Misurare la connettività nella Primaria via visiva in albinismo umano per mezzo del tensore di diffusione Imaging e Trattografia

L'obiettivo generale di questo studio è quello di esaminare la connettività talamocorticale nell'albinismo e nei controlli utilizzando l'imaging di diffusione e di confrontare la ricostruzione della radiazione ottica in uscita di due algoritmi di tracciamento. La risonanza magnetica e la trattografia a diffusione possono aiutare a rispondere a domande chiave nella ricerca sulla visione, come l'effetto del disallineamento assonale sull'organizzazione strutturale del percorso visivo nell'albinismo umano. Il vantaggio principale di questa tecnica è che consente la mappatura non invasiva di grandi percorsi della sostanza bianca nel cervello vivente e ha mostrato progressi promettenti nella pianificazione neurochirurgica.

Acquisire tutte le immagini come descritto in questo protocollo. Su uno scanner MRI da 3 Tesla dotato di una bobina di testa a 32 canali. Prima dell'imaging, esaminare accuratamente ogni partecipante per la sicurezza della risonanza magnetica e fargli firmare un modulo di consenso che descrive il protocollo.

Fornire ai soggetti tappi per le orecchie per la protezione dell'udito prima di posizionarli in posizione supina e con la testa sul tavolo dello scanner. Fornire una lampadina di avviso. Quindi posizionare i cuscini per ridurre il movimento della testa.

Punto di riferimento sopra gli occhi all'altezza delle sopracciglia. Prima di inviare il soggetto allo scanner. Inizia l'imaging acquisendo un'immagine pesata in T1 ad alta risoluzione utilizzando una sequenza 3D MP-RAGE che copre l'intero cervello.

Usa i parametri visualizzati sullo schermo qui. Con una dimensione del voxel isotropo di un millimetro. Successivamente, acquisisci una sequenza DTI che copre la corteccia con 64 direzioni in fette di due millimetri.

Posizionare le fette con orientamento trasversale seguendo la linea di commessura anteriore e posteriore. Inoltre, acquisisci da 30 a 40 immagini di densità protonica pesate in PD utilizzando una sequenza di impulsi turbospin echo. Posizionalo in un orientamento coronale parallelo al tronco encefalico che copre dall'estensione esterna del ponte alla porzione posteriore del collicolo inferiore.

La delineazione LGN dovrebbe essere eseguita mentre si è ciechi rispetto all'appartenenza al gruppo del soggetto. Iniziare caricando l'immagine PD ad alta risoluzione nella visualizzazione FSL. Quindi, fai clic sulla scheda degli strumenti per selezionare una singola opzione per ingrandire l'immagine.

Quindi, seleziona la scheda del file per selezionare l'opzione di creazione della maschera e utilizza la barra degli strumenti per tracciare l'LGN in ogni sezione. Se lo si desidera, modificare il contrasto dell'immagine nella barra degli strumenti per facilitare il rilevamento LGN. Traccia manualmente le maschere LGN destra e sinistra tre volte ciascuna su immagini PD medie che sono state interpolate al doppio della risoluzione, e quindi alla metà della dimensione del voxel originale.

Per eseguire la segmentazione VI, eseguire prima il comando recon all in free surfer su immagini pesate in T1 nello spazio anatomico nativo per l'elaborazione automatizzata. Quindi, convertire l'output in parcellazione V1 in una maschera volumetrica utilizzando i comandi label2surf e surf2volume. Prima di eseguire il tracciamento probabilistico, eseguire prima la registrazione lineare del flirt per portare le immagini cerebrali che si trovano nello spazio anatomico e del surfista libero nello spazio di diffusione.

Seleziona l'output dello spazio di superficie libera di ricognizione o il cervello estratto dal cervello di un soggetto T1 come immagine di input. Quindi, un'immagine pesata per diffusione corretta ed estratta dal cervello come immagine di riferimento. Allo stesso modo, per il tracciamento deterministico, utilizzare la registrazione lineare flirt per portare i cervelli della densità protonica nello spazio di diffusione.

Inoltre, in preparazione per il tracciamento probabilistico, eseguire questa registrazione lineare per portare i cervelli PD dei partecipanti allo spazio libero della superficie e allo spazio anatomico nativo per la trasformazione della maschera LGN. Si noti che questo passaggio crea due output. Il cervello di input registrato sull'immagine di riferimento e su una matrice di trasformazione.

Quindi, applica la trasformazione del flirt per preparare le maschere di semi per la trattografia. Per la trattografia probabilistica, utilizzare l'output del dot mat dalla registrazione lineare di PD al free surfer o al T1 anatomico come matrice di trasformazione. La maschera LGN originale come input e il cervello nello spazio libero del surfista o nello spazio anatomico come volume di riferimento.

Assicurarsi di utilizzare la selezione di interpolazione del vicino più vicino dalle opzioni avanzate. Ripeti l'operazione per la trattografia deterministica solo questa volta, con il cervello nello spazio di diffusione come volume di riferimento. Per normalizzare l'LGN, utilizzare la matematica FSL per creare un punto ROI con le coordinate della maschera LGN individuale appropriata nello spazio anatomico nativo per la trattografia probabilistica o nello spazio di diffusione per la trattografia deterministica.

Quindi, utilizzare la matematica FSL per applicare il raggio della maschera media nello spazio MNI calcolato su tutti i partecipanti per creare una sfera attorno al punto ROI nello spazio anatomico nativo o di diffusione. A questo punto, utilizzando solo file di spazio di superficie libera, preparare le maschere di destinazione per la trattografia probabilistica. Registra i cervelli dei surfisti gratuiti nello spazio anatomico nativo.

Quindi, crea maschere di destinazione applicando la trasformazione alle maschere V1 utilizzando l'interpolazione trilineare. Per eseguire la trattografia probabilistica, utilizzare prima la correzione delle correnti parassite per correggere le distorsioni nelle immagini pesate in diffusione. Quindi il cervello estrae le immagini.

Quindi, seleziona l'opzione Bauletto X. Quindi scegli il tracciamento probabilistico ed eseguilo separatamente per ogni emisfero. Mantenete le opzioni di base predefinite, ma per una maggiore precisione, selezionate Oliatore modificato per il calcolo delle linee di flusso probabilistiche nelle opzioni avanzate.

Seleziona una singola maschera come spazio di partenza. Quindi, caricare la maschera LGN trasformata come immagine seme nello spazio anatomico nativo insieme alla matrice anatomica di trasformazione da T1 a diffusione come trasformata da seme a diffusione. Infine, selezionare V1 nello spazio anatomico da bersagli opzionali come bersaglio.

Ripetere l'operazione utilizzando le ROI sferiche standard e quindi nuovamente utilizzando le maschere di inizializzazione e di destinazione non normalizzate nello spazio a superficie libera. Per eseguire la trattografia deterministica, aprire prima le immagini pesate in diffusione con correzione vorticosa in DSI studio. Quindi caricare i file bvec e bval su una finestra della tabella B che viene aperta automaticamente per creare un file sorgente.

Selezionare quindi DTI come metodo di ricostruzione ed eseguirlo sui file di origine per produrre file di informazioni sulla fibra. Aprire i file di informazioni sulle fibre nella finestra di tracciamento del programma ed eseguire il tracciamento per ciascun emisfero separatamente. Utilizzare l'LGN nello spazio di diffusione come seme e la regione 17 dell'atlante Brodmann dello studio DSI come regione determinativa.

In ogni corsa, imposta la maschera della sostanza bianca controlaterale dall'atlante di segmentazione del surfista libero come regione di evitamento. Tracciamento ripetuto utilizzando ROI sferiche nello spazio di diffusione invece di singoli LGN come regioni seme per la trattografia. Qui si vede un'immagine della densità protonica coronale media di un paziente con albinismo.

Le aree di interesse LGN destra e sinistra tracciate manualmente sono rappresentate in rosso. Le maschere LGN si trasformano in spazio libero per i surfisti utilizzando le interpolazioni vicine più vicine, rosse e trilineari, blu. L'analisi statistica basata sui voxel con le statistiche basate sul tratto non mostra aree significative in un albinismo maggiore del contrasto di controllo a causa della ridotta FA nell'albinismo rispetto ai controlli.

Tuttavia, nel controllo, si osserva una differenza significativa tra i gruppi rispetto al contrasto dell'albinismo. Qui vediamo una versione scheletrata ispessita di questi risultati. L'output del tracciamento della fibra da studio DSI indica una ridotta connettività da LGN a V1 in un paziente con albinismo rispetto ai soggetti di controllo.

Allo stesso modo, l'output del tracciamento probabilistico mostra una ridotta connettività da LGN a V1 e albinismo rispetto ai soggetti di controllo. Qui, le maschere tracciate medie per i metodi probabilistici e deterministici sono sovrapposte per il confronto. Le maschere LGN, blu e V1 rosa illustrano le regioni di partenza e target.

Una volta padroneggiati, la raccolta dei dati e l'analisi completa di tre partecipanti possono essere eseguite in due o tre giorni, mentre il tempo della trattografia dipende dalle dimensioni del seme. Durante l'esecuzione della trattografia, scegli attentamente l'algoritmo e l'approccio di analisi a seconda della domanda di ricerca e dell'area cerebrale oggetto di indagine e controlla i file di output dopo ogni passaggio. Non aspettare di raggiungere il risultato finale per controllare il tuo lavoro.

L'albinismo è associato all'aumento del rischio di cancro della pelle e a sindromi che colpiscono altri tipi di cellule oltre ai monociti. Imagine tecniche combinate con tecniche molecolari aiuteranno a studiare i meccanismi di sviluppo nell'albinismo e miglioreranno la comprensione della relazione struttura-funzione. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo delle neuroscienze per esplorare la connettività cerebrale in popolazioni umane sane e cliniche in vivo.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come eseguire la ricostruzione della sostanza bianca utilizzando algoritmi deterministici e probabilistici per esaminare le differenze nella connettività delle radiazioni ottiche tra le popolazioni di pazienti e i controlli. Non dimenticare che lavorare con un potente magnete può essere estremamente pericoloso e che è sempre necessario eseguire uno screening adeguato dei partecipanti per la sicurezza della risonanza magnetica.