Name: Jak zmierzyć fałdowanie kory mózgowej na podstawie obrazów MR: samouczek krok po kroku dotyczący obliczania lokalnego wskaźnika gyryfikacji (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-01-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 57 s
Description: Naucz się mierzyć fałdowanie kory mózgowej z wysoką rozdzielczością na podstawie obrazów MRI. Ta metoda pozwala tworzyć indywidualne mapy lokalnego wskaźnika gyryfikacji do analizy statystycznej między grupami diagnostycznymi.

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

Badania te były wspierane przez Narodowe Centrum Kompetencji w Badaniach (NCCR) „SYNAPSY - Synaptyczne Podstawy Chorób Psychicznych”, finansowane przez Szwajcarski Narodowy Fundusz Naukowy (n° 51AU40_125759). Opracowanie lokalnego wskaźnika gyryfikacji (Gyrification Index) zostało wsparte grantami ze Szwajcarskiego Narodowego Funduszu Badań przyznanymi dr Marie Schaer (323500-111165) oraz dr Stephanowi Eliezowi (3200-063135.00/1, 3232-063134.00/1, PP0033-102864 oraz 32473B-121996), a także przez Centrum Obrazowania Biomedycznego (CIBM) Uniwersytetów Genewskiego i Lausanne oraz EPFL, jak również przez fundacje Leenaards i Louis-Jeantet. Wsparcie dla rozwoju oprogramowania FreeSurfer zostało zapewnione w części przez National Center for Research Resources (P41-RR14075 oraz NCRR BIRN Morphometric Project BIRN002, U24 RR021382), National Institute for Biomedical Imaging and Bioengineering (R01 EB001550, R01EB006758), National Institute for Neurological Disorders and Stroke (R01 NS052585-01), a także Mental Illness and Neuroscience Discovery (MIND) Institute i stanowi część National Alliance for Medical Image Computing (NAMIC), finansowanej przez National Institutes of Health w ramach NIH Roadmap for Medical Research, Grant U54 EB005149. Dodatkowe wsparcie zapewnił The Autism &amp; Dyslexia Project finansowany przez Ellison Medical Foundation.

<ol><li>Schaer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+surface-based+approach+to+quantify+local+cortical+gyrification%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE.+Trans.+Med.+Imaging%22%5BJournal%5D)">A surface-based approach to quantify local cortical gyrification.</a> IEEE. Trans. Med. Imaging. 27, 161-170 (2008).</li>
<li>Mangin, J. F., Jouvent, E., Cachia, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In-vivo+measurement+of+cortical+morphology%3A+means+and+meanings%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Opin.+Neurol%22%5BJournal%5D)">In-vivo measurement of cortical morphology: means and meanings.</a> Curr. Opin. Neurol. 23, 359-367 (2010).</li>
<li>Mangin, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+framework+to+study+the+cortical+folding+patterns%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">A framework to study the cortical folding patterns.</a> Neuroimage. 23, Suppl 1. S129-S138 (2004).</li>
<li>Luders, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+curvature-based+approach+to+estimate+local+gyrification+on+the+cortical+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">A curvature-based approach to estimate local gyrification on the cortical surface.</a> Neuroimage. 29, 1224-1230 (2006).</li>
<li>Zilles, K., Armstrong, E., Schleicher, A., Kretschmann, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+human+pattern+of+gyrification+in+the+cerebral+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Anat.+Embryol.+%28Berl%29%22%5BJournal%5D)">The human pattern of gyrification in the cerebral cortex.</a> Anat. Embryol. (Berl). 179, 173-179 (1988).</li>
<li>Rakic, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Specification+of+cerebral+cortical+areas%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Specification of cerebral cortical areas.</a> Science. 241, 170-176 (1988).</li>
<li>Toro, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+size+and+folding+of+the+human+cerebral+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Cereb.+Cortex%22%5BJournal%5D)">Brain size and folding of the human cerebral cortex.</a> Cereb. Cortex. 18, 2352-2357 (2008).</li>
<li>Fischl, B., Sereno, M. I., Dale, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+surface-based+analysis.+II%3A+Inflation%2C+flattening%2C+and+a+surface-based+coordinate+system%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Cortical surface-based analysis. II: Inflation, flattening, and a surface-based coordinate system.</a> Neuroimage. 9, 195-207 (1999).</li>
<li>Dale, A. M., Fischl, B., Sereno, M. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+surface-based+analysis.+I.+Segmentation+and+surface+reconstruction%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Cortical surface-based analysis. I. Segmentation and surface reconstruction.</a> Neuroimage. 9, 179-194 (1999).</li>
<li>Genovese, C. R., Lazar, N. A., Nichols, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thresholding+of+statistical+maps+in+functional+neuroimaging+using+the+false+discovery+rate%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Thresholding of statistical maps in functional neuroimaging using the false discovery rate.</a> Neuroimage. 15, 870-878 (2002).</li>
<li>Desikan, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+automated+labeling+system+for+subdividing+the+human+cerebral+cortex+on+MRI+scans+into+gyral+based+regions+of+interest%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">An automated labeling system for subdividing the human cerebral cortex on MRI scans into gyral based regions of interest.</a> Neuroimage. 31, 968-980 (2006).</li>
<li>Schaer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Congenital+heart+disease+affects+local+gyrification+in+22q11.2+deletion+syndrome%5BTitle%5D)+AND+%22Dev.+Med.+Child.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Congenital heart disease affects local gyrification in 22q11.2 deletion syndrome.</a> Dev. Med. Child. Neurol. 51, 746-753 (2009).</li>
<li>Palaniyappan, L., Mallikarjun, P., Joseph, V., White, T. P., Liddle, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Folding+of+the+Prefrontal+Cortex+in+Schizophrenia%3A+Regional+Differences+in+Gyrification%5BTitle%5D)+AND+%22Biol.+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Folding of the Prefrontal Cortex in Schizophrenia: Regional Differences in Gyrification.</a> Biol. Psychiatry. , (2011).</li>
<li>Zhang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Decreased+gyrification+in+major+depressive+disorder%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroreport%22%5BJournal%5D)">Decreased gyrification in major depressive disorder.</a> Neuroreport. 20, 378-380 (2009).</li>
<li>Juranek, J., Salman, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anomalous+development+of+brain+structure+and+function+in+spina+bifida+myelomeningocele%5BTitle%5D)+AND+%22Dev.+Disabil.+Res.+Rev%22%5BJournal%5D)">Anomalous development of brain structure and function in spina bifida myelomeningocele.</a> Dev. Disabil. Res. Rev. 16, 23-30 (2010).</li>
<li>Zhang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reduced+cortical+folding+in+mental+retardation%5BTitle%5D)+AND+%22AJNR.+Am.+J.+Neuroradiol%22%5BJournal%5D)">Reduced cortical folding in mental retardation.</a> AJNR. Am. J. Neuroradiol. 31, 1063-1067 (2010).</li>
<li>Kuperberg, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regionally+localized+thinning+of+the+cerebral+cortex+in+schizophrenia%5BTitle%5D)+AND+%22Archives+of+general+psychiatry%22%5BJournal%5D)">Regionally localized thinning of the cerebral cortex in schizophrenia.</a> Archives of general psychiatry. 60, 878-888 (2003).</li>
<li>Milad, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thickness+of+ventromedial+prefrontal+cortex+in+humans+is+correlated+with+extinction+memory%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.+S.+A%22%5BJournal%5D)">Thickness of ventromedial prefrontal cortex in humans is correlated with extinction memory.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 102, 10706-10711 (2005).</li>
<li>Rauch, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+magnetic+resonance+imaging+study+of+cortical+thickness+in+animal+phobia%5BTitle%5D)+AND+%22Biol.+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">A magnetic resonance imaging study of cortical thickness in animal phobia.</a> Biol. Psychiatry. 55, 946-952 (2004).</li>
<li>Fjell, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+increase+of+cortical+thickness+in+high-performing+elderly--structural+indices+of+optimal+cognitive+aging%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Selective increase of cortical thickness in high-performing elderly--structural indices of optimal cognitive aging.</a> Neuroimage. 29, 984-994 (2006).</li>
<li>Walhovd, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regional+cortical+thickness+matters+in+recall+after+months+more+than+minutes%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Regional cortical thickness matters in recall after months more than minutes.</a> Neuroimage. 31, 1343-1351 (2006).</li>
<li>Gold, B. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differing+neuropsychological+and+neuroanatomical+correlates+of+abnormal+reading+in+early-stage+semantic+dementia+and+dementia+of+the+Alzheimer+type%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychologia%22%5BJournal%5D)">Differing neuropsychological and neuroanatomical correlates of abnormal reading in early-stage semantic dementia and dementia of the Alzheimer type.</a> Neuropsychologia. 43, 833-846 (2005).</li>
<li>Salat, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thinning+of+the+cerebral+cortex+in+aging%5BTitle%5D)+AND+%22Cereb.+Cortex%22%5BJournal%5D)">Thinning of the cerebral cortex in aging.</a> Cereb. Cortex. 14, 721-730 (2004).</li>
<li>Schaer, M., Eliez, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contribution+of+structural+brain+imaging+to+our+understanding+of+cortical+development+process%5BTitle%5D)+AND+%22European+Psychiatry+Reviews%22%5BJournal%5D)">Contribution of structural brain imaging to our understanding of cortical development process.</a> European Psychiatry Reviews. 2, 13-16 (2009).</li>
<li>Shaw, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurodevelopmental+trajectories+of+the+human+cerebral+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Neurodevelopmental trajectories of the human cerebral cortex.</a> J. Neurosci. 28, 3586-3594 (2008).</li>
</ol>

Autorzy nie zgłaszają żadnych konfliktów interesów.

Powyższy protokół opisuje sposób pomiaru lokalnego wskaźnika gyryfikacji (Gyrification Index) na podstawie obrazowania MRI mózgu w sekwencji T1 oraz przeprowadzanie statystycznych porównań grupowych. Nasza metoda została zaprojektowana specjalnie w celu lokalizacji wczesnych zaburzeń w procesie ekspansji kory mózgowej i w związku z tym jest szczególnie istotna w wielu schorzeniach neurorozwojowych lub psychiatrycznych. Przykłady porównań grupowych w próbkach klinicznych można znaleźć w publikacjach naszej grupy1,12<...

<table><tbody><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Materiały:&lt;/strong&gt; stacja robocza Unix lub Mac z procesorem 2GHz lub szybszym i minimum 4GB pamięci RAM, z zainstalowanym oprogramowaniem &lt;em&gt; FreeSurfer&lt;/em&gt; (&lt;a href=&quot;http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki">http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki&lt;/a&gt;, najlepiej w najnowszej wersji, lecz nie starszej niż 4.0.3). W celu obliczenia lokalnego wskaźnika gyryfikacji (Gyrification Index) wymagany jest również program MATLAB (&lt;a href=&quot;http://www.mathworks.ch/">http://www.mathworks.com/&lt;/a&gt;) wraz z Image Processing Toolbox. </td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Dane: &lt;/strong&gt; Próbka wysokiej jakości (wysokiej rozdzielczości, o wysokim kontraście) zestawu danych MRI mózgu w obrazowaniu T1-zależnym. Grupy badawcze powinny być najlepiej dopasowane pod względem wieku i płci. Biorąc pod uwagę normalną zmienność morfologii mózgu między osobnikami, liczba badanych w każdej grupie powinna być wystarczająca, aby zidentyfikować istniejące różnice grupowe (im więcej, tym lepiej). Rozsądna minimalna liczebność próby to około 20 osób na grupę (choć można zastosować mniejszą liczbę, jeśli intensywność zmian jest duża, a grupy są ściśle dopasowane pod względem płci i wieku).</td></tr><tr><td>FreeSurfer </td><td>Martinos Center for Biomedical Imaging, MGH</td><td></td><td>Wersja nowsza niż 4.0.3</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td></td><td>Image Processing Toolbox</td></tr></tbody></table>

jak mierzyć fałdowanie kory na obrazach mr: samouczek krok po kroku dotyczący obliczania lokalnego wskaźnika gyryfikacji

How to Measure Cortical Folding from MR Images: a Step-by-Step Tutorial to Compute Local Gyrification Index

Fałdowanie kory (gyryfikacja) kształtuje się w pierwszych miesiącach życia, w związku z czym zdarzenia niepożądane występujące w tym okresie pozostawiają ślady, które będą możliwe do zidentyfikowania w każdym wieku. Jak niedawno wskazali Mangin i współpracownicy2, istnieje kilka metod ilościowego określania różnych cech gyryfikacji. Na przykład morfometria bruzd może być wykorzystana do pomiaru deskryptorów kształtu, takich jak głębokość, długość lub wskaźniki asymetrii międzyhemisferycznej3. Te właściwości geometryczne mają tę zaletę, że są łatwe w interpretacji. Jednakże morfometria bruzd ściśle zależy od dokładnej identyfikacji określonego zestawu bruzd, a zatem dostarcza fragmentarycznego opisu gyryfikacji. Bardziej szczegółowe ilościowe określenie gyryfikacji można osiągnąć za pomocą pomiarów opartych na krzywiźnie, gdzie wygładzona bezwzględna średnia krzywizna jest zazwyczaj obliczana w tysiącach punktów na powierzchni kory4. Krzywizna nie jest jednak łatwa do zrozumienia, ponieważ pozostaje niejasne, czy istnieje bezpośredni związek między stopniem zakrzywienia a biologicznie istotnym korelatem, takim jak objętość lub powierzchnia kory. Aby rozwiązać różnorodne problemy związane z pomiarem fałdowania kory, opracowaliśmy wcześniej algorytm do ilościowego określania lokalnej gyryfikacji z wyjątkową rozdzielczością przestrzenną i prostą interpretacją. Nasza metoda jest inspirowana wskaźnikiem gyryfikacji (Gyrification Index5), metodą pierwotnie stosowaną w neuroanatomii porównawczej do oceny różnic w fałdowaniu kory między gatunkami. W naszej implementacji, którą nazywamy lokalnym wskaźnikiem gyryfikacji (local Gyrification Index, lGI1), mierzymy ilość kory ukrytej w fałdach bruzd w porównaniu z ilością widocznej kory w okrągłych obszarach zainteresowania. Biorąc pod uwagę, że kora rośnie głównie poprzez ekspansję radialną6, nasza metoda została zaprojektowana specjalnie w celu identyfikacji wczesnych wad rozwoju kory.
W niniejszym artykule szczegółowo opisujemy obliczanie lokalnego wskaźnika gyryfikacji (lGI), który jest obecnie udostępniany bezpłatnie jako część oprogramowania FreeSurfer (<a href="http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/">http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/</a>, Martinos Center for Biomedical Imaging, Massachusetts General Hospital). FreeSurfer dostarcza zestaw zautomatyzowanych narzędzi do rekonstrukcji powierzchni kory mózgowej na podstawie strukturalnych danych MRI. Powierzchnia kory wyekstrahowana w natywnej przestrzeni obrazów z dokładnością submilimetrową jest następnie wykorzystywana do stworzenia powierzchni zewnętrznej, która posłuży jako podstawa do obliczeń lGI. Następnie na powierzchni zewnętrznej wyznacza się okrągły obszar zainteresowania (ROI), a odpowiadający mu obszar na powierzchni kory identyfikuje się za pomocą algorytmu dopasowującego, opisanego w naszym badaniu walidacyjnym1. Proces ten jest wielokrotnie powtarzany dla w znacznym stopniu nachodzących na siebie obszarów zainteresowania, co pozwala na uzyskanie map gyryfikacji kory do późniejszych porównań statystycznych (Rys. 1). Warto zauważyć, że inny pomiar lokalnej gyryfikacji o podobnej koncepcji został zaproponowany przez Toro i współpracowników7, gdzie wskaźnik sfałdowania w każdym punkcie oblicza się jako stosunek powierzchni kory zawartej w sferze do powierzchni tarczy o tym samym promieniu. Obie implementacje różnią się tym, że metoda Toro i wsp. opiera się na odległościach euklidesowych i tym samym uwzględnia nieciągłe fragmenty powierzchni kory, podczas gdy nasza metoda wykorzystuje rygorystyczny algorytm geodezyjny i obejmuje wyłącznie ciągły fragment powierzchni kory otwierający się na powierzchni mózgu w okrągłym obszarze zainteresowania.

Pomiar gentryfikacji (fałdowania kory) w dowolnym wieku stanowi wgląd we wczesny rozwój mózgu. W związku z tym opracowaliśmy wcześniej algorytm służący do pomiaru lokalnej gentryfikacji w tysiącach punktów na całej półkuli1. W niniejszej pracy szczegółowo opisujemy obliczanie tego wskaźnika lokalnej gentryfikacji.

Jak mierzyć fałdowanie kory na obrazach MR: samouczek krok po kroku dotyczący obliczania lokalnego wskaźnika gyryfikacji

Fałdowanie kory (gyryfikacja) kształtuje się w pierwszych miesiącach życia, w związku z czym zdarzenia niepożądane występujące w tym okresie pozostawiają ślady, które...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest ilościowe określenie fałdowania kory mózgowej (gyrifikacji) z bardzo wysoką rozdzielczością na podstawie obrazowania MRI mózgu. Jest to realizowane poprzez stworzenie w pierwszej kolejności dokładnych trójwymiarowych reprezentacji powierzchni kory z wykorzystaniem oprogramowania FreeSurfer. Drugim krokiem jest skonstruowanie powierzchni zewnętrznej ściśle dopasowanej do powierzchni pieszczykowatej przy użyciu algorytmu domykania morfologicznego.Następnie na powierzchni zewnętrznej tworzonych jest kilkaset nakładających się regionów kolistych, które są dopasowywane do odpowiadających im fragmentów kory mózgowej. Następnie w każdym punkcie oblicza się stosunek obu odpowiadających sobie regionów, co pozwala na uzyskanie indywidualnych map lokalizacji, które mogą być w dalszej kolejności wykorzystane do porównań statystycznych między różnymi grupami diagnostycznymi. Ostatecznie pomiar struktury kory u dzieci w wieku szkolnym, młodzieży lub dorosłych może ujawnić nieprawidłowy rozwój kory, który miał miejsce w pierwszych miesiącach życia.Główną zaletą tej metody w porównaniu do istniejących technik, takich jak te oparte na krzywiźnie czy geometrii morfologicznej komórek, jest to, że zapewnia ona łatwo interpretowalny pomiar pofałdowania, który nie jest ograniczony przez ściany kręgu i oferuje ponadto wyjątkową rozdzielczość. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące rozwoju schorzeń psychiatrycznych lub zaburzeń neurorozwojowych. Innymi słowy, możemy zrozumieć, w jaki sposób bardzo wczesne zdarzenia neurorozwojowe, takie jak pofałdowanie kory, mogą w późniejszym czasie wpływać na rozwój patogenezy w wieku dorosłym.Pomysł na tę technikę pojawił się, gdy zdaliśmy sobie sprawę, że wskaźnik gyryfikacji, stosowany w neuroanatomii porównawczej od dziesięcioleci, mógłby stać się bardzo potężnym wskaźnikiem rozwoju mózgu, gdyby udało się rozwiązać problemy związane ze sposobem jego implementacji. Metoda zostanie zaprezentowana przez Mari, starszą badaczkę w naszej grupie, oraz Mari Ra, starszą badaczkę w laboratorium Jeana Philipa Trana. Ta pierwsza część protokołu wykorzystuje standardowy potok przetwarzania FreeSurfer.Polecenia opisane w niniejszym fragmencie przedstawiają jeden ze sposobów uzyskania rekonstrukcji powierzchni kory, jednak do importu surowych danych MRI w formacie DICOM do programu FreeSurfer można użyć również równoważnych komend. Należy rozpocząć od utworzenia struktury folderów. Następnie, przejdź do folderu MRI danego badanego i przekonwertuj surowe dane MRI na format FreeSurfer.Następnie zwizualizuj przekonwertowaną objętość. Zweryfikuj jakość obrazu, sprawdzając, czy orientacja jest poprawna, kontrast jest wystarczający, a obraz nie jest przesunięty. Następnie, używając oprogramowania FreeSurfer, stwórz trójwymiarowe modele siatek korowych.Proces ten trwa kilka godzin. Aby rozwiązać problem Barretta, program Cellie free surfer najpierw tworzy jednolity wolumen białej istoty, który jest później wykorzystywany jako punkt wyjścia dla powierzchni granicy istoty szarej i białej. W pierwszej kolejności proces rekonstrukcji optymalizuje powierzchnię granicy istoty szarej i białej zgodnie z lokalnym gradientem intensywności.Następnie powierzchnia ta zostaje rozszerzona do interfejsu istoty szarej i płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF), aby utworzyć model siatki zewnętrznej. Proces rekonstrukcji generuje dwa trójwymiarowe modele siatek składające się z około 150 000 punktów na półkulę. Biały model reprezentuje interfejs istoty szarej i białej, natomiast model zewnętrzny reprezentuje interfejs istoty szarej i CSF.Wszystkie powierzchnie i objętości znajdują się w swojej natywnej przestrzeni, co umożliwia pomiary bez deformacji. Teraz należy sprawdzić dokładność tych zrekonstruowanych powierzchni poprzez nałożenie obu powierzchni na siebie. Przykład przedstawia dopasowanie dla obiektu dostarczonego w pakiecie FreeSurfer.Upewnij się, że biała powierzchnia dokładnie podąża za interfejsem szaro-białym oraz że naczynia i błona nie są zawarte w powierzchni stosu, aby ręcznie skorygować wynik procesu rekonstrukcji. Zapoznaj się z tutorialami na wiki FreeSurfer. Po uzyskaniu satysfakcjonujących wyników dla powierzchni, oblicz lokalny indeks glikacji (LGI).To polecenie zazwyczaj wykonuje się przez około trzy godziny dla dwóch półkul jednego uczestnika badania. W zależności od mocy stacji roboczej, proces LGI rozpoczyna się od stworzenia powierzchni zewnętrznej przy użyciu operacji domykania morfologicznego. Następnie na powierzchni zewnętrznej tworzonych jest około 800 nakładających się, okrągłych obszarów zainteresowania.Dla każdego z tych obszarów na powierzchni stosu definiowany jest odpowiadający mu obszar zainteresowania. Cały proces obliczeń kończy się utworzeniem indywidualnej mapy zawierającej jedną wartość LGI dla każdego punktu powierzchni kory. W rezultacie, po zakończeniu obliczeń LGI, otrzymuje się około 150 000 wartości na półkulę.Obie półkule każdego badanego mogą zostać zweryfikowane w programie FreeSurfer jako prawidłowe. Wartości LGI zazwyczaj mieszczą się w przedziale od jednego do pięciu. W celu szybkiej weryfikacji próg minimalny można ustawić na jeden.Celem statystycznego porównania grup jest ilościowe określenie wpływu grupy w każdym wierzchołku na powierzchni kory mózgowej, przy jednoczesnej kontroli wpływu płci i wieku. Rozpocznij od stworzenia szablonu specyficznego dla badania, podając wszystkich badanych oraz dane wejściowe. Ta komenda tworzy obiekt o nazwie average.Następnie, aby wykorzystać klasyczne polecenia do porównania wyników LGI pomiędzy grupami, należy utworzyć plik tekstowy zawierający opis badanych osób biorących udział w badaniu. Jest to tzw. plik deskryptora grup FreeSurfer. Następnie należy ponownie próbkować dane LGI w przestrzeni średniego badanego dla każdej półkuli.Wygładź dane na powierzchni kory, aby zmniejszyć poziom szumu. Następnie przeprowadź porównanie grupowe na poziomie każdego wierzchołka. Wymaga to utworzenia pliku tekstowego z kontrastem.Na przykład w przypadku tekstu FSG D plik tekstowy kontrastu powinien zawierać wartości jeden minus jeden zero, aby obliczyć różnicę między grupą kontrolną a pacjentami, kontrolując wiek i płeć. Na koniec uruchom porównanie. Następnie zwizualizuj wyniki na średnim badanym, korzystając z TK surfer poprzez załadowanie nowo wygenerowanego pliku danych.Analiza wierzchołkowa (vertex-wise) generuje mapę statystyczną z nałożonymi wartościami P zakodowanymi kolorami w każdym punkcie. Niniejszy przykład przedstawia istotnie zmniejszoną aktywację, występującą głównie w przyśrodkowych obszarach mózgu. Korzystając z opcji konfiguracji nakładki (configure overlay), można dodatkowo zmodyfikować próg P oraz zastosować korektę dla wielokrotnych porównań z wykorzystaniem poziomu fałszywych odkryć (false discovery rate).Q deck to graficzny interfejs użytkownika zaimplementowany w programie FreeSurfer, zgodnie z wcześniejszym opisem dotyczącym obsługi z poziomu wiersza poleceń. Do korzystania z Q deck z indeksem lokalizacji LGI niezbędny będzie również szablon specyficzny dla danego badania. Przede wszystkim należy wygładzić dane LGI; Q deck wymaga utworzenia tabeli danych.Obejmuje to opis różnych grup oraz inne zmienne zakłócające, takie jak wiek. Jeśli LGI nie znajduje się na liście zmiennych zależnych w programie Q deck, należy dodać poniższą linię do pliku RC programu Q deck znajdującego się w katalogu domowym. Korzystając z Q deck, uzyskasz dokładnie takie same wyniki jak w przypadku wiersza poleceń, a ponadto będziesz mógł skorygować wyniki pod kątem wielokrotnych porównań, wykorzystując symulacje Monte Carlo.Mimo że lokalny indeks zapłaszczenia (LGI) został opracowany dla analizy na poziomie wierzchołków, uśrednianie danych na grubszym poziomie może być pouczające. W analizach eksploracyjnych można wyodrębnić średnie wartości LGI dla 34 regionów zakręty zgodnie ze schematem parcelizacji kory zintegrowanym w programie FreeSurfer. Pomiary te można następnie porównać pomiędzy różnymi grupami, korzystając z klasycznego oprogramowania statystycznego.Zatem analiza w obrębie poszczególnych działek może być atrakcyjnym sposobem na ograniczenie liczby porównań statystycznych. Jednakże wskaźnik LGI w każdym punkcie już kwantyfikuje stratyfikację w otaczających obszarach zainteresowania. W konsekwencji średnia wartość LGI w danych obszarach zainteresowania może również w pewnym stopniu odzwierciedlać stratyfikację w sąsiednich obszarach zainteresowania.W celu znalezienia rozwiązań problemów, które mogą wystąpić podczas przetwarzania w programach free surfer lub LGI, należy zapoznać się z archiwum listy mailingowej free surfer. Z niniejszą procedurą można połączyć inne metody, takie jak pomiar grubości kory lub traktografia T. Pozwoli to zaobserwować, w jaki sposób wczesne zmiany w procesie ifikacji wiążą się z dalszym rozwojem kory mózgowej lub rozwojem szlaków istoty białej.Oglądając ten film, zdobędą Państwo dokładną wiedzę na temat tego, jak tworzyć trójwymiarowe reprezentacje powierzchni kory mózgowej, jak generować indywidualne mapy gyryfikacji oraz jak porównywać je pomiędzy grupami w celu wykrycia statystycznie istotnych pogorszeń w zakresie fałdowania kory.

how-to-measure-cortical-folding-from-mr-images-step-step-tutorial-to

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Jak mierzyć zwijanie kory z obrazów MR: krokowy tutorial do obliczenia lokalnego indeksu zwijania kory

Lesion Explorer (LE) to półautomatyczny potok przetwarzania obrazów opracowany w celu uzyskania objętości regionalnej tkanki mózgowej i podkorowej hiperintensywności zmian ze strukturalnego rezonansu magnetycznego choroby Alzheimera i zdrowych osób starszych.  Aby zapewnić wysoki poziom dokładności i niezawodności, poniżej znajduje się prowadzony przez wideo, ustandaryzowany protokół dla ręcznych procedur LE.

Lesion Explorer: Ustandaryzowany protokół z przewodnikiem wideo do dokładnej i niezawodnej wolumetrii pochodzącej z MRI u osób z chorobą Alzheimera i zdrowymi osobami w podeszłym wieku

Przedstawiono protokół obrazowania MR 7T o wysokiej rozdzielczości, w celu przeprowadzenia histopatologicznej walidacji mikrokrążenia w pośmiertnej tkance mózgowej ludzkiej pod kontrolą MR. Ponadto przedstawiono wytyczne dotyczące oceny mikrozawałów kory mózgowej na obrazach MR in vivo 7T i 3T.

Ocena mikrozawałów kory mózgowej na obrazach MR o wysokiej rozdzielczości

Tutaj prezentujemy protokół do określenia minimalnej liczby obrazów, które musiały zostać zarejestrowane i uśrednione, aby rozwiązać struktury podkorowe i sprawdzić, czy poszczególne warstwy LGN mogą być rozwiązane przy braku szumu fizjologicznego.

Obrazowanie strukturalnego rezonansu magnetycznego człowieka w wysokiej rozdzielczości in vivo i post mortem

Ten manuskrypt opisuje deterministyczne i probabilistyczne algorytmy rekonstrukcji istoty białej (WM), używane do badania różnic w łączności promieniowania wzrokowego (OR) między albinizmem a kontrolą. Chociaż traktografia probabilistyczna bardziej podąża za prawdziwym przebiegiem włókien nerwowych, przeprowadzono traktografię deterministyczną w celu porównania niezawodności i odtwarzalności obu technik.

Pomiar łączności w pierwszorzędowej ścieżce wzrokowej w ludzkim albinizmie za pomocą obrazowania tensora dyfuzji i traktografii

Ogólnym celem tego protokołu jest dokładne dopasowanie objętości obrazów rezonansu magnetycznego (MRI) do przekrojów histologicznych poprzez tworzenie dostosowanych drukowanych w 3D uchwytów na mózg i slicerów.

Wykorzystanie technologii druku 3D do połączenia rezonansu magnetycznego z histologią: protokół sekcji mózgu

Metoda obrazowania multimodalnego EEG-fMRI, znana jako metoda obrazowania źródła EEG ograniczona czasoprzestrzennie za pomocą fMRI, jest opisana tutaj. Przedstawiona metoda wykorzystuje warunkowo aktywne submapy fMRI lub wcześniejsze mapy, aby pokierować lokalizacją źródła EEG w sposób, który poprawia specyficzność przestrzenną i ogranicza błędne wyniki.

Jednoczesny zapis EEG i funkcjonalny rezonans magnetyczny oraz analiza integracji w celu dynamicznego obrazowania aktywności kory mózgowej

Ten artykuł opisuje szczegółową metodologię uzyskiwania spłaszczonych przekrojów stycznych z kory mózgowej ssaków i wizualizacji modułów korowych za pomocą metod histochemicznych i immunohistochemicznych.

Wizualizacja modułów korowych w spłaszczonych korach ssaków

Ten artykuł przedstawia eksperymentalny protokół wykorzystujący technologię skanowania 3D, łączący dwie skale przestrzenne: makroskopową skalę przestrzenną anatomii całego mózgu obrazowaną przez MRI na &gt;100 μm oraz mikroskopijną skalę przestrzenną rozkładów neuronalnych przy użyciu barwienia immunohistochemicznego i systemu wieloelektrodowego oraz innych metod (~10 μm).

Technologia skanowania 3D łącząca mikroukłady i obrazy mózgu w makroskali w nowatorskim protokole osadzania nakładania się 3D

Przedstawiono standardowy rurociąg do badania morfometrii istoty szarej móżdżku. Rurociąg łączy w sobie najnowocześniejsze podejścia o wysokiej rozdzielczości do zoptymalizowanej i zautomatyzowanej parcelacji móżdżku oraz rejestracji móżdżku na podstawie wokseli w celu wolumetrycznej oceny ilościowej.

Ustandaryzowany rurociąg do badania morfometrii istoty szarej móżdżku człowieka za pomocą strukturalnego rezonansu magnetycznego

Opracowaliśmy techniki mapowania funkcji kory wzrokowej, wykorzystując więcej pola widzenia niż jest to powszechnie używane. Podejście to może przyczynić się do poprawy oceny zaburzeń widzenia i chorób oczu.

Funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) kory wzrokowej z szerokokątną stymulacją retinotopową

Naucz się mierzyć fałdowanie kory mózgowej z wysoką rozdzielczością na podstawie obrazów MRI. Ta metoda pozwala tworzyć indywidualne mapy lokalnego wskaźnika gyryfikacji do analizy statystycznej między grupami diagnostycznymi.

Jak zmierzyć fałdowanie kory mózgowej na podstawie obrazów MR: samouczek krok po kroku dotyczący obliczania lokalnego wskaźnika gyryfikacji (Wideo) | JoVE Journal

Jak mierzyć fałdowanie kory na obrazach MR: samouczek krok po kroku dotyczący obliczania lokalnego wskaźnika gyryfikacji

Przeglądaj więcej filmów