הדמיית תהודה מגנטית מבנית ברזולוציה גבוהה של תת-הקליפה" האדם In vivo ולאחר המוות
30 בדצמבר 2015
כאן אנו מציגים פרוטוקול לקביעת המספר המינימלי של תמונות שיש לרשום ולחשב ממוצע כדי לפתור מבנים תת-קורטיקליים ולבדוק אם ניתן לפתור את השכבות הבודדות של ה-LGN בהיעדר רעש פיזיולוגי.
המטרה הכוללת של ניסוי זה היא לבחון את גבולות הרזולוציה של MRI מבני על מנת לפתור ולהשוות מבנים תת-קורטיקליים הן במוח שלאחר המוות והן במוח האנושי החי. המחקר במעבדה שלנו כלל חקר הגרעינים התת-קורטיקליים הקטנים בתוך אוכלוסיות חולים. בהתחשב בגודלם הקטן ובשכפול שלהם בתוך המוח, קשה לחקור אותם.
פיתחנו פרוטוקול שמפענח את המבנים התת-קורטיקליים האלה גם במוח שלאחר המוות וגם במוח אנושי חי. היתרון בטכניקה זו הוא הפחתת משך הסריקה, דבר שימושי ביישומים קליניים. רזולוציית MRI מוגבלת על ידי רעש, ולכן רצינו לקבוע מה תהיה הרזולוציה הסופית.
בהיעדר מקורות הרעש הגדולים ביותר, כלומר תנועת ראש הנבדק, דופק ונשימה רכוש את כל ההדמיה המתוארת בפרוטוקול זה עם סורק שלושה TMRI המצויד בסליל ראש 32 ערוצים. בסרטון זה, השלבים מודגמים באמצעות סורק TMRI של Siemens MAGOME TRIO 3 עבור מפגשי הדמיה של משתתפי המחקר. הקפד לבצע תחילה בדיקת בטיחות MRI.
לאחר מכן סקור את הפרטים של פרוטוקול ההדמיה המוחית ובקש מהם לחתום על טופס הסכמה של המטופל תוך כדי הגדרת המשתתף לסריקה. אטמי אוזניים מוכנסים לאוזני המשתתף. לאחר מכן אבטח את ראשו עם רפידות כדי למזער את תנועת הראש.
במהלך הדמיה בעת ביצוע סריקות עם מוח לאחר המוות, ודא שהמוח מקובע לפני הדמיה נוירולוגית ונמצא בתוך שקית או מיכל אטום למים שמתאים לסליל ראש ה-MRI. הנח את המוח בסליל הראש כשציר ה-Z שלו מיושר עם קדח הסורק כשגזע המוח פונה לכיוון מרגלות מיטת הסורק. הניחו גם כריות ואקום סביב המוח לתמיכה נוספת.
לפני הסריקה, בחר את לשונית המטופל בפינה השמאלית העליונה. השתמש בכרטיסיית הרישום כדי למלא את פרטי הנושא המתאימים. לאחר מכן לחץ על לשונית המבחן בלשונית סייר המבחנים.
התחל ביצירת פרוטוקול סריקה חדש של LOCALIZER בחלון ההגדרה, השתמש בכרטיסייה ניגודיות ורזולוציות שגרתיות כדי להזין את הפרמטרים כפי שניתן לראות על המסך כאן. לאחר מכן, צור פרוטוקול חדש שישמש להשגת סריקות משוקללות של צפיפות פרוטונים ברזולוציה גבוהה. הגדר זאת בכיוון העטרה באמצעות הפרמטרים הנראים על המסך כאן.
צמצם את רוחב הפס למינימום האפשרי כדי למקסם את יחס האות לרעש. כדי לקצר את משך הסריקה, בחר 18 פרוסות בעובי מילימטר אחד כל אחת עם שדה ראייה של 160 מילימטר. לאחר מכן, שכב את תיבת בחירת הפרוסות לקבלת תמונות צפיפות הפרוטונים מעל הלוקליזטור.
הקפידו לכסות את הגרעינים התת-קורטיקליים בתוך התלמוס כמו גם את המבנים שמסביב. לאחר מכן התחל את הסריקה לזיהוי אמין של מבנים תת-קורטיקליים. רכוש חמש ריצות עם פרמטרים אלה.
בעת ביצוע הדמיית מוח לאחר המוות, ניתן לראות זיהוי אמין של מבנים תת-קורטיקליים בסריקה אחת בלבד עם משך כולל של כשלוש דקות לפי אותו פרוטוקול סריקה. כדי לנתח את הנתונים, השתמש בתוכנת FSL הזמינה בחינם. התחל בפתיחת חלון מסוף.
לאחר מכן המר את קובצי ה-DICOM הגולמיים מהסורק עבור כל אמצעי אחסון של צפיפות פרוטונים לפורמט מגניב. בשורת הפקודה, הקלד את סצנת הפקודה כאן, DCM ל-NII, ואחריה את הספרייה של כל תמונה. רץ. לאחר מכן, השג את הפרמטרים של סריקת צפיפות הפרוטונים המקורית.
לאחר מכן צור נפח יעד תמונה ריקה ברזולוציה גבוהה עם מחצית מגודל הווקסל של פרמטרים אלה. כדי לעשות זאת בכל תוכנת עורך טקסט, ראשית, הגדר את הטרנספורמציה באמצעות מטריצת זהות כפי שניתן לראות כאן ושמור כקובץ טקסט בשם identity dot matt. לאחר מכן, השתמשו בפקודה flirt כדי להחיל את השינוי למעלה, ודגמו כל ריצה מקורית כדי להכפיל את הרזולוציה הכוללת.
התוצאה היא מטריצה של 10 24 ומחצית את גודל הווקסל בכל ממד. כעת העבר את כל התמונות ברזולוציה גבוהה לתיקיה חדשה. לאחר מכן, עבור כל משתתף, שרשר את כל תמונות צפיפות הפרוטונים שנדגמו על ידי UPS לקובץ ארבעה D יחיד.
באמצעות תנועת הפקודה מיזוג FSL, תקן קבצים משורשרים אלה. באמצעות הפקודה URT, בחר תיקון בן ארבעה שלבים, המשתמש באינטרפולציה של סנכרון כמעבר אופטימיזציה נוסף לדיוק רב יותר. לאחר מכן, צור את תמונת הממוצע התלת-ממדית באמצעות מתמטיקה של FSL.
לאחר מכן דמיין את התוצאה הסופית, תמונה תלת מימדית ברזולוציה גבוהה באמצעות פקודת תצוגת FSL. כעת צור אזורי עניין, הנקראים גם החזר ROI. באמצעות תצוגת FSL, טען את התמונה ברזולוציה גבוהה.
לאחר מכן, בכרטיסייה כלים, בחר בכרטיסיית תמונה בודדת כדי להגדיל את התצוגה לציור החזר ROI. לאחר מכן, לחץ על הכרטיסייה קובץ ואחריה צור מסכה, צייר קו בהחזר ההשקעה ושמור. לבסוף, השתמש בפקודת ההשלכה התלת-ממדית של AF acne כדי לחלץ את התמונה, העוצמות והמיקום של מסכות ההחזר על ההשקעה שנוצרו זה עתה.
התוצאות יופקו כקובץ טקסט, שניתן להשתמש בו לניתוח נוסף. סדרת תמונות זו משווה ממוצעי נפח במוח in vivo ואחרי המוות. שימו לב שהמוח שלאחר המוות מראה תיחום ברור של מבנים תת-קורטיקליים בנפח משוקלל אחד של צפיפות פרוטון, בעוד שנדרשות לפחות חמש תמונות ממוצעות עבור המוח in vivo כדי לספק את הפרט הזה, פרוסה קורונלית זו בתמונת מוח in vivo מציגה תיחום ברור של ה-LGN ומבנים תת-קורטיקליים אחרים, וכאן אנו רואים פרוסה נוספת של אותו מוח בממוצע ב-40 נפחי צפיפות פרוטונים באותו מפגש עם אותם פרמטרי הדמיה.
פרוסת מוח זו לאחר המוות נרכשה בסריקת נפח צפיפות פרוטונים אחת ומספקת תיחום ברור של מבנים תת-קורטיקליים, כולל LGN ימני ושמאלי. פרוסה זו מציגה מוח לאחר המוות בממוצע ב-100 נפחי צפיפות פרוטונים עם אותו מרשם פרוסה. התצוגה המוגדלת מציגה תיחום ברור של מבנים תת-קורטיקליים.
כאן אנו רואים פרופילי עוצמת קו עבור in vivo שמאל וימין, LGN כמו גם הנתיחה שלאחר המוות שמאלה וימינה, LGN. קווים אלה מיועדים ל-40 ממוצעים מקסימליים in vivo ו-100 ממוצעים לאחר המוות. במוח שלאחר המוות, לא הייתה שונות בעוצמה שניתן לייחס לשכבות במוח in vivo.
הייתה שונות בעוצמה שניתן לייחס לשכבות. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לעקוב אחר פרוטוקול אופטימלי זה בהשגת פתרון בסיכון גבוה, תמונות צפיפות פרוטונים של אזורים תת-קורטיקליים לאחר ביצוע ניתן ליישם שיטה זו במסגרות קליניות כדי להפחית את משך הסריקה לפחות מ-15 דקות בבני אדם חיים ופחות משלוש דקות במוח שלאחר המוות כאשר מיושמים כראוי.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מציג פרוטוקול שמטרתו לקבוע את המספר המינימלי של תמונות הנדרשות לרישום ולמיצוע לצורךB רזולוציה של מבנים תת-קורטיקליים במוח האנושי. הוא בוחן באופן ספציפי את היכולת להבחין בין השכבות הבודדות של הגרעין הברכי הצדי (LGN) תוך מזעור הרעש הפיזיולוגי.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- MRI מבני
- מבנים סוב-קורטיקליים
רקע
- גרעינים תת-קליפתיים הם קטנים ומאתגרים למחקר.
- המחקר התמקד באוכלוסיות חולים כדי להבין מבנים אלו.
- מגבלות הרזולוציה של MRI עלולות להקשות על חקר הגרעינים הללו.
- צמצום משך הסריקה הוא מועיל עבור יישומים קליניים.
מטרת המחקר
- לבחינת מגבלות הרזולוציה של MRI מבני.
- להשוואת מבנים תת-קורטיקליים במוחות לאחר המוות ובמוחות חיים.
- לפיתוח פרוטוקול המאפשר הפרדה יעילה של מבנים אלו.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- טכניקות דימות MRI מבני.
- רישום (Registration) וממוצע של תמונות.
- הערכת השפעת רעש פיזיולוגי.
- השוואה בין תוצאות ממוחות לאחר המוות למוחות חיים.
תוצאות עיקריות
- הפרוטוקול משיג הפרדה מוצלחת של מבנים סוב-קורטיקליים.
- ניתן להבחין בין השכבות הבודדות של ה-LGN.
- משך הסריקה קצר באופן משמעותי.
- הממצאים תורמים להבנת מגבלות הרזולוציה של MRI.
מסקנות
- הפרוטוקול שפותח משפר את חקר המבנים התת-הקורטיקליים.
- הוא מספק גישה שימושית ליישומים קליניים של MRI.
- מחקרים עתידיים יכולים להתבסס על ממצאים אלו כדי לשפר את טכניקות הדימות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
MRI מבני ברזולוציה גבוהה של התת-קליפה האנושית מאפשר תיחום מדויק של גרעינים קטנים, המשפיע ישירות על שלבי הגילוי המוקדמים ומסלולי המחקר בתחומי מדעי העצבים התרגומיים. באמצעות הגדרת מגבלות הרזולוציה ואילוצי הרעש הן בהגדרות postmortem והן in vivo, פרוטוקול זה מספק ביטחון חיזוי לזיהוי מטרות תת-קליפתיות ולפיתוח ביומרקרים כמותיים. גישה זו תומכת בקבלת החלטות מותאמות סיכון בקידום פורטפוליו של טיפולים נוירו-תרפויטיים, על ידי הבהרת גבולות אנטומיים קריטיים להפחתת סיכונים מכניסטיים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה של שלמות המבנים הסוב-קורטיקליים לצורך תיקוף מטרות במחקרים נוירופסיכיאטריים ונוירודגנרטיביים.
- מפחית עמימות מכניסטית על ידי אספקת נתוני ייחוס אנטומיים ברזולוציה גבוהה עבור גרעינים קטנים.
- תומך בביטחון חיזוי בבחירת מטרות סוב-קורטיקליות רלוונטיות למחלה לצורך מחקר נוסף.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מקל על הכנת אזורי עניין (ROI) אנטומיים שעברו תיקוף עבור בדיקות מבוססות דימוי בהמשך התהליך.
- משפר את השחזוריות והסטנדרטיזציה של תיחום ROI סוב-קורטיקלי בין מחקרים שונים.
- מאפשר מדידה כמותית של משתנים תלויים, כגון עוצמת אות ונפח, בגרעינים מוגדרים.
מחקר תרגומי וטרום-קליני
- מתאימה את תוצרי הדימות לאסטרטגיות של ביומרקרים תרגומיים על ידי מתן אפשרות להשוואות בין-מינים ובין-מודליות.
- מספקת רצף מדימות שלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני של מטרות סוב-קורטיקליות.
- תומכת בקידום מותאם סיכונים על ידי הבהרת נקודות סיום אנטומיות הרלוונטיות למודלים של מחלה.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד (Pipeline & Workflow Integration)
פרוטוקול זה משתלב ברצף השלב של הגילוי ועד למחקר הפרה-קליני על ידי אספקת שיטה סטנדרטית לדימוי תת-קליפתי ברזולוציה גבוהה, התומכת הן בבחינת השערות והן בניתוח כמותי.
- ביולוגיה של תגליות: תומך בבדיקת השערת האפס לנוכחות של מטרות סוב-קורטיקליות ובידול אנטומי.
- סריקה: מספק פלטי דימות כמותיים וניתנים לשחזור עבור תהליכי עבודה של סריקה מבוססת ROI.
- אנליטיקה: מאפשר השוואה סטטיסטית של עוצמת אות ונפח בין תנאים וקוהורטות.
- מחקר טרנסלציונלי: מגשר בין דימות in vivo לדימות פוסט-מורטם לצורך התאמת סממנים ביולוגיים ותיקוף מודלים.
- שימוש חוזר ארגוני: מבסס תשתית (pipeline) ניתנת לשימוש חוזר לדימות ואנליזה של מבנים סוב-קורטיקליים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החיזוי ואת הדיוק האנטומי לאימות של מטרות סוב-קורטיקליות.
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה של פרוטוקולי דימות ומקצר את משך הסריקה הן במסגרות קליניות והן במסגרות מחקר.
- ערך אסטרטגי: מאפשר קבלת החלטות מושכלת יותר לגבי המשך או הפסקת הפיתוח (go/no-go) על ידי הבהרת נקודות קצה אנטומיות והפחתת סיכון ביולוגי.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם-סיכון של תוכניות טיפול נוירולוגיות המכוונות למבנים סוב-קורטיקליים.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בתפעול MRI בשדה גבוה ובהגדרת ROI נוירו-אנאטומיים.
- נדרשת גישה לחומרת MRI מתקדמת ולכלי ניתוח תמונות בקוד פתוח (למשל, FSL).
- נדרש סטנדרטיזציה בין-צוותית של פרמטרי הדמיה והגדרות ROI.
- ייתכן שיידרש ביצוע התאמות עבור אזורים סוב-קורטיקליים שונים או מודלים של מחלות.
- יש להתחשב ברעש פיזיולוגי ובמגבלות משך הסריקה עבור יישומים in vivo.
