小脳灰白質形態測定を調べるための標準化されたパイプラインが提示される。このパイプラインは、最適化された自動化された小脳パーセル化のための高解像度の最先端のアプローチと、体積定量のための小脳のボクセルベースの登録を組み合わせています。
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この記事について
サマリー
要約
複数の研究ラインは、運動制御との歴史的な関連性をはるかに超えて、幅広い認知機能および情動機能における小脳の役割についての説得力のある証拠を提供します。構造的および機能的神経画像研究は、小脳の機能的神経解剖学の解剖学的区分を超えてさらに理解を深め、健康な変動性および神経学的疾患における個々の小脳サブユニットの検査の必要性を強調した。この論文は、最適化された自動化された小脳パーセルレーション(U-Net局所制約最適化を用いた自動小脳解剖学的パーセルレーション;ACAPULCO)および小脳のボクセルベースの登録(空間的に偏りのないインフラテントリアルテンプレート;SUIT)は、体積定量化用です。
パイプラインは、さまざまな神経疾患に広く適用可能で、完全に自動化されており、手動介入は出力の品質管理にのみ必要です。パイプラインは自由に利用でき、かなりのドキュメントが添付されており、Mac、Windows、およびLinuxオペレーティングシステムで実行できます。パイプラインは、フリードライヒ運動失調症(FRDA)を有する個人のコホートに適用され、代表的な結果、ならびにグループレベルの推論統計分析に関する推奨事項が提供される。このパイプラインは、分野全体の信頼性と再現性を促進し、最終的には神経学的疾患における小脳構造変化を特徴付け、追跡するための強力な方法論的アプローチを提供する可能性がある。
概要
小脳は歴史的に運動制御1,2,3に関連する脳の一部であり、遺伝性運動失調症4などの希少疾患のごく一部にしか関与していないと考えられている。しかし、非ヒト霊長類における解剖学的追跡研究、ならびにヒト病変および神経画像研究からの収束する研究ラインは、認知5、6,7、情動的8,9,10,11、および他の非運動機能7,12の広い配列における小脳の役割についての説得力のある証拠を提供する(6を参照のこと。 レビュー用)。さらに、小脳の異常は、パーキンソン病13、アルツハイマー病
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プロトコル
注:この研究で使用されたデータは、モナッシュ大学人間研究倫理委員会(プロジェクト7810)によって承認されたプロジェクトの一部でした。参加者は書面によるインフォームドコンセントを提供しました。パイプラインは Mac、Windows、または Linux オペレーティング・システムで実行できますが、ACAPULCO、SUIT、および QC パイプラインは、Linux (Ubuntu) および Mac (Catalina、Big Sur v11.0.1) オペレーティング・システムで明示的にテストされています。
1. モジュール1:アカプルコ(解剖学的パーセル化)
- データ収集
- 脳全体の3D T1強調MRI画像を1mm3 以下の解像度で収集します。等方性ボクセル寸法(通常は1 mm x 1 mm x 1 mm)と3-Telsa(またはそれ以上)スキャナを推奨します。X線撮影センターの画像専門家に相談して、これらの仕様を満たすデータを設定および取得してください。
メモ: T2 強調画像は、体積解析に役立つ場合があります。ただし、ここで示すパイプラインは T1 加重データのみに依存しており、使用されるツールの一部はこのタイプのデータ専用です。そのため、T2 強調画像は使用できません。 - 眼瞼小脳奇形(例えば、大きな病変)または主要な小脳ランドマークの同定を妨げる実質的な運....
- 脳全体の3D T1強調MRI画像を1mm3 以下の解像度で収集します。等方性ボクセル寸法(通常は1 mm x 1 mm x 1 mm)と3-Telsa(またはそれ以上)スキャナを推奨します。X線撮影センターの画像専門家に相談して、これらの仕様を満たすデータを設定および取得してください。
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結果
小脳パーセレーション(アカプルコ)
小脳パーセルマスクの品質管理:
以下の例は、ACAPULCOパーセル化出力を示し、a)個人レベルでのパーセル化マスクの品質、およびb)その後の統計分析からの特定の小葉の包含または除外に関する意思決定を導く。究極的には、主題を含めるか除外するかの決定は主観的です。ここでは、さまざまな健康および臨床グループからの「良好なパーセル化」、「微妙なパーセル化エラー」、および「グローバルな失敗」の例を提供します。
「良好なパーセル化」の例を 図4に示し、健康でひどく萎縮した大脳を含む。 図5では、個々の小脳小葉の微妙な過剰および過小封入が描かれている。これらは最も一般的なタイプのパーセル化エラーであり、定量的QCプロトコルでは統計的外れ値として検出されない場合があります。これらのタイプのエラーは、一般に、影響を受.......
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ディスカッション
小脳は、人間の運動3、認知58、感情10、および言語7,59の幅広い機能に重要であり、多くの神経学的および精神医学的疾患に関与している。局所小脳容積の定量化のための標準化された容易に実装可能なアプローチの利用可能性は、ますます詳細な「全脳」構造機能マッピング、完全な疾患モデリング、および脳疾患に対する小脳の寄与を定義および追跡する機会の改善に寄与するであろう。ここで説明するこの標準化されたパイプラインは、健康と疾患の両方における小脳灰白質形態測定の自動小脳パーセル化とよりきめ細かい空間プロファイリングのための最先端のアプローチを組み合わせたものです。
ここに提示されたACAPULCOを用いた断面小脳パーセル分析の結果は、FRDAを有する人々(対HC)が白質体積を有意に減少させたことを示した。これらの知見は、FRDAの早期、堅.......
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開示事項
著者らは、開示する利益相反はありません。
謝辞
この原稿で発表された研究は、オーストラリア国民健康医学研究評議会(NHMRC)のアイデアグラント:APP1184403によって資金提供されました。
....アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| ACAPULCOパイプラインファイル | 0.2.1 | http://enigma.ini.usc.edu/protocols/imaging-protocols/ | 必ずacapulcoバージョンを使用してください 0.2.1 |
| Mac用 | https://docs.docker.com/desktop/mac/install/ macOSはバージョン10.14以降である必要があります Dockerにはsudo権限が必要です DockerはMac OSにメモリ(RAM)制約を課します。RAMを増やすには、Docker Desktopを開き、[設定]に移動して[リソース]をクリックします。メモリ | ||
| Docker for Windows | https://docs.docker.com/docker-for-windows/install/ | ||
| ENIGMA SUIT スクリプト | http://enigma.ini.usc.edu/protocols/imaging-protocols/ | ||
| FreeSurfer | 7 | https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/DownloadAndInstall | Freesurferで作業するたびに、次の変数を設定する必要があります： export FREESURFER_HOME=  freesurfer _installation_directory source $FREESURFER_HOME/SetUpFreeSurfer.sh |
| export SUBJECTS_DIR=path/enigma/Freesurfer | |||
| FSL (FSLeyes用).オプションの | 6 | https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/FslInstallation | |
| ICV パイプライン ファイル | http://enigma.ini.usc.edu/protocols/imaging-protocols/ | ICV パイプラインは、1) docker/singularity を使用して 2 つの方法で実行できます。追加のソフトウェアは必要ありません。2)Docker / Singularityなし-これには、ICVスクリプト(calculate_icv.py)を手動で実行することが含まれます。次の追加ソフトウェアが必要になります: Python バージョン =3.5Python モジュール pandas Python モジュール fire Python モジュール tabulate Python モジュール Colorama | |
| https://github.com/Characterisation-Virtual-Laboratory/calculate_icv | |||
| MATLAB* | 2019 以降 | https://au.mathworks.com/ | アカデミック ライセンスが必要です |
| Singularity | 3.7 以降 | https://www.sylabs.io/docs/ ハイパフォーマンス コンピューティング (HPC) クラスターに優先 | |
| SPM | 12 | http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/ | spm12 とすべてのサブフォルダーが MATLAB パスにあることを確認してください |
| SUIT Toolbox | 3.4 | http://www.diedrichsenlab.org/imaging/suit_download.htm | SUIT toolbox を spm12/toolbox ディレクトリに配置してください |
| トラブルシューティングマニュアルとセグメンテーション出力例 | http://enigma.ini.usc.edu/protocols/imaging-protocols/ | ||
| チュートリアルマニュアルとビデオ | http://enigma.ini.usc.edu/protocols/imaging-protocols/ | マニュアルと付属のライブデモでは、パイプラインの実行方法を最初から最後まで詳しく説明しています。 | |
| *無料では入手できません。アカデミックライセンスが必要です |
参考文献
- Holmes, G. The cerebellum of man (Hughlings Jackson memorial lecture). Brain. 62, 1-30 (1939).
- Ito, M. The modifiable neuronal network of the cerebellum. The Japanese Journal of Physiology. 34 (5), 781-792 (1984).
- Manto, M., Oulad Ben Taib, N.
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再版と許可
