인간 Midbrain위한 고해상도 기능성 자기 공명 영상 방법

이 절차의 전반적인 목표는 인간 중뇌와 뇌간에서 고해상도 FMRI 신호를 측정하는 것입니다. 이것은 먼저 연구 대상자에게 적절한 시각적 자극을 제시함으로써 달성됩니다. 그런 다음 최적의 FMRI 세트입니다.

프로시저 및 매개변수는 데이터를 수집하는 데 사용되며 데이터는 표준 및 표면 기반 분석 기술의 조합을 사용하여 분석됩니다. 마지막 단계는 시각화를 위해 3D 표면 표현에 데이터를 오버레이하는 것입니다. 궁극적으로, 고해상도 FMRI는 인간 상쇄의 시각적 자극에 대한 극각의 지형 표현을 보여주는 데 사용됩니다.

피질하 구조에 대한 기존 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 고해상도 FMRI와 관련된 낮은 신호 대 잡음비를 극복하면서 고해상도를 달성할 수 있다는 것입니다. 우리는 특수 이미지 분석 및 획득 기술을 사용하여 이를 수행할 수 있습니다. 이 방법은 인간 상쇄(superior colus)의 기능을 이미지화하기 위해 특별히 고안되었지만, 외측 울룰레이트 핵(lateral ululate nucleus), 하부 결장(inferior colus) 또는 시상하핵(subthalamic nucleus)과 같은 다른 피질하 영역에도 적용할 수 있습니다.

극각을 얻기 위해 상대장(superior Colus)의 망막 아토피 지도(retina atopic map)는 먼저 움직이는 점들의 90도 쐐기를 자극으로 사용하여 기능적 패러다임을 설정했습니다. 자극은 2개로 3개의 가상 섹터로 나뉘며, 각 시도에서 무작위로 선택된 섹터 중 하나에 점이 있어 다른 모든 점보다 느리거나 빠르게 움직입니다. 다음은 중앙 왼쪽 섹터 점이 다른 섹터의 점보다 빠르게 움직이는 샘플 시험입니다.

각 시도 후 쐐기는 고정 주위를 30도 단위로 회전하여 자극이 24초 주기로 전체 주기를 완료하도록 합니다. 각 실행은 자극의 9.5회 회전으로 구성되며 실험 세션에는 스캔 전에 16-18번의 실행이 포함되어야 합니다. 각 피험자가 두 번의 두 번째 시도마다 시각적 과제를 연습하도록 합니다.

피험자에게 은밀하게 지시하고, 쐐기에 주의를 기울이고, 고정을 유지하면서 속도 구별 작업을 수행합니다. 버튼을 눌러 피험자는 스캔하기 전에 한 구역의 점이 다른 구역보다 빠르거나 느리게 움직이는지 표시해야 합니다. 표준 MRI 안전 절차를 따라야 합니다. 스캐너 테이블에 피사체를 놓고 RF 코일을 머리 위에 놓습니다.

그런 다음 머리의 움직임을 최소화하기 위해 폼 패드로 피사체의 머리를 고정하십시오. FMRI는 특히 이 연구에 사용된 높은 공간 해상도에서 모션 아티팩트에 특히 민감하다고 설명합니다. 또한 MRI COMPATIBLE 버튼 패드를 한 손에 들고 작업 중에 어떤 버튼을 눌러야 하는지에 대한 지침을 제공합니다.

자극은 코일에 장착된 거울을 사용하여 보는 디스플레이 화면에 투영됩니다. 인간 상관절(human superior colus)은 중뇌의 등쪽 표면에 위치한 직경 약 9mm의 작지만 뚜렷한 구조이며, 정확한 국소화를 위해서는 다중 국소화기 이미징 시리즈가 필요합니다. localizers를 sagittal, axial 및 coronal plane을 따라 실행합니다.

이제 이 로컬라이저 이미지를 사용하여 8-10개의 연속된 절편이 있는 상골을 정확하게 처방합니다. 그런 다음 3차원 SPGR 시퀀스를 사용하여 고해상도 T-one 가중치 구조 이미지를 얻습니다. 이 이미지는 FMRI 데이터를 별도의 세션에서 얻어야 하는 고해상도 구조 참조 볼륨에 정렬하는 데 사용됩니다.

다음으로, 1.2mm의 일반 픽셀 크기를 얻기 위해 3샷 나선형 궤적 획득을 사용하여 기능 이미징을 설정합니다. 에코 시간을 40밀리초로 설정하는데, 이는 피질에서 일반적으로 사용되는 것보다 길며, 이는 T 2 star set의 더 긴 측정값에 해당합니다. TR을 1초로 설정하여 3초마다 볼륨을 획득합니다.

준비가 되면 기능 패러다임을 실행하는 동안 스캔을 시작합니다. 기능적 이미징이 완료되면 별도의 세션에서 또 다른 고해상도 T one 구조 이미지 시리즈를 얻습니다. 각 피험자에 대해 우수한 조직 대비를 제공하는 T one 가중 염기서열을 사용하여 고분해능 참조 부피를 얻습니다.

이 시퀀스는 약 28분 동안 진행됩니다. 이미징이 완료되면 ITK SNAP 소프트웨어에 제공된 자동 및 수동 기술을 조합하여 뇌간과 시상의 일부를 고해상도 볼륨으로 분할합니다. 상구(superior colliculus)의 뇌척수액 조직 계면은 ISO 밀도 테셀레이션(tessellation)을 사용하여 분할에서 보간된 다음 매끄럽고 정확한 표면 표현을 생성하기 위해 정제됩니다.

이 표면은 층류 계산에 사용되는 정점 및 법선뿐만 아니라 기능 데이터를 시각화하는 수단을 제공합니다. 설명된 분석은 Mr.Vista 소프트웨어 패키지와 Mr.Vista 프레임워크에서 개발된 도구를 사용합니다. 먼저 세션을 초기화하고 평균 데이터의 강도를 공간적으로 정규화하여 코일의 균질성 효과를 줄이고 이미지의 전반부 주기를 버리는 옵션을 선택합니다.

일시적인 MR 평형 및 혈류역학적 효과를 피하기 위해. 그런 다음 Mr.Vista 소프트웨어를 엽니다. 다음으로, 피사체 움직임과 슬라이스 타이밍 보정을 수행합니다.

그런 다음 각 세션 내에서 기록된 여러 실행의 평균을 구합니다. SNR을 개선하려면 FMRI 세션의 구조 데이터를 참조 볼륨에 정렬합니다. 정렬 및 분할을 Mr.Vista에 로드합니다.

그런 다음 기능적 시계열 데이터를 분할된 참조 볼륨으로 변환합니다. 다음 단계에서는 Mr.Vista 프레임워크에서 개발된 도구를 사용합니다. 각 SC 조직 복셀과 SE 표면에서 가장 가까운 정점 사이의 거리를 계산하여 거리 맵을 계산합니다.

이러한 거리는 기준 부피 내에서 층류 위치를 측정하는 데 사용됩니다. 다음으로, 층류 세분화 프로세스를 수행하여 시계열 데이터의 깊이 평균화를 가능하게 하여 SNR을 개선합니다. SC 표면의 각 점에 대해 이러한 층류 연관을 사용하여 지정된 깊이 범위에서 시계열의 평균을 구하고 데이터의 지형 표현을 분석합니다.

이 피팅에서 각 복셀에 대한 자극 반복 주파수에 정현파를 피팅하여 깊이 평균 시계열에 대한 일관성 분석을 수행하면 응답, 진폭, 일관성 및 위상의 표면 맵이 파생됩니다. 사인파 적합의 위상은 자극의 위치를 측정합니다. 여기서 우리는 SC 영 위상의 3D 표면에 오버레이된 위상 데이터가 상부 수직 자오선에 해당하는 것을 볼 수 있습니다.

그런 다음 자극은 시계 방향으로 회전하므로 2단계에 걸친 파이는 자극이 오른쪽 시야의 수평 자오선으로 회전했을 때와 일치합니다. 위상의 PI 라디안 후에 자극은 왼쪽 시야 등으로 교차합니다. 시각적 자극에 대한 반응은 SC IE에서 Contral laly로 표시되고, 왼쪽 시야는 오른쪽 SC에 표시되며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

SC의 전체 표면 범위의 경계는 빨간색 점선으로 표시됩니다. 활동의 지형 조직이 있습니다. 오른쪽 위쪽 시야는 왼쪽 대장에서 내측으로 표시되고 아래쪽 시야는 측면으로 표시됩니다.

유사하게, 왼쪽 위쪽 시야는 오른쪽에서 중앙으로 표시되고, 구와 아래쪽 시야는 측면으로 표시됩니다. 이 비디오를 시청한 후에는 특히 인간 중뇌와 뇌간에서 고해상도 FMRI를 수행하는 방법을 잘 이해하게 될 것이며 시각적 자극을 제시하는 방법을 이해할 수 있어야 합니다. 고해상도 FMRI 데이터를 수집하고, 표준 및 표면 기반 분석을 수행하고, 최종적으로 3D 표면에서 데이터를 렌더링하여 상구(superior colliculus) 표면에서 Tino 주제 맵을 얻습니다.