Abstract
El hipocampo humano ha sido ampliamente estudiada en el contexto de la memoria y la función normal del cerebro y su papel en diferentes trastornos neuropsiquiátricos se ha estudiado en gran medida. Mientras que muchos estudios de imagen tratan el hipocampo como una sola estructura unitaria neuroanatómico, es, de hecho, compuesta de varios subcampos que tienen una geometría tridimensional compleja. Como tal, se sabe que estos subcampos realizan funciones especializadas y se ven afectados diferencialmente a través del curso de diferentes estados de enfermedad. Formación de imágenes por resonancia magnética (MR) se puede utilizar como una herramienta poderosa para interrogar a la morfología del hipocampo y sus subcampos. Muchos grupos utilizan software avanzado de imágenes y el hardware (> 3T) a la imagen de los subcampos; sin embargo, este tipo de tecnología puede no estar disponible en la mayoría de los centros de investigación y de imagen clínica. Para hacer frente a esta necesidad, este manuscrito proporciona un protocolo detallado paso a paso para la segmentación de la longitud anteroposterior completadel hipocampo y sus subcampos: cornu ammonis (CA) 1, CA2 / CA3, CA4 / giro dentado (DG), estrato radiatum / lacunosum / moleculare (SR / SL / SM) y subículo. Este protocolo se ha aplicado a cinco sujetos (3F, 2M; 29 a 57 años de edad, AVG 37.). Fiabilidad Protocolo se evalúa resegmenting derecho o hipocampo izquierdo de cada sujeto y calculando la superposición utilizando kappa métrica de los dados. La media de kappa de Dados (rango) en los cinco temas son: toda hipocampo, 0,91 (0,90-0,92); CA1, 0,78 (desde 0,77 hasta 0,79); CA2 / CA3, 0,64 (0,56 a 0,73); CA4 / giro dentado, 0,83 (0,81-0,85); estratos radiatum / lacunosum / moleculare, 0,71 (0,68-0,73); y subículo 0,75 (0,72 a 0,78). El protocolo de segmentación que aquí se presenta proporciona otros laboratorios con un método fiable para estudiar los subcampos del hipocampo hipocampo y in vivo utilizando herramientas MR comúnmente disponibles.
Introduction
El hipocampo es una estructura lóbulo temporal medial ampliamente estudiado que está asociado con la memoria episódica, la navegación espacial, y otras funciones cognitivas 10,31. Su papel en trastornos neurodegenerativos y neuropsiquiátricos tales como la enfermedad de Alzheimer, la esquizofrenia y el trastorno bipolar está bien documentada 4,5,18,24,30. El objetivo de este manuscrito es proporcionar detalles adicionales al protocolo de segmentación manual publicado previamente 34 para los subcampos del hipocampo humanos en las imágenes de alta resolución de resonancia magnética (RM) adquiridos en el 3T. Además, el componente de vídeo que acompaña este manuscrito proporcionará más ayuda a los investigadores que deseen implementar el protocolo en sus propias bases de datos.
El hipocampo puede ser dividido en subcampos basado en diferencias cytoarchitectonic observadas post-mortem en preparados histológicamente-especímenes 12,22. Tales muestras post mortem definen el ground verdad para la identificación y estudio de los subcampos del hipocampo; Sin embargo los preparativos de esta naturaleza requieren habilidades y equipo para la tinción especializados, y están limitados por la disponibilidad de tejido fijado, sobre todo en las poblaciones enfermas. En vivo de imágenes tiene la ventaja de un grupo mucho mayor de temas, y también presenta la oportunidad para la siguiente estudios de seguimiento y observación de los cambios en las poblaciones. Aunque se ha demostrado que la intensidad de señal en ex vivo las imágenes de RM potenciadas en T2 reflejar la densidad celular 13, todavía es difícil identificar las fronteras indiscutibles entre subcampos utilizando únicamente la intensidad de señal de RM. Como tal, un número de diferentes enfoques para la identificación de detalles a nivel de la histología en las imágenes de RM se han desarrollado.
Algunos grupos han hecho esfuerzos para reconstruir y digitalizar conjuntos de datos histológicos y luego utilizar estas reconstrucciones, junto con técnicas de registro de imágenes para localizar neuroanat subcampo del hipocamponomía en in vivo MR 1,2,8,9,14,15,17,32. Aunque se trata de una técnica eficaz para el mapeo de una versión de la realidad sobre el terreno histológico directamente sobre las imágenes de RM, reconstrucciones de esta naturaleza son difíciles de completar. Proyectos como éstos están limitados por la disponibilidad de muestras intactas medial del lóbulo temporal, técnicas histológicas, la pérdida de datos durante el procesamiento histológico y las inconsistencias morfológicas fundamentales entre cerebros vivo fijos y en. Otros grupos han utilizado escáneres de alto campo (7T o 9.4T), en un esfuerzo para adquirir in vivo o ex vivo con imágenes lo suficientemente pequeño (0,20 a 0,35 mm isotrópica) tamaño voxel para visualizar espacialmente localizados diferencias de contraste de la imagen que se utilizan para inferir límites entre subcampos 35,37. Incluso en 7T-9.4T y con un tamaño tan pequeño voxel, las características de los subcampos del hipocampo cytoarchitectonic no son visibles. Como tal, los protocolos manuales de segmentación se han desarrollado que unpproximate los límites histológicos conocidos en las imágenes de RM. Estos protocolos determinan los límites de subcampo interpretando diferencias de contraste de imagen local y la definición de reglas geométricas (tales como líneas rectas y ángulos) relativos a las estructuras visibles. Aunque las imágenes tomadas en una alta intensidad de campo son capaces de ofrecer una visión detallada de los subcampos del hipocampo, escáneres de alto campo aún no son comunes en el ámbito clínico o de investigación, por lo que los protocolos 7T y 9.4T actualmente han aplicabilidad limitada. Protocolos similares se han desarrollado para las imágenes recogidas en el 3T y 4T escáneres 11,20,21,23,24,25,28,33. Muchos de estos protocolos se basan en imágenes con dimensiones voxel voxels sub-1mm en el plano coronal, pero tienen grandes espesores rebanada (0,8-3 mm) 11,20,21,23,25,28,33 o grandes distancias entre cortes 20,28, ambos de los cuales resultan en un margen de error significativo en la estimación de los volúmenes de los subcampos individuales. Además, muchos de los protocolos existentes 3Texcluir subcampos en la totalidad o parte de la cabeza o la cola del hipocampo 20,23,25,33 o no proporcionan segmentaciones detalladas de subestructuras importantes (es decir, combinar la DG con CA2 / CA3 o no incluyen los estratos radiatum / lacunosum / moleculare de la CA) 11,20,21,23,24,25,28,33. Existe por tanto una necesidad en el campo para una descripción detallada de un protocolo que puede identificar de forma fiable subcampos pertinentes de toda la cabeza, el cuerpo, y la cola del hipocampo que se basa en un escáner comúnmente disponibles en entornos clínicos y de investigación. Se están llevando a cabo por el Grupo de subcampos del hipocampo (www.hippocampalsubfields.com) para armonizar el proceso de segmentación subcampo del hipocampo entre los laboratorios, similar a un esfuerzo de armonización existente para toda la segmentación del hipocampo 6, y un documento inicial de la comparación de 21 protocolos existentes se publicó recientemente 38 . El trabajo de este grupo será dilucidar proce óptima segmentaciónmientos.
Este manuscrito ofrece detalladas instrucciones de vídeo escritos y para la aplicación de forma fiable el protocolo de segmentación subcampo del hipocampo descrito previamente por Winterburn y sus colegas 34 de alta resolución de imágenes de RM 3T. El protocolo ha sido implementado en cinco imágenes de los controles sanos para toda el hipocampo y cinco subcampos del hipocampo (CA1, CA2 / CA3, CA4 / gyrus dentado, estrato radiatum / lacunosum / moleculare y subiculum). Estas imágenes segmentadas están a disposición del público en línea (cobralab.ca/atlases/Hippocampus). El protocolo y las imágenes segmentadas serán útiles para los grupos que deseen estudiar detallada neuroanatomía hipocampo en las imágenes de RM.
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Protocol
Participantes en el estudio
El protocolo en este manuscrito se desarrolló durante cinco imágenes representativas de alta resolución obtenidos de voluntarios sanos (3F, 2M, 29-57 años, promedio 37.) Que estaban libres de enfermedades y casos de traumatismo craneoencefálico grave neurológicos y neuropsiquiátricos. Todos los sujetos fueron reclutados en el Centro para la Adicción y Salud Mental (CAMH). El estudio fue aprobado por el Consejo de Ética de Investigación CAMH y se llevó a cabo de acuerdo con la Declaración de Helsinki. Todos los temas siempre por escrito, el consentimiento informado para la adquisición y el intercambio de datos. Para obtener más información acerca de la secuencia de adquisición utilizado para recoger estas imágenes, consulte Winterburn et al., 2013 y Park et al., 2014. 26,34 Imágenes en los cinco sujetos fueron revisados por la calidad y mantienen. El hipocampo se extendió un promedio de 118 cortes coronales en estas imágenes.
1. Software Set-up
- Abrir Pantalla:
2. Toda Hippocampus Manual Segmentación
- Puesta en marcha: El uso de una imagen ponderada en T1, desplácese hasta el corte anterior-más coronal del hipocampo. Para avanzar en rodajas en la dirección anterior, use la tecla '+'; utilizar la tecla - para moverse en la dirección posterior ''.
- Slice B: hipocampo Cabeza 1 (Figura 1B):
- Superior, inferior, laterales, bordes mediales: Seguir a dibujar las fronteras tal como se describe en el paso 2.2, el uso de la sustancia blanca del lóbulo temporal y alveus como guía.
- Frontera Supero-medial: Para ello, utilizando la vista axial, trace una línea horizontal desde el borde anterior del hipocampo lateral 29, e incluir nada por debajo de esta línea como el hipocampo.NOTA: El borde supero-medial se hace más ambigua en estas rebanadas, donde la materia gris del hipocampo se mezcla con la materia gris de la amígdala.
- Slice C: hipocampo Head 2 con Dentations: En función del tema, los dentations del hipocampo pueden ser visibles por 3-4 rebanadas (por lo general, son más visibles en T2 frente a las imágenes ponderadas en T1). En estos sectores, seguir utilizando la sustancia blanca del lóbulo temporal alveus y para guiar la segmentación 12,22 frontera. Para más detalles, siga los pasos 2.5.1-2.5.2.
- Slice D: Jefe del hipocampo 3:
- Superior, inferior, laterales, bordes mediales: Dibuja el borde inferior del hipocampo en la sustancia blanca del lóbulo temporal, el borde lateral del asta inferior del ventrículo lateral, el borde superior, siguiendo la curva de los dentations, en el sustancia blanca del alveus / fimbria y el borde medial en el regio hipointensan de la cisterna ambiente 12,22.
- Supero-medial y fronteras-ínfero medial: Continuar para definir la frontera supero-medial como se describe en el paso 2.3.2. Dibuje la porción inferior del borde medial donde el hipocampo se adelgaza ligeramente y se extiende en la materia gris ligeramente hiperintensa de la corteza entorrinal 12,22.
- Slice E: hipocampo Head 4 con Uncus: Continuar para dibujar las fronteras inferiores, laterales y superiores descritos en los pasos 2.5.1-2.5.2. Incluir el uncus (que se encuentra la medalla al cuerpo principal del hipocampo y está rodeado por el LCR de baja intensidad) en el hipocampo segmentación 12,2 2.
- Slice F: hipocampo Cuerpo: Continuar para dibujar las fronteras inferiores, laterales, mediales y superiores descritos en los pasos 2.5.1-2.5.2. Dibuje la frontera inferior-medial en el punto en el hipocampo se adelgaza en la transición a la corteza entorrinal / para-hipocampo circunvolución 12,22.No incluya el CSF de baja intensidad del surco del hipocampo vestigial en la segmentación.
- Slice G: Cola del hipocampo 1: Comience la segmentación de las rebanadas de tipo cola del hipocampo cuando la crus del fondo de saco es primero visible. Excluir el gyrus fascicular (una estructura de la materia gris que se mezcla con el hipocampo en partes de la cola del hipocampo) a partir de la segmentación mediante la extrapolación de la forma de la circunvolución fascicular en la cola del hipocampo de más rebanadas anteriores 12,22. Esta extrapolación sólo es posible para 2-3 rodajas, después de lo cual las dos estructuras no se pueden distinguir con precisión; en este punto, el tratamiento de toda la materia gris visible en esta zona como el hipocampo.
- Slice H: Cola del hipocampo 2: Segmento la materia gris de baja intensidad de la cola del hipocampo posterior de la materia blanca de alta intensidad de los alrededores.
- Slice I: Posterior-Most Slice: Segmento el resto del área pequeña de la materia gris del hipocampo dela materia blanca que rodea del lóbulo temporal.
3. El subcampo del hipocampo Manual Segmentación
- Puesta en marcha: El uso de una imagen ponderada en T2, desplácese hasta el corte anterior-más coronal del hipocampo (como en el paso 2.1). Para cambiar el color del pincel, seleccione D (Set pintura Lbl :) en el menú de segmentación en la ventana de navegación. La terminal de comandos le pedirá: "Introduzca etiqueta actual de la pintura:". Introduzca un número entre 1 y 255. Cada número corresponde a una etiqueta de color diferente.
- Slice A: anterior-más Slice: Desde divisiones subcampo aún no están visibles en la anterior-más corte, dibujar una línea que divide la materia visible del hipocampo gris a lo largo de su eje visible más larga (que no es necesariamente paralela a cualquiera de los ejes cardinales) en dos secciones iguales para aproximar la verdadera 12,22 anatomía. Etiquetar el superior de estas dos secciones como CA1 y la sección inferior como subículo por choosing una etiqueta de color diferente para cada subcampo 23,35.
- Slice B: hipocampo Jefe 1: Etiqueta de la zona de baja intensidad en el medio de la formación del hipocampo como SR / SL / SM 13,37. Cuando la curva a lo largo del borde inferior del hipocampo se hace evidente, utilice este hito como el borde lateral que separa el subículo de la CA1 12,22. Continúe siguiendo el eje mayor del hipocampo para dibujar el borde CA1-subículo en la punta supero-medial 37.
- Slice C: Jefe del hipocampo 2 con Dentations:
- SR / SL / SM, CA4 / DG, y subículo: Etiqueta de la SR / SL / SM, CA4 / DG, y subículo como se describe para la rebanada D (paso 3.5.1).
- CA2 / CA3 y CA1: Definir la frontera entre CA1 y CA2 / CA3 como una línea de 45º de ángulo que se extiende en la dirección supero-lateral desde el borde más supero-lateral de la SR / SL / SM 12,22. Extender la CA2 / CA3 medial lo largo del borde superior a la depresión entre la dentalas 12,22. Etiquetar el resto del borde superior como CA1 12,22.
- Slice D: hipocampo Head 3
- SR / SL / SM, CA4 / DG, y subículo: Etiqueta de la banda SR oscuro / SL / SM primero, que seguirá a la curva de la CA1 37. Etiqueta de cualquier sustancia gris de alta intensidad en el interior de la SR / SL / SM como CA4 / DG 12,22,23,35,37. Esto puede no ser una región continua, como en la Figura 2C. Continuar para definir la frontera subículo-CA1 utilizando la curva en el hipocampo inferiores 12,22.
- CA2 / CA3 y CA1: Continuar para definir la CA1 y CA2 frontera / CA3 como en el paso 3.4.2. Extender la CA2 / CA3 medial a mitad de camino a lo largo del borde superior del hipocampo 12,22 y la etiqueta de la otra mitad del borde superior como CA1 12,22.
- Cabeza del hipocampo Supero-medial: En este corte, dividir la cabeza del hipocampo supero-medial verticalmente por la mitad. Etiqueta de la mitad medial como SR / SL / SM 12. Divida el lateralmedio en medio nuevo, esta vez en sentido horizontal. Marque la parte superior como CA4 / DG y la parte inferior como CA2 / CA3 12.
- Slice E: hipocampo Head 4 con Uncus
- La cabeza del hipocampo lateral (subículo): En la porción lateral de estas rebanadas, definir la frontera subículo-CA1 como una línea vertical que se extiende en la dirección inferior desde el borde más medial de la CA4 / DG 12,22.
- Lateral cabeza del hipocampo (CA1, CA2 / CA3, CA4 / DG, SR / SL / SM.): Define la frontera CA1-CA2 / CA3 de la misma manera que en el paso 3.4.2. Continúe para etiquetar el SR / SL / SM como la región de baja intensidad tras la curva de las regiones CA. Etiquetar el CA4 / DG como la cavidad central dentro de la SR / SL / SM, como en el paso 3.5.1.
- Uncal cabeza del hipocampo (SR / SL / SM): Etiqueta de la uncus del hipocampo durante aproximadamente 10 rebanadas como las transiciones de la cabeza del hipocampo en el cuerpo del hipocampo. En el uncus, etiquetar la región de baja intensidad en el centro como SR / SL / SM (cuando esto es difícil de ver, la aproximación de la anatomía mediante la segmentación de una línea 2-3 voxels amplia hasta el centro de la uncus) 12.
- Cabeza del hipocampo Uncal (CA2 / CA3, CA4 / DG): Dibuje una línea en el borde superior de la SR / SL / sección de SM lo largo / eje supero-medial infero-lateral del uncus. Etiqueta de toda la materia gris por encima de esta línea como CA2 / CA3 12. Etiqueta de cualquier materia gris sin etiqueta debajo de esta línea (a cada lado de la SR / SL / SM) como CA4 / DG 12.
- Slice F: hipocampo Cuerpo: Continuar para aplicar las fronteras descritas en el paso 3.6.1-3.6.2.
- Slice G: Cola del hipocampo 1: Continuar para aplicar las reglas descritas en el paso 3.6.1-3.6.2. La frontera subículo-CA1 se convierte en una línea de 45º de ángulo que se extiende en la dirección inferior-medial del borde medial de la CA4 / DG 12,22.
- Slice H: Cola del hipocampo 2: Una vez que la circunvolución fasciculares ya no se pueden distinguir de la formatio hipocampon, etiquetar la capa exterior entero como CA1, el área de baja intensidad en el interior de este como SR / SL / SM (como en rodajas anteriores), y cualquier materia gris que queda en el medio como CA4 / DG 12,22.
- Slice I: Posterior-Most Slice: Una vez que la oscuridad SR / SL / SM ya no es visible en el centro de la formación del hipocampo, etiquetar toda la estructura como CA1 12,22.
4. Protocolo Confiabilidad
- Resegment la derecha oa la izquierda del hipocampo de cada sujeto después de esperar aproximadamente un mes a partir de la realización de la segmentación inicial. Segmento todos los subcampos a lo largo de toda la longitud antero-posterior del hipocampo, tratando de seguir las reglas de protocolo tan consistente como sea posible.
- Calcula kappa de los dados entre los volúmenes originales y resegmented:
donde k = kappa de Dados y A y B son los volúmenes de etiquetas.
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Representative Results
. Los resultados de la prueba de la fiabilidad del protocolo se resumen en la Tabla 2 Para todo el hipocampo bilateral, significa superposición espacial, medida por kappa de los dados es 0.91 y oscila 0,90 a 0,92. Valores kappa de subcampo oscilan entre 0,64 (CA2 / CA3) a 0,83 (CA4 / giro dentado). Volúmenes media para todos los subcampos y todo el hipocampo se reportan en la Tabla 3. Los volúmenes para toda la gama hipocampo 2456,72 a 3325,02 mm 3. El CA2 / CA3 es el subcampo más pequeña en 208,33 mm 3, mientras que la CA1 es el más grande en 857,46 mm 3.
Figura 1. Segmentación de todo el hipocampo durante 9 cortes coronales (AI) utilizando imágenes ponderadas en T1. Las líneas rojas verticales en la superficie del hipocampo ilustrar la ubicación de cada rebanada coronal. El hipocampo estaba presente en un unaverage de 118 cortes coronales en cada uno de los cinco temas incluidos en este estudio. Imágenes progresan de anterior (rebanada 1) en la parte superior a la posterior (rebanada 118) en la parte inferior. Las imágenes se muestran en la columna izquierda, sin segmentación y con la segmentación en la columna de la derecha. La barra de escala muestra 3 mm para referencia. Números romanos apuntan a características identificadas en el manuscrito protocolo. yo. El alveus distingue la materia gris del hipocampo de la sustancia gris de la amígdala en la anterior-más rebanada. ii. La sustancia blanca del lóbulo temporal define el borde inferior del hipocampo en la cabeza del hipocampo. iii. El borde lateral del hipocampo en la cabeza del hipocampo es el asta inferior del ventrículo lateral. iv. El borde superior se define por la materia blanca del alveus / fimbria. v. El borde medial de la cabeza del hipocampo es la cisterna ambiente. vi. El hipocampo-infero medial se extiende en la corteza entorrinal, que se muestra como un leve hiper-intensabanda en imágenes potenciadas en T1. vii. El uncus del hipocampo está presente en la cabeza del hipocampo y se puede distinguir fácilmente de la CSF circundante. viii. En la dirección infero-medial, la frontera entre el subículo y la circunvolución del hipocampo para-se define por un ligero adelgazamiento de la materia gris del hipocampo. ix. El CSF del surco del hipocampo vestigial no está incluido en la segmentación. X. La circunvolución fascicular no está incluido en la segmentación de la cola del hipocampo cuando es posible para diferenciarlo. xi. Cuando ya no es posible distinguir entre la circunvolución fascicular y la cola del hipocampo, la circunvolución fascicular está incluido en la segmentación. Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Segmentation de los subcampos del hipocampo para 9 cortes coronales (AI) utilizando imágenes ponderadas en T2. Las líneas rojas verticales en la superficie del hipocampo ilustrar la ubicación de cada rebanada coronal. El hipocampo estaba presente en un promedio de 118 cortes coronales en cada uno de los cinco sujetos incluidos en este estudio. Imágenes progresan de anterior (rebanada 1) en la parte superior a la posterior (rebanada 118) en la parte inferior. Las imágenes se muestran en la columna izquierda, sin segmentación y con la segmentación en la columna de la derecha. La barra de escala muestra 3 mm para referencia. Números romanos apuntan a características identificadas en el manuscrito protocolo. yo. La región de baja intensidad en el centro de la cabeza del hipocampo es el SR / SL / SM. ii. La curva en forma de uncal en el borde infero-lateral del hipocampo marca la frontera entre el CA1 y subículo. iii. La frontera subículo-CA1 sigue siendo definida en la 'curva' en el hipocampo inferior en la cabeza del hipocampo. iv. La frontera entre CA1 yCA2 / CA3 se define como un ángulo de 45 ° que se extiende en la dirección supero-lateral desde el borde más superior-lateral de la SR / SL / SM. v. El CA2 / CA3 se extiende a mitad de camino a lo largo del borde superior de la hipocampo, a la cubeta de los dentations, medial a la que está etiquetado como CA1. vi. La materia gris en el centro de la cabeza del hipocampo se etiqueta como CA4 / DG. vii. Continuar para definir la frontera CA1-CA2 / CA3 como un ángulo de 45 ° que se extiende en la dirección supero-lateral desde el borde más superior-lateral de la SR / SL / SM. viii. El CA2 / CA3 continúa extendiendo a mitad de camino a lo largo del borde superior de la hipocampo, medial a la que está etiquetado como CA1. ix. En rebanada D, la cabeza del hipocampo supero-medial se divide en subcampos (consulte el paso 3.5.3). X. La frontera subículo-CA1 se define como una línea vertical que se extiende desde la frontera más medial de la CA4 / DG. xi. El SR / SL / SM sigue siendo la región de baja intensidad siguiendo la curva de las regiones CA. xii. En la parte uncal de la cabeza del hipocampo,el SR / SL / SM es la región de baja intensidad en el centro de la uncus. Si esto no se puede ver, trazar una línea 2-3 píxeles de ancho hasta el centro de la uncus. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Tabla 1. Superior, inferior, medial y bordes laterales para subcampos del hipocampo durante nueve rebanadas representativos a lo largo de medida anterior-posterior del hipocampo. Fronteras se describen para las imágenes ponderadas en T2. WM = sustancia blanca; GM = Materia Gris; MTL = medial del lóbulo temporal.
| Estructura | Slice | Frontera Superior | Borde inferior | Borde medial | Borde lateral | CA1 | Anterior-Most Slice | WM del alveus | La línea media de la materia gris del hipocampo, junto largo del eje (fronteras subículo) | WM del alveus | WM del alveus |
| Hipocampo Cabeza 1 | WM del alveus | SR / SL / SM; frontera inferolateral con subículo en la 'curva' del hipocampo | WM del alveus | WM del alveus | |
| Hipocampo Jefe 2 (con Dentations) | |||||
| Lateral | Sigue la curva de la SR / SL / SM; frontera supero-lateral con CA2 / CA3 | WM del MTL | SR / SL / SM; inferomedial con subículo en la 'curva' del hipocampo | WM del alveus | |
| Medio | WM del alveus; frontera supero-medial con CA2 / CA3 | Baja intensidad SR / SL / SM | Bajo-Intensidad SR / SL / SM | CA2 / CA3 | |
| Hipocampo Head 3 | |||||
| Lateral | Sigue la curva de la SR / SL / SM; frontera supero-lateral con CA2 / CA3 | WM del MTL | SR / SL / SM; inferomedial con subículo en la 'curva' del hipocampo | WM del alveus | |
| Medio | WM del alveus; frontera supero-medial con CA2 / CA3 | Baja intensidad SR / SL / SM | Baja intensidad SR / SL / SM | CA2 / CA3 | |
| Hipocampo Head 4 (con Uncus) | Sigue la curva de la SR / SL / SM; frontera supero-lateral con CA2 / CA3 | WM del MTL | SR / SL / SM; frontera inferomedial con línea vertical subículo lo largo del borde medial del CA4 / DG | WM del alveus | |
| Cuerpo del hipocampo | Sigue la curva de la SR / SL / SM; ingenio frontera supero-lateralh CA2 / CA3 | WM del MTL | SR / SL / SM; frontera inferomedial con línea vertical subículo lo largo del borde medial del CA4 / DG | WM del alveus | |
| Cola del hipocampo 1 | SR / SL / SM; frontera superolateral con CA2 / CA3 | WM del MTL | Sigue la curva de la SR / SL / SM; frontera supero-medial con el subículo largo de la línea paralela al borde de CA4 / DG | WM del alveus | |
| Cola del hipocampo 2 | Frontera Supero-lateral con el WM del alveus / fimbria | WM del MTL | WM del MTL | WM del MTL | |
| Posterior-Most Slice | Frontera Supero-lateral con el WM del alveus / fimbria | Resto de la estructura está rodeada por el WM del lóbulo temporal | WM del MTL | WM del alveus / fimbria | |
| Subículo | Anterior-Most Slice | Línea media del hipopótamola materia gris campal, a lo largo del eje más largo (bordea CA1) | WM del MTL | WM del alveus | WM del alveus |
| Hipocampo Cabeza 1 | SR / SL / SM; CA1 en el borde supero-medial | WM del MTL | WM del alveus | CA1, en 'curva' en el hipocampo | |
| Hipocampo Jefe 2 (con Dentations) | SR / SL / SM | WM del MTL | Corteza entorrinal (zona baja intensidad medial al hipocampo inferior) | CA1, en 'curva' en el hipocampo | |
| Hipocampo Head 3 | SR / SL / SM | WM del MTL | Corteza entorrinal (zona baja intensidad medial al hipocampo inferior) | CA1, en 'curva' en el hipocampo | |
| Hipocampo Head 4 (con Uncus) | CSF de la cisterna ambiente | WM del MTL; border-infero medial en la corteza entorrinal, donde la banda cortical se adelgaza slightly y la intensidad de la señal cae | CSF de la cisterna ambiente | CA1 largo de la línea paralela al borde de CA4 / DG | |
| Cuerpo del hipocampo | CSF de la cisterna ambiente | WM del MTL; border-infero medial en la corteza entorrinal, donde la banda cortical se adelgaza ligeramente y señal gotas de intensidad | CSF de la cisterna ambiente | CA1 largo de la línea paralela al borde de CA4 / DG | |
| Cola del hipocampo 1 | GM de la circunvolución fascicular (donde se puede separar de hipocampo GM) | WM del MTL | Difícil de determinar; extrapolar más anterior / posterior rebanadas | CA1 largo de la línea paralela al borde de CA4 / DG | |
| Cola del hipocampo 2 | N / A | ||||
| Posterior-Most Slice | N / A | ||||
| CA2 / CA3 | Anterior-Most Slice | N / A | N / A | ||
| Hipocampo Jefe 2 (con Dentations) | |||||
| Lateral | WM del alveus | Baja intensidad SR / SL / SM | CA1 a mitad de camino a lo largo del borde superior del hipocampo; si dentations visible, tratar de estimar la mitad | Frontera ínfero-lateral con CA1 lo largo de 45 ° de ángulo de la mayoría borde supero-lateral de SR / SL / SM | |
| Medio | CA4 / DG a medio camino a lo largo de la extensión superiorinferior de hipocampo | CA1 en la base de la extensión superior-inferior del hipocampo | SR / SL / SM medio camino a lo largo de la anchura de la extensión superior-inferior del hipocampo | WM de alveus | |
| Hipocampo Head 3 | |||||
| Lateral | WM del alveus | Baja intensidad SR / SL / SM | CA1 a mitad de camino a lo largo deborde superior del hipocampo | Frontera ínfero-lateral con CA1 lo largo de 45 ° de ángulo de la mayoría borde supero-lateral de SR / SL / SM | |
| Medio | CA4 / DG a medio camino a lo largo de la extensión superiorinferior de hipocampo | CA1 en la base de la extensión superior-inferior del hipocampo | SR / SL / SM medio camino a lo largo de la anchura de la extensión superior-inferior del hipocampo | WM de alveus | |
| Hipocampo Head 4 (con Uncus) | |||||
| Lateral | WM del alveus | CA4 / DG | CSF de la cisterna ambiente | Frontera ínfero-lateral con CA1 lo largo de 45 ° de ángulo de la mayoría borde supero-lateral de SR / SL / SM | |
| Medio | CSF de la cisterna ambiente | Línea paralela al borde superior del SR / SL / SM | CSF de la cisterna ambiente | CSF de la cisterna ambiente | |
| HCuerpo ippocampal | WM del alveus | CA4 / DG | CSF de la cisterna ambiente | Frontera ínfero-lateral con CA1 lo largo de 45 ° de ángulo de la mayoría borde supero-lateral de SR / SL / SM | |
| Cola del hipocampo 1 | WM del alveus | Línea horizontal Borde inferior que se extiende desde el punto más lateral de SR / SL / SM, siguiendo el patrón de más sectores anteriores; frontera inferomedial con CA4 / DG | WM del fimbria | WM del fimbria | |
| Cola del hipocampo 2 | N / A | ||||
| Posterior-Most Slice | N / A | ||||
| CA4 / DG | Anterior-Most Slice | N / A | |||
| Hipocampo Cabeza 1 | N / A | ||||
| Hipocampo Jefe 2 (con Dentations) | Sigue la curva de baja intensidad SR / SL / SM | Baja intensidad SR / SL / SM | CSF de la cisterna ambiente | Baja intensidad SR / SL / SM | |
| Lateral | Baja intensidad SR / SL / SM | Baja intensidad SR / SL / SM | CSF de la cisterna ambiente | Baja intensidad SR / SL / SM | |
| Medio | Utilice la vista axial para dibujar una línea horizontal en sentido medial del borde anterior del hipocampo lateral | CA2 / CA3 medio camino a lo largo de la extensión superiorinferior de hipocampo | SR / SL / SM medio camino a lo largo de la anchura de la extensión superior-inferior del hipocampo | WM de alveus | |
| Hipocampo Head 3 | |||||
| Lateral | Baja intensidad SR / SL / SM | Baja intensidad SR / SL / SM | CSF de la cisterna ambiente | Baja intensidad SR / SL / SM | |
| Medio | CSF de la cisterna ambiente | CA2 / CA3 medio camino a lo largo de la extensión superiorinferior de hippocampus | SR / SL / SM medio camino a lo largo de la anchura de la extensión superior-inferior del hipocampo | WM de alveus | |
| Hipocampo Head 4 (con Uncus) | |||||
| Lateral | Baja intensidad SR / SL / SM | Baja intensidad SR / SL / SM | CSF de la cisterna ambiente | Baja intensidad SR / SL / SM | |
| Medio | Línea paralela al borde superior del SR / SL / SM | CSF de cisterna ambiente | CSF de cisterna ambiente; baja intensidad SR / SL / SM | CSF de cisterna ambiente; baja intensidad SR / SL / SM | |
| Cuerpo del hipocampo | CA2 / CA3 | Baja intensidad SR / SL / SM | CSF de cisterna ambiente | Baja intensidad SR / SL / SM | |
| Cola del hipocampo 1 | CA2 / CA3 y fimbria | Baja intensidad SR / SL / SM | CSF del ventrículo lateral | Baja intensidad SR / SL / SM | |
| Cola del hipocampo 2 | N / A | ||||
| Posterior-Most Slice | N / A | ||||
| SR / SL / SM | Anterior-más rebanada | N / A | |||
| Hipocampo Cabeza 1 | Baja intensidad SR / SL / SM en el centro de la CA1 y subículo | ||||
| Hipocampo Jefe 2 (con Dentations) | Utilice la vista axial para dibujar una línea horizontal en sentido medial del borde anterior del hipocampo lateral | Baja intensidad SR / SL / SM rodea CA4 / DG | CSF de cisterna ambiente | CA2 / CA3 y CA4 / DG a medio camino a lo largo de la anchura de la extensión superior-inferior del hipocampo | |
| Hipocampo Head 3 | Utilice la vista axial para dibujar una línea horizontal en sentido medial del borde anterior del hipocampo lateral | Baja intensidad SR / SL / SM rodea CA4 / DG | CSF de cisterna ambiente CA2 / CA3 y CA4 / DG a medio camino a lo largo de la anchura de la extensión superior-inferior del hipocampo | ||
| Hipocampo Head 4 (con Uncus) | |||||
| Lateral | Baja intensidad SR / SL / SM rodea CA4 / DG | ||||
| Medio | Baja intensidad SR / SL / Smin media (cuando difícil de ver, aproximadamente con una línea de 203 voxels de ancho) | CSF de cisterna ambiente | CA4 / DG | CA4 / DG | |
| Cuerpo del hipocampo | Baja intensidad SR / SL / SM rodea CA4 / DG | ||||
| Cola del hipocampo 1 | Baja intensidad SR / SL / SM rodea CA4 / DG | ||||
| Cola del hipocampo 2 | Baja intensidad SR / SL / SM rodea CA4 / DG | ||||
| Posterior-Most Slice | N / A | ||||
fo:. keep-con-previous.within-page = "always"> Tabla 2. Resultados de fiabilidad Protocolo para los cinco subcampos y todo el hipocampo de los cinco sujetos segmentados manualmente Resegmentations se realizaron en ya sea la derecha o hipocampo izquierdo de cada sujeto. La media de kappa de Dados refleja la media de los cinco sujetos.
| Estructura | La media de kappa de Dados (rango) |
| CA1 | 0,78 (0,77-0,79) |
| CA2 / CA3 | 0,64 (0,56-0,73) |
| CA4 / giro dentado | 0,83 (0,81 a 0,85) |
| SR / SL / SM | 0,71 (0,68-0,73) |
| Subículo | 0,75 (0,72 hasta 0,78) |
| Todo el hipocampo | 0,91 (0,90-0,92) |
Tabla 3. subcampo Media y volúmenes del hipocampo enteros.
| Estructura | Volumen (rango) media (mm 3) |
| CA1 | 857,46 (720,17 a 981,68) |
| CA2 / CA3 | 208,33 (155,10 a 281,57) |
| CA4 / giro dentado | 615,50 (500,16 a 763,01) |
| SR / SL / SM | 687,22 (576,61 a 895,59) |
| Subículo | 390,79 (277,21 a 445,95) |
| Todo el hipocampo | 2759,31 (2456,72 a 3325,02) |
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Discussion
Segmentación subcampo del hipocampo en las imágenes de RM está bien representada en la literatura. Sin embargo, los protocolos existentes no incluyen porciones del hipocampo 20,23,33,35, se aplican sólo a imágenes fijas 37, o requieren escáneres ultra-altas de campo para la adquisición de imágenes 35,37. Este manuscrito ofrece un protocolo de segmentación que incluye cinco subdivisiones principales (CA1, CA2 / CA3, CA4 / gyrus dentado, SR / SL / SM, y subiculum del hipocampo) y se extiende por toda la longitud antero-posterior de la estructura. Los atlas segmentados completos están disponibles para el público en línea (cobralab.ca/atlases/Hippocampus). Este trabajo es aplicable a muchos grupos dentro del campo de la neuroimagen, y ayudará a limitar algunas de las discrepancias existentes en la segmentación del subcampo del hipocampo.
Pruebas de fiabilidad del protocolo muestra un alto grado de superposición espacial entre las etiquetas originales y resegmented, lo que refleja una alta fiabilidad intra-evaluador (Tabla 2). Un valor kappa de 0,91 para todo el hipocampo se compara favorablemente con otros valores reportados en la literatura 35,37. La fiabilidad intra-evaluador de muchos de los subcampos también comparan bien con otros protocolos de segmentación similares; sin embargo, algunas estructuras tienen fiabilidades inferiores 25,33,35,37 .Este pueden ser el resultado de la inclusión de la SR / SL / SM subcampo en el presente protocolo, donde otros grupos no lo hacen, lo que resulta en subcampos adyacentes (el subículo, CA1, y CA2 / CA3) ser más delgado, y por tanto más fuertemente penalizado por kappa métrica de los dados 33,35. Además, el proceso de reevaluación utilizado en este protocolo es tal vez más rigurosa y, por tanto, más un reflejo de la verdadera fiabilidad protocolo que los utilizados por otros grupos. La longitud entera antero-posterior de un hemisferio de cada sujeto fue resegmented, mientras que otros grupos con mayor segmento de confiabilidad sólo unos cortes coronales 23,33,37 .El subcampo conla kappa más bajo (0,64) es el CA2 / CA3, que es una estructura pequeña, delgada. Previamente se ha demostrado que el error intra-evaluador para todos los subcampos en este protocolo es más alto que un error simulado 0,3 mm de traslación en cada dirección cardinal, o una simulada 1% de expansión / contracción de las etiquetas 34. En otras palabras, el error resegmentación manual es más pequeña que la introducción de un pequeño error sistemático, que apoya la alta reproducibilidad manual de la protocolo.
El evaluador manual de expertos estudió cada una de las cinco imágenes de alta resolución en detalle para determinar cuál de los subcampos presentes en la histología de Duvernoy podía ver 12. Se determinó que no era posible diferenciar de manera fiable el CA2 de la CA3, por lo que para aumentar la fiabilidad de protocolo, que se combinaron en una sola estructura. Esta norma sigue el precedente de los grupos anteriores 33,37. Asimismo, no era posible distinguir el CA4 del moleculare estrato,estrato granuloso, y la capa polimórfica de la circunvolución dentada en las imágenes, o para distinguir entre las propias capas giro dentado. Por consiguiente, la CA4 y todas las capas giro dentado se combinaron en una etiqueta (CA4 / DG). Hay, de hecho, un debate en la comunidad segmentación subcampo del hipocampo en cuanto a si la región CA4 debe considerarse como una parte de la ammonis Cornu, como con Duvernoy 12, o como una parte de la circunvolución dentada, como con Amaral 3. El método presentado en este manuscrito acomoda ambos puntos de vista, y sigue el trabajo de MR anterior grupos de segmentación 23,28,33,35,37. Los estratos radiatum, lacunosum, y moleculare del ammonis Cornu también no podía distinguirse por separado, por lo que se combinaron en una etiqueta, como con los grupos anteriores 37.
El análisis más preciso de la neuroanatomía es a través de seccionamiento y tinción histológica, pero este tipo de análisis adolece de una serie de cuestiones: limiAcceso ted a especímenes fijos (que se traduce en muy pequeños tamaños de la muestra); la experiencia necesaria para preparar las muestras; distorsiones del cerebro después de la fijación; y dificultades en la aplicación de un atlas fijos a digital, 1,2,8 de datos in vivo. En imágenes ex vivo, largos tiempos de adquisición de un cerebro fija en un escáner de RM también proporciona una imagen detallada de la neuroanatomía, pero como con la histología, número de muestra es limitada y hay diferencias morfométricas entre el fijo y en el cerebro vivo 37. En vivo MR de imagen tiene una resolución limitada, pero presenta la posibilidad de que los tamaños de muestra mucho más grandes, así como el potencial para obtener imágenes de un solo sujeto en múltiples puntos de tiempo. Al alargar el tiempo de adquisición en escáneres de intensidad de campo estándar (dentro de los confines de confort sujeto), el nivel de detalle disponible en imágenes en vivo se convierte suficiente para resolver la neuroanatomía sub-nivel estructura. La adquisición utilizado para las imágenes segmentado en este protocolo, por tanto, ofrece un equilibrio razonable entre la disponibilidad de la muestra y resolución de imagen.
Este protocolo fue desarrollado para imágenes de alta resolución de RM tales como los utilizados para ilustrar los pasos del protocolo en este manuscrito 26,34. Imágenes de alta resolución fueron adquiridas en un escáner 3T aprovechando los tiempos de exploración de largo y la imagen de promedio. El tiempo de ciclo total para las dos adquisiciones FSPGR-Bravo y FSE-CUBE juntos fue poco menos de 2 horas. Se reconoce que esto es una longitud de exploración prohibitivo para aplicaciones clínicas: esta secuencia se realizó aquí con propósitos ilustrativos para el protocolo de segmentación. Los autores creen que el protocolo de segmentación descrito en este manuscrito se podría adaptar a las imágenes con un tiempo de exploración más corto, por ejemplo una sola adquisición 3T (en oposición a 3 adquisiciones para cada tipo de contraste, tal como se utiliza por Winterburn et al., 2013 34 y Park et al., 2014 26 7,27.
El protocolo fue diseñado para e implementado en las imágenes de sujetos sanos, pero también podría aplicarse (ya sea manualmente o mediante una tubería de segmentación automatizada 7,16,27) a las imágenes de poblaciones enfermas, tales como pacientes con enfermedad de Alzheimer, para quien hace que la atrofia severa hipocampo una estructura de concreto. interés 5,30 A pesar de esta atrofia, puntos de referencia que rodean el hipocampo y el contraste en las imágenes de intensidad significaría el protocolo de segmentación todavía sería en gran medida viable. Sin embargo, tales imágenes clínicas probablemente se adquirieron en un escáner con una intensidad de campo mucho menor, tales como 1.5T, donde la resolución sería demasiado bajo para ser capaz de ver subestructuras.
El tipo de software utilizado para realizar las segmentaciones es relevante, ya que es importante ser capaz de mirar a la estructura de múltiples puntos de vista (es decir, coronal, sagital, axial). Además, el uso de una visualización en 3D de la superficie de la estructura se puede utilizar para suavizar la topología general del hipocampo. A menudo voxels errantes o formas ilógicas no serán evidentes en los planos cardinales 2-dimensionsal, pero va a ser muy claro sobre una superficie 3D. En las imágenes de alta resolución, el protocolo se aplica a aproximadamente 118 cortes coronales y requiere más de 40 horas de work por sujeto por un evaluador manual de expertos previamente entrenados. Esta cantidad de mano de obra limita la aplicabilidad del protocolo completo a un conjunto tema muy amplio. Sería posible implementar una versión modificada del protocolo como una medida de ahorro de tiempo: por ejemplo, cada dos rebanada coronal podría ser segmentada para proporcionar una estimación de los volúmenes de subcampos o los subcampos podría combinarse, por ejemplo todos los cornu Ammonis subcampos ( CA1, CA2 / CA3 y SR / SL / SM).
En conclusión, este manuscrito se presenta un protocolo de segmentación manual detallado para todo el hipocampo y cinco subcampos del hipocampo (CA1, CA2 / CA3, CA4 / gyrus dentado, estratos radiatum / lacunosum / Moleculare, y subiculum). Este protocolo se ha aplicado a cinco temas, y los atlas se han hecho disponibles públicamente (cobralab.ca/atlases/Hippocampus). Estos atlas permiten otros laboratorios interesados en la segmentación del hipocampo para realizar segmentaciones fiables y repetibles de subcampos del hipocampo ennuevos conjuntos de datos de imagen.
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Acknowledgments
Los autores desean agradecer el apoyo de la Fundación CAMH, gracias a Michael y Sonja Koerner, la Familia Kimel, y el premio Catalyst Nueva investigador Paul E. Garfinkel. Este proyecto fue financiado por el Fonds de Recherches Santé Québec, los Institutos Canadienses de Investigación en Salud (CIHR), Ciencias Naturales e Ingeniería de Investigación de Canadá, el Instituto del Cerebro Weston, la Sociedad de Alzheimer de Canadá, y el Zorro Fundación Michael J. para la Investigación de Parkinson (MMC), así como CIHR, la Fundación Ontario salud mental, NARSAD, y el Instituto Nacional de Salud Mental (R01MH099167) (ANV). Los autores también desean agradecer a Anusha Ravichandran de ayuda la adquisición de las imágenes.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Discovery MR750 3T | GE | Or equivalent 3T scanner | |
| Minc Tool Kit | McConnell Brain Imaging Center, Montreal Neurological Institute | Open source: http://www.bic.mni.mcgill.ca/ServicesSoftware/ServicesSoftwareMincToolKit |
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