Summary
이 연구의 목적은 인간의 사체 두뇌에 대한 섬유 해부 기술의 각 단계, 해부학의 3D 문서화 및 해부학 적으로 해부 된 섬유 경로의 확산 텐서 이미징을 보여주는 것입니다.
Abstract
이 연구의 목적은 사체 표본에 대한 섬유 해부 기술과 자기 공명 (MR)의 조합을 사용하여 보조 운동 영역 (SMA) 복합체 (pre-SMA 및 SMA 적절한)의 백색질 연결 검사를위한 방법론을 보여주는 것이다. ) tractography. 이 프로토콜은 또한 인간 두뇌의 백색 물질 해부, 확산 텐서 (ductal) 텐서 트 레토 그래피 이미징 및 3 차원 문서화를위한 절차를 설명합니다. 인간의 두뇌에 대한 섬유 해부 및 3D 문서화는 미네소타 대학, 신경 외과학 및 신경 외과학 실험실에서 수행되었습니다. 5 개의 사후 인간 뇌 견본과 2 개의 전체 머리가 Klingler의 방법에 따라 준비되었다. 뇌 반구를 수술 현미경으로 측면에서 내측으로 그리고 내측에서 외측으로 단계적으로 해부하고 모든 단계에서 3D 영상을 촬영했습니다. 모든 해부 결과는 확산 텐서이미징. 연고 섬유 (짧은, 우수한 종단 연골과 전두엽), 투상 섬유 (대뇌 피질 연골, 종양, 전두 측두엽) 및 위 정맥 섬유 (말단 섬유)를 포함한 Meynert의 섬유로 분류에 따른 조사는 또한 실시했다.
Introduction
Brodmann이 묘사 한 14 개의 전두엽 중 전두엽 운동 피질 앞에있는 시동 전엽과 전두엽 영역은 전두엽이인지, 행동, 학습, 운동 등에 중요한 역할을한다는 사실에도 불구하고 오랫동안 조용한 모듈로 간주되어 왔습니다. 및 음성 처리. pre-motor / frontal module은 내측으로 확장되는 pre-SMA와 SMA proper (Brodmann Area, BA 6)으로 구성된 보조 모터 영역 (SMA) 복합체 이외에도 AD 6, 8, 뇌의 외측 표면에있는 안와 전두엽 피질 (BA 11)의 일부뿐만 아니라 전두엽 (BA 10)과 전 측두엽 (BA 47) 피질을 포함한다.
SMA 복합체는 기능 및 연결에 의해 정의되는 중요한 해부학 적 영역입니다. 이 부위의 절제와 손상은 SMA로 알려진 심각한 임상 적 결손을 일으 킵니다.증후군. SMA 증후군은 SMA 복합체 3 이 포함 된 전두 신경 교종에서 특히 관찰되는 중요한 임상 적 증상입니다. SMA 복합체는 대뇌 변연계, 기저핵, 소뇌, 시상, 대 측성 SMA, 상엽 (superior parietal lobe) 및 섬유로를 통해 전두엽과 연결되어 있습니다. 이러한 백색질 연결에 대한 손상의 임상 적 효과는 피질보다 더 심할 수 있습니다. 이는 대뇌 피질 손상의 결과가 높은 피질 소성 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 로 인해 시간이 지남에 따라 개선 될 수 있기 때문입니다. 따라서 SMA 지역 해부학 및 백질 물질 경로가 중요하다.특히 신경아 교종 수술에 대한 이해.
백색질 경로의 해부학에 대한 포괄적 인 이해는 신경 외과 적 병변의 광범위한 스펙트럼 치료에 중요합니다. 미세 수술에서 얻어진 해부학 적 결과에 대한 3 차원 문서의 최근 연구를 통해 지형 학적 해부학 및 뇌의 백질 경로 13 , 14 의 상호 관계를보다 잘 이해할 수있었습니다. 따라서 본 연구의 목적은 사체 표본과 자기 공명 영상 (MRI) 기관 절제술에 대한 섬유 절제술의 조합을 사용하여 SMA 복합체 (pre-SMA 및 SMA 적절한)의 백색질 연결을 조사하고 모든 방법을 설명하는 것이었다 기술과 그 상세한 문서화의 원칙을 설명합니다.
연구 계획 및 전략
실험을 수행하기 전에,섬유 해부의 기본 원리, 해부학 전후에 시편에 적용해야 할 절차, 해부 및 DTI로 밝혀진 SMA 부위 간의 모든 연결이 수행되었습니다. 이전의 SMA 및 SMA- 적절한 부위의 해부학 적 국소화 및 분리에 대한 이전의 연구 및 이들의 연결부의 지형 학적 해부학에 대한 검토가 이루어졌다.
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Protocol
고인은 기술적으로 인간 대상이 아니지만 사망자는 인구로 여기에 포함됩니다. 인간 피험자는 45 CF 46에 의해 "살아있는 인간 15 , 16 "으로 정의됩니다.
1. 시편 준비
- 포르말린 고정 된 5 개의 뇌 (10 개의 반구)와 2 개의 전체 인간의 머리를 검사하십시오.
- Klingler의 방법 17에 따라 시험편을 적어도 2 개월 동안 10 % 포르말린 용액에 고정시킨다.
- Klinger의 방법 17 에 따라 모든 시험편을 -16 ℃에서 2 주 동안 동결시킨다.
- 수돗물에서 시험편을 해동합니다.
- 사체의 머리에 확장 된 전두 측두 두 절개술을 시행하여 뇌를 노출시킵니다.
- 시체 머리를 3 핀 두개골 클램프 ( 재료 표 )에 놓습니다.
- 메스로 전두 측두 절개 부위를 절개하십시오.
- 메스, 집게 및 가위를 사용하여 피부와 근육을 제거하십시오.
- 경질 막에 도달 할 때까지 두개골에 하나 이상의 구멍을 뚫습니다. 소형 감속기가 장착 된 드릴과 79,000 rpm으로 14 mm cranial perforator 어태치먼트 ( 재료 표 )를 사용하십시오.
- 뼈 플랩을 자르고 2.1 mm 핀 모양의 버 (burr) 어태치먼트가있는 2 mm x 15.6 mm 플루트 형 라우터를 사용하여 80,000 rpm의 속도로 드릴하십시오 ( 재료 표 ).
- 경질, arachnoid 및 피아 mater을 제거하고 6X 40X 배율 5 , 18 ( 재료 표 )에서 현미경으로 microdissector를 사용하여 해부.
2. 섬유 해부 기술
참고 : 수술 용 현미경으로 6 배에서 40 배까지 모든 절개를하십시오.
- 각 hemisphe에 단계적 방식으로 섬유 해부를 수행다시 측면에서 내측으로 그리고 내측에서 외측으로.
- 팬 필드 해부 ( 재료 테이블 )를 사용하여 대뇌 피질을 소독하고 모든 정면 피질 조직을 제거하여 인접한 자이 (gyri) 5 , 13 을 상호 연결하는 U- 섬유 또는 intergyral 섬유 인 짧은 연관 섬유 영역을 노출시킵니다.
- 현미경 ( 재료 테이블 ) 아래 부드럽게 트리밍하여 panfield 해부 및 외과 마이크로 후크로 짧은 연결 섬유를 제거하고 동일한 반구의 먼 지역을 상호 연결하는 긴 연결 섬유를 노출 시키십시오.
- 외과 마이크로 후크와 팬 필드 해부 (panfield dissector)를 사용하여 표면 결합 섬유를 제거하기 위해 긴 결합 섬유 안으로 깊숙이 들어가십시오. 현미경 ( 재료 테이블 )에서 각 섬유 번들을 제거하여 투영 교차 섬유를 노출시킵니다.
- SMA 컴플렉스의 각 연결보기문헌 2 , 8 , 18 , 19 , 20 , 21 에서 이전에 정의 된 지형 학적 해부학에 따라.
- 해부 기간 동안 10 % 포름 알데히드 용액 ( 재료 표 )에서 해부 중에 사용 된 모든 표본 (머리 전체와 두뇌)을 유지하십시오.
3. 3D 사진 기법
- 표본 사진 촬영 중에는 검정색 플랫폼을 사용하십시오.
- 3D 사진 기술 22을 따르십시오.
- 각 표본을 설계된 검정색 플랫폼에 놓습니다.
- 표본을 전면에서 볼 수있는 장면을 선택하고 카메라 화면의 중심점에 가까운 표본의 모든 지점에 카메라를 초점을 맞추어 한 번 촬영하십시오 (악기 탭르). 18 ~ 55mm f / 3.5-5.6 SLR 렌즈 또는 100mm f / 2.8L 매크로 렌즈를 사용하고 조리개를 F29, ISO 100로 설정하십시오.
- 카메라 화면의 가장 오른쪽 지점이 위의 초점 지점과 같을 때까지 카메라를 약간 왼쪽으로 돌립니다. 화면의 가운데 점이 표본의 원래 초점 점과 겹칠 때까지 카메라를 오른쪽으로 밉니다. 이 시점에서 카메라 초점을 맞추고 다른 장면을 촬영하십시오.
- 카메라의 거리와 축을 일정한 값으로 촬영되는 표본에 유지하십시오.
- 3D 이미지 생성 프로그램 (Material Table)을 사용하여 3D 이미지를 만듭니다.
- 3D 소프트웨어 프로그램을 엽니 다.
- "파일에서 스테레오 이미지 열기"를 선택하십시오.
- 두 이미지 (왼쪽 및 오른쪽)를 선택하고 왼쪽 이미지가 왼쪽 슬롯에 있고 오른쪽 이미지가 오른쪽 슬롯에 있는지 확인하십시오.
- "Half color anaglyph RL / 2"옵션을 선택하고 JPEG 형식으로 애너 글리프를 생성하십시오.
4. DTI 기술
- 참조 된 웹 사이트에서 Human Connectome Project 확산 데이터 23 을 다운로드하여 사전 처리 된 확산 데이터를 수집합니다.
참고 : 데이터는 사전 처리되어 다운로드되며 다음 절차로 구성됩니다. 확산 데이터는 다중 방사 센서가있는 스핀 에코 평면 이미징 (EPI) 시퀀스를 사용하는 수정 된 3T MRI 장치 (기기 테이블)를 사용하여 일반 자원 봉사자에게 수집되었습니다. 밴드 이미지 가속기 ( 24 , 25 , 26 , 27 , 28)를 포함 한다. 관련 시퀀스 매개 변수는 다음과 같습니다. TR = 5,520ms; TE = 89.5 ms; FOV = 210 x 180 mm; 매트릭스 = 168 x 144; 슬라이스 두께 = 1.25 mm (보셀 크기 1.25 x 1.25 x 1.25 mm); 멀티 밴드 인자 = 3; 및 b 값 = 1,000 s / mm2 (95 방향), 2,000 s / mm2 (96 방향) 및 3000 s / mm22 (97 방향). 그런 다음 FreeSurfer 29 및 FSL 30 을 사용하여 데이터를 처리했습니다. 과정은 와전류 보정, 모션 보정, 강도 정규화, 자화율 왜곡 보정 및 기울기 비선형 성 보정 28 , 31 , 32 , 33을 포함 합니다. 해당 T1 가중치 MP-RAGE 이미지도 다운로드 패키지에 포함되어 있습니다. 절차는 Human Connectome Project 절차 매뉴얼 23에 문서화되어 있습니다. - Diffusion Spectrum Imaging (DSI) Studio 34 를 사용하여 확산 된 데이터를 후 처리하여 일반화 된 q 샘플링 이미징 (GQI) 알고리즘 35 를 사용하여 예상되는 복셀 방향 확산 분포 함수 (ODF)를 생성합니다.
- 다운로드 한 데이터 세트를 sel로 소프트웨어에로드하십시오."STEP1 : 오픈 소스 이미지"를 조작하고 data.nii.gz 파일을 선택하십시오.
- "STEP2 : Reconstruction"버튼을 선택하십시오. 뇌 마스크를 확인한 후 "2 단계"로 진행하여 재구성 방법으로 "GQI"를 선택하십시오. "길이 비율"이 "1.0"인 "r ^ 2 가중치"를 선택하십시오. 나머지 선택 항목은 기본값으로 두십시오.
- "재구성 실행"을 선택하십시오.
- 섬유 추적을 간소화하기 위해 관심 지역에 적합한 씨앗을 놓습니다.
- "Region Window"에서 "Atlas"버튼을 클릭하여 상부 종단 대뇌층 (SLF)의 씨앗을 배치하십시오. "Brodmann"을 선택하고 "Region 6"과 "Region 7"을 추가하십시오. 지역 창에서 "지역 6"유형을 "시드"로 설정하고 "지역 7"유형을 "포함 지역"(ROI)으로 설정하십시오.
- 지역 창에서 "새 지역"을 선택하고 수동으로 ROI를 그립니다.관상 면상의 상완 전두엽의 가장 후방에 위치한다. 4.4 단계에서 설명한대로 광섬유 추적을 수행하십시오.
- 지역 창에서 "새 지역"을 사용하고 관상면의 중간 정면 이이 흰색 물질의 후면 부분에 "시드"영역을 그리는 방법으로 SLF II의 씨앗을 배치하십시오. "Atlas"(4.3.1 단계)와 Brodmann 지역 9, 10, 46, 39 및 19를 사용하여 ROI를 선택하십시오. 4.4 단계에서 설명한대로 광섬유 트래킹을 수행하십시오.
- 지역 창에서 "Atlas"(4.3.1 절과 동일)를 사용하고 "지역 40"의 "Atlas ..."에서 Brodmann지도와 ROI의 "Region 40"을 선택하여 SLF III의 시드를 "시드"영역과 배치합니다. "및"지역 44 " 4.4 단계에서 설명한대로 광섬유 추적을 수행하십시오.
- 지역 창에서 "새 지역"을 사용하여 목구멍 섬유의 씨앗을 놓고 th를 포함한 시상면에 "씨앗"을 그립니다전자 코퍼스. 4.4 단계에서 설명한대로 광섬유 추적을 수행하십시오.
- 지역 창에서 "새 지역"을 사용하고 관상 동맥의보기에 중간 cingulate 이랑에 "씨앗"영역을 그려 cingulate 섬유에 대한 씨앗을 놓으십시오. "새로운 영역"을 사용하여 두 개의 ROI를 그려보십시오. 하나는 더 앞쪽에있는 표층에 있고 다른 하나는 관상면 아래에있는 후부의 cingulate gyrus에 있습니다. 4.4 단계에서 설명한대로 광섬유 추적을 수행하십시오.
- 지역 창에서 "새 지역"을 사용하고 "아틀라스 ..."기능을 사용하여 코로나 라다 타의 ROI를 사용하여 골동품에 "씨앗"을 그려서 두루 피질 섬유의 씨앗을 놓으십시오. 아틀라스를 "JHU-WhiteMatter-labels-1mm"으로 선택하십시오.
- "Anterior_corona_radiata", "Posterior_corona_radiata"및 "Superior_corona_radiata"를 선택하여 추가하십시오. "New Region"을 사용하여 축면에서 폐허의 수준보다 열등한 평면을 통과하는 모든 섬유에 대한 회피 영역을 그립니다."4.4 단계에서 설명한대로 광섬유 추적을 수행하십시오.
- 지역 창에서 "Atlas ..."기능의 "seed"를 사용하여 대뇌 피질 구역의 씨앗을 놓습니다. "JHU-WhiteMatter-labels-1mm"을 선택하고 "Corticospinal_tract"영역을 추가하십시오. 4.4 단계에서 설명한대로 광섬유 추적을 수행하십시오.
- 지역 창에서 "Atlas ..."기능의 "seed"영역을 사용하고 "Region 44"및 "Region 45"에서 Brodmann atlas 및 "Region 6"ROI를 선택하여 정면 경사면 (FAT)의 시드를 배치하십시오. " 4.4 단계에서 설명한대로 광섬유 추적을 수행하십시오.
- "Atlas ..."기능을 사용하여 "지역 6"에 "종자"와 함께 frontostriatal tract (FST)의 종자를 놓습니다. "HarvardOxfordSub"지도에서 "caudate", "putamen"및 "globus pallidus"에 새 영역을 삽입하고 영역 창의 유형을 "end"로 설정합니다."
참고 : FST에 대한 광섬유 추적은 추적 세션 ( 즉, 지역 6 및 꼬리 표식, 지역 6 및 피 가멘, 그리고 마지막으로 지역 6 및 영사에 따라 지역 6 시드 및 하나의 피하 조직 시드를 선택하여 수행됩니다 pallidus).- 각 조합에 대해 4.4 단계에서 설명한대로 광섬유 추적을 수행하십시오.
- "Region Window"에서 "Atlas"버튼을 클릭하여 상부 종단 대뇌층 (SLF)의 씨앗을 배치하십시오. "Brodmann"을 선택하고 "Region 6"과 "Region 7"을 추가하십시오. 지역 창에서 "지역 6"유형을 "시드"로 설정하고 "지역 7"유형을 "포함 지역"(ROI)으로 설정하십시오.
- 위의 각 조합에 대해 광섬유 추적을 수행하십시오.
- "옵션"창에서 qa 종료 지수 0.08, 각도 임계 값 75, 스텝 크기 0.675, 스무딩 0.2, 최소 길이 20 mm 및 최대 길이 200 mm와 같이 추적 매개 변수를 설정하십시오. 씨앗 방향을 "모두"로 선택하고 시드 위치를 "Subvoxel"로 설정하고 씨드 닝을 "설정"으로 임의 화합니다. 유선 (Euler) 추적 알고리즘으로 삼선 방향 보간법을 사용하십시오. 위의 각 지역 조합에 대해 & #.34, Fiber Tracts "창.
참고 : 추적의 무작위화된 특성으로 인해 "허위 섬유"가 식별되고 선택적으로 제거되며, "New Region"으로 손으로 그려진 회피 영역이 있습니다.
- "옵션"창에서 qa 종료 지수 0.08, 각도 임계 값 75, 스텝 크기 0.675, 스무딩 0.2, 최소 길이 20 mm 및 최대 길이 200 mm와 같이 추적 매개 변수를 설정하십시오. 씨앗 방향을 "모두"로 선택하고 시드 위치를 "Subvoxel"로 설정하고 씨드 닝을 "설정"으로 임의 화합니다. 유선 (Euler) 추적 알고리즘으로 삼선 방향 보간법을 사용하십시오. 위의 각 지역 조합에 대해 & #.34, Fiber Tracts "창.
- Affine은 DSI-Studio의 "조각 -> T1 / T2 이미지 삽입"기능을 사용하여 Human Connectome Project 데이터 세트에 제공된 뇌 추출 T1 가중 3D MP-RAGE 스캔을 확산 데이터에 등록합니다. "Slices -> Isosurface 추가"를 선택하여 뇌의 표면 렌더링을 생성하십시오. 665의 "임계 값"을 사용하십시오.
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Representative Results
SMA 복합체는 상전이의 후부에 위치하고 있습니다. SMA 복합물의 경계는 후 중심부의 전 중심 고랑, 측부 하벽의 상측 정점 고관절 및 대퇴 - 하위부 - 고관절 - 내측 고관절입니다. SMA 복합체는 전방 SMA 전방과 후방 18 SMA로 구성됩니다. 이들 두 부분 ( 18) ( 도 1A 및 B ) 사이의 백색 물질 연결 및 기능면에서 차이가있다. 우리는 섬유 해부 및 DTI 기술을 사용하여이 두 부분의 대뇌 피질 및 피질 하부 연결을 연구하고 3D 이미지로 보여주었습니다.
SMA 콤플렉스의 연관 섬유
전두엽의 피질을 제거하면 짧은 결합 섬유가 노출되었다.그는 이웃 한 자이 (gyri ) ( 18) ( 도 1c )를 상호 연결하는 소위 "U- 섬유"라고 불린다. SMA 복합체의 짧은 결합 섬유는 SMA 복합체와 운동 피질 사이의 연결을 후방으로 그리고 SMA 복합체와 전두엽 피질 앞쪽 사이의 연결을 제공한다 ( 그림 2B ). 또한 SMA 이전 SMA와 SMA 컴플렉스의 SMA를 연결합니다. 가장 표면적 인 긴 결합 섬유는 우수한 종 방향 대퇴골 II (SLF II)와 SLF III 13 , 36 ( 그림 2A )의 전두엽 부분입니다. 우리는 SLF II와 SLF III를 전 중심 고랑 앞에서 제거하여 전두엽과 하측 전두엽을 상호 연결하는 전두환 (FAT)을 노출시켰다 ( 그림 2B ). FAT는 pre-SMA 및 pars oper에서 발생하는 표면 결합 섬유입니다cularis.
FAT 절개 중에 수직 평면에서 평행하게 움직이는 코로나 라디에타 섬유와 FAT를 해부학 적으로 구별하는 것이 중요합니다. 문헌에서 알 수 있듯이, FAT 섬유는 SMA 영역에서 하전 전두엽으로 비스듬히 이동하여 파상풍 수술에서 표면적으로된다. 그러나, 다른 코로나 radiata 및 claustrocortical 섬유는 표면 18 ( 그림 2C , 3C 및 3D )없이 기초 신경절에 깊이 실행됩니다.
SMA 복합체의 또 다른 연관 섬유로는 SLF I가 있는데, 이는 상엽의 상엽 (superior postal lobe)과 반구의 내측에있는 전두엽 피질 (suprat cingulate cortex )을 연결 합니다. SLF I의 절개는 내측에서 위도로 수행되었다.( 그림 2A , 3A , 3B ).
SMA 콤플렉스의 커미셔닝 섬유
주요 관절 섬유 경로는 대구 측 섬유이며, 이는 SMA 복합체와 대 측성 SMA 복합체를 연결합니다. 말단 섬유는 코로나 방사체, cingulum 및 SLF I 섬유 사이에 위치하며 반대쪽 SMA 복합체 ( 그림 2A , 4A 및 4B )에 도달하기 위해 말뭉치를 통해 중간 선으로 교차합니다.
SMA 콤플렉스의 투영 섬유
투영 섬유는 SMA 복합체와 관련된 4 개의 다른 섬유 그룹으로 구성됩니다 : ing굴 섬유, 두루 피질 섬유, 전천맹 경로 및corticospinal tract. Cingular 섬유는 cingulum을 형성하고 cingulate gyrus 내에서 움직이기 위해 반구의 중간 표면에서 시작됩니다. 이 섬유의 기능은 SMA 복합물과 변연계 18 ( 그림 2A 및 4C ) 사이의 연결을 제공하는 것입니다.
claustrocortical 섬유 경계의 분포는 전방 SMA 전치부의 전방 모서리와 후두엽의 후부 부분이다 ( 그림 2D 및 4D ). 그러므로, 폐석에서 유래 한 섬유는 모든 SMA 복합 구역 (pre-SMA 및 SMA proper)에서 종결됩니다 .
frontostriatal tract (FST)는 SMA 복합체와 등쪽의 선조 체 ( 즉, caudate nucleus와 putamen)를 연결하고 외부와 내부 c 사이를 이동합니다apsules 18 ( 그림 3C 및 3D ). FST와 다른 코로나 라디에타 섬유와 같은 다른 내부 캡슐 섬유 ( 예 : 시상 점포, 전두골 섬유 등)와 수직면의 다른 섬유 ( 예 : FAT 및 기타 코로나 라디에타 섬유)를 구별하기는 어렵습니다. 섬유 해부 기술. 그럼에도 불구하고 Grande et al. 는 DTI 기술을 사용하여 SMA 복합체에서 발생하는 FST 섬유가 외부 및 내부 캡슐 18 에서 종결됨을 입증했습니다. 피질 척추 섬유의 약 10 %는 SMA에서 발생하여 척수에서 종결되지만, 이들 섬유는 SMA 38 이전에서 발생하지 않습니다 ( 그림 4E ).
그림 1 : 측면 및왼쪽 정면 엽보기의 중간 표면. 좌측의 각 3D 일러스트레이션에는 라벨이 붙은 2D 일러스트가 함께 표시됩니다. 왼쪽 반구 측면도 : SMA 적절한 (자주색) 및 pre-SMA (녹색). SMA 복합체는 전두엽 ( A ) 바로 앞에있는 상지 전두엽의 후부에 위치하고 있습니다. 왼쪽 반구 내 측부. 전치부와 후부 교합 사이에있는 선에 수직 인 전치엽 수준의 가상 수직선은 SMA 본문 (보라색)과 pre-SMA (녹색) ( B ) 39 사이의 경계선입니다. 디 코티 션 뷰 후. 이 디코 테이션은 "U 섬유 (U fibers)"라고 불리는 짧은 결합 섬유를 노출시킵니다. U 섬유는 인접 SMA 대 SMA 및 모터 피질 ( C )에 적합한 SMA와 같이 이웃 한 자이 (gyri)를 서로 연결합니다. 여기를 클릭하십시오.이 그림의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다.
그림 2 : 측면 - 내측 섬유 절개. 좌측의 각 3D 일러스트레이션에는 라벨이 붙은 2D 일러스트가 함께 표시됩니다. 측면보기; SLF II는 각 이랑과 중간 전두이 사이에 뻗어 있으며 수술 상 및 파문 삼각형에서 종결된다. SLF III는 전두엽 관절의 상 경계 이랑과 삼각형을 연결합니다. 중간보기; SLF I는 superior parietal lobe와 anterior cingulate cortex를 연결하고 SMA complex ( A )를 포함한 superior frontal gyrus의 중간 표면을 연결합니다. 관상면에서 SLF II의 일부를 제거한 후, FAT를 노출시켰다 ( B ). FAT 섬유는 SMA 영역에서 하전 전두엽으로 비스듬히 이동하여 피상적이됩니다.pars opercularis에서. 다른 코로나 radiata 섬유는 피상적 ( C )하지 않고 기초 신경절 깊은 곳까지 달린다. 피질 부위의 대뇌 피질 섬유 분포의 노출 된 경계선을 보여주는 또 다른 표본으로, 이는 전 SMA의 앞쪽 부분과 두정엽 ( D )의 뒤쪽 부분 사이에있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3 : SMA 연결에 대한 DTI 연구 SLA 섬유는 DTI의 시상면 ( A )과 코로 날 ( B )에 나타납니다. SLF I (황색); SLF II (주황색); SLF III (청록색). FAT (녹색)와 FST (파란색) sagittal ( C ) 및 coronal ( D 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4 : SMA 연결에 대한 DTI 연구 DTI에서 코로 날 슬라이스 ( A )와 시상면 슬라이스 ( B )에서 보였던 발톱 섬유. DTI의 시상면에서 볼 때, Cingular 섬유 (적색) ( C ), 두루 피질 섬유 (오렌지색) ( D ) 및 대뇌 피질 구역 (보라색) ( E ). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
백색 물질 통로의 중요성과 연구 기법
대뇌 피질은 인간의 삶의 250 만년과 관련된 주요 신경 구조로 받아 들여집니다. 대략 200 억 개의 뉴런이 형태 학적 및 세포의 명세에 기초하여 다양한 부분으로 분리되어있다. 각 피질 부분의 구조는 감각 운동과 감각 운동, 복잡한 추론과 같이 기능적으로 하위 그룹으로 분류됩니다. 영장류의 모든 행동은 신경 시스템의 대뇌 피질 및 피질 하부 영역을 통해 지형적으로 분포 된 독특한 해부학 적 기능적 연결과 영역에 의해 형성되었다고 결정되었다. 대뇌 피질에 대한 연구가 상세히 진행되었지만 다른 영역을 연결하는 신경계의 백질 경로에 대한 지식이 여전히 부족합니다. centrum semiovale 및 corona radiata와 같은 영역은전에 육안으로 볼 수 있습니다. 1800 년대에 연구자들은 미엘린 색소 물질을 이용한 원숭이의 심한 해부 및 아미노 물질의 도움을 받아 백색 물질 섬유 시스템을 이해하는 오토 라디오 그래피 방법을 수행했습니다. cingulum과 uncinate fasciculus와 같은 일부 주요 협회 섬유가 확인되어 이러한 연구로 명명되었습니다. 다른 한편으로는, arcuate fasciculus / superior longitudinal fasciculus와 하측 종단 fasciculus와 같은 다른 white matter pathway의 확인은 문헌 41 , 42 , 43 , 44 , 45 에서 여전히 모순이다.
백질 구조에 대한 이해는 높은 수준의 행동과 대뇌의 구조와 기능의 해부학 적 과정에 대한 세부 사항을 제공하는 데 매우 중요합니다. 에이백질 경로에 대한 깊은 이해는 임상 적 목표에도 중요합니다. 많은 질병이 백질 경로에 영향을 미치는 병변으로 인해 발생합니다. 이전에는 방사선 영상 기술의 향상에도 불구하고 섬유 경로를 설명하는 데 사용할 수있는 독특하고 적절한 기술이 없었습니다. 가장 오래된 기술인 사체 해부 기술은 젊은 신경 외과의의 신경 해부학 적 교육을위한 이상적인 방법이었으며 확산 텐서 이미징, MR tractography, 확산 스펙트럼 tractography 및 autoradiography를 기반으로 한 tractography 기술 중에서 가장 좋은 표준이었습니다. 섬유 조직 은 MRI 로 생체 내에서 시각화 될 수 있습니다. 그러나,이 기술의 단점은 섬유 경로의 종결 및 기원을 결정하는 것이 어렵다는 것이다. 오토 라디오 그래피 기술은 실험 동물에서만 사용할 수 있습니다. 섬유 기관 해부학에 대한 지식은인지 능력에 대한 더 나은 이해를 얻는 데 중요합니다. psyc다발성 경화증과 같은 백질 문제를 겪고있는 하이퍼 및 모터 발현.
가소성은 회색 물질에 존재하지만 백색 물질에는 존재하지 않는다. 수술 중 백질 손상은 환자에게 돌이킬 수없는 결함을 일으킨다 (Schmahmann et al. ). 이것은 신경 외과학에서 섬유 경로의 해부학을 더욱 가치있게 만듭니다 46 . intra-axial lesion의 제거를위한 술전 수술 계획 동안, 성공적인 수술을 위해서는 arcuate fasciculus, optic radiations, corticospinal tract와 같은 중요한 섬유 경로의 위치와 변위를 고려해야한다. 해부학 적 지식은 수술 전 MR 절제술과 함께 각 환자에 대한 적절한 평가와 수술 계획을 제공합니다. 그 사이에, 수술 현미경으로 사체 섬유 해부를 수행하는 것은 외과 의사의 수기 기술을 향상 시키는데 도움이되며 복잡한 br의 깊은 이해를 제공한다3 차원에서 해부학. 이러한 이득을 얻으려면 외과의 사는 미세 수술 연구소에서 시간을 보내야합니다. 그는 그녀가보고 싶어하는 것이 아니라 절개 중 섬유관에만 집중해야합니다. 다른 한편, 오늘날 DTI 영상 기술의 발전으로 인하여 정상적인 뇌와 섬유 시스템이 영향을받는 임상 상황 모두에서 주요 섬유 경로를 확인할 수있게되었습니다. 처음에는이 방법은 주요 섬유 다발의 시작 및 끝 부분에 대한 정보를 제공하지 않았으며 확장 기능의 정의에만 효과적이었습니다. 그러나, MR tractography 및 DSI (diffusion spectrum imaging)의 개발과 함께 생체 내 및 임상 연구 47 , 48 , 49 에서 정상적인 뇌 해부학을 이해하기위한 주요 단계가 취해졌습니다. 최근 몇 년 동안, 백색 물질 경로의지도 작성수술후 적자를 예방하는 것은 매우 중요합니다. 중요한 피질 구조와 기능을 보호하기 위해 백내장의 수술 중 전기적 매핑을 수행하는 것이 유용합니다 50 , 51 . 따라서 정면 - 신경 교종 수술을 위해서는 전두엽 및 백질 경로의 해부학을 철저히 이해해야합니다.
해부학 적 특징과 SMA 복합체의 임상 적 중요성
pre-SMA와 SMA proper 사이의 거시 - 해부학 경계선은 전치부의 교차점을 통과하는 수직 가상 선으로 받아 들여집니다. 또한 사전 SMA 및 SMA 고유 기능의 측면에서 차이가 있습니다. SMA가 신체 기능 검사를 수행하지만 사전 SMA는 체성 감각 기관이 있습니다 19 . 기본적으로 SMA 본사는e 활성화, 제어 및 움직임 생성, 사전 SMA는인지 및 비 모터 작업을 담당 8 .
전 SMA 병변을 앓고있는 환자는 말하기 ( 즉, mutism)를 시작하지 못하는 것에서 경도가 변한 유창함에 이르기까지 다양한 언어 장애가 있습니다. 신경 외과 적 전기적 자극 데이터에 의해 예측 된 바와 같이, SMA 복합체에 대한 절제 또는 손상은 운동 및 음성 기능에서 부정적인 운동 반응을 일으키며 결과적으로 SMA 증후군을 초래합니다. SMA 증후군은 무 운동성 돌연변이와 같은 운동 및 언어 생성의 전체 손실에서 자발적인 운동 및 언어의 감소까지 범위가있는 복잡한 신경 외과 적 증후군입니다 18 , 53 . 따라서 SMA 복합체의 피질 섬유로 연결은 수술 계획에 중요한 역할을한다.
SMA 콤플렉스의 광섬유 관
본 연구에서는 문헌에서 정의 된 사체 해부 및 DTI 기법을 사용하여 FAT, FST, 짧은 결합 섬유, SLF I, 주름 섬유, 쐐기 섬유 및 두루 피질 섬유와 같은 SMA 복합체의 모든 연결을 연구했다. 최근 년 8 , 13 , 18 . 우리는 DTI를 통해 섬유 해부 결과를 보여주고지지했습니다. 그러나 해부학적인 해부를 통해 다른 코로나 방사형 섬유 묶음에서 FST 및 corticospinal tract (CST)와 같은 일부 영사 백색 물질 통로를 분리하는 것은 어렵습니다. 따라서 우리는 DTI를 통해이 두 섬유 다발의 지형 학적 해부학을보다 효과적으로 보여줄 수있었습니다. 또한 DTI 연구의 또 다른 장점은 시험 관내 에서 연구하고 심지 섬유 뭉치를 자세하게 표시 할 수 있다는 것입니다.
SLF I는 precuneus (superior parietal lobe)와 SMA complex 및 cingulate cortex를 연결하는 긴 결합 섬유입니다. SLF I는 전두엽 피질과 연결하여 변연계와 운동 신경계에 관련된 기능을 상엽의 엽엽엽 13 , 18 , 36 , 54에 연결하여 수행 합니다.
상부와 하부 정면 이랑의 후부는 DTI 기술 2 를 사용하여 새로 정의 된 FAT와 섬유 해부 기술 18 로 구성된 직접 시스템으로 상호 연결됩니다. 이 경로의 투영은 상부 전두엽의 적절한 SMA 및 SMA와 열등한 전두부의 이극선 (pars opercularis)에있다. Ford et al. SMA와처음으로 Broca 센터, SMA의 기능적 역할을 음성 처리 피질로 지원 55 . SLF I 외에도 FAT는이 연구 결과에 나타난 바와 같이 pars opercularis와 전두엽 및 전 SMA를 연결하는 직접 경로입니다. Catani et al. DTI를 통해 FAT를 정의하고 1 차 진행성 실어증이있는 환자에서 SMA 복합체 (SMA 이전 및 SMA 적정 부위 앞)의 FAT 연결 영역의 대뇌 피질 위축과 구진 위축이 구두 유창 장애 46 이 될 수 있다고보고했습니다. 이전의 연구에 따르면 FAT는 말하기 시작 장애 및 언어 유창 기능 장애와 관련이있을 수 있습니다 22 .
FST는 pre-SMA와 striatum ( 즉, caudate nucleus와 putamen)을 연결하는 투영 섬유로 구성됩니다. 이전 연구에서, 기초 GA의 FST 종료 지점nglia는 분명하지 않았습니다. 그러나 최근의 포괄적 인 DTI 연구에서도 FST가 전 SMA에서 유래하고 내부 캡슐과 피 가루 20,21,22의 측면 표면에서 종결된다는 사실이 입증되었습니다. 이 외에도 다른 DTI 연구에서 FST는 피 가루 18 의 외 측면과 외 측면 모두에서 종결된다는 것이 입증되었습니다. 기능적으로, Duffau et al. FST 21 의 피라미드 연결을 통해 가능성이 가장 높은 피 가멘의 수술 중 직접적인 전기 자극 동안 운동 및 / 또는 운동 중지를 입증했습니다.
대뇌 피질 연통은 SMA 적절한 및 일차 운동 피질을 척수에 연결하지만, 사전 SMA는 대뇌 피질 구역 24의 섬유가 없습니다. Duffao의 전기 자극 연구
claustrocortical 섬유는 중심핵의 결석과 pre-SMA의 전방 모서리와 두정엽 13 의 후방 부분 사이의 넓은 영역 사이를 연결합니다. 기능적으로, 대뇌 피질 섬유는 시각 피질 부위, 변연계 및 체성 감각 및 운동 피질에서 오는 정보를 조정하고 의식을 조정하는 역할을한다고 여겨집니다. 따라서 SMA 복합체와 폐석 사이의 마비 성 섬유 덩어리는보다 높은 모터 및 스피치 콘트롤의 실행에 중요한 역할을 할 것으로 생각된다> 18.
SMA 복합체와 Cingular gyrus의 연결은 짧은 결합 섬유를 통해 이루어졌지만, 최근의 해부학 적 연구에서 이러한 연결은 Cingular 섬유 18 에 의해 직접 제공되는 것으로 밝혀졌습니다. 기능적으로이 경로는 SMA와 변연 피질 사이의 부정적인 정서적 자극의 운동 과정에서 역할을한다고 주장되었다.
최근 몇 년 동안 SMA 복합체 ( 예 : SMA 증후군과 부정적인 운동 반응)의 임상 적 중요성이 전기 자극 연구의 증가로 밝혀졌습니다. 따라서 국소 해부학 적 구조와 SMA의 피질 하부 연결의 중요성이 점차 강조되었다. 특히 3D 해부학 적 연구를 통해 지형 학적 해부학을 더 잘 이해하고 이러한 연결의 임상 특징을 사용하여 수술을 계획하는 것이 중요합니다.
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Disclosures
저자는 장비 및 의약품을 포함하여 경쟁적인 금전적 이해 관계가없고 자금 및 지원의 출처가 없음을 선언합니다.
Acknowledgments
이 데이터는 Neuroscience Research를위한 NIH Blueprint를 지원하는 16 개의 NIH 연구소 및 센터가 후원하는 Human Connectome Project, WU-Minn 컨소시엄 (Principal Investigators : David Van Essen 및 Kamil Ugurbil, 1U54MH091657)에 의해 부분적으로 제공되었습니다. 워싱턴 대학의 맥도넬 시스템 신경 과학 센터 (McDonnell Center for Systems Neuroscience) 그림 2A와 2D는 Rhoton 컬렉션 57 (http://rhoton.ineurodb.org/?page=21899)의 허가를 받아 재현되었습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| %4 Paraformaldehyde Solution | AFFYMETRIX, Inc. | 2046C208 | used to fixation |
| Freezer | INSIGNA | NS-CZ70WH6 | used to freez |
| Panfield Dissector | AESCULAP | FD305 | used to dissection |
| Surgical Micro Scissor | W. Lorenz | 04-4238 | used to miscrodissection |
| Surgical Micro Hook | V. Mueller | NL3785-009 | used to miscrodissection |
| MICRO VESSEL STRETCHER/DILATOR | W. Lorenz | 04-4324 | used to miscrodissection |
| Emax2 SC 2000 Electric Console | Anspach Companies | SC2102 | used to craniatomy |
| Drill Set | Anspach Companies | NS-CZ70WH6 | used to craniatomy |
| 20-1000 operating microscope | Moeller-Wedel,Germany | FS 4-20 | used to miscrodissection |
| Canon EOS 550D 18 MP CMOS APS-C Digital SLR Camera | Canon Inc. | DS126271 | used to take photos |
| EF 100 mm f/2.8L IS USM Macro Lens | Canon Inc. | 4657A006 | used to take photos |
| MR-14EX II Macro Ring Lite (Flash) | Canon Inc. | 9389B002 | used to take photos |
| Tripod | Lino Manfrotto | 322RC2 | used to take photos |
| MAYFIELD Infinity Skull Clamp | Integra Inc. | A0077 | used to fix the head |
| Modified Skrya 3T "Connectome" Scanner | Siemens Company, Inc. | A911IM-MR-15773-P1-4A00 | used to scan DTI |
| XstereO Player | Yury Golubinsky | Version 3.6(22) | used to create anaglyphs |
| EF-S 18-55mm f/3.5-5.6 IS II SLR Lens | Canon Inc. | 2042B002 | used to take photos |
| Scalpel | 6B INVENT | 7-104-L | used to make incision |
| Compact Speed Reducer | Anspach Companies | CSR60 | used to make burr hole |
| 14 mm Cranial Perforator | Anspach Companies | CPERF-14-11-3F | used to make burr hole |
| 2 mm x 15.6 mm Fluted Router | Anspach Companies | A-CRN-M | used to make craniotomy |
| 2.1 mm Pin-shaped Burrs | Anspach Companies | 03.000.130S | used to make craniotomy |
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