما من حوالي 150,000 نقطة لكل نصف كرة. يمثل النموذج الأبيض الواجهة بين المادة الرمادية والبيضاء، بينما يمثل النموذج المتراكم الواجهة بين المادة الرمادية والسائل الدماغي الشوكي (CSF).

توجد جميع الأسطح والأحجام في فضائها الأصلي، مما يسمح بالقياس دون تشويه. الآن، تحقق من دقة هذه الأسطح المعاد بناؤها عن طريق تراكب السطحين. يوضح المثال عملية المحاذاة للخاضع للاختبار الموزع مع حزمة free surfer.

تأكد من أن السطح الأبيض يتبع بدقة الواجهة الرمادية البيضاء، ومن عدم إدراج الأوعية والغشاء في سطح الكومة لتصحيح نتيجة عملية إعادة البناء يدويًا. ارجع إلى الدروس التعليمية الموجودة في ويكي free surfer. عندما تكون راضيًا عن الأسطح، احسب مؤشر التموضع المحلي أو LGI.

عادةً ما يستغرق تنفيذ هذا الأمر حوالي ثلاث ساعات لنصفي الكرة المخيتين لمشارك واحد في الدراسة. وبناءً على قوة محطة العمل الخاصة بك، تبدأ عملية LGI بإنشاء سطح خارجي باستخدام عملية الإغلاق المورفولوجي (morphological closing operation). بعد ذلك، يتم إنشاء حوالي 800 منطقة اهتمام دائرية متداخلة على السطح الخارجي.

بالنسبة لكل واحدة من هذه المناطق، يتم تحديد منطقة اهتمام مقابلة لها على سطح الكومة. وتنتهي العملية الحسابية بأكملها بإنشاء خريطة فردية تحتوي على قيمة LGI واحدة لكل نقطة من السطح القشري. وينتج عن ذلك حوالي 150,000 قيمة لكل نصف كرة مخية في نهاية حساب LGI.

يمكن التحقق من صحة كلا نصفي الكرة المخية لكل خاضع للدراسة في برنامج free surfer. وعادةً ما تتراوح قيم LGI بين واحد وخمسة. ويمكن ضبط الحد الأدنى على واحد لإجراء فحص سريع.

الغرض من المقارنة الإحصائية بين المجموعات هو قياس تأثير المجموعة عند كل رأس (vertex) عبر مرحلة السطح القشري مع التحكم في تأثير الجنس والعمر. ابدأ بإنشاء قالب خاص بالدراسة، مع إدخال جميع المبحوثين والبيانات الخاصة بك. يقوم هذا الأمر بإنشاء مبحوث باسم average.

بعد ذلك، لاستخدام الأوامر التقليدية لمقارنة نتائج LGI بين المجموعات، قم بإنشاء ملف نصي يحتوي على وصف للمشاركين المشاركين في دراستك. يُعرف هذا الملف أيضاً بملف واصف المجموعة في برنامج FreeSurfer. ثم أعد أخذ عينات من بيانات LGI في هذا الحيز للمشارك المتوسط لكل نصف كرة مخية.

قم بتنعيم البيانات على السطح القشري لتقليل نسبة الإشارة إلى الضوضاء. الآن، احسب المقارنة الجماعية على مستوى كل رأس (vertex). يتطلب ذلك إنشاء ملف نصي للتباين (contrast text file).

على سبيل المثال، في حالة نص FSG D، يجب أن يحتوي ملف نص التباين على القيم واحد ناقص واحد صفر لحساب الفرق بين مجموعات الضابطة والمرضى مع التحكم في العمر والجنس. أخيرًا، قم بتشغيل المقارنة. ثم قم بتصور النتائج على متوسط الأشخاص باستخدام TK surfer عن طريق تحميل ملف البيانات الذي تم إنشاؤه حديثًا.

يُنشئ تحليل الرؤوس (Vertex wise analysis) خريطة إحصائية تُظهر قيم P المرمزة بالألوان والمتراكبة عند كل نقطة. يوضح هذا المثال انخفاضاً ملحوظاً في التفعيل، وبشكل أساسي في الجوانب الإنسية من الدماغ. وباستخدام خيار تكوين التراكب (configure overlay)، يمكنك تعديل عتبة P بالإضافة إلى التصحيح للمقارنات المتعددة باستخدام معدل الاكتشاف الخاطئ (false discovery rate).

تعتبر Q deck واجهة مستخدم رسومية تم تنفيذها في free surfer كما تم وصفها سابقاً باستخدام سطر الأوامر. ستحتاج أيضاً إلى نموذج خاص بالدراسة لاستخدام Q deck مع مؤشر التموضع الموضعي (LGI). أولاً، يتم تنعيم بيانات LGI، حيث تتطلب QE إنشاء جدول بيانات.

يتضمن ذلك وصف المجموعات المختلفة والمتغيرات المربكة الأخرى مثل العمر. إذا لم يكن LGI متاحاً في قائمة المتغيرات التابعة في Q deck، فقم بإضافة السطر التالي إلى ملف RC الخاص بـ Q deck الموجود في الدليل الرئيسي لديك. باستخدام Q deck، ستحصل على نفس النتائج تماماً كما هو الحال عند استخدام سطر الأوامر، وستتمكن علاوة على ذلك من التصحيح للمقارنات المتعددة باستخدام محاكاة مونت كارلو.

على الرغم من تطوير مؤشر التموضع الموضعي (local ification index) من أجل تحليل على مستوى الرؤوس (Vertex wise)، إلا أن حساب متوسط البيانات بمستوى أكثر شمولاً قد يكون مفيداً. فبالنسبة للتحليلات الاستكشافية، يمكن استخراج قيم متوسط LGI للمناطق التلافيفية الـ 34 ضمن مخطط تقسيم القشرة الدمجية في برنامج free surfer. ويمكن بعد ذلك مقارنة هذه القياسات بين المجموعات المختلفة باستخدام برامج الإحصاء الكلاسيكية.

لذا، يمكن أن يكون التحليل على مستوى القطع وسيلة جذابة للحد من عدد المقارنات الإحصائية. ومع ذلك، فإن مؤشر LGI عند كل نقطة يحدد بالفعل درجة الطبقية في المناطق المجاورة محل الاهتمام. ونتيجة لذلك، فإن متوسط LGI في المناطق المحددة محل الاهتمام يمكن أن يعكس أيضاً، إلى حد ما، الطبقية في المناطق المجاورة محل الاهتمام.

للحصول على حلول للمشكلات التي قد تظهر أثناء معالجة free surfer أو LGI، يرجى مراجعة أرشيف القائمة البريدية لـ free surfer. ويمكن دمج طرق أخرى مع هذا الإجراء، مثل قياس سمك القشرة المخية أو T tractography، وهو ما سيتيح لك معرفة كيفية ارتباط التغييرات المبكرة في ification بمزيد من التطور القشري أو تطور مسارات المادة البيضاء.

من خلال مشاهدة هذا الفيديو، ينبغي أن تكتسب فهماً جيداً لكيفية إنشاء تمثيل ثلاثي الأبعاد لسطح القشرة المخية، وكيفية إنشاء خرائط فردية للتطوي، وكيفية مقارنتها بين المجموعات للكشف عن التدهور ذي الدلالة الإحصائية في تطوي القشرة المخية.