Name: Obrazowanie strukturalnego rezonansu magnetycznego człowieka w wysokiej rozdzielczości in vivo i post mortem (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 16 s
Description: Poznaj protokół obrazowania strukturalnego rezonansu magnetycznego wysokiej rozdzielczości in vivo i post mortem. Metoda umożliwia rozróżnienie warstw jądra kolankowego bocznego przy skróceniu czasu skanowania.

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

Autorzy wymieniają następujące źródła finansowania: Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), Dorothy Pitts Research Fund (NG) oraz Nicky and Thor Eaton Research Fund. Autorzy dziękują Kevinowi DeSimone i Amanowi Goyalowi za ich wiedzę w zakresie pozyskiwania i analizy MRI.

1. Uczestnik i pośmiertna konfiguracja mózgu
UWAGA: Wszystkie obrazy zostały uzyskane za pomocą skanera MRI 3 T z 32-kanałową cewką główną, a wszystkie skany MRI zostały wykonane w temperaturze RT, około 20 °C. Wszyscy uczestnicy byli praworęczni i wyrazili pisemną świadomą zgodę. Każdy uczestnik był w dobrym zdrowiu, bez historii zaburzeń neurologicznych. Protokół eksperymentalny został zatwierdzony i jest zgodny z wytycznymi Komitetu ds. Oceny Uczestników Badań Klinicznych Uniwersytetu York.
<ol>
	<li>Poproś każdego uczestnika, aby wypełnił i podpisał formularz zgody pacjenta, który zawiera szczegółowe wytyczne dotyczące bezpieczeństwa MRI i protokół neuroobrazowania.</li>
	<li>Dla każdego uczestnika umieść zatyczki do uszu w każdym uchu i zabezpiecz jego głowę ochraniaczkami, aby zminimalizować ruchy głowy.</li>
	<li>W przypadku pośmiertnego obrazowania mózgu upewnij się, że mózg jest naprawiony przed neuroobrazowaniem i znajduje się w torbie lub pojemniku, który mieści się w cewce głowy MRI. Umieść mózg pośmiertny w cewce głowicy tak, aby jego oś z (lepsza do dolnej) była wyrównana z otworem skanera. Pień mózgu (tylny) powinien być skierowany w stronę stóp łóżka skanera.</li>
	<li>Umieść ręce z poduszką próżniową wokół mózgu pośmiertnego, aby uzyskać dodatkowe wsparcie.</li>
</ol>
2. Lokalizacja i przepisywanie podkory
UWAGA: Wzgórze jest dwupłatową strukturą znajdującą się w pobliżu środka mózgu znajdującego się między śródmózgowiem a korą mózgową. Znajdujący się w grzbietowym wzgórzu, ludzki LGN jest małą strukturą podkorową, która rozciąga się maksymalnie na ~10 mm.
<ol>
	<li>Aby zarejestrować nowego uczestnika, otwórz oprogramowanie do obrazowania MRI i kliknij zakładkę Pacjent w lewym górnym rogu. Następnie kliknij Zarejestruj się.</li>
	<li>Wypełnij odpowiednie informacje o pacjencie, a następnie kliknij zakładkę Egzamin.</li>
	<li>Aby uzyskać skanowanie lokalizatora, kliknij zakładkę Exam Explorer (Eksplorator egzaminów) w celu utworzenia nowego protokołu. Obserwuj okno konfiguracji na ekranie, kliknij kartę Rutyna i wprowadź następujące parametry: czas akwizycji 28 sekund, matryca akwizycji 160 × 160, 1 warstwa, rozmiar woksela izotropowego o grubości 1,6 mm, FOV = 260 mm, faza FoV = 100%, rozdzielczość warstwy = 69%, faza i cząstka cząstkowa fazy Fouriera = 6/8, TR = 3,15 ms, TE = 1,37 ms, kąt odwrócenia = 8°.</li>
	<li>Nałóż pole wyboru wycinka służące do pozyskiwania obrazów wyładowań niezupełnych na lokalizator obejmujący jądra podkorowe we wzgórzu, a także otaczające struktury (ryc. 4).</li>
</ol>
3. Parametry konstrukcyjne o wysokiej rozdzielczości
<ol>
	<li>Utwórz nowy protokół do uzyskiwania skanów ważonych wyładowaniem niezupełnymi o wysokiej rozdzielczości. W oknie ustawień na ekranie kliknij zakładkę Rutyna i wprowadź następujące parametry w orientacji koronalnej: czas akwizycji 179 sekund, matryca akwizycji 512 × 512, 0,3 × 0,3 × 1 mm3 rozmiar woksela, TR = 3,25 sekundy, TE = 32 ms, kąt odwrócenia = 120°, akwizycja warstwy z przeplotem, odczyt FoV = 160 mm, faza FoV = 100%, obrazowanie równoległe (GRAPPA) ze współczynnikiem przyspieszenia 2.
	<ol>
		<li>Użyj sekwencji Turbo Spin Echo o długości pociągu Echo wynoszącej 5. Pierwsze echo o długości 32 ms jest echem efektywnym dla tej sekwencji. Zmniejsz przepustowość (BW) do minimum możliwego, 40 Hz/piksel, aby zmaksymalizować SNR. Aby skrócić czas skanowania, wybierz 18 plasterków, każdy o grubości 1 mm, z polem widzenia = 160 mm. Ta płyta zapewnia wystarczające pokrycie podkorowych obszarów zainteresowania. 
		UWAGA: Aby uzyskać wiarygodną identyfikację struktur podkorowych, należy pobrać 5 przebiegów z powyższymi parametrami. Całkowity czas skanowania wynosi tylko ~15 minut (Rysunek 5). Nie stosowano nasycenia tłuszczem.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>W pośmiertnym obrazowaniu mózgu wiarygodną identyfikację struktur podkorowych można zaobserwować już w jednym skanie, którego łączny czas trwania wynosi zaledwie ~3 minuty, zgodnie z tym samym protokołem skanowania, co w 3.1 (Figura 6).</li>
</ol>
4. Analiza obrazu
UWAGA: Aby przeanalizować dane MRI, skorzystaj z bezpłatnego pakietu biblioteki oprogramowania FMRIB (FSL) dostępnego do pobrania pod adresem (<a href="https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/">https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/</a>).
<ol>
	<li>Otwórz okno terminala i przekonwertuj nieprzetworzone pliki DICOM ze skanera dla każdego woluminu PD na format NIfTI za pomocą konwertera DICOM na NIfTI. Niektóre z nich są dostępne do pobrania za darmo (np. <a href="https://www.nitrc.org/projects/mricron">https://www.nitrc.org/projects/mricron</a>). W wierszu poleceń wpisz dcm2nii, a następnie katalog każdego uruchomienia obrazu ważonego PD.</li>
	<li>W oknie terminala uzyskaj parametry oryginalnego skanowania PD. Wpisz fslinfo w wierszu poleceń, a następnie skanuj PD w formacie NIfTI.</li>
	<li>Utwórz wolumin docelowy pustego obrazu o wysokiej rozdzielczości, który ma dwukrotnie większą rozdzielczość i połowę rozmiaru woksela podanego przez parametry z fslinfo z oryginalnego skanu PD. Kolejność wprowadzania danych dla tego polecenia jest następująca: 
	fslcreatehd <xsize> <ysize> <zsize> <tsize> <xvoxsize> <yvoxsize> <zvoxsize> <tr> <xorigin> <yorigin> <zorigin> <datatype> <headername> 
	UWAGA: Na przykład, jeśli zbierany jest oryginalny skan wyładowań niezupełnych o następujących parametrach opisanych w ppkt 3.1 (tj. macierz 512 × 512, 18 warstw, 0,3 × 0,3 × 1 mm3 rozmiar wokseli, TR = 3,25 s), wpisz następujące polecenie w oknie poleceń: 
	FSLcreateHD 1024 1024 36 1 0,15 0,15 0,5 3,25 0 0 0 4 blankhr.nii.gz</li>
	<li>Zdefiniuj przekształcenie przy użyciu macierzy jednostkowej. Wpisz w dowolnym edytorze tekstu plik tekstowy zapisany jako "identity.mat", który wygląda tak: 
	0 0 0 
	1 0 0 
	0 1 0 
	0 0 1</li>
	<li>Użyj polecenia flirt, aby zastosować transformację, zwiększając próbkowanie każdego oryginalnego przebiegu ważonego PD, aby podwoić całkowitą rozdzielczość z macierzy 512 do 1024, i zmniejszając o połowę rozmiar woksela w każdym wymiarze, co daje rozdzielczość 0,15 × 0,15 × 0,5 mm3. W oknie terminala dla każdego woluminu PD wpisz następujące polecenie flirt, zmieniając nazwy oryginału i wyjścia dla każdego uruchomienia: 
	flirt -interp sinc -in originalPD.nii.gz -ref blankhr.nii.gz -applyxfm -init identity.mat -out highresPD.nii.gz 
	UWAGA: Gdzie originalPD.nii.gz jest woluminem źródłowym, blankhr.nii.gz jest żądaną rozdzielczością wyjściową, a highresPD.nii.gz jest nazwą woluminu wyjściowego.</li>
	<li>Przenieś wszystkie obrazy w wysokiej rozdzielczości do nowego folderu i przejdź do niego w oknie terminala.</li>
	<li>Dla każdego uczestnika połącz wszystkie obrazy PD z upsamplowanym obrazem w jeden plik 4D za pomocą fslmerge. W oknie terminala wpisz: 
	fslmerge -t concat_highresPD *.nii.gz 
	UWAGA: Spowoduje to utworzenie pliku 4D o nazwie concat_highresPD.nii.gz.</li>
	<li>Popraw ruchem połączony plik za pomocą mcflirt 10 . Narzędzie to pozwala na zautomatyzowaną, solidną rejestrację liniowych (afinicznych), intermodalnych i intermodalnych obrazów mózgu. Wybierz 4-stopniową korekcję, która wykorzystuje interpolację (wewnętrznie) jako dalsze przejście optymalizacyjne w celu uzyskania większej dokładności. W oknie terminala wpisz: 
	mcflirt -in concat_highresPD -out mcf_concat_highresPD.nii.gz -etapy 4 -działki 
	UWAGA: Spowoduje to utworzenie pliku 4D o nazwie mcf_concat_highresPD.nii.gz.</li>
	<li>Na koniec utwórz średni obraz 3D za pomocą fslmaths. W oknie terminala wpisz: 
	fslmaths mcf_concat_highresPD.nii.gz -Tmean mean_highresPD.nii.gz 
	UWAGA: Spowoduje to utworzenie pliku 3D o nazwie mean_highresPD.nii.gz, który jest wysokiej jakości</li>
	<li>Wizualizuj końcowy obraz 3D w wysokiej rozdzielczości za pomocą polecenia fslview. W katalogu, w którym znajduje się obraz, wpisz następujące polecenie w oknie terminala: 
	fslview mean_highresPD.nii.gz."</li>
	<li>Sprawdź profile intensywności kwestionowanych zwrotów z inwestycji. Utwórz ROI za pomocą fslview (może to być na przykład pionowa linia narysowana w poprzek regionu LGN). W fslview załaduj obraz PD o wysokiej rozdzielczości. Kliknij kartę narzędzi, a następnie kliknij kartę pojedynczego obrazu, aby powiększyć obraz w celu narysowania zwrotu z inwestycji. Następnie kliknij kartę Plik, a następnie kartę Utwórz maskę. Narysuj linię w interesującym Cię ROI. Zapisz ROI, klikając Plik, a następnie Zapisz jako. Powtórz maski linii dla wielu obszarów w ROI, aby porównać intensywność i inne kwestionowane ROI.</li>
	<li>Użyj polecenia 3dmaskdump AFNI, aby przeanalizować wynikową intensywność obrazu. W katalogu, w którym znajdują się obrazy, użyj następującego polecenia w oknie terminala, aby wyodrębnić intensywność obrazu i lokalizację (podaną jako result_mask.txt) maski ROI: 
	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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W badaniu tym opisano zoptymalizowany protokół w technice akwizycji i analizy w celu uzyskania obrazów o wysokiej rozdzielczości ważonych PD obszarów podkorowych. Przetestowano i zmodyfikowano szereg parametrów skanowania, z których najważniejsze dotyczyły rozmiaru matrycy, rozmiaru woksela i szerokości pasma, aby zwiększyć SNR i zmniejszyć liczbę akwizycji, co jest kluczowym krokiem w kierunku określenia struktur podkorowych o wysokiej rozdzielczości. W połączeniu ze znalezieniem optymalnych parametrów u żywych ludzi, b...

Celem niniejszego badania było przetestowanie limitów rozdzielczości strukturalnego MRI w warunkach braku szumu fizjologicznego. Obrazy ważone gęstością protonów (PD) pozyskano z mózgu post mortem w długim przedziale czasowym (dwie sesje po ok. 24 h), aby określić minimalną liczbę obrazów, które należy zarejestrować i uśrednić w celu rozróżnienia struktur podkorowych. Dla porównania obrazy ważone PD pozyskano również u żywych ludzi w ciągu kilku sesji. W szczególności celem było ustalenie, czy w optymalnym scenariuszu możliwe byłoby rozróżnienie wszystkich sześciu poszczególnych warstw ludzkiego LGN, z których każda ma grubość około 1 mm (Rysunek 1).



<img alt="Schemat warstw rozwoju zęba; szkliwo P zewnętrzne, dentyna M wewnętrzne; badanie anatomii zęba." src="/files/ftp_upload/53309/53309fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1. Warstwy ludzkiego ciała kolankowatego bocznego. Schemat struktury lamelarnej LGN. Warstwy magnokomórkowe (M) składają się z większych neuronów o mniejszej gęstości komórkowej, które odpowiadają za rozdzielczość ruchu i zarysów obiektów (warstwy 1-2, przedstawione w kolorze ciemnoszarym). Warstwy parwokomórkowe (P) składają się z mniejszych neuronów o większej gęstości komórkowej, które odpowiadają za rozdzielczość detali kształtu i kolorów (warstwy 4-6, przedstawione w kolorze jasnoszarym). Pasek skali 1 mm. Rysunek opracowany na podstawie barwionego ludzkiego LGN 12.
Rozdzielczość przestrzenna w MRI ulega poprawie przy zwiększeniu rozmiaru macierzy oraz przy zmniejszeniu pola widzenia (FOV) i grubości przekroju. Jednak zwiększona rozdzielczość obniża stosunek sygnału do szumu (SNR), który jest proporcjonalny do objętości woksela. SNR jest również proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego z liczby pomiarów. U żyjących ludzi, mimo że można pozyskać wiele obrazów podczas serii oddzielnych sesji obrazowania, ostateczna rozdzielczość jest ograniczona przez szum fizjologiczny, taki jak oddychanie, pulsacje krążenia i ruchy głowy.
Wykonano skany wysokiej rozdzielczości (woksele w płaszczyźnie 0,35 mm) ważone PD. Skany PD zwiększają kontrast między istotą szarą a białą w wzgórzu1 i pozwalają na uzyskanie obrazów minimalizujących efekty T1 oraz T2. Obraz zależy od gęstości protonów w formie wody oraz makrocząsteczek, takich jak białka i tłuszcze, w objętości obrazowania. Zwiększona liczba protonów w tkance skutkuje jaśniejszym sygnałem na obrazie ze względu na wyższą podłużną składową namagnesowania2.
Wykonano skany ważone PD, ponieważ zapewniają one wyższy kontrast struktur podkorowych względem otaczającej tkanki. Inne kontrasty, takie jak obrazy ważone T1 i T2, utrudniają wyznaczenie struktur podkorowych, takich jak LGN, ze względu na niższe stosunki kontrastu do szumu, co ustalono w ƒ 1,3.
Podobnie wcześniejsze badania wykazały, że obrazy ważone PD mózgów pobranych po śmierci i utrwalonych w formalinie wykazywały wyższe różnice kontrastu między istotą szarą a białą w porównaniu z obrazami ważonymi T1 i T2, które charakteryzowały się podobną intensywnością sygnału dla obu tych tkanek 3,4. Przyczyną tych różnic mogą być podstawowe determinanty biofizyczne. Czasy relaksacji T1 (podłużnej) i T2 (poprzecznej) protonów wodoru zależą od sposobu przemieszczania się wody w tkance. Utkwalacze, takie jak formalina, działają poprzez sieciowanie białek. Stosowanie utrwalaczy redukuje różnice w mobilności wody pomiędzy różnymi typami tkanek. Po utrwaleniu zaobserwowano zmniejszenie kontrastu tkankowego T1, podczas gdy różnice w względnej gęstości protonów w tkankach mózgowych zwiększyły się, co zapewniło lepsze różnicowanie kontrastu 3, 4.
Poprzednie badania zidentyfikowały LGN w obrazowaniu T2-zależnym (PD) przy użyciu skanera 1.5 T 5,6,7 oraz 3 T 8,9. Uzyskanie tych obrazów jest kluczowe dla możliwości precyzyjnego określenia zasięgu LGN. Aby zapewnić pełne pokrycie jąder podkorowych, wykonano 18 warstw PD w obrębie wzgórza. Każda objętość została przepróbkowana do dwukrotnej rozdzielczości macierzy 1024 (rozmiar voxela w płaszczyźnie 0.15 mm), a następnie połączona, poddana korekcji ruchu i uśredniona w celu uzyskania obrazu 3D struktur podkorowych o wysokiej rozdzielczości. Optymalna liczba obrazów PD wymagana dla poniższego planowania warstw wynosiła 5, co skróciło czas badania do mniej niż 15 min u żywych ludzi. W przypadku mózgu postmortem do wyraźnego wyznaczenia obszarów podkorowych wystarczył tylko 1 obraz PD, co skróciło czas skanowania do mniej niż 3 min (Rysunek 2 i 3).
Cały utrwalony w formalinie preparat mózgu pośmiertnego pobrano od kobiety, która zmarła w wieku 82 lat z powodu zatrzymania krążenia i oddechu. Analiza dokumentacji medycznej wykazała, że pacjentka chorowała na: przewlekłą obturacyjną chorobę płuc, dławicę piersiową (przebytą operację pomostowania aortalno-wieńcowego trzech naczyń na 8 lat przed śmiercią), rak macicy leczony histerektomią na 7 lat przed śmiercią, hiperlipidemię oraz jaskrę, a ponadto przeszła operację usunięcia zaćmy. Preparat mózgu pośmiertnego utrwalano metodą imersyjną w 10% neutralnie buforowanej formalinie przez co najmniej 3 tygodnie w temperaturze 4 °C. Mózg pośmiertny skanowano z zastosowaniem tego samego protokołu obrazowania, a także z użyciem innych parametrów przez wiele godzin w celu porównania jakości obrazu. W protokole opisano wyłącznie parametry zoptymalizowane.

<table><tbody><tr><td>Magnetom Trio 3T&nbsp; MRI</td><td>Siemens (Erlangen, Niemcy).</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poduszka próżniowa ręczna</td><td>Siemens</td><td>Mat No: 4765454</td><td>Wyprodukowany przez: Johannes-Stark-Stk. 8 D-92224 Amberg</td></tr></tbody></table>

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

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

Głównym celem tego badania było przetestowanie granic rozdzielczości strukturalnego rezonansu magnetycznego mózgu poddanego sekcji zwłok w porównaniu z żywymi ludzkimi mózgami. Rozdzielczość strukturalnego rezonansu magnetycznego in vivo jest ostatecznie ograniczona przez szum fizjologiczny, w tym pulsację, oddychanie i ruchy głowy. Chociaż sprzęt do obrazowania jest stale ulepszany, nadal trudno jest rozdzielić struktury w skali milimetrowej. Na przykład pierwszorzędowe szlaki czuciowe wzrokowe synapsują się w jądrze kolankowatym bocznym (LGN), jądrze przekaźnikowym wzrokowym i kontrolnym we wzgórzu, które zwykle jest zorganizowane w sześć przeplatających się warstw jednoocznych. Badania neuroobrazowe nie były w stanie wiarygodnie rozróżnić tych warstw ze względu na ich niewielkie rozmiary, które mają mniej niż 1 mm grubości.
Granica rozdzielczości strukturalnego rezonansu magnetycznego w mózgu przeprowadzonym pośmiertnie została przetestowana przy użyciu wielu obrazów uśrednionych przez długi czas (~24 godziny). Celem było sprawdzenie, czy możliwe jest rozdzielenie poszczególnych warstw LGN przy braku szumu fizjologicznego. Sekwencję impulsów ważoną gęstością protonów (PD)1 o różnej rozdzielczości i innych parametrach wykorzystano w celu określenia minimalnej liczby obrazów niezbędnych do zarejestrowania i uśrednienia w celu wiarygodnego rozróżnienia LGN i innych obszarów podkorowych. Wyniki porównano również z obrazami uzyskanymi w żywych ludzkich mózgach. Osoby badane in vivo były skanowane w celu określenia dodatkowego wpływu szumu fizjologicznego na minimalną liczbę skanów PD potrzebnych do różnicowania struktur podkorowych, przydatnych w zastosowaniach klinicznych.

Po wyznaczeniu podkorowych obszarów w obrębie wzgórza, obrazów ważonych PD zbierane są wewnątrz ramki wyboru warstw (Rysunek 4). SNR poprawiono poprzez zwiększenie liczby uśrednień zarówno w skanach postmortem, jak i in vivo. Aby określić jakość obrazu, porównano SNR dla różnych średnich skanów, dzieląc sygnał z średniego obszaru mózgu przez odchylenie standardowe w obszarze poza mózgiem. SNR obliczono jako SNR = 0,655 * µtissue/σair 11, gdzie <...

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

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 ...

Ogólnym celem tego eksperymentu jest przetestowanie limitów rozdzielczości strukturalnego MRI w celu zobrazowania i porównania struktur podkorowych w ludzkim mózgu, zarówno pośmiertnie, jak i u osób żyjących. Badania prowadzone w naszym laboratorium obejmowały analizę małych jąder podkorowych w populacjach pacjentów. Ze względu na ich niewielki rozmiar oraz powtarzalność w mózgu, są one trudne do zbadania.Opracowaliśmy protokół, który pozwala na obrazowanie tych struktur podkorowych zarówno w pośmiertnych, jak i żywych ludzkich mózgach. Zaletą tej techniki jest skrócenie czasu skanowania, co jest przydatne w zastosowaniach klinicznych. Rozdzielczość MRI jest ograniczona przez szum, dlatego chcieliśmy ustalić, jaka byłaby ostateczna rozdzielczość.W celu wyeliminowania największych źródeł szumów, mianowicie ruchów głowy badanego, tętna oraz oddychania, należy przeprowadzić wszystkie badania obrazowe opisane w niniejszym protokole przy użyciu skanera 3T MRI wyposażonego w 32-kanałową cewkę głowową. W niniejszym filmie kroki zostały zaprezentowane z wykorzystaniem skanera Siemens MAGNETOM TRIO 3T MRI podczas sesji obrazowania uczestników badania. Przed rozpoczęciem należy upewnić się, że przeprowadzono przesiewową kontrolę bezpieczeństwa MRI.Następnie omów szczegóły protokołu neuroobrazowania i poproś o podpisanie formularza świadomej zgody pacjenta podczas przygotowywania uczestnika do skanowania. Do uszu uczestnika wprowadza się zatyczki. Następnie głowę unieruchamia się za pomocą podkładek, aby zminimalizować jej ruchy.Podczas obrazowania i pozyskiwania skanów mózgu postmortem należy upewnić się, że mózg został utrwalony przed badaniem neuroobrazowym i znajduje się w wodoszczelnym worku lub pojemniku mieszczącym się w cewce głowowej MRI. Umieść mózg w cewce głowowej tak, aby jego oś Z była wyrównana z otworem skanera, a pień mózgu był skierowany w stronę nóg łóżka skanera. Wokół mózgu należy również umieścić poduszki próżniowe dla dodatkowej stabilizacji.Przed rozpoczęciem skanowania wybierz kartę pacjenta w lewym górnym rogu. Użyj karty rejestracji, aby wypełnić odpowiednie informacje o badanym. Następnie kliknij kartę badania w oknie eksploratora badań.Zacznij od utworzenia nowego protokołu skanowania lokalizacyjnego (LOCALIZER). W oknie konfiguracji, w zakładce rutynowego kontrastu i rozdzielczości, wprowadź parametry widoczne tutaj na ekranie. Następnie utwórz nowy protokół, który będzie wykorzystywany do uzyskania skanów o wysokiej rozdzielczości ważonych gęstością protonów. Skonfiguruj go w orientacji wieńcowej, stosując parametry widoczne tutaj na ekranie.Zmniejsz szerokość pasma do możliwego minimum, aby zmaksymalizować stosunek sygnału do szumu. Aby skrócić czas skanowania, wybierz 18 warstw o grubości 1 mm każda, przy polu widzenia wynoszącym 160 mm. Następnie, na obrazie lokalizacyjnym, nałóż pole wyboru warstw dla akwizycji obrazów gęstości protonów.Należy upewnić się, że obszar obejmuje jądra podkorowe w obrębie wzgórza oraz struktury sąsiadujące. Następnie należy rozpocząć skanowanie w celu wiarygodnej identyfikacji struktur podkorowych. Należy przeprowadzić pięć serii z tymi parametrami.Podczas wykonywania obrazowania mózgu pośmiertnie, niezawodną identyfikację struktur podkorowych można zaobserwować w zaledwie jednym skanie o całkowitym czasie trwania około trzech minut, stosując ten sam protokół skanowania. Do analizy danych należy użyć bezpłatnie dostępnego oprogramowania FSL. Pracę rozpoczynamy od otwarcia okna terminala.Następnie przekonwertuj surowe pliki DICOM z każdą objętością gęstości protonowej ze skanera do formatu NIfTI. W wierszu poleceń wpisz komendę dcm2nii, a następnie ścieżkę do katalogu każdego obrazu i uruchom proces. Następnie uzyskaj parametry oryginalnego skanu gęstości protonowej.Następnie utwórz pustą obrazową objętość docelową o wysokiej rozdzielczości, z rozmiarem woksela stanowiącym połowę wartości tych parametrów. Aby zrobić to w dowolnym edytorze tekstu, najpierw zdefiniuj transformację, używając macierzy jednostkowej, jak pokazano tutaj, i zapisz ją jako plik tekstowy o nazwie identity dot matt. Następnie użyj polecenia flirt, aby zastosować transformację up, próbkowanie każdego oryginalnego przebiegu w celu podwojenia całkowitej rozdzielczości.Skutkuje to uzyskaniem macierzy 10 24 i zmniejszeniem dwukrotnym rozmiaru woksela w każdym wymiarze. Teraz przenieś wszystkie obrazy o wysokiej rozdzielczości do nowego folderu. Następnie dla każdego uczestnika połącz wszystkie obrazy gęstości protonowej próbkowane metodą UPS w jeden plik czterowymiarowy.Użyj polecenia motion z narzędzia FSL merge, aby skorygować te skoncatenowane pliki. Za pomocą polecenia URT wybierz korekcję czterostopniową, która wykorzystuje interpolację synchronizacyjną jako dodatkowy etap optymalizacji w celu uzyskania większej dokładności. Następnie utwórz średni obraz 3D, korzystając z narzędzia FSL maths.Następnie zwizualizuj końcowy wynik, czyli obraz 3D o wysokiej rozdzielczości, korzystając z polecenia FSL view. Teraz utwórz obszary zainteresowania, nazywane również ROI. Używając FSL view, wczytaj obraz o wysokiej rozdzielczości.Następnie w karcie narzędzi (tools) wybierz kartę pojedynczego obrazu (single image), aby powiększyć widok w celu wyznaczenia obszarów ROI. Następnie kliknij kartę plików (file), a następnie opcję utwórz maskę (create mask), narysuj linię w obszarze ROI i zapisz. Na koniec użyj polecenia zrzutu maski 3D w programie AF acne, aby wyodrębnić obraz, intensywność i położenie nowo utworzonych masek ROI.Wyniki zostaną wyeksportowane do pliku tekstowego, który może zostać wykorzystany do dalszej analizy. Ta seria obrazów porównuje średnie objętości w mózgach in vivo i pośmiertnie. Należy zauważyć, że mózg pośmiertny wykazuje wyraźne odgraniczenie struktur podkorowych w jednej objętości ważonej gęstością protonów, podczas gdy w przypadku mózgu in vivo wymagane jest uśrednienie co najmniej pięciu obrazów. Aby uzyskać taką szczegółowość, ten przekrój czołowy obrazu mózgu in vivo wykazuje wyraźne zarysowanie LGN oraz innych struktur podkorowych, a tutaj widzimy inny przekrój tego samego mózgu, uśredniony z 40 objętości ważonych gęstością protonów w tej samej sesji i przy tych samych parametrach obrazowania.Ten pośmiertny przekrój mózgu został uzyskany podczas jednego skanowania w obrazowaniu gęstości protonów i zapewnia wyraźne wyodrębnienie struktur podkorowych, w tym prawego i lewego LGN. Ten przekrój przedstawia pośmiertny mózg uśredniony ze 100 wolumenów gęstości protonów przy tym samym ustawieniu przekroju. Powiększony widok pokazuje wyraźne odgraniczenie struktur podkorowych.Tutaj widzimy profile intensywności linii dla lewego i prawego LGN in vivo, a także dla lewego i prawego LGN po śmierci (postmortem). Linie te odpowiadają 40 maksymalnym średnim in vivo i 100 średnim postmortem. W mózgu postmortem nie stwierdzono zmian intensywności, które można by przypisać warstwom występującym w mózgu in vivo.Wystąpiły różnice w intensywności, które można przypisać warstwom. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze rozumieć, jak postępować zgodnie z tym zoptymalizowanym protokołem w celu uzyskania obrazów gęstości protonów obszarów podkorowych o wysokiej rozdzielczości. Po zastosowaniu tej metody można ją wykorzystać w warunkach klinicznych, aby skrócić czas skanowania do mniej niż 15 minut u żywych ludzi i mniej niż trzech minut w mózgach postmortem, pod warunkiem prawidłowego zastosowania.

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Wprowadzenie prawokątnych mikropryzmatów do nowokory mózgu myszy umożliwia głębokie obrazowanie wielu warstw kory z perspektywy typowej dla preparatów przekrojowych. Mikropryzmaty o rozmiarze jednego milimetra zapewniają szerokie pole widzenia (~900 μm) oraz rozdzielczość przestrzenną wystarczającą do zobrazowania kolców dendrytycznych. Prezentujemy obrazowanie neuronów warstwy V oraz obrazowanie naczyń krwionośnych nowokory z wykorzystaniem mikropryzmatów.

Obrazowanie in vivo głębokich warstw kory mózgowej z wykorzystaniem mikropryzmatu

W tym filmie i materiałach uzupełniających przedstawiamy protokół przewlekłego obrazowania in vivo nienaruszonego mózgu z wykorzystaniem preparacji z cienkiej czaszki.

Przewlekłe obrazowanie kory wzrokowej myszy z wykorzystaniem preparatu z pocienioną czaszką

Metody obrazowania biologicznego stosowane do oceny biodystrybucji komórkowej nanocząsteczek znajdują zastosowanie w monitorowaniu terapeutycznym i diagnostycznym związków sformułowanych w nanostruktury. Metody opisane w niniejszym opracowaniu są czułe i swoiste w ocenie za pomocą korejestracji histologicznej. Przedstawione metodologie zapewniają ścieżkę translacyjną od zastosowań na modelach gryzoni do zastosowań u ludzi.

Rejestrowane obrazowanie biomedyczne nanomateriałów w monitorowaniu diagnostyki i terapii

Obrazowanie rezonansem magnetycznym (MRI) stało się coraz popularniejszym narzędziem do badania fenotypu myszy z modyfikacjami genetycznymi. Niniejszy artykuł przedstawia metody niezbędne do przeprowadzenia wysokoprzepustowego fenotypowania myszy z modyfikacjami genetycznymi przy użyciu MRI dla wielu osobników jednocześnie.<br...

Neuroanatomiczny obrazowanie magnetycznemu rezonansem dla wielu myszy

W niniejszym artykule opisano techniki wykonywania funkcjonalnego obrazowania rezonansu magnetycznego o wysokiej rozdzielczości z próbkowaniem 1,2 mm w obrębie ludzkiego śródmózwia i struktur podkorowych przy użyciu skanera 3T. Jako przykład przedstawiono zastosowanie tych technik do opracowania map topograficznych stymulacji wzrokowej w ludzkim wzgórzu górnym (SC).

Metody funkcjonalnego obrazowania rezonansem magnetycznym o wysokiej rozdzielczości dla ludzkiego śródmózgowia

Celem tego manuskryptu jest zbadanie hipokampa i podpól hipokampa za pomocą MRI. W manuskrypcie opisano protokół segmentacji hipokampa i pięciu podstruktur hipokampa: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/zakręt zębaty, warstwy promieniste/lacunosum/molecular i subiculum.

Protokół ręcznej segmentacji in vivo o wysokiej rozdzielczości dla ludzkich subpól hipokampa przy użyciu rezonansu magnetycznego 3T

Korzystając z rezonansu magnetycznego (człowieka), oprogramowania do obrazowania 3D i analizy immunohistologicznej, dokumentujemy zmiany w bocznych komorach mózgu. Podłużne mapowanie 3D zmian objętości komór bocznych i charakterystyka okołokomorowych zmian komórkowych, które zachodzą w ludzkim mózgu z powodu starzenia się lub choroby, są następnie modelowane u myszy.

Modelowanie 3D komór bocznych i charakterystyka histologiczna tkanki okołokomorowej u ludzi i myszy

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

Obecny protokół opisuje metodę, dzięki której użytkownicy mogą utrzymać żywotność ostrych preparatów wycinków hipokampa i kory mózgowej podczas zbierania danych z mikroskopii rezonansu magnetycznego.

Wspomaganie metaboliczne wyciętych, żywych tkanek mózgowych podczas akwizycji pod mikroskopią rezonansu magnetycznego

Tutaj opisujemy procedurę oczyszczania tkanek, znakowania fluorescencyjnego i wielkoskalowego obrazowania tkanki mózgowej myszy, która umożliwia wizualizację trójwymiarowej organizacji typów komórek w korze nowej.

Wielkoskalowe trójwymiarowe obrazowanie organizacji komórkowej w korze nowej myszy

Stwardnienie rozsiane jest zapalną chorobą demielinizacyjną, na którą nie ma lekarstwa. Analiza tkanki mózgowej dostarcza ważnych wskazówek do zrozumienia patogenezy choroby. W tym miejscu omawiamy metodologię i dalszą analizę tkanki mózgowej stwardnienia rozsianego pobranej za pomocą unikalnego programu szybkiej autopsji działającego w Cleveland Clinic.

Kompleksowy program autopsji dla osób ze stwardnieniem rozsianym

Poznaj protokół obrazowania strukturalnego rezonansu magnetycznego wysokiej rozdzielczości in vivo i post mortem. Metoda umożliwia rozróżnienie warstw jądra kolankowego bocznego przy skróceniu czasu skanowania.

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

Przeglądaj więcej filmów