在人类白化病的初级视途径弥散张量成像和测量束成像连通

本研究的总体目标是使用扩散成像检查白化病和控制中的丘脑皮质连接，并比较两种跟踪算法的输出光辐射重建。弥散 MRI 和束成像可以帮助回答视觉研究中的关键问题，例如轴突路由错误对人类白化病患者视觉通路结构组织的影响。这项技术的主要优点是它允许对活体大脑中的大型白质通路进行无创映射，并在神经外科计划方面显示出有希望的进展。

按照本协议中的说明获取所有成像。在配备 3 通道头线圈的 32 特斯拉 MRI 扫描仪上。在成像之前，首先彻底筛查每个参与者的 MRI 安全性，并让他们签署一份描述方案的同意书。

为受试者提供耳塞以保护听力，然后将他们仰卧并头先放在扫描仪台上。提供警报挤压灯泡。然后放置垫子以减少头部运动。

水平的眼睛上方的地标。在将拍摄对象送入扫描仪之前。通过使用覆盖整个大脑的 3D MP-RAGE 序列获取高分辨率 T1 加权图像来开始成像。

使用此处屏幕上看到的参数。具有 1 毫米的各向同性体素大小。接下来，获取一个覆盖皮层的 DTI 序列，在两毫米切片中具有 64 个方向。

切片沿前后连合线横向定位。此外，使用 turbo 自旋回波脉冲序列获取 30 到 40 个 PD 加权质子密度图像。将其设置在平行于脑干的冠状方向上，覆盖从脑桥的外部延伸到下丘的后部。

应在对受试者的群体成员身份不知情的情况下进行 LGN 描绘。首先在 FSL 视图中加载高分辨率 PD 图像。然后，单击工具选项卡以选择单个选项来放大图像。

接下来，选择文件选项卡以选择创建蒙版选项，并使用工具栏跟踪每个切片中的 LGN。如果需要，可以更改工具栏中图像的对比度，以便于 LGN 检测。在平均 PD 图像上手动跟踪左右 LGN 蒙版三次，这些图像已插值到两倍的分辨率，因此是原始体素大小的一半。

要执行 VI 分割，首先在 free surfer 中对原生解剖空间中的 T1 加权图像运行 recon all 命令以进行自动处理。然后，使用 label2surf 和 surf2volume 命令将输出转换为 V1 分割转换为体积蒙版。在执行概率跟踪之前，首先运行 flirt linear registration，将 free surfer 和解剖空间中的大脑图像带入扩散空间。

选择全部侦察的自由表面空间输出，或选择主体大脑提取的 T1 作为输入图像。然后，对涡流进行校正，大脑提取扩散加权图像作为参考图像。同样，对于确定性跟踪，使用 flirt linear registration 将质子密度大脑引入扩散空间。

此外，为了准备概率跟踪，运行此线性配准，将参与者的 PD 大脑带到 LGN 掩码转换的空闲表面空间和天然解剖空间。请注意，此步骤将创建两个输出。注册到参考图像和转换矩阵的输入大脑。

接下来，应用 flirt 转化以准备用于牵引成像的种子掩码。对于概率束造影，使用 PD 线性配准到自由冲浪者或解剖学 T1 的点垫输出作为转换矩阵。原始 LGN 掩码作为输入，自由冲浪者空间或解剖空间中的大脑作为参考体积。

请务必使用高级选项中的最近邻插值选择。仅对确定性束成像重复此作，仅这次以弥散空间中的大脑作为参考体积。要标准化 LGN，请使用 FSL 数学创建一个 ROI 点，其中包含用于概率束造影的天然解剖空间中适当单个 LGN 掩码的坐标或用于确定性束造影的扩散空间。

然后，使用 FSL 数学应用所有参与者计算的 MNI 空间中平均掩码的半径，以在原生解剖或扩散空间中围绕 ROI 点创建一个球体。此时，仅使用自由表面空间文件，为概率束成像准备目标掩码。将免费的冲浪者大脑注册到原生解剖空间。

然后，通过使用三线性插值对 V1 蒙版应用转换来创建目标蒙版。要运行概率束成像，首先使用涡流校正来校正扩散加权图像中的失真。然后大脑提取图像。

接下来，选择 bedpost X 选项。然后选择 probabilistic tracking （概率跟踪） 并分别为每个半球运行此 Function。保留默认的基本选项，但为了提高准确性，请在高级选项下选择修改的注油器以计算概率流线。

选择 single mask 作为种子空间。然后，将转换后的 LGN 掩码作为天然解剖空间中的种子图像加载，并将解剖学 T1 到扩散变换矩阵作为种子到扩散变换。最后，从可选目标中选择解剖空间中的 V1 作为目标。

使用标准球形 ROI 重复，然后在自由表面空间中再次使用非归一化种子和目标掩码。要执行确定性束成像，首先在 DSI Studio 中打开涡流校正的扩散加权图像。然后将 bvec 和 bval 文件加载到自动打开的 B 表窗口上，以创建源文件。

然后选择 DTI 作为重建方法，并在源文件上运行该方法以生成光纤信息文件。在程序的跟踪窗口中打开纤维信息文件，并分别为每个半球运行跟踪。使用扩散空间中的 LGN 作为种子，使用 DSI 工作室 Brodmann 图谱中的区域 17 作为决定性区域。

在每次运行中，将自由冲浪者分割图谱中的对侧白质掩码设置为回避区域。在扩散空间中使用球形 ROI 而不是单个 LGN 作为束成像的种子区域进行重复跟踪。此处显示了白化病患者的平均冠状质子密度图像。

手动追踪的右侧和左侧 LGN 感兴趣区域以红色表示。此处显示了使用最近邻 （red） 和三线性 （blue） 插值将 LGN 蒙版转换为空闲冲浪者空间。体素明智的统计分析和基于区域的统计数据显示，由于与对照组相比，白化病的 FA 降低，因此白化病中没有大于对照对比的显著区域。

然而，在对照组中，大于白化病对比的组间存在显著差异。在这里，我们看到了这些结果的加厚骨架版本。DSI studio 光纤跟踪输出表明，与对照受试者相比，白化病患者的 LGN 到 V1 连接降低。

同样，概率跟踪输出显示，与对照受试者相比，LGN 到 V1 的连接和白化病降低。在这里，概率和确定性方法的均值跟踪掩码被叠加以进行比较。LGN、蓝色和 V1、粉红色蒙版表示种子区域和目标区域。

一旦掌握，可以在 2 到 3 天内对三名参与者进行数据收集和全面分析，而牵引成像时间取决于种子的大小。在运行束成像时，根据研究问题和正在调查的大脑区域仔细选择算法和分析方法，并在每个步骤后检查输出文件。不要等到获得最终结果后才检查您的工作。

白化病与皮肤癌风险增加有关，并且与影响单核细胞以外的其他细胞类型的综合征有关。想象技术与分子技术相结合将有助于研究白化病的发展机制，并提高对结构功能关系的理解。开发后，这项技术为神经科学领域的研究人员在体内探索健康和临床人群的大脑连接铺平了道路。

观看此视频后，您应该对如何使用确定性和概率性算法进行白质重建有一个很好的了解，以检查患者群体和对照组之间光辐射连接的差异。不要忘记，使用强力磁铁可能非常危险，应始终对参与者进行适当的 MRI 安全筛查。