Abstract
המוקד של מחקר זה היה לבחון את גבולות הרזולוציה של MRI המבני של מוח שלאחר המוות בהשוואה לחיים מוח אנושי. הרזולוציה של MRI המבני in vivo מוגבל סופו של דבר על ידי רעש פיסיולוגי, כוללים פעימה, נשימה ותנועת הראש. למרות חומרת ההדמיה ממשיכה להשתפר, זה עדיין קשה כדי לפתור מבנים בקנה מידת המילימטר. לדוגמא, סינפסה הראייה העיקרית מסלולים חושיים בגרעין הברך הצדי (LGN), ממסר חזותי וגרעין שליטה בתלמוס, כי בדרך כלל מאורגן בשש שכבות המשקפת רציף. מחקרי הדמייה לא הצליחו להבחין באופן מהימן שכבות אלה בשל גודלם הקטן, כי הם פחות מ 1 מ"מ עובי.
מגבלת הפתרון של MRI המבני, במוח שלאחר המוות נבדקה מספר רב של תמונות באמצעות ממוצע במשך זמן רב (~ 24 שעות). המטרה הייתה לבדוק אם ניתן היה לפתור את l הבודדאיירס של LGN בהעדר הרעש פיסיולוגי. צפיפות פרוטון (PD) 1 רצף דופק משוקלל שימשה עם משתנה רזולוציה ופרמטרים נוספים כדי לקבוע את המספר המזערי של תמונות צורך להיות רשומות בממוצע להבחין LGN ואזורים קורטיקליים אחרים באופן מהימן. התוצאות גם הושוו לתמונות שנרכשו בחיים מוח אנושי. בvivo נושאים נסרקו על מנת לקבוע את ההשפעות נוספות של רעש פיסיולוגי במספר המינימאלי של סריקות PD צריכים להבדיל מבנים קורטיקליים, שימושיים ביישומים קליניים.
Introduction
מטרתו של מחקר זה הייתה לבחון את גבולות הרזולוציה של MRI המבני בהעדר הרעש הפיזיולוגי. צפיפות תמונות משוקללת (PD) פרוטון נרכשו במוח שלאחר המוות במשך זמן רב (שני ~ 24 מפגשי שעות) כדי לקבוע את המספר המזערי של תמונות שהיו צריך להיות רשומים וממוצע כדי לפתור את המבנים קורטיקליים. לשם השוואה, תמונות משוקללים PD היו גם רכשו בחיים בני אדם על פני מספר המפגשים. בפרט, המטרה הייתה לבדוק אם זה יהיה אפשרי בתרחיש הטוב ביותר במקרה לפתור את כל שש שכבות בודדות של LGN האדם, שהם כ 1 מ"מ עובי (איור 1).
איור 1. שכבות רוחב האדם הברכיתיים גרעין. סכמטי של מבנה עלעלי של LGN. המגנוסלולריים שכבות (M) מורכבות מעצבית גדולותגודל תא וצפיפות תאים קטן יותר כי הם אחראים לפתרון קווי המתאר תנועה וכמובן (שכבות 1-2, מתואר כאפור כהה). שכבות הפרווסלולריים (P) מורכבות מגודל קטן יותר תאים עצביים וצפיפות תאים גדולה יותר, שאחראים לפתרון עדין צורה וצבע (שכבות 4-6, מתואר כאפור בהיר). בר סולם של 1 מ"מ. איור המבוסס על 12 LGN האדם המוכתם.
רזולוציה מרחבית בMRI משופר בעת גודל המטריצה הוא גדל, וכאשר שדה-ראייה (FOV) ועובי פרוסה הם ירדו. עם זאת, רזולוציה מוגברת מקטינה את יחס האות לרעש (SNR), שהוא פרופורציונלי לvoxel הנפח. יחס האות לרעש הוא גם פרופורציונלית לשורש הריבועי של מספר המדידות. בבני אדם חיים, אם כי ניתן לרכוש מספר רב של תמונות על פני מספר פגישות הדמיה נפרדות, הרזולוציה האולטימטיבית היא מוגבלת על ידי רעש פיסיולוגי, כגון נשימה, פעימות דם ותנועת הראש.
גָבוֹהַ-resolution (voxels 0.35 מ"מ במטוס) PD סריקות משוקללים נרכשו. סריקות PD לשפר ניגוד אפור ולבן בתלמוס 1, ולגרום לתמונות שלמזער השפעות 2 T 1 ו- T. התמונה שלה תלויה בצפיפות של פרוטונים בצורה של מים ומולקולות גדולים כמו חלבונים ושומן בהדמית הנפח. המספרים מוגברים של פרוטונים בתוצאות רקמות באות בהירה בתמונה בשל המרכיב גבוה יותר של אורכי המגנטיזציה 2.
סריקות משוקללות PD נאספו מכיוון שהם מספקים ניגודיות גבוהה יותר של מבנים קורטיקליים עם רקמה הסובבת. ניגודים אחרים, כגון T1- ותמונות T2 המשוקלל לגרום לקושי בהתוויית מבנים קורטיקליים כמו LGN בשל יחס ניגודיות לרעש קטן יותר, כפי שנקבע על ƒ 1,3.
כמו כן, מחקרים קודמים מצאו כי תמונות משוקללות PD של פורמלין קבועים מוח פוסט-מורטם resulteד בהבדלי ניגודיות גבוהים יותר בין חומר אפור ולבן בהשוואה לT1- ותמונות T2 המשוקלל שעוצמות תמונת חומר אפורות והלבנות דומות 3,4. גורמי biophysical הבסיסיים יכולים להסביר הבדלים אלה. T1 (אורך) וT2 (רוחבי) פעמים הרפיה של פרוטוני מימן תלויות איך מהלכי מים בתוך הרקמה. Fixatives כגון עבודת פורמלין על ידי חלבוני קישור צולבים. ההבדלים בין ניידות מים מופחתים בין סוגים שונים של רקמות כאשר fixatives משמש. לעומת זאת רקמת T1 מופחת נצפה לאחר קיבוע, ואילו ההבדלים בצפיפות היחסית של פרוטונים בתוך רקמות מוח גדלו עם קיבעון, מתן ניגוד בידול טוב יותר 3, 4.
מחקרים קודמים זיהו LGN בסריקות משוקלל PD באמצעות 1.5 T 5,6,7, ולאחר 3 T סורק 8,9. זה קריטי כדי לקבל סריקות אלה כדי להיות מסוגלים להתוות את היקף מדויקLGN. כדי לשמור על כיסוי מלא של הגרעינים קורטיקליים, 18 פרוסות משוקללות PD נתקבלו בתלמוס. כל כרך מחדש נדגמו לפעמיים מטריצת החלטת 1024, (גודל 0.15 מ"מ במטוס voxel), בשרשור, תנועת תיקון וממוצע לייצר תמונת 3D ברזולוציה גבוהה של מבנים קורטיקליים. המספר האופטימלי של תמונות PD נדרשות למרשם הפרוסה הבא היה 5, צמצום זמן סריקה פחות מ 15 דקות בבני אדם חיים. רק 1 תמונת PD נדרשה לסמן בבירור אזורים קורטיקליים במוח שלאחר המוות, צמצום זמן סריקה פחות מ 3 דקות (איור 2 ו -3).
דגימת מוח כל-קבוע פורמלין שלאחר המוות נסרקה מאישה שמתו מדום לב-ריאה בגיל 82 שנים. סקירה של רשומות רפואיות גילתה שיש לה: מחלת ריאות חסימתית כרוני, אנגינה, מעקף משולש ניתוח 8 שנים שקדמו למותו, סרטן הרחם שטופל בכריתת רחם7 שנים שקדמו למוות, היפרליפידמיה, גלאוקומה, וניתוח קטרקט. דגימת המוח שלאחר המוות הייתה טבילה-קבועה ב 10% ניטראלי שנאגרו פורמלין לפחות 3 שבועות על 4 מעלות המוח שלאחר המוות C.The נסרקה עם אותו פרוטוקול ההדמיה, כמו גם עם פרמטרים אחרים במהלך שעות רבות להשוואות איכות תמונה . רק הפרמטרים האופטימליים יתוארו לפרוטוקול.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. משתתף ולאחר מות מוח הסט-אפ
הערה: כל התמונות נרכשו באמצעות סורק MRI T 3 עם סליל ראש 32 ערוצים וכל סריקת MRI בוצע ב RT, כ -20 מעלות צלזיוס. כל המשתתפים היו תקין בידיים ונתנו בכתב הסכמה מדעת. כל משתתף היה במצב הבריאותי טוב ללא היסטוריה של הפרעות נוירולוגיות. פרוטוקול הניסוי אושר ועוקב אחר ההנחיות של ועדת ביקורת משתתפי יורק אדם האוניברסיטה.
- בקש מכל משתתף למלא ולחתום על טופס הסכמת מטופל המפרט הנחיות בטיחות MRI ופרוטוקול נוירו-ההדמיה.
- לכל משתתף, למקם את אטמי אוזניים בכל אוזן ולאבטח את ראשם עם כריות כדי למזער תנועת ראש.
- להדמיה של מוח שלאחר מוות, לוודא המוח קבוע לפני הדמייה והוא נמצא בתוך שקית או מיכל שמתאים בתוך הראש-סליל MRI. מניחים את המוח שלאחר המוות בראש-הסליל עם Z- הציר שלה (מעולה למפל אבניםerior) מיושר עם נשא של הסורק. גזע המוח (האחורית) צריך להתמודד לקראת מרגלות מיטת הסורק.
- הנח את ידי כרית ואקום סביב המוח שלאחר המוות לתמיכה נוספת.
2. לוקליזציה וקביעת תת-הקליפה"
הערה: התלמוס הוא מבנה אונות כפול ממוקם בסמוך למרכז המוח ממוקם בין המוח התיכון וקליפת המוח. ממוקם בתוך התלמוס הגב, LGN האנושי הוא מבנה קורטיקליים קטן המשתרע מרבי של ~ 10 מ"מ.
- כדי להירשם משתתף חדש, לפתוח את תוכנת ההדמיה MRI ולחץ על כרטיסיית המטופל בפינה השמאלית העליונה. לאחר מכן לחץ על רישום.
- מלא את פרטי החולה המתאימים, ולאחר מכן לחץ על כרטיסיית הבחינה.
- כדי להשיג סריקת Localizer, לחץ על כרטיסיית הבחינה Explorer כדי ליצור פרוטוקול חדש. שים לב לחלון ההגדרה על המסך, לחץ על הכרטיסייה שגרתית, ולהזין את הפרמטרים הבאים: רכישהשניות זמן 28, מטריצת רכישה 160 × 160, פרוסה 1, גודל voxel איזוטרופיים 1.6 מ"מ עובי, FOV = 260 מ"מ, שלב FoV = 100%, רזולוציה פרוסה = 69%, שלב שלב ופורסים חלקי פורייה = 6/8, TR = 3.15 ms, TE = 1.37 אלפיות שניים, פליפ זווית = 8 מעלות.
- כיסוי תיבת בחירת פרוסה משמשת לרכישת תמונות PD על Localizer מכסות את הגרעינים קורטיקליים בתלמוס, כמו גם סביב מבנים (איור 4).
3. פרמטרים מבניים ברזולוציה גבוהה
- צור פרוטוקול חדש לקבלת סריקות משוקללת PD ברזולוציה גבוהה. בחלון ההגדרה על המסך, לחץ על הכרטיסייה שגרתית, ולהזין את הפרמטרים הבאים בכיוון העטרה: זמן רכישה 179 שניות, מטריצת רכישה 512 × 512, 0.3 גודל voxel × 0.3 × 1 מ"מ 3, TR = 3.25 שניות , TE = 32 אלפיות שני, זווית להעיף = 120 °, רכישת נתח משולבת, FoV לקרוא = 160 מ"מ, FoV שלב = 100%, הדמיה מקבילה (גראפה) עםגורם האצת 2.
- השתמש ברצף הד ספין טורבו, עם אורך הד רכבת של 5. ההד הראשון ב 32 אלפיות השניים הוא ההד היעיל לרצף הזה. להפחית את רוחב הפס (BW) ל, 40 הרץ / פיקסל המינימום אפשרי, על מנת למקסם את יחס האות לרעש. כדי להפחית את משך סריקה, לבחור 18 פרוסות, כל 1 מ"מ עבה, עם FOV = 160 מ"מ. לוח זה מספק מספיק כיסוי של אזורים קורטיקליים של עניין.
הערה: לזיהוי אמין של מבנים קורטיקליים, לרכוש 5 ריצות עם הפרמטרים לעיל. משך הסריקה הכולל הוא רק ~ 15 דק '(איור 5). שומן רווי-לא הועסק.
- השתמש ברצף הד ספין טורבו, עם אורך הד רכבת של 5. ההד הראשון ב 32 אלפיות השניים הוא ההד היעיל לרצף הזה. להפחית את רוחב הפס (BW) ל, 40 הרץ / פיקסל המינימום אפשרי, על מנת למקסם את יחס האות לרעש. כדי להפחית את משך סריקה, לבחור 18 פרוסות, כל 1 מ"מ עבה, עם FOV = 160 מ"מ. לוח זה מספק מספיק כיסוי של אזורים קורטיקליים של עניין.
- בהדמיה של מוח שלאחר מוות, זיהוי אמין של מבנים קורטיקליים ניתן להבחין בסריקה אחת בלבד עם משך הזמן הכולל של רק ~ 3 דקות הבאות באותו פרוטוקול הסריקה כמו ב3.1 (איור 6).
ניתוח 4. תמונה
הערה: כדי לנתח את נתוני ה- MRI, להשתמש FMRIB זמין באופן חופשי שלספריית תוכנת חבילה (FSL) זמינה להורדה ב( https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/).
- פתח חלון מסוף, ולהמיר את קבצי DICOM גלם מהסורק לכל PD נפח לפורמט ניפטי עם DICOM לממיר ניפטי. מספר שהם זמינים באופן חופשי להורדה (לדוגמא., Https://www.nitrc.org/projects/mricron). בשורת הפקודה, הקלד dcm2nii אחרי הספרייה של כל ריצת תמונה משוקללת PD.
- בחלון מסוף לקבל את הפרמטרים של סריקת PD המקורית. הקלד fslinfo בשורת הפקודה ואחרי סריקת PD בפורמט ניפטי.
- צור ברזולוציה גבוהה תמונה ריקה יעד נפח שיש פעמיים את הרזולוציה וחצי גודל voxel ניתנו על ידי הפרמטרים מfslinfo מסריקת PD המקורית. סדר תשומות נתונים לפקודה זו הוא כדלקמן:
fslcreatehd <xsize> <ysize> <zגודל> <tsize> <xvoxsize> <yvoxsize> <zvoxsize> <tr> <xorigin> <yorigin> <zorigin> <סוג הנתונים> <headername>
הערה: לדוגמא, אם סריקת PD המקורית עם הפרמטרים הבאים כמתואר ב3.1 נאספות (כלומר, 512 × 512 מטריצה, 18 פרוסה, 0.3 גודל × 0.3 × 1 מ"מ 3 voxel, TR = 3.25 ים), הקלד את השורה הבאה לתוך חלון הפקודה:
1024 1024 36 1 0.15 0.15 0.5 3.25 0 0 0 4 blankhr.nii.gz fslcreatehd - הגדר את השינוי באמצעות מטריצת זהות. הקלד בכל תכנית עורך טקסט קובץ טקסט שנשמר כ'identity.mat 'שנראה כך:
0 0 0
1 0 0
0 0 1
0 0 1 - השתמש בפקודה לפלרטט להחיל את השינוי, upsampling כל משוקללת ריצת PD מקורית להכפיל את הרזולוציה הכוללת של 512 למטריצה 1024, ולקצץ בחצים את גודל voxel בכל ממד וכתוצאה מכך ברזולוציה של 0.15 × 0.15× 0.5 מ"מ 3. בחלון מסוף לכל PD נפח, הקלד את הפקודה הבאה לפלרטט שינוי השמות המקוריים ותפוקה לטווח:
לפלרטט -interp sinc -in originalPD.nii.gz -ref blankhr.nii.gz -applyxfm -init identity.mat אאוט פרטי highresPD.nii.gz
הערה: איפה originalPD.nii.gz היא מקור עוצמת הקול, blankhr.nii.gz היא הרזולוציה הפלט הרצויה, וhighresPD.nii.gz הוא שמו של פלט הנפח. - להעביר את כל התמונות ברזולוציה הגבוהה לתיקייה חדשה, ולנווט אליו בחלון מסוף.
- לכל משתתף, לשרשר את כל תמונות PD upsampled לקובץ 4D יחיד באמצעות fslmerge. בחלון סוג מסוף:
fslmerge -t concat_highresPD * .nii.gz
הערה: זה יוצר קובץ בשם 4D concat_highresPD.nii.gz. - תנועה לתקן את הקובץ בשרשור באמצעות mcflirt 10. כלי זה מאפשר לרישום אוטומטי חזק ליניארי (affine) תמונות מוח היתר ובין-מודאלי. בחרתיקון 4 שלבים, אשר מנצל אינטרפולציה sinc (פנימי) כמו לעבור אופטימיזציה נוספת לדיוק רב יותר. בחלון סוג מסוף:
mcflirt -in concat_highresPD אאוט הפרטי mcf_concat_highresPD.nii.gz -stages 4 -plots
הערה: זה יוצר קובץ בשם 4D mcf_concat_highresPD.nii.gz. - לבסוף, ליצור 3D מתכוון fslmaths תמונה באמצעות. בחלון סוג מסוף:
fslmaths mcf_concat_highresPD.nii.gz -Tmean mean_highresPD.nii.gz
הערה: זה יוצר קובץ בשם 3D mean_highresPD.nii.gz שהוא באיכות גבוהה - דמיין את התמונה ברזולוציה גבוהה תוצאה הסופית 3D באמצעות פקודת fslview. בספרייה של איפה התמונה שלך היא, הקלד את הפקודה הבאה בחלון מסוף:
fslview mean_highresPD.nii.gz. " - בדוק פרופילי עוצמת ROIs בשאלה. צור את ההחזר על ההשקעה באמצעות fslview (זה יכול להיות קו אנכי נמשך על פני אזור של LGN לדוגמא). בfslview לטעון את תמונת PD ברזולוציה הגבוהה. לחץ על כרטיסיית הכלים,לאחר מכן לחץ על כרטיסיית תמונה אחת כדי להגדיל את התמונה לציור ROIs. לאחר מכן, לחץ על הכרטיסייה הקובצת ולאחר מכן בכרטיסייה יצירת מסכה. צייר קו בהחזר על ההשקעה של עניין. שמור את ההחזר על ההשקעה על ידי לחיצה על קובץ, ולאחר מכן כשמורה. חזור על מסכות קו לאזורים מרובים בהחזר על ההשקעה עבור השוואות עוצמה וROIs אחרות בשאלה.
- השתמש בפקודת 3dmaskdump של AFNI לנתח את עוצמת התמונה המתקבלת. בספרייה של איפה התמונות הן, השתמשו בפקודה הבאה בחלון מסוף כדי לחלץ את עוצמות תמונה ומיקום (ניתן כresult_mask.txt) של מסכת ROI שלך:
3dmaskdump -o result_mask.txt -noijk -xyz -mask ROI_linemask.nii.gz PDaverage_image.nii.gz
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ברגע שתת-הקליפה" נקבע בתלמוס, תמונות משוקללים PD נאספות בתוך תיבת בחירת פרוסה (איור 4). יחס האות לרעש משופר על ידי הגדלת מספר הממוצעים בשתי הנתיחה שלאחר המוות ובסריקות vivo. כדי לקבוע את איכות תמונה, יחס האות לרעש מממוצעי סריקה שונים הושוותה על ידי חלוקת האות של האזור במוח הממוצע של סטיית התקן בתחום מסוים מחוץ למוח. יחס האות לרעש מחושבת כיחס אות לרעש = .655 * μ רקמה / σ אוויר 11, שבו רקמת μ מציינת את ערך עוצמת פיקסל הממוצע של החזר על השקעה בתוך אזור במוח, σ אוויר מציין את סטיית התקן של הרעש של החזר על השקעה באוויר רקע תמונה שהיא חופשי של חפצי רפאים, ו.655 גורם מציין את הפצת Rician של רעשי רקע בתמונת גודל (איור 2). המוח שלאחר המוות עולה demarca ברורtion של מבנים קורטיקליים בנפח רק 1 PD משוקלל (~ זמן רכישה 3 דקות), ואילו מינימום של 5 PD משוקלל תמונות בממוצע (~ 15 דקות) נדרשים למוח in vivo להראות תיחום ברור של מבנים קורטיקליים (איור 3) . 5 ממוצע נפח in vivo הראה פירוט קורטיקליים ברור דומה לממוצע 40 הנפח (איור 5); אחת שלאחר המוות הראה נפח פירוט דומה לממוצע 100 הנפח (איור 6). אנחנו זממתי פרופיל עוצמת הקו לסריקה המרבית הממוצעת (40 in vivo, 100 נתיחה שלאחר המוות). השמאל וימין בLGN vivo מראה בבירור 6 פסגות של עוצמה המתאימה לשש שכבות. כדי לוודא שזה לא היה פשוט תוצאה מזויפת בשל רעש, מדדנו שלושה קו פרופיל לLGN בעמדות שונות אופקיים, התבוננות אותו פסגות בכל. בLGN, יש האזורים שבין שכבות גופי תא פחות ויהיה צפויים להיות פחות צפוף וה erefore להראות עצמת PD נמוכה יותר. במוח שלאחר המוות, לא היה שונה בעוצמה שניתן לייחס לשכבות (איור 7). תוצאות נציג מאחד in vivo ומוח מורטם פוסט אחד הבא בפרוטוקול לעיל ברכישת MRI בהשוואה.
השוואת איור 2. של יחס האות לרעש לממוצעים משוקלל PD מספר בנתיחה שלאחר המוות ובתמונות מוח vivo. SNR השתפר על ידי הגדלת מספר הממוצעים בשתי סריקות שלאחר המוות (שמוצג באפור) ובסריקות vivo (מוצג בשחור) . אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 4. גבולות בחירת PD Slice. מבט sagittal של תמונה אנטומית במוח אנושי חי מוצגות גבול בחירת פרוסה (קווים לבנים) התוחם את התלמוס המכיל LGN וגזע המוח. גבול בחירת פרוסה שימש כתבנית לאיסוף לוח תמונת PD המורכב של 18 פרוסות, כל 1 מ"מ עובי, בבני אדם חיים וגם המוח שלאחר המוות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 5. בתמונות מוח vivo () פרוסת העטרה של נקבה (גיל 27) ממוצעים בסריקות נפח 5 PD:. זמן רכישה = 179 S, 512 מטריצה, רוחב פס = 40 הרץ / px, TR = 3.25 S, TE = 32 MS, 18 פרוסות, 0.3 & #215; 0.3 × 1 מ"מ 3 voxels [0.15 × 0.15 × 0.5 מ"מ 3 voxels upsampled]. תיחום ברור של LGN ומבנים קורטיקליים אחרים הוא ציין. פרוסת העטרה של אותו המוח (ב) בממוצע ב -40 PD כרכים באותה הישיבה (סה"כ רכישה ~ 2 שעות), עם אותם הפרמטרים ההדמיה כמו ב(). ברים בקנה מידה לבנים בתצוגה המוגדלת ל() ו- (ב) הם 10 מ"מ, וחצים לבנים מציינים את מיקומו של הימין ושמאל LGN. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
6. תמונות איור לאחר מות מוח () פרוסת העטרה של המוח שלאחר המוות שנרכש בPD 1 נפח סריקה:. זמן = 179 שניות רכישה, 512 מטריצה, רוחב פס = 40 הרץ / px, TR= 3.25 שניות, TE = 32 מילישניות, 18 פרוסות, 0.3 × 0.3 × 1 מ"מ 3 voxels [0.15 × 0.15 × 0.5 מ"מ 3 voxels upsampled]. תיחום ברור של מבנים קורטיקליים הוא ציין. סרגל קנה מידה לבן הוא 10 מ"מ, וחצים לבנים מציינים את מיקומו של הימין ושמאל LGN. (ב) פרוסת העטרה של מוח שלאחר המוות בממוצע ב 100 PD (~ זמן סריקה 5 שעות) כרכים עם אותו המרשם פרוסה כמו בתצוגת א הוגדל, עם תיחום ברור של מבנים קורטיקליים: גרעין pulvinar קדמי (APul), שדות CA1-CA3 של ההיפוקמפוס, גרעין רוחב ברך (LG), גרעין המדיאלי ברך (MG), pulvinar (Pul), גרעין התלמוס רשתי (RT), גרעין אחורי הגחון התלמוס (VPL). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
מחקר זה מתאר פרוטוקול מותאם ברכישה וטכניקת ניתוח כדי להשיג תמונות משוקללים PD ברזולוציה גבוהה של אזורים קורטיקליים. מספר הפרמטרים סריקה נבדק ושונה עם המשמעותי ביותר הנוגעים לגודל מטריצה, גודל voxel, ורוחב פס כדי להגדיל את יחס האות לרעש ולהקטין את מספר הרכישות, שלב קריטי ביכולת לקבוע מבנים קורטיקליים ברזולוציה גבוהה. בשיתוף עם מציאת הפרמטרים אופטימליים בתוך בני אדם חיים, מחקר זה בדק את המגבלות מוחלטות של סורק ה- MRI בתנאים אידיאליים, ללא החשש של חפצי תנועה ואילוצי זמן מטופל על ידי סריקת מוח שלאחר המוות. במחקרים עתידיים, תמונה ברזולוציה גבוהה זה יכול לשמש כתבנית לפני חתך ומכתים את הדגימה.
מחקרים קודמים שתוארו פעמים הרפיה מתאימות ופרוטוקולים אופטימליים לרזולוציה גבוהה הדמיה מבנית PD שלמוח שלאחר המוות קבוע פורמלין ל1.5 T 3,13. הפרמטרים במחקר זה היו מותאמים, שאיפשר לזמן סריקה מופחת, אופטימלי להגדרות קליניות. אנו מדווחים בהצלחה פרופילי עוצמת קו במקסימום בסריקה ממוצעת vivo של השמאל וימין LGN. אנחנו זממתי פרופיל עוצמת הקו לסריקה המרבית הממוצעת (40 in vivo, 100 נתיחה שלאחר המוות). השמאל וימין בLGN vivo מראה בבירור 6 פסגות של עוצמה המתאימה לשש שכבות. כדי לשלול רעש, מדדנו שלוש מדידות פרופיל הקו לLGN.
מחקרי MRI אדם אחרונים דיווחו ניוון בLGN באוכלוסיות גלאוקומה בי הגבהים של LGN היו דיווחים ירד בהשוואה לביקורות 7, כמו גם ירידה בנפח LGN דווחה בקבוצת הגלאוקומה 8. שני המחקרים מוגבלים שבתמונותיהם לא היו ברורות כמו אלה שרכשו להערכה במחקר שלנו. למרות שלאהוא LGN שכבות לא נצפו באופן ברור במוח שלאחר המוות לאחר שרכשו מהפרוטוקול האופטימלי 100 כרכים (~ 5 שעות של משך סריקה), מספר האפשרויות שונות יכול להסביר מדוע שכבות LGN לא נמצאו כראוי בממוצע לאחר המוות. לדוגמא, ייתכן שהיה יחס אות לרעש בלתי מספק ו / או ניגוד בין עלעלי, יותר מדי טשטוש מרישום נפח נפח, יותר מדי טשטוש מהעובי הפרוסה 1 מ"מ, תהליך קיבוע, ואולי בשל הניוון של LGN בשל לגלאוקומה 7,8 במוח שלאחר המוות המסוים הזה. בנוסף, ניתוח כמותי על השליטה במוח vivo מצא ימין ומשמאל כרכי LGN היו 167.94 מ"מ 3 ו168.13 מ"מ 3 בהתאמה, ואילו כל נפח המוח היה 1,364.47 סנטימטר 3. פוסט מורטם ימין ועל שמאל כרכי LGN היו 73.11 מ"מ 3 וLGN 85 מ"מ 3 ואילו כל נפח המוח היה 909.62 סנטימטר 3. נראה שיש לא DIFference בצורת שלאחר מות LGN לעומת in vivo. LGN נפח וניתוח המוח כולו נערכו על בסיס שיטות שדווחו בעבר 9.
למרות שהמחקר שלנו מצא פרמטרים אופטימליים בהגדרות רפואיות באמצעות לוח בחירת פרוסה בתוך האזורים של עניין, הגבלה של הטכניקה שלנו תכלול הדמיה המוח כל in vivo מאז שזה יהיה להגדיל את משך סריקה. לדוגמא, תמונה משוקללת PD של המוח כולו נאסף עם אותם הפרמטרים עם 128 פרוסות בנפח 1 הייתה לוקחת ~ 21 דקות כדי לאסוף, אידיאלי להדמיה ברזולוציה גבוהה כל מוח של מוח שלאחר המוות. עם זאת, עם מינימום של 5 ממוצעים דרושים לזיהוי in vivo, ~ 105 דקות של זמן סריקה תהיה צורך.
לסיכום, שיטות ההדמיה שתוארו במחקר זה יכול להיות משוכפל לניסויים עתידיים בתת-הקליפה" האדם והן באיכות הגבוהה ביותר בהשוואה לmodalit הדמיה אחרתies כגון CT ו PET. כולל LGN של מערכת הראייה, חקירות אחרות בעתיד על מבנים קורטיקליים כגון מבנים רב חושי קורטיקליים כגון pulvinar, ומבני עיבוד שמיעתי כגון גרעין המדיאלי ברך, colliculus הנחות, וגרעין שבלול יכולות להיבחן.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Magnetom Trio 3T MRI | Siemens (Erlangen, Germany). | ||
| Vacuum cushion hand | Siemens | Mat No: 4765454 | Manufactured by: Johannes-Stark-Stk. 8 D-92224 Amberg |
References
- Devlin, J. T., et al. Reliable identification of the auditory thalamus using multi-modal structural analyses. NeuroImage. 30 (4), 1112-1120 (2006).
- Fellner, F., et al. True proton density and T2-weighted turbo spin-echo sequences for routine MRI of the brain. Neuroradiology. 36 (8), 591-597 (1994).
- Schumann, C. M., Buonocore, M. H., Amaral, D. G. Magnetic resonance imaging of the post-mortem autistic brain. J Autism Dev Disord. 31 (6), 561-568 (2001).
- Tovi, M., Ericsson, A. Measurements of T1 and T2 over time in formalin-fixed human whole-brain specimens. Acta Radiol. 33 (5), 400-404 (1992).
- Fujita, N., et al. Lateral geniculate nucleus: anatomic and functional identification by use of MR imaging. Am J Neuroradiol. 22 (9), 1719-1726 (2001).
- Bridge, H., Thomas, O., Jbabdi, S., Cowey, A. Changes in connectivity after visual cortical brain damage underlie altered visual function. Brain. 131 (6), 1433-1444 (2008).
- Gupta, N., et al. Atrophy of the lateral geniculate nucleus in human glaucoma detected by magnetic resonance imaging. Br J Opthalmol. 93 (1), 56-60 (2009).
- Dai, H., et al. Assessment of lateral geniculate nucleus atrophy with 3T MR imaging and correlation with clinical stage of glaucoma. Am J Neuroradiol. 32 (7), 1347-1353 (2011).
- McKetton, L., Kelly, K. R., Schneider, K. A. Abnormal lateral geniculate nucleus and optic chiasm in human albinism. J Comp Neurol. 522 (11), 2680-2687 (2014).
- Jenkinson, M., Bannister, P., Brady, M., Smith, S. Improved optimization for the robust and accurate linear registration and motion correction of brain images. NeuroImage. 17 (2), 825-841 (2002).
- Dietrich, O., Raya, J. G., Reeder, S. B., Reiser, M. F., Schoenberg, S. O. Measurement of signal-to-noise ratios in MR images: influence of multichannel coils, parallel imaging, and reconstruction filters. J Magn Reson Imaging. 26 (2), 375-385 (2007).
- Andrews, T. J., Halpern, S. D., Purves, D. Correlated size variations in human visual cortex, lateral geniculate nucleus, and optic tract. J Neurosci. 17 (8), 2859-2868 (1997).
- Pfefferbaum, A., Sullivan, E. V., Adalsteinsson, E., Garrick, T., Harper, C. Postmortem MR imaging of formalin-fixed human brain. NeuroImage. 21 (4), 1585-1595 (2004).
