Измерение Связь в первичной зрительной Путь в человека Альбинизм Использование Diffusion Tensor визуализации и трактография

Общей целью данного исследования является изучение таламокортикальной связности в альбинизме и контроле с использованием диффузионной визуализации и сравнение реконструкции выходного оптического излучения двух алгоритмов слежения. Диффузионная МРТ и трактография могут помочь ответить на ключевые вопросы в исследованиях зрения, такие как влияние неправильной маршрутизации аксонов на структурную организацию зрительного пути при альбинизме человека. Основное преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет неинвазивно картировать большие пути белого вещества в живом мозге и показал многообещающие достижения в нейрохирургическом планировании.

Получите все изображения, как описано в этом протоколе. На МРТ сканере 3 Тесла оснащен катушкой с 32 канальной головкой. Перед визуализацией сначала тщательно проверьте каждого участника на безопасность МРТ и попросите их подписать форму согласия с описанием протокола.

Обеспечьте испытуемых берушами для защиты слуха, прежде чем расположить их на спине и головой вперед на столе сканера. Предупредите предупреждающую лампочку сжатия. Затем положите подушки, чтобы уменьшить движение головы.

Ориентир над глазами на уровне бровей. Перед отправкой объекта в сканер. Начните визуализацию с получения Т1-взвешенного изображения с высоким разрешением с использованием последовательности 3D MP-RAGE, охватывающей весь мозг.

Используйте параметры, показанные на экране здесь. С размером изотропного вокселя в один миллиметр. Затем получите последовательность DTI, охватывающую кору головного мозга с 64 направлениями в два миллиметровых среза.

Расположите срезы в поперечной ориентации по передней и задней линии спайки. Кроме того, можно получить от 30 до 40 изображений плотности протонов, взвешенных по PD, с помощью последовательности импульсов турбоспинового эха. Установите его в корональной ориентации, параллельной покрытию ствола мозга от наружной части моста до задней части нижнего холмика.

Разграничение ЛГН должно быть выполнено без учета принадлежности субъекта к группе. Начните с загрузки изображения PD с высоким разрешением в режиме FSL. Затем нажмите на вкладку «Инструменты», чтобы выбрать один вариант для увеличения изображения.

Затем выберите вкладку файла, чтобы выбрать опцию создания маски, и используйте панель инструментов для трассировки LGN в каждом срезе. При желании измените контрастность изображения на панели инструментов, чтобы облегчить обнаружение LGN. Вручную проведите правую и левую маски LGN по три раза на усредненных изображениях PD, которые были интерполированы до удвоенного разрешения и, следовательно, вдвое меньшего исходного размера вокселя.

Чтобы выполнить сегментацию VI, сначала запустите команду recon all в free surfer на Т1-взвешенных изображениях в нативном анатомическом пространстве для автоматической обработки. Затем преобразуйте вывод в парцелляцию V1 в объемную маску с помощью команд label2surf и surf2volume. Прежде чем выполнять вероятностное отслеживание, сначала запустите флиртующую линейную регистрацию, чтобы перенести изображения мозга, которые находятся в свободном серфинге и анатомическом пространстве, в диффузионное пространство.

Выберите свободное поверхностное пространство на выходе recon all или извлеченный мозг субъекта T1 в качестве входного изображения. Затем вихревое скорректированное и извлеченное мозгом диффузионное взвешенное изображение в качестве эталонного изображения. Аналогично, для детерминированного слежения используйте флиртовую линейную регистрацию, чтобы вывести мозги с протонной плотностью в диффузионное пространство.

Кроме того, при подготовке к вероятностному отслеживанию запустите эту линейную регистрацию, чтобы вывести мозг PD участников в свободное поверхностное пространство и естественное анатомическое пространство для трансформации маски LGN. Обратите внимание, что на этом шаге создаются два выхода. Входной мозг регистрировал эталонное изображение и матрицу преобразований.

Далее применяют флирт трансформации для приготовления масок из семян для трактографии. Для вероятностной трактографии используйте вывод dot mat от линейной регистрации PD к свободному серферу или анатомическому T1 в качестве матрицы трансформации. Оригинальная маска LGN в качестве входа и мозг в свободном пространстве серфера или анатомическом пространстве в качестве эталонного объема.

Обязательно используйте выбор интерполяции ближайшего соседа из расширенных параметров. Повторите то же самое для детерминированной трактографии, только на этот раз, с мозгом в диффузионном пространстве в качестве опорного объема. Чтобы нормализовать ЛГС, используйте математику FSL для создания точки ROI с координатами соответствующей индивидуальной маски ЛГН в нативном анатомическом пространстве для вероятностной трактографии или диффузионном пространстве для детерминированной трактографии.

Затем с помощью математических расчетов FSL примените радиус маски среднего значения в пространстве MNI, рассчитанный для всех участников, чтобы создать сферу вокруг точки ROI в нативном анатомическом или диффузионном пространстве. На этом этапе, используя только файлы свободного поверхностного пространства, подготовьте целевые маски для вероятностной трактографии. Зарегистрируйте бесплатно мозги серфера в родном анатомическом пространстве.

Затем создайте целевые маски, применив преобразование к маскам V1 с помощью трилинейной интерполяции. Чтобы запустить вероятностную трактографию, сначала используйте вихретоковую коррекцию для коррекции искажений в диффузионно-взвешенных изображениях. Затем мозг извлекает изображения.

Далее выберите вариант столба кровати X. Затем выберите вероятностное отслеживание и запустите его для каждого полушария отдельно. Оставьте базовые параметры по умолчанию, но для повышения точности выберите модифицированную масленку для вычисления вероятностных линий тока в разделе расширенные параметры.

Выберите одну маску в качестве начального пространства. Затем загрузите преобразованную маску LGN в качестве исходного изображения в нативное анатомическое пространство вместе с анатомической матрицей преобразования T1 в диффузионное преобразование в качестве начального преобразования в диффузионное. Наконец, выберите V1 в анатомическом пространстве из необязательных целей в качестве цели.

Повторите эти действия, используя стандартные сферические ROI, а затем снова используя ненормализованные начальные и целевые маски в свободном пространстве поверхности. Чтобы выполнить детерминированную трактографию, сначала откройте взвешенные изображения с вихревой коррекцией диффузии в студии DSI. Затем загрузите файлы bvec и bval в окно таблицы B, которое автоматически открывается для создания исходного файла.

Затем выберите DTI в качестве метода реконструкции и запустите его на исходных файлах для создания файлов информации о волокне. Откройте файлы с информацией о волокнах в окне отслеживания программы и запустите отслеживание для каждого полушария отдельно. Используйте LGN в пространстве диффузии в качестве затравки и область 17 из атласа Бродмана студии DSI в качестве определяющей области.

В каждом заезде устанавливайте контралатеральную маску белого вещества из атласа свободной сегментации серфера в качестве области избегания. Повторите отслеживание с использованием сферических ROI в пространстве диффузии вместо отдельных LGN в качестве исходных областей для трактографии. Здесь представлено изображение усредненной плотности корональных протонов пациента с альбинизмом.

Вручную прорисованные правая и левая области интереса LGN изображены красным цветом. Маски LGN преобразуются в свободное пространство серфера с помощью ближайшего соседа, красного цвета, и трехлинейной, синей, интерполяции показаны здесь. Воксельный статистический анализ со статистикой на основе трактов не показывает областей значимости в альбинизме выше контрольного контраста из-за сниженного FA в альбинизме по сравнению с контрольной группой.

Однако в контрольной группе наблюдается значимая разница между группами, превышающая контраст альбинизма. Здесь мы видим утолщенную скелетонизированную версию этих результатов. Выход DSI studio fiber tracking указывает на снижение связности LGN to V1 у пациента с альбинизмом по сравнению с контрольной группой.

Аналогичным образом, вероятностные данные слежения показывают снижение связности LGN до V1 и альбинизм по сравнению с контрольными субъектами. Здесь для сравнения накладываются средние отслеживаемые маски как для вероятностного, так и для детерминированного методов. LGN, синий и V1, розовые маски иллюстрируют исходный и целевой регионы.

После освоения сбор данных и полный анализ трех участников может быть выполнен за два-три дня, в то время как время трактографии зависит от размера семени. При выполнении трактографии тщательно выбирайте алгоритм и подход к анализу в зависимости от исследуемого вопроса и исследуемой области мозга и проверяйте выходные файлы после каждого шага. Не ждите, пока вы достигнете конечного результата, чтобы проверить свою работу.

Альбинизм связан с повышенным риском развития рака кожи и с синдромами, поражающими дополнительные типы клеток, помимо моноцитов. Методы Imagine в сочетании с молекулярными методами помогут в исследовании механизмов развития альбинизма и улучшат понимание взаимосвязи между структурой и функциями. После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области нейробиологии к изучению связей мозга в здоровых и клинических популяциях человека in vivo.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как выполнять реконструкцию белого вещества с использованием детерминированных и вероятностных алгоритмов для изучения различий в связности оптического излучения между популяциями пациентов и контрольной группой. Не забывайте, что работа с мощным магнитом может быть крайне опасной, и всегда следует проводить надлежащий скрининг участников на безопасность МРТ.