Hochauflösende Strukturkernspintomographie des menschlichen Subcortex In-vivo- Und Postmortem

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, die Auflösungsgrenzen der strukturellen MRT zu testen, um subkortikale Strukturen sowohl im postmortalen als auch im lebenden menschlichen Gehirn aufzuklären und zu vergleichen. Die Forschung in unserem Labor umfasste die Untersuchung der kleinen subkortikalen Kerne in Patientenpopulationen. Aufgrund ihrer geringen Größe und der Duplizierung im Gehirn sind sie schwer zu untersuchen.

Wir haben ein Protokoll entwickelt, das diese subkortikalen Strukturen sowohl im postmortalen als auch im lebenden menschlichen Gehirn auflöst. Der Vorteil dieser Technik ist die Verkürzung der Scandauer, was in klinischen Anwendungen nützlich ist. Die MRT-Auflösung wird durch das Rauschen begrenzt, daher wollten wir die endgültige Auflösung bestimmen.

In Abwesenheit der größten Rauschquellen, nämlich Kopfbewegung, Puls und Atmung des Probanden. Erfassen Sie alle in diesem Protokoll beschriebenen Bildgebungsbilder mit einem Drei-TMRI-Scanner, der mit einer 32-Kanal-Kopfspule ausgestattet ist. In diesem Video werden die Schritte mit einem Siemens MAGOME TRIO Drei-TMRI-Scanner für die Bildgebung von Studienteilnehmern demonstriert. Stellen Sie sicher, dass Sie zuerst ein MRT-Sicherheitsscreening durchführen.

Überprüfen Sie dann die Details des Neuroimaging-Protokolls und lassen Sie sie eine Einverständniserklärung des Patienten unterschreiben, während Sie den Teilnehmer für den Scan einrichten. Gehörschutzstöpsel werden in die Ohren des Teilnehmers eingesetzt. Sichern Sie dann ihren Kopf mit Pads, um Kopfbewegungen zu minimieren.

Während der Bildgebung bei der Aufnahme von Scans mit einem postmortalen Gehirn stellen Sie sicher, dass das Gehirn vor der Neurobildgebung fixiert ist und sich in einem wasserdichten Beutel oder Behälter befindet, der in die MRT-Kopfspule passt. Platzieren Sie das Gehirn in der Kopfspule, wobei die Z-Achse mit der Bohrung des Scanners ausgerichtet ist, wobei der Hirnstamm zum Fuß des Scannerbettes zeigt. Platzieren Sie auch Vakuumkissen um das Gehirn für zusätzliche Unterstützung.

Wählen Sie vor dem Scannen die Registerkarte Patient in der oberen linken Ecke aus. Verwenden Sie die Registerkarte "Registrieren", um die entsprechenden Betreffinformationen einzugeben. Klicken Sie dann auf die Registerkarte Prüfung im Registerkarte Prüfungs-Explorer.

Beginnen Sie damit, zunächst ein neues LOCALIZER-Scanprotokoll zu erstellen. Verwenden Sie im Setup-Fenster die Registerkarte Routinekontrast und Auflösungen, um die Parameter einzugeben, wie hier auf dem Bildschirm zu sehen. Erstellen Sie als Nächstes ein neues Protokoll, das für die Erstellung der hochauflösenden Protonendichte-gewichteten Scans verwendet wird. Richten Sie dies in der koronalen Ausrichtung mit den Parametern ein, die hier auf dem Bildschirm zu sehen sind.

Reduzieren Sie die Bandbreite auf ein Minimum, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu maximieren. Um die Scandauer zu verkürzen, wählen Sie 18 Scheiben mit einer Dicke von jeweils einem Millimeter und einem Sichtfeld von 160 Millimetern. Überlagern Sie als Nächstes das Slice-Auswahlfeld für die Aufnahme der Protonendichtebilder über dem Localizer.

Achten Sie darauf, die subkortikalen Kerne innerhalb des Thalamus sowie die umgebenden Strukturen abzudecken. Starten Sie dann den Scan zur sicheren Identifizierung subkortikaler Strukturen. Rufen Sie fünf Durchläufe mit diesen Parametern ab.

Bei der postmortalen Bildgebung des Gehirns kann eine zuverlässige Identifizierung subkortikaler Strukturen in nur einem Scan mit einer Gesamtdauer von etwa drei Minuten nach demselben Scanprotokoll beobachtet werden. Zur Analyse der Daten verwenden Sie die frei verfügbare FSL-Software. Beginnen Sie mit dem Öffnen eines Terminalfensters.

Konvertieren Sie dann die DICOM-Rohdateien vom Scanner für jedes Protonendichtevolumen in ein raffiniertes Format. Geben Sie in der Befehlszeile hier den Befehl scene ein, DCM to NII, gefolgt von dem Verzeichnis jedes Bildes. Laufen. Ermitteln Sie als Nächstes die Parameter des ursprünglichen Protonendichtescans.

Erstellen Sie dann ein hochauflösendes Zielvolumen für ein leeres Bild mit der Hälfte der Voxelgröße dieser Parameter. Um dies in einem beliebigen Texteditor-Programm zu tun, definieren Sie zunächst die Transformation mithilfe einer Identitätsmatrix, wie hier gezeigt, und speichern Sie sie als Textdatei mit dem Namen identity dot matt. Verwenden Sie als Nächstes den Befehl flirt, um die Transformation nach oben anzuwenden, indem Sie jeden ursprünglichen Durchlauf abtasten, um die Gesamtauflösung zu verdoppeln.

Dies ergibt eine 10 24 Matrix und halbiert die Voxelgröße in jeder Dimension. Verschieben Sie nun alle hochauflösenden Bilder in einen neuen Ordner. Verketten Sie dann für jeden Teilnehmer alle UPS-abgetasteten Protonendichtebilder in einer einzigen Vier-D-Datei.

Korrigieren Sie diese verketteten Dateien mit dem FSL-Befehl merge motion. Wählen Sie mit dem Befehl URT eine vierstufige Korrektur aus, bei der die Synchronisationsinterpolation als weiterer Optimierungsdurchlauf für eine höhere Genauigkeit verwendet wird. Erstellen Sie als Nächstes das 3D-Mittelwertbild mit FSL-Mathematik.

Visualisieren Sie dann das Endergebnis, ein hochauflösendes 3D-Bild mit dem Befehl FSL-Ansicht. Erstellen Sie nun interessante Regionen, die auch als ROIs bezeichnet werden. Laden Sie in der FSL-Ansicht das hochauflösende Bild.

Wählen Sie dann auf der Registerkarte Werkzeuge die Registerkarte Einzelbild aus, um die Ansicht für die Darstellung von ROIs zu vergrößern. Klicken Sie anschließend auf die Registerkarte Datei und dann auf Maske erstellen, zeichnen Sie eine Linie in der ROI und speichern Sie. Verwenden Sie abschließend den 3D-Maskendump-Befehl von AF acne, um das Bild, die Intensitäten und die Position der gerade erstellten ROI-Masken zu extrahieren.

Die Ergebnisse werden als Textdatei ausgegeben, die für die weitere Analyse verwendet werden kann. Diese Bilderserie vergleicht die Volumendurchschnitte in in vivo und postmortalen Gehirnen. Beachten Sie, dass das postmortale Gehirn eine klare Abgrenzung der subkortikalen Strukturen in einem nach Protonendichte gewichteten Volumen zeigt, während für das in vivo Gehirn mindestens fünf gemittelte Bilder erforderlich sind. Um dieses Detail zu liefern, zeigt dieser koronale Schnitt in einem in vivo Gehirnbild eine klare Abgrenzung des LGN und anderer subkortikaler Strukturen, und hier sehen wir einen weiteren Schnitt desselben Gehirns, gemittelt in 40 Protonendichtevolumina in derselben Sitzung mit dem gleiche Bildgebungsparameter.

Dieser postmortale Hirnschnitt wurde in einem Protonendichte-Volumenscan aufgenommen und bietet eine klare Abgrenzung der subkortikalen Strukturen, einschließlich des rechten und linken LGN. Diese Schicht zeigt ein postmortales Gehirn, gemittelt in 100 Protonendichtevolumina mit der gleichen Schnittverschreibung. Die vergrößerte Ansicht zeigt eine klare Abgrenzung der subkortikalen Strukturen.

Hier sehen wir Linienintensitätsprofile für in vivo links und rechts, LGN sowie das Postmortem links und rechts, LGN. Diese Linien beziehen sich auf 40 maximale Mittelwerte in vivo und 100 Mittelwerte nach dem Tod. Im postmortalen Gehirn gab es keine Variation der Intensität, die auf Schichten im in vivo-Gehirn zurückgeführt werden kann.

Es gab Unterschiede in der Intensität, die den Schichten zugeschrieben werden können. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie dieses optimierte Protokoll befolgen können, um eine Hochrisikolösung zu erhalten, Protonendichtebilder von subkortikalen Regionen, sobald diese Methode befolgt wurde, kann in klinischen Umgebungen angewendet werden, um die Scandauer auf weniger als 15 Minuten bei lebenden Menschen und weniger als drei Minuten bei postmortalen Gehirnen zu reduzieren, wenn sie richtig angewendet wird.