Waiting
Elaborazione accesso...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Neuroscience

Högupplöst Strukturell Magnetic Resonance Imaging av Human subcortex Published: December 30, 2015 doi: 10.3791/53309

Abstract

Fokus för denna studie var att testa upplösning gränserna för strukturella MRI av en obduktion hjärnan jämfört med levande mänskliga hjärnor. Upplösningen av strukturella MR in vivo ytterst begränsad av fysiologiska buller, inbegripet pulse, respiration och huvudrörelser. Även imaging hårdvara fortsätter att förbättras, är det fortfarande svårt att lösa strukturer på millimeterskala. Till exempel, den primära visuella sensoriska vägar synaps på laterala knäkroppen (LGN), en visuell relä och styr kärna i thalamus som normalt är organiserad i sex inflätade monokulära skikt. Neuroradiologiska studier har inte kunnat på ett tillförlitligt sätt skilja dessa lager på grund av sin ringa storlek som är mindre än 1 mm tjock.

Upplösnings gränsen för strukturell MRI, i en obduktion hjärnan testades med hjälp av flera bilder i genomsnitt över en lång tid (~ 24 h). Syftet var att testa om det var möjligt att lösa enskilda layers av LGN i frånvaro av fysiologiska buller. En proton densitet (PD) 1 viktade pulssekvens användes med varierande upplösning och andra parametrar för att bestämma det minsta antalet bilder som krävs för att registreras och medelvärdet för att på ett tillförlitligt sätt skilja LGN och andra subkortikala regioner. Resultaten jämfördes också för bilder som förvärvats i levande människors hjärnor. In vivo försökspersoner skannas för att bestämma de ytterligare effekterna av fysiologiska buller på det minsta antalet PD skanningar som behövs för att differentiera subkortikala strukturer, som är användbara i kliniska tillämpningar.

Introduction

Syftet med denna forskning var att testa upplösningen gränserna för strukturella MRI i frånvaro av fysiologiska buller. Protontäthet (PD) viktade bilder förvärvades i en obduktion hjärnan under en lång tid (två ~ 24 tim sessioner) för att fastställa det minsta antalet bilder som behövs för att registreras och medelvärdet för att lösa de subkortikala strukturer. Som jämförelse var PD viktade bilder även förvärvat i levande människor under ett antal sessioner. Framför allt var målet att ta reda på om det skulle vara möjligt att på ett bästa fall att lösa alla sex enskilda lager av den mänskliga LGN, som är ungefär 1 mm tjockt (Figur 1).

Figur 1
Figur 1. Human laterala knäkroppen lager. Skiss över den laminära strukturen i LGN. Magnocellulära (M) skikten består av större neuronalacellstorlek och mindre celltäthet som är ansvariga för att lösa rörelse och kursupplägg (skikten 1-2, visas som mörkgrå). Parvocellular skikt (P) består av mindre neuronal cellstorlek och större celltäthet som är ansvariga för att lösa fina form och färg (skikten 4-6, som visas som ljusgrått). Skala bar 1 mm. Siffran bygger på färgade human LGN 12.

Rumslig upplösning i MR förbättras när matrisstorleken ökar, och när field-of (FOV) och snittjockleken minskas. Emellertid minskar ökad upplösning signal-brusförhållande (SNR), vilken är proportionell mot voxeln volymen. SNR är också proportionell mot kvadratroten av antalet mätningar. I levande människor, även om flera bilder kan förvärvas under ett antal separata avbildning sessioner, är den ultimata upplösningen begränsad av fysiologiska buller, såsom andning, cirkulationspulsationer och huvudrörelser.

Hög-resolution (0,35 mm i planet voxlar) PD viktade skannar förvärvades. PD skannar förbättra grått och vitt kontrast i thalamus 1, och resulterar i bilder som minimerar T 1 och T 2 effekter. Dess bild är beroende av densiteten av protoner i form av vatten och makromolekyler såsom proteiner och fett i avbildningsvolymen. De ökade antalet protoner i en vävnad resulterar i en ljusare signal på bilden på grund av den högre longitudinella delstudien av magnetiseringen 2.

PD vägda skanningar samlades eftersom de ger en högre kontrast subkortikala strukturer med omgivande vävnad. Andra kontraster, såsom T1 och T2-viktade bilder resulterar i svårigheter att avgränsa subkortikala strukturer som LGN grund av mindre kontrast-brus-förhållanden, såsom bestäms ƒ 1,3.

Likaså tidigare studier fann att PD-viktade bilder av formalin fast efter slakt hjärnor resulted högre skillnader kontrast mellan grå och vit substans jämfört med T1 och T2-viktade bilder som hade liknande grå och vit substans bildintensiteter 3,4. Den underliggande biofysiska bestämningsfaktorer kan förklara dessa skillnader. T1 (längsgående) och T2 (tvärgående) relaxationstider av väteprotoner beror på hur vattnet rör sig i vävnaden. Fixativ såsom formalin arbete av tvärbindande proteiner. Skillnaderna mellan vatten rörlighet minskas mellan olika vävnadstyper när fixerings används. Minskad T1 vävnadskontrast har observerats efter fixering, medan skillnaderna i den relativa densiteten av protoner inom hjärnvävnad ökade med fixering, vilket ger bättre kontrast differentiering 3, 4.

Tidigare studier har identifierat LGN i PD vägda skannar med hjälp av en 1,5 T 5,6,7, och vid 3 T scanner 8,9. Det är kritiskt att erhålla dessa avsökningar att exakt kunna beskriva omfattningen avLGN. För att bibehålla full täckning av de subkortikala kärnor, var 18 PD vägda skivor uppnås inom thalamus. Varje volym nya prov till dubbelt så hög upplösning 1024 matrisen (0,15 mm i planet voxelstorlek), sammanlänkade, rörelse korrigeras och i genomsnitt att producera en hög upplösning 3D-bild av subkortikala strukturer. Det optimala antalet PD bilder som krävs för följande segment recept var 5, vilket minskar söktiden till mindre än 15 minuter i levande människor. Endast 1 PD bild krävdes för att tydligt avgränsa subkortikala regioner i döden hjärnan, vilket minskar söktiden till mindre än 3 min (Figur 2 och 3).

En hel formalinfixerade obduktion hjärn prov avlästes från en kvinna som hade dött av hjärtstillestånd vid en ålder av 82 år. Granskning av journaler visade att hon hade: kronisk obstruktiv lungsjukdom, angina, trippel bypass-operation 8 år före döden, livmodercancer behandlas med hysterektomi7 år före döden, hyperlipidemi, glaukom, och kataraktkirurgi. Den obduktion hjärn Provet immersion-fixerades i 10% neutralt buffrat formalin under minst 3 veckor vid 4 ° C.The obduktion hjärnan skannades med samma bildprotokoll samt med andra parametrar under loppet av många timmar för bildkvalitetsjämförelser . Endast de optimerade parametrarna kommer att beskrivas för protokollet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Deltagare och obduktion hjärn Set-Up

OBS: Alla bilder förvärvades med en 3 T magnetkamera med en 32-kanals huvudspole och alla MRI scanning utfördes vid RT, ca 20 ° C. Alla deltagare var högerhänt och gav skriftligt informerat samtycke. Varje deltagare var vid god hälsa med ingen historia av neurologiska sjukdomar. Experimentprotokollet godkändes och följer riktlinjerna i York University Human Deltagare granskningskommittén.

  1. Be varje deltagare fylla i och underteckna ett patientens samtyckesblankett som detaljer MRI säkerhetsföreskrifter och neuro-imaging-protokollet.
  2. För varje deltagare, placerar öronproppar i varje öra och säkra sitt huvud med kuddar för att minimera huvudrörelse.
  3. För obduktion hjärnröntgen, se till att hjärnan är fast före neuroradiologiska och är innesluten i en påse eller behållare som ryms inom MR head-spole. Placera obduktion hjärnan i huvudet spole med sin z-axeln (överlägsen inferior) i linje med borrningen i skannern. Hjärnstammen (bakre) ska vara vänd mot foten av skannerbädden.
  4. Placera vakuum kudde händer runt obduktion hjärnan för ytterligare stöd.

2. Lokalisera och föreskriva vad som skall subcortex

OBS: talamus är en dubbel flikig struktur som ligger nära centrum av hjärnan som ligger mellan mitthjärnan och hjärnbarken. Beläget inom den dorsala thalamus, är den humana LGN en liten subkortikal struktur som sträcker sig ett maximum av ~ 10 mm.

  1. För att registrera en ny deltagare, öppnar MRI bildbehandlingsprogram och klicka på patientfliken i det övre vänstra hörnet. Klicka sedan på Registrera.
  2. Fyll i lämplig patientinformation, och klicka sedan på fliken examen.
  3. För att få en localizer skanning, klicka på fliken examen Explorer för att skapa ett nytt protokoll. Observera set-up-fönster på skärmen, klickar du på fliken Rutin, och ange följande parametrar: förvärvtid 28 sek, förvärv matris 160 × 160, 1 skiva, 1,6 mm tjock isotrop voxelstorlek, FOV = 260 mm, FoV fas = 100%, skiva upplösning = 69%, fas och skiva partiell fas Fourier = 6/8, TR = 3.15 ms, TE = 1,37 msek, flip-vinkel = 8 °.
  4. Overlay segmentet valrutan används för att förvärva PD-bilderna över localizer täcker subkortikala kärnor inom thalamus samt omgivande strukturer (Figur 4).

3. Högupplösta strukturella parametrar

  1. Skapa ett nytt protokoll för att erhålla högupplösta PD vägda skanningar. I set-up-fönster på skärmen, klickar du på fliken Rutin, och ange följande parametrar i koronala orientering: uppsugningstid 179 sek, förvärv matris 512 × 512, 0,3 × 0,3 × 1 mm 3 voxelstorlek, TR = 3,25 sek , TE = 32 ms, flip vinkel = 120 °, interfolierade skiva förvärv, FoV läsa = 160 mm, FoV fas = 100%, parallella imaging (GRAPPA) meden accelerationsfaktor på två.
    1. Använd en Turbo Spin Echo sekvens, med en Echo Train längd 5. Den första ekot på 32 ms är den effektiva eko för denna sekvens. Minska bandbredd (BW) i minsta möjliga, 40 Hz / pixel, för att maximera SNR. För att minska skanningstiden, väljer 18 skivor, vardera 1 mm tjock, med en FOV = 160 mm. Denna platta ger tillräckligt med täckning av subkortikala regioner av intresse.
      OBS: För tillförlitlig identifiering av subkortikala strukturer, förvärva 5 körningar med ovanstående parametrar. Den totala scan-durationen är bara ~ 15 minuter (Figur 5). Fett-mättnad inte användes.
  2. I obduktionshjärnröntgen, kan observeras tillförlitlig identifiering av subkortikala strukturer på bara en scan med den totala varaktigheten bara ~ 3 min efter samma skanningsprotokoll som i 3.1 (figur 6).

4. Bildanalys

OBS: För att analysera MRI data, använda fritt tillgängliga FMRIB sSoftware Library (FSL) paket tillgängliga för nedladdning på (https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/).

  1. Öppna ett terminalfönster och konvertera rå DICOM-filer från skannern för varje PD volym till en nifti format med en DICOM till nifti omvandlare. Ett antal som är fritt tillgängliga för nedladdning (t.ex.., Https://www.nitrc.org/projects/mricron). På kommandoraden skriver du dcm2nii följt av katalogen för varje PD viktade bildkörning.
  2. I ett terminalfönster få parametrarna för den ursprungliga PD skanningen. Skriv fslinfo på kommandoraden följt av PD skanning nifti format.
  3. Skapa en högupplöst tom bild målvolym som har dubbelt så hög upplösning och halva voxelstorleken ges av parametrarna från fslinfo från den ursprungliga PD skanningen. Ordningen på dataingångar för kommandot är följande:
    fslcreatehd <xsize> <ysize> <zstorlek> <tsize> <xvoxsize> <yvoxsize> <zvoxsize> <tr> <xorigin> <yorigin> <zorigin> <datatyp> <headername>
    OBS: Till exempel, om den ursprungliga PD skanningen med följande parametrar som beskrivs i 3.1 samlas (dvs. 512 × 512 matris, 18 bit, 0,3 × 0,3 × 1 mm 3 voxelstorlek, TR = 3,25 s), skriver du följande i kommandofönstret:
    fslcreatehd 1024 1024 36 1 0,15 0,15 0,5 3,25 0 0 0 4 blankhr.nii.gz
  4. Definiera omvandlingen med hjälp av en identitetsmatris. Skriv in en textredigerare program en textfil sparas som "identity.mat" som ser ut så här:
    0 0 0
    1 0 0
    0 1 0
    0 0 1
  5. Använd kommandot flirt att tillämpa omvandlingen, upsampling varje original PD viktade sikt att fördubbla den totala upplösning från en 512 till en 1024 matris, och halvera voxelstorleken i varje dimension som resulterar i en upplösning på 0,15 × 0,15× 0,5 mm 3. I ett terminalfönster för varje PD volym, skriver du följande flirt kommando ändrar de ursprungliga och utgångsnamn per körning:
    flirta -interp sinc -in originalPD.nii.gz rEF blankhr.nii.gz -applyxfm -init identity.mat -out highresPD.nii.gz
    OBS: Om originalPD.nii.gz är källan volym är blankhr.nii.gz önskad utgående upplösning och highresPD.nii.gz är namnet på produktionsvolymen.
  6. Flytta alla högupplösta bilder de till en ny mapp, och navigera till den i ett terminalfönster.
  7. För varje deltagare, slå samman alla uppsamplas PD bilder till en enda 4D-fil med fslmerge. I ett terminalfönster typ:
    fslmerge -t concat_highresPD * .nii.gz
    OBS: Detta skapar en 4D fil som heter concat_highresPD.nii.gz.
  8. Motion korrigera sammanlänkade fil med mcflirt 10. Detta verktyg gör det möjligt för en automatisk robust registrering för linjär (affin) inter och intermodala hjärnan bilder. Välj en4-stegs korrigering, som utnyttjar sinc interpolering (invändigt) som en ytterligare optimering pass för större noggrannhet. I ett terminalfönster typ:
    mcflirt -in concat_highresPD -out mcf_concat_highresPD.nii.gz -stages 4 -plots
    OBS: Detta skapar en 4D fil som heter mcf_concat_highresPD.nii.gz.
  9. Slutligen, skapa 3D betyder bilden med hjälp av fslmaths. I ett terminalfönster typ:
    fslmaths mcf_concat_highresPD.nii.gz -Tmean mean_highresPD.nii.gz
    OBS: Detta skapar en 3D-fil som kallas mean_highresPD.nii.gz som är av hög kvalitet
  10. Visualisera det slutliga resultatet 3D högupplöst bild med kommandot fslview. I katalogen där bilden är, skriver du följande i ett terminalfönster:
    fslview mean_highresPD.nii.gz. "
  11. Inspektera intensitetsprofiler av ROI i fråga. Skapa en ROI genom att använda fslview (detta kan vara en vertikal linje dras över en region av LGN till exempel). I fslview ladda högupplösta PD bilden. Klicka på fliken verktyg,klicka sedan på fliken enda bilden för att förstora bilden för att rita ROI. Klicka sedan på fliken Arkiv följt av fliken Skapa Mask. Rita en linje i ROI av intresse. Spara ROI genom att klicka på Arkiv och sedan Spara som. Upprepa linje masker för flera områden inom ROI för intensitets jämförelser och andra ROI i fråga.
  12. Använd AFNI s 3dmaskdump kommando för att analysera den resulterande intensiteten i bilden. I katalogen där bilderna är, använder du följande kommando i ett terminalfönster för att extrahera bildintensitet och plats (givet som result_mask.txt) på din ROI mask:
    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

När subcortex föreskrivs i thalamus är PD viktade bilder samlas in inom segmentet markeringsrutan (Figur 4). SNR förbättras genom ökning av antalet medelvärdes både postmortem och in vivo-skanningar. För att bestämma bildkvaliteten var SNR från olika skannings medelvärden jämfördes genom att dividera signalen av medelvärdet hjärnområde med standardavvikelsen inom något område utanför hjärnan. SNR beräknades som SNR = 0,655 * | j vävnad / σ luft 11, där | j vävnad betecknar medelvärdet pixelintensitetsvärdet för en ROI inom en hjärnregion, betecknar σ luft standardavvikelsen för bruset av en ROI i bakgrundsluft i bild som är fri från spökbilder artefakter, och 0,655 faktor betecknar Rician fördelningen av bakgrundsljudet i en magnitud bild (Figur 2). Den obduktion hjärnan visar tydligt demarcaning av subkortikala strukturer i endast en PD viktade volym (~ 3 min förvärvs tid), medan minst 5 PD vägda bilder (~ 15 min) krävs för in vivo hjärnan att visa tydlig avgränsning av subkortikala strukturer (Figur 3) . 5 volymmedel in vivo visade klart subkortikal detalj liknar 40 volymmedel (Figur 5); en enda obduktion volym uppvisade liknande detaljer till 100 volymgenomsnittet (figur 6). Vi ritas linjen intensitetsprofilen för den maximala genomsnittliga scan (40 in vivo, 100 obduktion). Den vänstra och högra in vivo LGN visar tydligt 6 toppar intensitet som motsvarar de sex lager. För att se till att detta inte var helt enkelt en falsk resultat på grund av buller, mätte vi tre linjeprofilen per LGN på olika horisontella lägen, observera samma toppar i varje. I LGN, områdena mellan skikten har färre cellkroppar och skulle förväntas vara mindre tät och th erefore visar lägre PD intensitet. I obduktions hjärnan, det fanns ingen variation i intensitet som kan hänföras till skikt (Figur 7). Representativa resultat från en in vivo och en post mortem hjärnan efter ovanstående protokoll i MRI förvärv jämförs.

Figur 2

Figur 2. Jämförelse av SNR till siffer PD vägda medelvärden i obduktion och in vivo hjärn bilder. SNR förbättrades genom att öka antalet medelvärden i båda obduktion skannar (visas i grått) och in vivo skannar (visas i svart) . Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3

_content "> Figur 3. direkt jämförelse av in vivo och obduktion hjärn bilder.   (A) Coronal skiva av kolumn 1 (in vivo) och kolumn 2 (postmortem) hjärna av 5 PD volymmedel med samma parametrar. (B) 4 PD volymmedel, (C) 3 PD-volymmedel, (D) 2 PD volymmedel, (E) en PD volym. Den in vivo hjärnan visar tydlig avgränsning av subkortikala strukturer i 5 genomsnitt PD, medan döden hjärnan visar tydlig avgränsning av subkortikala strukturer i en PD volym. Vita skal barer i panel A för både in vivo och obduktion hjärnan är 10 mm, och vita pilar betecknar läget för höger och vänster LGN. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

"Bild

Figur 4. PD Slice urvalsgränser. Sagittal vy av en anatomisk bild i en levande människa hjärna visar slice valgränsen (vita linjer) som omsluter thalamus innehåller LGN och hjärnstammen. Segmentet Valramen användes som en mall för att samla PD bildplattan består av 18 skivor, vardera 1 mm tjocka, i levande människor och även döden hjärnan. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 5
Figur 5. In vivo Brain bilder (A) Coronal skiva kvinnliga (okänd 27) i genomsnitt i fem PD volym skannar:. Förvärvs tid = 179 s, 512 matris, bandbredd = 40 Hz / px, TR = 3,25 s, TE = 32 ms, 18 skivor, 0,3 & #215; 0,3 × 1 mm 3 voxlar [0,15 × 0,15 × 0,5 mm 3 voxlar uppsamplade]. Tydlig avgränsning av LGN och andra subkortikala strukturer observeras. (B) Coronal bit av samma hjärnan i genomsnitt i 40 PD volymer i samma session (total förvärv ~ 2 timmar), med samma avbildningsparametrar som i (A). Vita skal barer i den zoomade vyn för (A) och (B) är 10 mm, och vita pilar betecknar läget för höger och vänster LGN. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 6

Figur 6. obduktion hjärn Bilder (A) Coronal skiva obduktion hjärnförvärvades 1 PD volym scan:. Förvärvstiden = 179 sekunder, 512 matris, bandbredd = 40 Hz / px, TR= 3,25 sek, TE = 32 ms, 18 skivor, 0,3 × 0,3 × 1 mm 3 voxlar [0,15 × 0,15 × 0,5 mm 3 voxlar uppsamplas]. Klar avgränsning av subkortikala strukturer observeras. Vit skala bar är 10 mm, och vita pilar betecknar läget för höger och vänster LGN. (B) Coronal skiva obduktion hjärnan i genomsnitt i 100 PD (~ 5 h scan tid) volymer med samma skiva recept som i A. Zoomad mening med tydlig avgränsning av subkortikala strukturer: främre pulvinar kärna (APul), CA1-CA3 fält av hippocampus, lateral kärna geniculate (LG), medial geniculate kärna (MG), pulvinar (Pul), talamisk retikulär kärna (Rt), ventrala bakre talamisk kärna (VPL). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 7

in vivo lämnade LGN (blå), rätt LGN (grön), och efter slakt lämnade LGN (röd) och höger LGN (svart). Dessa rader är för de högsta medelvärdena (40 in vivo, 100 efter slakt). Den vänstra och högra in vivo LGN visar tydligt 6 toppar intensitet som motsvarar de sex lager. För att utesluta brus, har tre linjeprofiler för vänster och höger in vivo LGN mäts vid olika horisontella lägen, visar tydliga samband. Vänster och höger obduktion LGN inte uppvisa observer toppar i intensitet som kan tillskrivas skikten. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denna studie beskriver ett optimerat protokoll i förvärv och analysteknik för att erhålla högupplösta PD viktade bilder av subkortikala regioner. Ett antal skanningsparametrar testades och modifierades med de mest betydande avseende matrisstorlek, voxel storlek och bandbredd för att öka SNR och minska antalet förvärv ett viktigt steg i att kunna bestämma högupplösta subkortikala strukturer. I samband med att hitta optimala parametrar i levande människor, testat denna forskning de absoluta begränsningarna i magnetkamera under ideala förhållanden, utan en angelägenhet för rörelseartefakter och patient tidsbegränsningar genom att skanna en obduktion hjärnan. I framtida studier, kan denna höga upplösning bilden användas som en mall innan snittning och färgning av provet.

Tidigare studier har beskrivit lämpliga relaxationstider och optimala protokoll för hög upplösning PD strukturell avbildning avformalinfixerade obduktions hjärnor för en 1,5 T 3,13. Parametrarna i denna studie har optimerats, vilket möjliggjorde för minskad scan-duration, optimalt för kliniska inställningar. Vi rapporterar framgångsrikt linjeintensitetsprofiler i maximalt in vivo genomsnittlig genomsökning av vänster och höger LGN. Vi ritas linjen intensitetsprofilen för den maximala genomsnittliga scan (40 in vivo, 100 obduktion). Den vänstra och högra in vivo LGN visar tydligt 6 toppar intensitet som motsvarar de sex lager. För att utesluta buller, mätte vi tre linjeprofilmätningar per LGN.

Nyligen mänskliga MRI studier har rapporterat atrofi i LGN i glaukom populationer där höjderna av LGN uppgavs minskade jämfört med kontrollerna 7, samt en minskning av LGN volymen rapporterades i glaukom grupp 8. Båda studierna är begränsade i att deras bilder var inte lika tydliga som de som förvärvas för bedömning i vår studie. Även om than LGN skikten inte lika tydligt observeras i döden hjärnan efter att ha förvärvat 100 liter av det optimala protokollet (~ 5 timmar av skanning varaktighet), ett antal olika möjligheter kan förklara varför LGN lagren inte var tillräckligt återfinns i genomsnitt efter slakt. Till exempel kan det ha varit otillräcklig SNR och / eller inter-laminär kontrast, för mycket suddighet från volymvolymregistrering, för mycket suddighet från 1 mm snittjocklek, fixeringsprocessen, och möjligen på grund av degeneration av LGN grund till glaukom 7,8 i denna post mortem hjärnan. Dessutom kvantitativ analys om kontroll in vivo-hjärna hittat rätt och vänster LGN volymerna var 167,94 mm 3 och 168,13 mm 3 respektive, medan hela hjärnan volymen var 1364,47 cm 3. Post Mortem höger och vänster LGN volymerna 73,11 mm 3 och LGN 85 mm 3, medan hela hjärnvolym var 909,62 cm 3. Det föreföll inte finnas någon difkonferens i forma av LGN efter slakt jämfört med in vivo. LGN volym och hela hjärnan analys genomfördes baserat på metoder som tidigare rapporterats 9.

Även om vår studie fann optimala parametrar i medicinska inställningar med hjälp av en platta skiva urval inom områden av intresse, skulle en begränsning av vår teknik omfattar avbildning av hela hjärnan in vivo eftersom det skulle öka scan-duration. Till exempel skulle en PD vägda bilden av hela hjärnan samlas med samma parametrar med 128 skivor i en volym tar ~ 21 minuter att samla in, idealisk för hela hjärnan med hög upplösning avbildning av en obduktion hjärnan. Men med ett minimum av 5 medelvärden som behövs för in vivo detektion, ~ 105 min skannings tid skulle krävas.

Sammanfattningsvis kan de avbildningsmetoder som beskrivs i denna studie replikeras för framtida experiment i människo subcortex och är av högsta kvalitet jämfört med andra avbildnings modalittalet såsom CT och PET. Inklusive LGN i det visuella systemet, kan andra framtida undersökningar av subkortikala strukturer såsom multisensoriska subkortikala strukturer såsom pulvinar och hörselbearbetnings strukturer såsom den mediala geniculate kärnan, sämre colliculus och Cochlear Nucleus undersökas.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Devlin, J. T., et al. Reliable identification of the auditory thalamus using multi-modal structural analyses. NeuroImage. 30 (4), 1112-1120 (2006).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Fujita, N., et al. Lateral geniculate nucleus: anatomic and functional identification by use of MR imaging. Am J Neuroradiol. 22 (9), 1719-1726 (2001).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).

Tags

Neurovetenskap MRI döden hjärna laterala knäkroppen subcortex glaukom
Högupplöst Strukturell Magnetic Resonance Imaging av Human subcortex<I&gt; In Vivo</I&gt; Och Postmortem
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

McKetton, L., Williams, J., Viviano, More

McKetton, L., Williams, J., Viviano, J. D., Yücel, Y. H., Gupta, N., Schneider, K. A. High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem. J. Vis. Exp. (106), e53309, doi:10.3791/53309 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter