Name: Hoge-resolutie structurele Magnetic Resonance Imaging van de Human subcortex In Vivo En Postmortem (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 16 s
Description: Leer hoe je hoge-resolutie structurele MRI gebruikt om subcorticale structuren in het menselijk brein zichtbaar te maken. Dit protocol vermindert scantijd en verbetert klinische toepasbaarheid aanzienlijk.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs erkennen de volgende financieringsbronnen, de Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), het Dorothy Pitts Research Fund (NG) en het Nicky and Thor Eaton Research Fund. De auteurs erkennen Kevin DeSimone, en Aman Goyal voor hun kennis in MRI acquisitie en analyse expertise.

1. Deelnemer en Postmortem Brain Set-Up Opmerking: Alle beelden werden verkregen met behulp van een 3 T MRI scanner met een 32-kanaals hoofdspoel en al MRI scan werd uitgevoerd bij kamertemperatuur, ongeveer 20 ° C. Alle deelnemers waren rechtshandig en gaven schriftelijk informed consent. Elke deelnemer was in goede gezondheid met geen geschiedenis van neurologische aandoeningen. Het experimentele protocol werd goedgekeurd en volgt de richtlijnen van York University Human Deelnemers Review Committee. <ol><li> Vraag elke deelnemer invullen en ondertekenen van een patiënt toestemmingsformulier dat MRI veiligheidsrichtlijnen en de neuro-imaging protocol details. </li><li> Voor elke deelnemer, plaatst oordoppen in elk oor en beveiligen van hun hoofd met pads om het hoofd beweging te minimaliseren. </li><li> Voor post-mortem brain imaging, zorg ervoor dat de hersenen wordt bevestigd voorafgaand aan neuroimaging en is opgenomen in een zak of container die past binnen de MRI-head-spoel. Plaats de postmortem hersenen in het hoofd-spoel met de z-as (superieur aan inferior) uitgelijnd met de boring van de scanner. De hersenstam (posterior) moet naar de richting van de voet van de scanner bed. </li><li> Plaats vacuüm kussen handen rond de post-mortem hersenen voor aanvullende ondersteuning. </li></ol> 2. lokaliseren en het voorschrijven van de subcortex Opmerking: De thalamus is een tweevoudige gelobde structuur gelegen nabij het centrum van de hersenen ligt tussen de middenhersenen en de cerebrale cortex. Gelegen binnen de dorsale thalamus, de menselijke LGN is een klein subcorticale structuur die maximaal ~ 10 mm uitstrekt. <ol><li> Om een ​​nieuwe deelnemer te registreren, opent u de MRI imaging software en klik op het tabblad Patient in de linker bovenhoek. Klik dan op Registreren. </li><li> Vul de juiste patiënt informatie, en klik vervolgens op het tabblad examen. </li><li> Om een ​​localizer scan, klikt u op het tabblad Examen Explorer om een ​​nieuw protocol te creëren. Let op de set-up venster op het scherm, klik op het tabblad Routine, en voer de volgende parameters: overnametijd 28 sec, acquisitie matrix van 160 × 160, 1 plak, 1,6 mm dik isotrope voxel grootte, FOV = 260 mm, FoV fase = 100%, slice resolutie = 69%, fase en snijd gedeeltelijke fase Fourier = 6/8, TR = 3,15 ms, TE = 1,37 ms, Flip Hoek = 8 °. </li><li> Overlay de slice selectie doos gebruikt voor het verwerven van de PD beelden over de localizer die de subcorticale kernen binnen de thalamus, evenals de omliggende structuren (figuur 4). </li></ol> 3. Hoge-resolutie structurele parameters <ol><li> Maak een nieuw protocol voor het verkrijgen van een hoge-resolutie-PD-gewogen scans. In de set-up venster op het scherm, klik op het tabblad Routine, en voer de volgende parameters in het coronale oriëntatie: acquisitie tijd 179 sec, acquisitie matrix van 512 × 512 0,3 × 0,3 × 1 mm 3 voxelgrootte, TR = 3.25 sec , TE = 32 msec, flip hoek = 120 °, doorschoten slice overname, FoV lees = 160 mm, FoV fase = 100%, parallel imaging (GRAPPA) meteen versnelling factor 2. <ol><li> Gebruik een Turbo Spin Echo sequentie, met een Echo Trein Lengte van 5. De eerste echo bij 32 msec is de effectieve echo voor deze reeks. Verlaag de bandbreedte (BW) zo gering mogelijk, 40 Hz / pixel, de SNR maximaliseren. Om scan duur te verminderen, kiest 18 plakjes, elk 1 mm dik, met een FOV = 160 mm. Deze plaat biedt voldoende dekking van de subcorticale regio&#39;s van belang. OPMERKING: Voor een betrouwbare identificatie van subcorticale structuren, verwerven 5 runs met de bovenstaande parameters. De totale duur scan slechts ~ 15 min (figuur 5). Vet-verzadiging is niet in dienst. </li></ol></li><li> Bij post-mortem brain imaging, kan betrouwbare identificatie van subcorticale structuren met één scan worden waargenomen met de totale duur van slechts ~ 3 min volgens hetzelfde protocol als in scanning 3,1 (figuur 6). </li></ol> 4. beeldanalyse OPMERKING: Om de MRI-gegevens te analyseren, gebruik maken van de vrij beschikbare FMRIB&#39;sSoftware Library (FSL) pakket beschikbaar voor download op <a href="https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/">(https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/).</a> <ol><li> Open een terminal venster, en zet de ruwe DICOM-bestanden van de scanner voor elke PD volume tot een Nifti formaat met een DICOM te Nifti converter. Een aantal daarvan zijn vrij beschikbaar om te downloaden (bijv., <a href="https://www.nitrc.org/projects/mricron">Https://www.nitrc.org/projects/mricron).</a> In de opdrachtregel Typ dcm2nii gevolgd door de directory van elk PD gewogen image run. </li><li> In een terminal venster verkrijgen van de parameters van de originele PD scan. Typ fslinfo in de opdrachtregel gevolgd door de PD scan in Nifti formaat. </li><li> Creëer een high-resolution lege afbeelding doelvolume die twee keer de resolutie en de helft van de voxelgrootte gegeven door de parameters van fslinfo van de originele PD scan heeft. De volgorde van de data-ingangen van deze opdracht zijn: fslcreatehd &lt;xsize&gt; &lt;ysize&gt; &lt;zsize&gt; &lt;tsize&gt; &lt;xvoxsize&gt; &lt;yvoxsize&gt; &lt;zvoxsize&gt; &lt;tr&gt; &lt;xorigin&gt; &lt;yorigin&gt; &lt;zorigin&gt; &lt;datatype&gt; &lt;headername&gt; LET OP: Als bijvoorbeeld de oorspronkelijke PD scan met de volgende parameters zoals beschreven in 3.1 worden verzameld (dwz 512 × 512 matrix, 18 slice, 0,3 × 0,3 × 1 mm 3 voxelgrootte, TR = 3,25 s), typt u de volgende in het commando venster: fslcreatehd 1024 1024 36 1 0,15 0,15 0,5 3,25 0 0 0 4 blankhr.nii.gz </li><li> Definieer de omzetting door middel van een identiteitsmatrix. Typ in een teksteditor programma een tekstbestand opgeslagen als &#39;identity.mat&#39; die er zo uitziet: 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 </li><li> Gebruik de flirt opdracht om de transformatie toe te passen, upsampling elk origineel PD gewogen run op de totale resolutie van een 512 te verdubbelen tot een matrix 1024 en halveer de voxel grootte in elke dimensie resulteert in een resolutie van 0,15 × 0,15× 0,5 mm 3. In een terminal venster voor elk PD volume, typt u de volgende flirt commando veranderen van de originele en output namen per run: flirten -interp sinc -in originalPD.nii.gz -ref blankhr.nii.gz -applyxfm -init identity.mat uitchecken highresPD.nii.gz OPMERKING: Waar originalPD.nii.gz is de bron volume blankhr.nii.gz is de gewenste output-resolutie en highresPD.nii.gz is de naam van het volume. </li><li> Verplaats de beelden met hoge resolutie naar een nieuwe map, en ga naar het in een terminal venster. </li><li> Voor elke deelnemer, samenvoegen alle upsampled PD beelden in een enkel bestand met behulp van 4D fslmerge. In een terminal venster type: fslmerge -t concat_highresPD * .nii.gz NB: Dit creëert een 4D-bestand met de naam concat_highresPD.nii.gz. </li><li> Motion corrigeren aaneengeschakelde bestand met mcflirt 10. Deze tool zorgt voor een geautomatiseerde robuuste registratie voor lineaire (affiene) inter en intermodale hersenen beelden. Selecteer een4-fase correctie die sinc interpolatie (intern) als een verdere optimalisering pas voor grotere nauwkeurigheid gebruikt. In een terminal venster type: mcflirt -in concat_highresPD uitchecken mcf_concat_highresPD.nii.gz -stages 4 -plots NB: Dit creëert een 4D-bestand met de naam mcf_concat_highresPD.nii.gz. </li><li> Tot slot maakt de 3D-beeld met behulp van fslmaths betekenen. In een terminal venster type: fslmaths mcf_concat_highresPD.nii.gz -Tmean mean_highresPD.nii.gz NB: Dit creëert een 3D-bestand genaamd mean_highresPD.nii.gz dat is van hoge kwaliteit </li><li> Visualiseer eindresultaat afbeelding in hoge resolutie 3D met behulp van de fslview commando. In de map waar uw afbeelding is, typ het volgende in een terminal venster: fslview mean_highresPD.nii.gz. &quot; </li><li> Inspecteren intensiteit profielen van ROI&#39;s in kwestie. Maak een ROI met fslview (dit kan een verticale lijn over een gebied van het LGN bijvoorbeeld). In fslview laden beeld met een hoge resolutie PD. Klik op het tabblad Extra,klik dan op het tabblad enkele afbeelding om te vergroten het beeld voor het tekenen van ROI. Klik vervolgens op het tabblad Bestand, gevolgd door het tabblad Maken Masker. Trek een lijn in de ROI van belang. Sla de ROI door te klikken op Bestand en vervolgens op Opslaan als. Herhaal de lijn maskers voor meerdere gebieden binnen de ROI voor intensiteit vergelijkingen en andere ROI&#39;s in kwestie. </li><li> Gebruik 3dmaskdump bevel Afni aan de resulterende intensiteit van het beeld te analyseren. In de directory waar de beelden zijn, gebruikt u de volgende opdracht in een terminal venster om het beeld intensiteiten en de locatie te halen (gegeven als result_mask.txt) van uw ROI masker: 3dmaskdump -o result_mask.txt -noijk -xyz -mask ROI_linemask.nii.gz PDaverage_image.nii.gz </li></ol>

<ol><li>Devlin, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reliable+identification+of+the+auditory+thalamus+using+multi-modal+structural+analyses%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Reliable identification of the auditory thalamus using multi-modal structural analyses.</a> NeuroImage. 30 (4), 1112-1120 (2006).</li>
<li>Fellner, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((True+proton+density+and+T2-weighted+turbo+spin-echo+sequences+for+routine+MRI+of+the+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroradiology%22%5BJournal%5D)">True proton density and T2-weighted turbo spin-echo sequences for routine MRI of the brain.</a> Neuroradiology. 36 (8), 591-597 (1994).</li>
<li>Schumann, C. M., Buonocore, M. H., Amaral, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+imaging+of+the+post-mortem+autistic+brain%5BTitle%5D)+AND+%22J+Autism+Dev+Disord%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance imaging of the post-mortem autistic brain.</a> J Autism Dev Disord. 31 (6), 561-568 (2001).</li>
<li>Tovi, M., Ericsson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurements+of+T1+and+T2+over+time+in+formalin-fixed+human+whole-brain+specimens%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Radiol%22%5BJournal%5D)">Measurements of T1 and T2 over time in formalin-fixed human whole-brain specimens.</a> Acta Radiol. 33 (5), 400-404 (1992).</li>
<li>Fujita, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lateral+geniculate+nucleus%3A+anatomic+and+functional+identification+by+use+of+MR+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Neuroradiol%22%5BJournal%5D)">Lateral geniculate nucleus: anatomic and functional identification by use of MR imaging.</a> Am J Neuroradiol. 22 (9), 1719-1726 (2001).</li>
<li>Bridge, H., Thomas, O., Jbabdi, S., Cowey, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+in+connectivity+after+visual+cortical+brain+damage+underlie+altered+visual+function%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Changes in connectivity after visual cortical brain damage underlie altered visual function.</a> Brain. 131 (6), 1433-1444 (2008).</li>
<li>Gupta, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atrophy+of+the+lateral+geniculate+nucleus+in+human+glaucoma+detected+by+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Br+J+Opthalmol%22%5BJournal%5D)">Atrophy of the lateral geniculate nucleus in human glaucoma detected by magnetic resonance imaging.</a> Br J Opthalmol. 93 (1), 56-60 (2009).</li>
<li>Dai, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+lateral+geniculate+nucleus+atrophy+with+3T+MR+imaging+and+correlation+with+clinical+stage+of+glaucoma%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Neuroradiol%22%5BJournal%5D)">Assessment of lateral geniculate nucleus atrophy with 3T MR imaging and correlation with clinical stage of glaucoma.</a> Am J Neuroradiol. 32 (7), 1347-1353 (2011).</li>
<li>McKetton, L., Kelly, K. R., Schneider, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Abnormal+lateral+geniculate+nucleus+and+optic+chiasm+in+human+albinism%5BTitle%5D)+AND+%22J+Comp+Neurol%22%5BJournal%5D)">Abnormal lateral geniculate nucleus and optic chiasm in human albinism.</a> J Comp Neurol. 522 (11), 2680-2687 (2014).</li>
<li>Jenkinson, M., Bannister, P., Brady, M., Smith, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+optimization+for+the+robust+and+accurate+linear+registration+and+motion+correction+of+brain+images%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Improved optimization for the robust and accurate linear registration and motion correction of brain images.</a> NeuroImage. 17 (2), 825-841 (2002).</li>
<li>Dietrich, O., Raya, J. G., Reeder, S. B., Reiser, M. F., Schoenberg, S. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+signal-to-noise+ratios+in+MR+images%3A+influence+of+multichannel+coils%2C+parallel+imaging%2C+and+reconstruction+filters%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Measurement of signal-to-noise ratios in MR images: influence of multichannel coils, parallel imaging, and reconstruction filters.</a> J Magn Reson Imaging. 26 (2), 375-385 (2007).</li>
<li>Andrews, T. J., Halpern, S. D., Purves, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlated+size+variations+in+human+visual+cortex%2C+lateral+geniculate+nucleus%2C+and+optic+tract%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Correlated size variations in human visual cortex, lateral geniculate nucleus, and optic tract.</a> J Neurosci. 17 (8), 2859-2868 (1997).</li>
<li>Pfefferbaum, A., Sullivan, E. V., Adalsteinsson, E., Garrick, T., Harper, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postmortem+MR+imaging+of+formalin-fixed+human+brain%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Postmortem MR imaging of formalin-fixed human brain.</a> NeuroImage. 21 (4), 1585-1595 (2004).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Deze studie beschrijft een geoptimaliseerd protocol in acquisitie en analysetechniek om hoge-resolutie PD gewogen beelden van subcorticale regio&#39;s te verkrijgen. Een aantal aftastlijnen parameters getest en gemodificeerd met de belangrijkste plaatsen met betrekking tot matrixgrootte, voxelafmeting en bandbreedte om de SNR te verhogen en het aantal acquisities, een cruciale stap in het kunnen subcorticale structuren met hoge resolutie te bepalen verlagen. In combinatie met het vinden van de optimale parameters in lev...

Het doel van dit onderzoek was om de resolutie grenzen van structurele MRI testen zonder fysiologische ruis. Proton dichtheid (PD) gewogen beelden werden in een postmortem brain verworven gedurende een lange duur (twee ~ 24 uur sessies) om het minimum aantal beelden dat moest worden geaccrediteerd en gemiddeld om de subcorticale structuren lossen. Ter vergelijking werden gewogen PD beelden verwierf ook in levende mensen over een aantal sessies. In het bijzonder was het doel na te gaan of het mogelijk is in een best-case scenario voor alle zes afzonderlijke lagen van de menselijke LGN, die ongeveer 1 mm dik (figuur 1) op te lossen. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/53309/53309fig1.jpg" /> Figuur 1. Human corpus geniculatum laterale lagen. Schematische weergave van de gelaagde structuur van de LGN. Magnocellular (M) lagen bestaan ​​uit grotere neuronalecelgrootte en kleinere celdichtheid die verantwoordelijk zijn voor het oplossen van beweging en natuurlijk contouren zijn (lagen 1-2, afgebeeld als donkergrijs). Parvocellulaire lagen (P) bestaan ​​uit kleinere neuronale cellen en grotere celdichtheid die verantwoordelijk zijn voor het oplossen van fijne vorm en kleur (lagen 4-6, afgeschilderd als het licht grijs) zijn. Schaal bar 1 mm. Cijfer gebaseerd op gekleurd menselijk LGN 12. Ruimtelijke resolutie in MRI wordt verbeterd wanneer de matrix grootte wordt verhoogd, en wanneer het veld of-view (FOV) en slice dikte zijn verminderd. Echter, hogere resolutie vermindert de signaal-ruisverhouding (SNR), die evenredig is aan het voxel-volume. SNR is ook evenredig met de vierkantswortel van het aantal metingen. In levende mensen, hoewel meerdere beelden op een aantal afzonderlijke beeldvorming sessies kunnen worden verkregen, wordt de uiteindelijke resolutie beperkt door fysiologische ruis, zoals ademhaling, bloedsomloop pulsaties en hoofdbewegingen. Hoog-Resolutie (0,35 mm in-plane voxels) PD gewogen scans werden verworven. PD scans verbeteren grijze en witte contrast in de thalamus 1 en leiden tot beelden die T 1 en T2 te minimaliseren. Het beeld is afhankelijk van de dichtheid van protonen in de vorm van water en macromoleculen zoals proteïnen en vetten in het beeldvolume. Het toegenomen aantal protonen in een weefsel leidt tot een helderder signaal op het beeld als gevolg van de hogere longitudinale magnetisatie 2. PD-gewogen scans werden verzameld, aangezien ze een hoger contrast van subcorticale structuren met het omliggende weefsel. Andere contrasten, zoals T1- en T2-gewogen beelden tot moeilijkheden bij het ​​afbakenen subcorticale structuren zoals de LGN vanwege kleinere contrast-to-noise ratio, bepaald ƒ 1,3. Ook eerdere studies bleek dat PD-gewogen beelden van formaline gefixeerde post-mortem hersenen resulted hogere contrastverschillen tussen grijze en witte stof in vergelijking met T1 en T2-gewogen beelden die vergelijkbaar grijze en witte stof beeld intensiteiten 3,4 had. De achterliggende biofysische factoren kunnen deze verschillen te verklaren. T1 (lengterichting) en T2 (dwars) ontspanning tijden van waterstofprotonen afhangen van hoe het water beweegt binnen het weefsel. Fixatieven zoals formaline werk van cross-linking proteïnen. De verschillen tussen watermobiliteit gereduceerd tussen verschillende weefseltypen als fixeermiddelen gebruikt. Verminderde T1 delen contrast waargenomen na fixatie, terwijl de verschillen in de relatieve dichtheid van protonen in hersenweefsel verhoogd fixatie betere contrast differentiatie 3, 4. Eerdere studies hebben de LGN die in PD-gewogen scans met behulp van een 1,5 T 5,6,7, en op 3 T scanner 8,9. Het is cruciaal om deze scans te kunnen verzamelen nauwkeurig overzicht van de omvang vande LGN. Om een ​​volledige dekking van de subcorticale kernen te behouden, werden 18-PD gewogen plakjes verkregen binnen de thalamus. Elk deel werd opnieuw bemonsterd om tweemaal de matrix 1024, (0,15 mm in-plane voxel grootte), aaneengeschakelde, beweging gecorrigeerd en gemiddeld om een ​​hoge resolutie 3D-beeld van de subcorticale structuren te produceren. Het optimale aantal PD afbeeldingen voor de volgende plak recept was 5, scantijd reduceren tot minder dan 15 min in levende mensen. Slechts 1 beeld PD moest duidelijk afbakenen subcorticale gebieden in postmortem hersenen afneemt scantijd tot minder dan 3 min (figuur 2 en 3). Een hele formaline gefixeerde postmortem hersenen monster werd afgetast van een vrouw die was overleden aan een hartstilstand op de leeftijd van 82 jaar. Beoordeling van de medische dossiers bleek dat ze had: chronische obstructieve longziekte, angina, drievoudige bypassoperatie 8 jaar voorafgaand aan de dood, baarmoederkanker behandeld met hysterectomie7 jaar voor het overlijden, hyperlipidemie, glaucoom en cataract chirurgie. De postmortem brain monster werd immersie-gefixeerd in 10% neutraal gebufferd formaline gedurende ten minste 3 weken bij 4 ° C. De postmortem hersenen gescand met dezelfde imaging protocol en andere parameters in de loop van vele uren voor het kwaliteitsvergelijkingen . Alleen de geoptimaliseerde parameters zullen worden beschreven voor het protocol.

<table><tbody><tr><td>Magnetom Trio 3T&nbsp; MRI</td><td>Siemens (Erlangen, Duitsland).</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vacuum cushion hand</td><td>Siemens</td><td>Mat Nr: 4765454</td><td>Vervaardigd door: Johannes-Stark-Stk. 8 D-92224 Amberg</td></tr></tbody></table>

hoge-resolutie structurele magnetic resonance imaging van de human subcortex<i&gt; in vivo</i&gt; en postmortem

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

De focus van deze studie was om de resolutie grenzen van structurele MRI van een postmortem hersenen vergeleken met levende menselijke hersenen te testen. De resolutie van de structurele MRI in vivo uiteindelijk beperkt door fysiologische geluid, waaronder trilling, ademhaling en beweging van het hoofd. Hoewel beeldvormende hardware blijft verbeteren, is het nog steeds moeilijk om structuren te lossen op millimeterschaal. Bijvoorbeeld, de primaire visuele gevoelsbanen synaps in de laterale geniculate nucleus (LGN), een visueel relais en controle nucleus in de thalamus die normaal is georganiseerd in zes interleaved monoculaire lagen. Neuroimaging studies zijn niet in staat om op betrouwbare wijze te onderscheiden deze lagen vanwege hun geringe omvang die minder dan 1 mm dik is. De oplossing maximaal aantal structurele MRI, een postmortem hersenen werd getest met meerdere beelden gemiddeld over een lange duur (~ 24 uur). Het doel was om te testen of het mogelijk is de individuele l lossenAyers van LGN in afwezigheid van fysiologische ruis. Een proton dichtheid (PD) 1 gewogen pulsreeks werd gebruikt met variërende resolutie en andere parameters om het minimum aantal beelden moeten worden geaccrediteerd en gemiddeld betrouwbaar onderscheiden LGN en andere subcorticale gebieden. De resultaten werden eveneens vergeleken met beelden die in levende menselijke hersenen. In vivo proefpersonen werden om de extra effecten van fysiologische ruis bepaalt het minimum aantal PD scans nodig subcorticale structuren bruikbaar bij klinische toepassingen onderscheiden gescand.

Zodra de subcortex is voorgeschreven in de thalamus worden PD gewogen beelden genomen binnen de slice selectiebox (figuur 4). De SNR verbeterd door het aantal gemiddelden in zowel postmortem en in vivo scans. Om de beeldkwaliteit te bepalen, de SNR van verschillende gemiddelden scan werd vergeleken door het signaal van het gemiddelde hersengebied delen door de standaardafwijking in bepaalde gebieden buiten de hersenen. De SNR werd berekend als SNR = 0,655 * p tissue / σ<...

Hier presenteren we een protocol om het minimale aantal beelden te bepalen dat geregistreerd en gemiddeld moest worden om subcorticale structuren op te lossen en te testen of de individuele lagen van de LGN op te lossen waren bij afwezigheid van fysiologische ruis.

Hoge-resolutie structurele Magnetic Resonance Imaging van de Human subcortex<I&gt; In Vivo</I&gt; En Postmortem

The focus of this study was to test the resolution limits of structural MRI of a postmortem brain compared to living human brains. The resolution of ...

Het algemene doel van dit experiment is om de resolutiegrenzen van structurele MRI te testen om subcorticale structuren in zowel het postmortale als het levende menselijke brein te onderscheiden en te vergelijken. Onderzoek in ons lab heeft gefocust op het bestuderen van de kleine subcorticale kernen binnen patiëntenpopulaties. Vanwege hun geringe omvang en duplicatie binnen het brein zijn ze moeilijk te bestuderen.We hebben een protocol ontwikkeld dat deze subcorticale structuren visualiseert in zowel postmortale als levende menselijke hersenen. Het voordeel van deze techniek is de verkorting van de scantijd, wat nuttig is bij klinische toepassingen. De MRI-resolutie wordt beperkt door ruis, dus we wilden bepalen wat de ultieme resolutie zou zijn.In afwezigheid van de grootste ruisbronnen, namelijk hoofdbewegingen van de proefpersoon, polsslag en ademhaling, worden alle in dit protocol beschreven beelden verkregen met een 3T MRI-scanner uitgerust met een 32-kanaals hoofdspoel. In deze video worden de stappen gedemonstreerd met behulp van een Siemens MAGNETOM TRIO 3T MRI-scanner voor beeldvormingssessies van studieparticipants. Zorg ervoor dat u eerst een MRI-veiligheidsscreening uitvoert.Bekijk vervolgens de details van het neuroimaging-protocol en laat de deelnemer een toestemmingsformulier ondertekenen terwijl de deelnemer wordt klaargemaakt voor de scan. Plaats oordoppen in de oren van de deelnemer. Fixeer vervolgens het hoofd met kussentjes om hoofdbewegingen te minimaliseren.Zorg er bij het maken van beelden tijdens het scannen van een postmortaal brein voor dat het brein is gefixeerd vóór de neuro-imaging en dat het is ondergebracht in een waterdichte zak of container die in de MRI-hoofdspoel past. Plaats het brein in de hoofdspoel met de Z-as uitgelijnd met de boring van de scanner, waarbij de hersenstam naar de voetzijde van de scantafel is gericht. Plaats daarnaast vacuümkussens rond het brein voor extra ondersteuning.Selecteer vóór het scannen het tabblad 'patiënt' in de linkerbovenhoek. Gebruik het tabblad 'registreren' om de relevante proefpersooninformatie in te vullen. Klik vervolgens op het tabblad 'examen' in het tabblad 'examenexplorer'.Begin eerst met het maken van een nieuw LOCALIZER-scanprotocol. Gebruik in het instellingsvenster het tabblad voor routinecontrast en resoluties om de parameters in te voeren zoals hier op het scherm te zien is. Maak vervolgens een nieuw protocol aan dat zal worden gebruikt voor het verkrijgen van protondichtheidsgewogen scans met een hoge resolutie. Stel dit in in de coronale oriëntatie met behulp van de parameters die hier op het scherm worden getoond.Verklein de bandbreedte tot het minimale om de signaal-ruisverhouding te maximaliseren. Kies, om de scantijd te verkorten, 18 coupes van elk één millimeter dik met een beeldveld van 160 millimeter. Plaats vervolgens het selectiekader voor de acquisitie van de protondichtheidsbeelden over de localizer.Zorg ervoor dat de subcorticale kernen binnen de thalamus en de omringende structuren worden gedekt. Start vervolgens de scan voor een betrouwbare identificatie van subcorticale structuren. Voer vijf runs uit met deze parameters.Bij het uitvoeren van postmortale hersenbeeldvorming kan een betrouwbare identificatie van subcorticale structuren worden waargenomen in slechts één scan met een totale duur van ongeveer drie minuten, mits hetzelfde scanprotocol wordt gevolgd. Gebruik de freely available FSL-software om de gegevens te analyseren. Begin met het openen van een terminalvenster.Zet vervolgens de ruwe DICOM-bestanden van de scanner voor elk protondichtheidsvolume om naar een NIfTI-formaat. Typ in de opdrachtregel het commando dcm2nii, gevolgd door de map van elke afbeelding. Voer dit uit. Bepaal daarna de parameters van de oorspronkelijke protondichtheidsscan.Maak vervolgens een blanco doelvolume met een hoge resolutie met een voxelgrootte die de helft is van deze parameters. Om dit in een willekeurig tekstbewerkingsprogramma te doen, definieert u eerst de transformatie met behulp van een identiteitsmatrix zoals hier wordt getoond en slaat u dit op als een tekstbestand met de naam identity.mat. Gebruik daarna het flirt-commando om de transformatie toe te passen, waarbij elke oorspronkelijke run wordt gesampled om de totale resolutie te verdubbelen.Dit resulteert in een 10 24 matrix en halveert de voxelgrootte in elke dimensie. Verplaats nu alle beelden met een hoge resolutie naar een nieuwe map. Concateneer vervolgens voor elke deelnemer alle UPS-gesamplede protondichtheidsbeelden tot één enkel vier-dimensionaal bestand.Correct deze geconcateneerde bestanden met behulp van het FSL merge-commando motion. Selecteer met het URT-commando een correctie in vier fasen, waarbij sync-interpolatie wordt gebruikt als een verdere optimalisatiepass voor een hogere nauwkeurigheid. Maak vervolgens het 3D-gemiddelde beeld met FSL maths.Visualise vervolgens het uiteindelijke resultaat, een 3D-afbeelding met hoge resolutie, met behulp van het FSL view-commando. Creëer nu regio's van belang, ook wel ROIs genoemd. Laad de afbeelding met hoge resolutie via FSL view.Selecteer vervolgens in het tabblad 'tools' het tabblad 'single image' om het beeld te vergroten voor het tekenen van ROI's. Klik daarna op het tabblad 'file', gevolgd door 'create mask', teken een lijn in de ROI en sla dit op. Gebruik tot slot het commando '3D mask dump' van AF acne om de afbeelding, intensiteiten en locatie van de zojuist gemaakte ROI-maskers te extraheren.De resultaten worden geëxporteerd als een tekstbestand, dat kan worden gebruikt voor verdere analyse. Deze reeks beelden vergelijkt volumegemiddelden in in vivo en postmortem hersenen. Let op dat het postmortem brein een duidelijke afbakening van subcorticale structuren vertoont in één proton-densiteitsgewogen volume, terwijl voor het in vivo brein een minimum van vijf gemiddelde beelden vereist is. Om dit detail te verkrijgen, toont deze coronale doorsnede in een in vivo breinbeeld een duidelijke aflijning van de LGN en andere subcorticale structuren, en hier zien we een andere doorsnede van hetzelfde brein, gemiddeld over 40 proton-densiteitsvolumes in dezelfde sessie met dezelfde beeldparameters.Deze postmortale hersendoorsnede is verkregen met één protondichtheid-volumescan en biedt een duidelijke afbakening van subcorticale structuren, waaronder de rechter- en linker LGN. Deze doorsnede toont een postmortaal brein, gemiddeld over 100 protondichtheid-volumes met dezelfde doorsnedeprescriptie. Het ingezoomde beeld laat een heldere demarcatie van subcorticale structuren zien.Hier zien we lijnintensiteitsprofielen voor de in vivo linker- en rechter-LGN, evenals de postmortem linker- en rechter-LGN. Deze lijnen zijn gebaseerd op 40 maximale gemiddelden in vivo en 100 gemiddelden postmortem. In het postmortem brein was er geen variatie in intensiteit die kan worden toegeschreven aan lagen in het in vivo brein.Er was variatie in intensiteit die kan worden toegeschreven aan lagen. Na het bekijken van deze video zou u een goed inzicht moeten hebben in hoe u dit geoptimaliseerde protocol kunt volgen om protondichtheidsbeelden van subcorticale regio’s met een hoge resolutie te verkrijgen. Zodra deze methode is gevolgd, kan deze in klinische settings worden toegepast om de scantijden te verminderen tot minder dan 15 minuten bij levende mensen en minder dan drie minuten bij postmortale hersenen, mits correct toegepast.

high-resolution-structural-magnetic-resonance-imaging-human-subcortex

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

Haakse microprisma ingebracht in de muis neocortex maakt diepe beeldvorming van meerdere corticale lagen met een standpunt typisch gevonden in slice. One-millimeter microprisma bieden een breed veld-of-view (~ 900 um) en ruimtelijke resoluties voldoende om dendritische spines op te lossen. We demonstreren laag V neuronale beeldvorming en neocorticale vasculaire beeldvorming met behulp van microprisma.

In vivo beeldvorming van Deep Corticale lagen met behulp van een microprisma

In deze video en aanvullende materialen, tonen we een protocol voor...

Chronische Imaging van de muis visuele cortex met behulp van een verdunde-schedel Voorbereiding

BioImaging methoden die worden gebruikt om cellen biodistributie van nanodeeltjes te beoordelen zijn van toepassing voor therapeutische en diagnostische controle van nanoformulated verbindingen. De werkwijzen die hierin beschreven zijn gevoelig en specifiek wanneer beoordeeld door histologische coregistration. De methodieken voor een translationeel weg van knaagdier voor de menselijke toepassingen.

Geregistreerd BioImaging van nanomaterialen voor diagnostische en therapeutische monitoring

Magnetic resonance imaging (MRI) is uitgegroeid tot een steeds populairder middel voor de behandeling van het fenotype van genetisch veranderde muizen. Dit artikel illustreert de methoden die nodig zijn om high-throughput fenotypering van genetisch veranderde muizen met behulp van meerdere MRI-muis te bereiken.

Multiple-muis neuroanatomische Magnetic Resonance Imaging

Dit artikel beschrijft technieken om een ​​hoge resolutie van functionele magnetische resonantie beeldvorming uit te voeren met 1,2 mm bemonstering in de menselijke middenhersenen en subcorticale structuren met behulp van een 3T scanner. Het gebruik van deze technieken om topografische kaarten van visuele stimulatie in de menselijke superior colliculus (SC) op te lossen wordt als voorbeeld gegeven.

Hoge resolutie functionele magnetische resonantie imaging methoden voor Human middenhersenen

Het doel van dit manuscript is om de hippocampus en hippocampale subvelden te bestuderen met behulp van MRI. Het manuscript beschrijft een protocol voor het segmenteren van de hippocampus en vijf hippocampale substructuren: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus, strata radiatum/lacunosum/moleculare en subiculum.

Hoge resolutie In Vivo Manual Segmentatie Protocol voor menselijk hippocampus met behulp van 3T Magnetic Resonance Imaging

Met behulp van MRI-scans (menselijk), 3D-beeldvormingssoftware en immunohistologische analyse documenteren we veranderingen in de laterale ventrikels van de hersenen. Longitudinaal 3D-mapping van veranderingen in het volume van de laterale ventrikels en de karakterisering van periventriculaire cellulaire veranderingen die optreden in de menselijke hersenen als gevolg van veroudering of ziekte worden vervolgens gemodelleerd bij muizen.

3D modellering van de laterale ventrikels en histologische karakterisering van periventriculaire Tissue bij de mens en muis

Een hoge resolutie ex vivo 7T MRI-protocol wordt voorgesteld, om MR-geleide histopathologische validatie van microvasculaire pathologie voeren in post-mortem menselijk hersenweefsel. Verder zijn richtlijnen voor het beoordelen van corticale microinfarcts de in vivo 7T en 3T MR beelden.

Beoordelen Cortical Cerebral Microinfarcts op hoge resolutie MR afbeeldingen

Het huidige protocol beschrijft een methode waarmee gebruikers levensvatbaarheid van acute hippocampal en corticale segment preparaten tijdens het verzamelen van magnetische resonantie microscopie gegevens handhaven kunnen.

Metabole steun van weggesneden, levende hersenen weefsels tijdens magnetische resonantie microscopie overname

Hier beschrijven we een procedure voor het weefsel wissen, fluorescerende benoemen, en grootschalige beeldvorming van muis hersenweefsel, waardoor, zodat, visualisatie van de driedimensionale organisatie van celtypes in de neocortex.

Grootschalige driedimensionale beeldvorming van cellulaire organisatie in de Neocortex muis

Multiple sclerose is een inflammatoire demyelinerende ziekte zonder genezing. Analyse van hersenweefsel biedt belangrijke aanwijzingen om de pathogenese van de ziekte te begrijpen. Hier bespreken we de methodologie en downstreamanalyse van MS hersenweefsel verzameld via een uniek snel autopsie programma in werking in de Cleveland Clinic.

Uitgebreid autopsie programma voor individuen met multiple sclerose

Leer hoe je hoge-resolutie structurele MRI gebruikt om subcorticale structuren in het menselijk brein zichtbaar te maken. Dit protocol vermindert scantijd en verbetert klinische toepasbaarheid aanzienlijk.

Hoge-resolutie structurele Magnetic Resonance Imaging van de Human subcortex

Meer video's verkennen