Medição Conectividade no Visual principal via de albinismo humano utilizando tensor de difusão e tractography

O objetivo geral deste estudo é examinar a conectividade tálamo-cortical no albinismo e controles usando imagens de difusão e comparar a reconstrução da radiação óptica de saída de dois algoritmos de rastreamento. A ressonância magnética de difusão e a tractografia podem ajudar a responder a questões-chave na pesquisa da visão, como o efeito do desvio axonal na organização estrutural da via visual no albinismo humano. A principal vantagem dessa técnica é que ela permite o mapeamento não invasivo de grandes vias da substância branca no cérebro vivo e tem mostrado avanços promissores no planejamento neurocirúrgico.

Adquira todas as imagens conforme descrito neste protocolo. Em um scanner de ressonância magnética de 3 Tesla equipado com uma bobina de cabeça de 32 canais. Antes da imagem, primeiro examine minuciosamente cada participante quanto à segurança da ressonância magnética e peça que assinem um formulário de consentimento descrevendo o protocolo.

Forneça aos sujeitos tampões de ouvido para proteção auditiva antes de posicioná-los em decúbito dorsal e de cabeça na mesa do scanner. Forneça uma lâmpada de aperto de alerta. Em seguida, coloque almofadas para reduzir o movimento da cabeça.

Marco acima dos olhos ao nível da sobrancelha. Antes de enviar o assunto para o scanner. Comece a aquisição de imagens adquirindo uma imagem ponderada em T1 de alta resolução usando uma sequência 3D MP-RAGE cobrindo todo o cérebro.

Use os parâmetros vistos na tela aqui. Com um tamanho de voxel isotrópico de um milímetro. Em seguida, adquira uma sequência DTI cobrindo o córtex com 64 direções em fatias de dois milímetros.

Posicione os cortes em uma orientação transversal seguindo a linha de comissura anterior e posterior. Além disso, adquira de 30 a 40 imagens de densidade de prótons ponderadas em PD usando uma sequência de pulso de eco de spin turbo. Configure-o em uma orientação coronal paralela ao tronco encefálico, cobrindo desde a extensão externa da ponte até a porção posterior do colículo inferior.

O delineamento LGN deve ser realizado sem atenção à participação do sujeito no grupo. Comece carregando a imagem PD de alta resolução na visualização FSL. Em seguida, clique na guia de ferramentas para selecionar uma única opção para ampliar a imagem.

Em seguida, selecione a guia arquivo para selecionar a opção criar máscara e use a barra de ferramentas para rastrear o LGN em cada fatia. Se desejar, altere o contraste da imagem na barra de ferramentas para facilitar a detecção de LGN. Rastreie manualmente as máscaras LGN direita e esquerda três vezes cada em imagens PD médias que foram interpoladas para o dobro da resolução e, portanto, metade do tamanho do voxel original.

Para realizar a segmentação de VI, primeiro execute o comando recon all no free surfer em imagens ponderadas em T1 no espaço anatômico nativo para processamento automatizado. Em seguida, converta a saída para parcelamento V1 em uma máscara volumétrica usando os comandos label2surf e surf2volume. Antes de realizar o rastreamento probabilístico, primeiro execute o registro linear de flerte para trazer as imagens cerebrais que estão no espaço anatômico e do surfista livre para o espaço de difusão.

Selecione a saída do espaço de superfície livre de reconhecer tudo ou o cérebro de um sujeito extraiu T1 como a imagem de entrada. Em seguida, uma imagem ponderada por difusão corrigida por vórtices e extraída do cérebro como imagem de referência. Da mesma forma, para rastreamento determinístico, use o registro linear de flerte para trazer cérebros de densidade de prótons para o espaço de difusão.

Além disso, em preparação para o rastreamento probabilístico, execute este registro linear para trazer os cérebros dos participantes para o espaço de superfície livre e o espaço anatômico nativo para a transformação da máscara LGN. Observe que esta etapa cria duas saídas. O cérebro de entrada registrado na imagem de referência e em uma matriz de transformação.

Em seguida, aplique a transformação de flerte para preparar máscaras de sementes para tractografia. Para tractografia probabilística, use a saída do dot mat do registro linear de PD para free surfer ou T1 anatômico como matriz de transformação. A máscara LGN original como entrada e o cérebro no espaço livre do surfista ou espaço anatômico como volume de referência.

Certifique-se de usar a seleção de interpolação do vizinho mais próximo das opções avançadas. Repita isso apenas para a tractografia determinística desta vez, com o cérebro no espaço de difusão como volume de referência. Para normalizar o LGN, use a matemática FSL para criar um ponto ROI com as coordenadas da máscara LGN individual apropriada no espaço anatômico nativo para tractografia probabilística ou espaço de difusão para tractografia determinística.

Em seguida, use a matemática FSL para aplicar o raio da máscara média no espaço MNI calculado em todos os participantes para criar uma esfera ao redor do ponto ROI no espaço anatômico nativo ou de difusão. Neste ponto, usando apenas arquivos de espaço de superfície livre, prepare máscaras de destino para tractografia probabilística. Registre cérebros de surfistas livres no espaço anatômico nativo.

Em seguida, crie máscaras de destino aplicando transformação a máscaras V1 usando interpolação trilinear. Para executar a tractografia probabilística, primeiro use a correção por correntes parasitas para corrigir distorções em imagens ponderadas por difusão. Em seguida, o cérebro extrai as imagens.

Em seguida, selecione a opção de cabeceira de cama X. Em seguida, escolha o rastreamento probabilístico e execute-o para cada hemisfério separadamente. Mantenha as opções básicas padrão, mas para maior precisão, selecione lubrificador modificado para calcular linhas de fluxo probabilísticas em opções avançadas.

Selecione máscara única como o espaço inicial. Em seguida, carregue a máscara LGN transformada como a imagem semente no espaço anatômico nativo junto com a matriz anatômica de transformação T1 para difusão como a semente para a transformação de difusão. Por fim, selecione V1 no espaço anatômico de alvos opcionais como alvo.

Repita usando as ROIs esféricas padrão e, em seguida, novamente usando máscaras de semente e alvo não normalizadas no espaço de superfície livre. Para realizar a tractografia determinística, primeiro abra as imagens ponderadas de difusão corrigidas por turbilhons no estúdio DSI. Em seguida, carregue os arquivos bvec e bval em uma janela da tabela B que é aberta automaticamente para criar um arquivo de origem.

Em seguida, selecione DTI como o método de reconstrução e execute-o nos arquivos de origem para produzir arquivos de informações de fibra. Abra os arquivos de informações de fibra na janela de rastreamento do programa e execute o rastreamento para cada hemisfério separadamente. Use o LGN no espaço de difusão como semente e a região 17 do atlas Brodmann do estúdio DSI como região determinante.

Em cada corrida, defina a máscara de substância branca contralateral do atlas de segmentação do surfista livre como uma região de evitação. Repita o rastreamento usando ROIs esféricas no espaço de difusão em vez de LGN individual como regiões de sementes para tractografia. Uma imagem de densidade de prótons coronal média de um paciente com albinismo é vista aqui.

As áreas de interesse LGN direita e esquerda rastreadas manualmente são representadas em vermelho. As máscaras LGN se transformam em espaço livre do surfista usando interpolações do vizinho mais próximo, vermelho e trilinear, azul, são mostradas aqui. A análise estatística sábia de voxel com estatísticas baseadas em trato não mostra áreas de significância em um albinismo maior do que o contraste de controle devido à redução da FA no albinismo em comparação com os controles.

No entanto, no controle, maior que o albinismo, observa-se diferença significativa entre os grupos. Aqui vemos uma versão esqueletizada espessa desses resultados. A saída de rastreamento de fibra do estúdio DSI indica conectividade LGN para V1 reduzida em um paciente com albinismo em comparação com indivíduos de controle.

Da mesma forma, a saída de rastreamento probabilístico mostra conectividade LGN para V1 reduzida e albinismo em comparação com indivíduos de controle. Aqui, as máscaras rastreadas médias para métodos probabilísticos e determinísticos são sobrepostas para comparação. LGN, azul e V1, máscaras rosa ilustram as regiões de semente e alvo.

Uma vez dominado, a coleta de dados e a análise completa de três participantes podem ser realizadas em dois a três dias, enquanto o tempo de tractografia depende do tamanho da semente. Ao executar a tractografia, escolha cuidadosamente o algoritmo e a abordagem de análise, dependendo da questão de pesquisa e da área do cérebro sob investigação, e verifique os arquivos de saída após cada etapa. Não espere até obter o resultado final para verificar seu trabalho.

O albinismo está associado ao aumento do risco de câncer de pele e a síndromes que afetam tipos de células adicionais além dos monócitos. As técnicas de imagine combinadas com técnicas moleculares ajudarão a investigar os mecanismos de desenvolvimento no albinismo e melhorar a compreensão da relação estrutura-função. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo da neurociência explorarem a conectividade cerebral em populações humanas saudáveis e clínicas in vivo.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como realizar a reconstrução da substância branca usando algoritmos determinísticos e probabilísticos para examinar as diferenças na conectividade da radiação óptica entre populações de pacientes e controles. Não se esqueça de que trabalhar com um ímã poderoso pode ser extremamente perigoso, e a triagem adequada dos participantes para segurança da ressonância magnética deve sempre ser realizada.