Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

מקיף פרוטוקול לפילוח ידני של מבנים המדיאלי Temporal האונה

Published: July 2, 2014 doi: 10.3791/50991
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1, 2,3, 1, 1,2,3
1Psychology Department, University of Illinois Urbana-Champaign, 2Neuroscience Program, University of Illinois Urbana-Champaign, 3Beckman Institute for Advanced Science and Technology, University of Illinois Urbana-Champaign
* These authors contributed equally

ERRATUM NOTICE

Abstract

המאמר הנוכחי מתאר פרוטוקול מקיף לאיתור ידני של הקבוצה של אזורים במוח הכוללת את האונה הטמפורלית מדיאלית (MTL): האמיגדלה, ההיפוקמפוס, ואזורים הקשורים parahippocampal (perirhinal, entorhinal, וparahippocampal נכון). שלא כמו רוב פרוטוקולי התחקות אחרים זמינים, בדרך כלל תוך התמקדות באזורים מסוימים MTL (למשל, האמיגדלה ו / או היפוקמפוס), הראייה אינטגרטיבית שאומצה על ידי הנחיות המעקב הנוכחיות מאפשרת ללוקליזציה ברורה של כל אזורי משנה MTL. על ידי שילוב של מידע ממגוון רחב של מקורות, כולל פרוטוקולי מעקב הקיימים בנפרד מיקוד מבנים שונים MTL, דוחות היסטולוגית, ואטלסי מוח, ועם ההשלמה של חומרים חזותיים להמחשה, הפרוטוקול הנוכחי מספק מדריך מדויק, אינטואיטיבי, ונוח להבנה האנטומיה MTL. הצורך בהנחיות מעקב כזהגם הודגש על ידי הממחיש את ההבדלים אפשריים בין פרוטוקולי פילוח אוטומטיים וידניים. ידע זה יכול להיות מיושם כלפי מחקר מעורב לא רק חקירות MRI מבניות אלא גם חילוץ מבני תפקודי colocalization ואות fMRI מROIs מוגדרת מבחינה אנטומית, בקבוצות בריאה וקליניות כאחד.

Introduction

באונה הטמפורלית מדיאלית (MTL), אזור המשוערת ברמה הגבוהה ביותר של אינטגרציה של מידע חושי 1, היה נושא תכוף של ניתוחים ממוקדים. למשל, ההיפוקמפוס ואזורי parahippocampal הקשורים נחקרו רב בחקר זיכרון 2-5. כמו כן, תפקידה של האמיגדלה כבר הדגיש לעתים קרובות במחקר בוחן עיבוד רגש ואינטראקציות רגש קוגניציה 6-11. לאחרונה, אזורי MTL שונים גם זכו לתשומת לב בתחום המתפתח של מדעי המוח אישיות, המחבר את המבנה והתפקוד של אלה ובאזורים אחרים במוח לוריאציה אישית בתכונות אישיות 12. הערכת האנטומיה ותפקוד של מבני MTL יכולה להיות חשובה בקידום האבחנה של מחלות ניווניות בי אנומליות מבניות ותפקודיות ספציפיות יכולות להתרחש במבני MTL שונים. לדוגמא, במחלת אלצהיימר (AD), משמעותיגביע של קליפת המוח וההיפוקמפוס entorhinal ניתן לצפות 13,14, וניוון של ההיפוקמפוס יכול לחזות את המעבר מפגיעת קוגניטיבית קלה ל15 לספירה. אלגוריתמי פילוח אוטומטיים הפכו לאחרונה פופולריים עבור פילוח מבנים בקליפת המוח וקורטיקליים, אבל כמו עם כל כלי, תוכניות אלה באופן בלתי נמנע להיתקל בשגיאות בחלק ממקרים. במקרים כאלה חוקר צריך להיות מצויד בשני הידע והנחיות להכיר בגבולות האנטומי של מבני MTL. הנטייה בספרות הקיימת כבר למקד אזורי משנה MTL הבודדים 16-21, עם פרוטוקולים רבים נוטים להתמקד ב16-19 היפוקמפוס.

שלא כמו רוב הקווים המנחים שפורסמו הזמינים למעקב MTL, הפרוטוקול הנוכחי מספק מערך מקיף של קווים מנחים שיאפשר ללוקליזציה ברורה של כל אזורי משנה MTL. הנחיות לאיתור מבני MTL הבאים מתוארות: האמיגדלה (שלי), ההיפוקמפוס (HC), קליפת מוח perirhinal (PRC), קליפת entorhinal (ERC), וקליפת parahippocampal (PHC). איימי והבג"צ הן לייחס ראשון, ולאחר מכן על ידי gyrus parahippocampal המבנים (PHG). שים לב שבג"צ גנרית משמש כאן כדי להתייחס להיווצרות HC, הכוללת את HC התקין, subiculum, והקטע האחורי של 22-24 האנקול. כמו כן, שים לב שPHG ניתן לחלק לשני חלקים, החלק הקדמי והחלק האחורי. בתוך החלק הקדמי של PHG, זה יכול להיות מחולק נוסף לתוך PHG לרוחב והמדיאלי הקדמי, באזורים שקליפת המוח מתאימות לועדות ההתנגדות העממית וERC, בהתאמה. PHC, האזור בקליפת המוח של החלק האחורי של PHG, תואם את קליפת parahippocampal הראויה. מסיבות פשטות, אנחנו נהיה באמצעות מונחי ועדות ההתנגדות העממית וERC להתייחס לPHG הקדמי לרוחב והמדיאלי, וPHC להתייחס לPHG האחורי. Segmentation עבור כל מבנה מתחיל בלוקליזציה גסה של הגבולות הקדמי ואחוריים, יחד עם ציוני דרך רלוונטיים אחרים, אשר לאחר מכן ואחריו המעקב בפועל בוצע פרוסה אחר פרוסה במישור העטרה, בanterior-posterior/rostro-caudal כיוון. בכל המקרים, בסעיפי sagittal והציריים נמצאים תחת פיקוח הדוק כדי לסייע הלוקליזציה של גבולות וציונים דרך אנטומיים.

הצורך בהנחיות מעקב כזה הוא גם מאויר בדמויות בו מוצגות הבדלים אפשריים בין התפוקה של פרוטוקולי פילוח אוטומטיים וידניים. היתרון של פרוטוקול שמתאר את כל מבני MTL בתבנית החזותית הנוכחית הוא ששינויים באנטומיה (לדוגמא, העומק [CS] מענית בטחונות) שיכול להשפיע על הגדרות גבול ניתן לתאר בהקשר עם את האנטומיה שמסביב (לדוגמא , ועדות ההתנגדות העממית וERC המדיאלי וגבולות לרוחב להשתנות במיקום בהתאם לעומק של CS 25

הפרוטוקול הנוכחי הוא הצגה מפורשת של הנחיות המשמשות למעקב MTL בחקירה קודמת זיהוי תרומות ההפרש מאזורי משנה MTL לאפקט זיכרון שיפור של רגש 26, מותאמת לתמונות מוח ברזולוציה גבוהות יותר אפשרו על ידי ההתפתחויות האחרונות בתהודה מגנטית מבנית הדמיה (MR) . המעקב מודגם בסריקות שהתקבלו ממתנדבים בריאים (נקבה, בגילאי 24), באמצעות סורק 3T MR. תמונות אנטומיות נרכשו כ3D MPRAGE (TR = 1,800 אלפיות שני; TE = 2.26 אלפיות שני; FOV = 256 x 256 מ"מ; גודל voxel = 1 x 0.5 x 0.5 מ"מ) עם מקביל זווית רכישה לAC-PC. אם נתוני תמונה שנרכש עם רכישת זווית שונה, כגון נטייה אלכסונית, הנתונים צריכים להיות regridded למקביל או בניצב לכיוון AC-PC, כך שתיאורים אנטומיים ציון הדרך לתרגם כראוי. התמונות לאחר מכן תורגמו לפורמט NIFTI וקלט לתוך תוכנת פילוח 27 למעקב ידני. נתוני סריקה בשימוש בפרוטוקול הנוכחי נאספו כחלק ממחקר שאושר על ידי דירקטוריון סקירה המוסדי, ומתנדב נתן את הסכמתו בכתב.

על ידי ציור מידע מפרוטוקולי מעקב נפרדים שונים למבנים אלה 18-22,28-31, כמו גם מניתוחים ואטלסים 23,32,33 אנטומיים, הפרוטוקול הנוכחי מציג מערך מקיף של קווים מנחים העוסקות בחוסר עקביות בספרות הקיימת. כהשלמה החומרים ויזואליים הנלווים, עבודה זו צפויה לקדם הבנה ברורה יותר של מבני MTL, ולעורר עניין למחקר עתידי באימוץ פילוח ידני, או כשיטת העיקרית של מעקב MTL או כsupplementaשיטת ר"י לפילוח אוטומטי. על ידי מתן הוראות מדויקות, אינטואיטיבי, ונוחה להבנת האנטומיה MTL, פרוטוקול זה יסייע לחוקרים לזהות את המיקום של כל אזורי משנה MTL, יחסית למבנים השכנים שלהם, גם כאשר רק כמה מבני MTL הם ממוקדים במיוחד עבור ניתוחים. זה לא רק להגדיל את דיוק לוקליזציה אלא גם יעזור לי קליעים נותבים לקבל החלטות מושכלות במקרים של שונות מורפולוגית, שהוא סביר מאוד בMTL. ניתן ליישם קווים מנחים אלה למחקר מעורב חקירות מבניות ו / או תפקודיות MRI של MTL ובו ניתוחים ונפח מוח אנומליה זיהוי, כמו גם הליכי איתור לתפקודי, אנטומי, וניתוחי tractographic, בקבוצות בריאה. הפרוטוקול הנוכחי יכול לשמש גם כדי ליידע את הפילוח של מבני MTL לחולים (למשל, חולים עם ניוון), אם ציוני דרך אנטומיים הגדולים נשמרים יחסית. איתור נושא קלינינתונים של יכולים לקחת זמן ומאמץ נוספים, בהתאם לחומרה של ניוון ו / או שינויים אנטומיים.

חשוב לקחת בחשבון את ההבחנה בין gyri וקליפת המוח בעת הגדרת החזר על השקעה. מבחינה אנטומית, gyrus כאן מתייחס לשני חומר לבן וחומר אפור, ואילו קליפת המוח מתייחס לחומר אפור בלבד. בהתאם לשימוש המיועד של ההחזר על ההשקעה, פילוחים עשויים לכלול חומר לבן או להוציא אותו.

אנו ממליצים על המעקב להתבצע ברצף, מסד על ידי מסד, בחצי הכדור אחד בכל פעם. חבילות תוכנה מסוימות 34 לאפשר לאיתור גבולות שהותוו על פרוסה אחת ליודבק על גבי פרוסות עקב, תכונה המאיצה את התהליך. זה תמיד רצוי להתייחסות האונה המנוגדות במידת צורך, על מנת לבדוק אם יש אחידות בין שני הצדדים (למשל, באיתור אתרים אנטומיים). לחלופין, מעקב מקביל של אותו המבנים בתוך שני החצים הכדורים יכול גם להתבצע. ללא קשר אם המעקב הוא רציף או במקביל, ברגע שהתהליך הושלם, קליעים נותבים צריכים לבדוק שוב את התוצאה הסופית ולבצע התאמות על פי צורך, התייחסות שני האונות ונוף מטוס מרובה. בהתאם לניסיון של נותב והרזולוציה של נתוני ההדמיה, פילוח ידני של MTL לנתונים נושא בריאים יכול לקחת 8-10 שעה או יותר, במקרה של נותב טירון, 3-4 שעות, ב מקרה של ניסיון אחד.

איור 1
סקירת איור 1. 3D של MTL, איתרה באמצעות הפרוטוקול הנוכחי. מבנים שמוצגים כאן הן איימי (אדום), HC (הכחול), הרפובליקה העממית של סין (הצהובה), ERC (ורוד), וPHC (הירוק) .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. האמיגדלה

  1. קדמי פרוסות של איימי
    1. זהה את הפרוסה הראשונה של איימי שבי אינסולה limen תחילה מופיעה, שבו החיבור בין החומר הלבן הקדמי והאונה הטמפורלית הוא רציף וגלוי 30. בתצוגת העטרה, להשתמש בחבילה זוויתי כגבול inferolateral של איימי.
    2. אתר את התצלובת הראייה כנקודת ציון להופעה של איימי. השתמש בצירי ונוף sagittal להבחין AMY בפרוסות המוקדמות שלה מהאנקול שמסביב. בצע את מערכת חומר הלבנה סביב איימי בתצוגה צירית להוציא את אזור entorhinal 32.
    3. העברה בדיעבד, לזהות את הפרוסה הראשונה שבו השליך הקדמי היא רציף לאורך שני האונות 28, שבו איימי היא גלויה לעין בצורה האופיינית לו. עקוב אחר נגד כיוון השעון איימי באמצעות מענית entorhinal כגבול superomedial, הקו הדמיוני מהקרקעית של sulcu semianularים לאורך החומר הלבן ועד לקצה הנחות של איימי כגבול inferomedial, הגזע הזמני כגבול לרוחב, ובחזרה למענית entorhinal כדי להשלים ביום 31 במעקב.
  2. אחורי פרוסות של איימי
    1. שים לב כי ברמה זו, גם איימי וHC נראה באותה פרוסה (ים).
    2. ובכל זאת בתצוגת העטרה, לזהות את הפרוסה האחרונה של איימי שבו המבנה הוא מעולה להארכה המדיאלי של הקרן הטמפורלית של חדר לרוחב 36 (או alveus אם החדר אינו נוכח) ורוחב כדי gyrus אונקלי, הבליטה של הראש HC. בדוק את השקפות sagittal וציריות לעקיבה מדויקת ועקבית.
    3. צייר קו דמיוני מהקרקעית של מענית המעגלית הנחותה של אינסולה למערכת אופטית כגבול מעולה של 31 באיימי, שגם מבדילה אותו מהחומר האפור של pallidus גלובוס וputamen.
    4. צייר קו לאורךgyrus semilunar כגבול superomedial ולא לכלול את gyrus אונקלי 32. השתמש בקרן הנחותה של החדר לרוחב והגזע הזמני לתיחום לרוחב.
  3. Slices רצוף של איימי בכיוון קדמי, אחורי
    1. באופן שיטתי לעקוב אחר פרוס פרוס-by-AMY באמצעות ההנחיות הרלוונטיות לעיל. בחלק הקדמי של איימי, להשתמש באותם גבולות כמו לקדמית ביותר הפרוסה; לעומת זאת, בחלק האחורי של איימי, להשתמש באותם גבולות כמו לפרוסה האחורית-ביותר.
    2. להמשיך ולהעסיק את הדעות צירי וsagittal כדי לעזור להגדיר ולחדד עוד את גבולות איימי.

2. ההיפוקמפוס

  1. לוקליזציה HC
    1. בגין מעקב בג"צ כאשר הקרן הטמפורלית של החדר לרוחב מופיעה לאורך גבול inferolateral של איימי. אם הקרן הטמפורלית של החדר לרוחב הוא כבר נמצא על פרוסות קודמות, שים לב שהתחילת דואר של HC מצויינים לאחר מכן על ידי הקרן הטמפורלית של החדר לרוחב הרחבת ומתיחת superolaterally.
    2. בסופו של המעקב של HC עם ההופעה האחרונה שלה inferomedial לtrigone של החדר לרוחב 31 ב. תמיד לנצל את ההשקפות חלופיות כדי לעזור למקם את בג"צ ואת גבולותיה.
  2. הגדרות גבול של בג"צ
    1. להתוות את בג"צ לרוחב נגד הקרן הזמנית. במקרים בהם הקרן הטמפורלית של החדר לרוחב לא לתפישה מספיק, להוציא שורה אחת של voxels מהפילוח כדי לציין את זה.
    2. Inferiorly, השתמש בחבילה זוויתי (או ההארכה הדמיונית שלה) לחלל החדר כדי להפריד את בג"צ מPHG. השתמש alveus יחד עם fimbria כגבול העליון. מעקב בג"צ באמצעות אותן ההגדרות לאורך כל דרך.
    3. בנוסף, כולל subiculum לפילוח כזה שהוא מדיאלית גובל בחבילה הלבנה העניין של PHG, המיישרת superiorlyעם העקומה של האנקול, ומרחיבה בעיקר בצורה אופקית מHC 37. איתור בדיעבד, לשמור הגדרות אלה עד מענית calcarine מתערבת.
  3. חטיבות וציין של בג"צ
    1. שים לב שHC ניתן לחלק לשלושה חלקים: ראש, גוף וזנב.
    2. השתמש במראה של קודקוד uncal כדי לסמן את המעבר מהראש HC לגוף HC, ועולה והתרחבות מהירים בגודלם, אשר בדרך כלל עולה בקנה אחד עם הופעתו של היחידות להחלפה העצמית של fornix, כדי לסמן את המראה של זנב HC 23,30,38.
  4. להקדיש תשומת לב מיוחדת, כאשר התחקות המבנים הבאים.
    1. כולל את האנקול האחורי בפילוח.
    2. להשמיט את מקלעת דמית העין מעל alveus מהפילוח על פרוסות העטרה, אם כי זה לא יכול להיות אפשרי בתמונות ברזולוציה נמוכה יותר.
    3. עיין בשתי התצוגות חלופיות כדי למנוע את הכללתו של הזנב של גaudate וpulvinar בהיבט מעולה של זנב HC.
    4. הימנע מהכללת gyrus fascicular על ידי וציין את הופעתה ברמה של היחידות להחלפה העצמית של fornix, שבו בהתחלה זה מופרד מהזנב בהיפוקמפוס ידי cinerea fasciola ועוד בדיעבד הופכת החומר האפור עדיף על מענית calcarine 32.

איור 2
איור 2. פרוסת sagittal נציג MTL איתר באמצעות הפרוטוקול הנוכחי, המציג את המיקום האמיתי שלו במוח, ואת המיקומים יחסי בין המבנים העיקריים שלה, כלומר, איימי (אדום), HC (הכחול), הרפובליקה העממית של סין (צהוב), ERC (ורוד), וPHC (הירוק).

3. Parahippocampal gyrus

  1. חטיבות וציין של PHG
    1. שימו לב שca PHGn ניתן לחלק לשני מגזרים עיקריים: PHG הקדמי (כלומר, ועדות ההתנגדות העממית וERC), וPHG האחורי (כלומר, PHC).
    2. שים לב כי במקטע הקדמי, ועדות ההתנגדות העממית מופיעה מוקדם יותר מאשר ERC, ונושק זה רוחבי לאורך כל מהלכו.
    3. לאחר ERC נעלם, יש לציין כי ועדות ההתנגדות העממית מכלילה את מקומה על PHG וממשיכה ל3 מ"מ.
    4. מעבר למגזר זה, לעקוב אחר PHG האחורי, שבו PHC משתלט על הרוחב של PHG עד סופו 30.
  2. קדמי פרוסות של PHG
    1. הגדר את הפרוסה הראשונה של הרפובליקה העממית של סין עם הופעתו של 25,39 CS. לפני תחילתה של ERC, לאתר את ועדות ההתנגדות העממית מהקצה המדיאלי של הבנק לרוחב של CS לקרקעית לרוחב של הרכס של וואלב, או זה של המדיאלי אחד אם שתי gyri של וואלב נמצאים, או את נקודת האמצע של הגבה משטח temporopolar בהעדר gyrus זה 25,39.
    2. התחל לעקוב אחר מ"מ ERC 5nterior לlimen אינסולה 40,41.
    3. המשך מעקב ERC באמצעות הפונדוס של מענית temporopolar המדיאלי כמו הסוף מעולה 40, והקרקעית של מענית semiannular אחרי איימי מופיע, או הנקודה בה הסיומת הדמיונית של צרור זוויתי עומדת בחלל החדר, אם מענית semiannular היא אין להבחין 25. שים לב שזה מרחיב inferiorly לפגוש את חלל החדר או שטח pial ישירות.
    4. הגבול בין הרפובליקה העממית של סין וERC עשוי להשתנות מפרוסה לחתוך.
      1. כאשר CS הוא עמוק (≥ 1.5 סנטימטר), לאתר את ועדות ההתנגדות העממית מהקצה המדיאלי של הבנק המדיאלי של מענית זה, לנקודת האמצע של הבנק לרוחב שלה 25.
      2. במקרים עם CS רגיל (עומק של 1-1.5 סנטימטר), לאתר את ועדות ההתנגדות העממית כאזור מנקודת האמצע של הבנק המדיאלי של מענית בטחונות לסוף המדיאלי של הבנק לרוחב של מענית 25.
      3. עם <em> CS הרדוד (<1 סנטימטר), לאתר את ועדות ההתנגדות העממית מהקרקעית של מענית זה לאמצע הכתר של הפיתול הדמוי הכישור 25.
    5. כאשר CS נקטע, בדרך כלל ברמה של שיא uncal, על ידי gyrus קטן מתעורר מקרקעיתה, לאתר את ועדות ההתנגדות העממית לקרקעית של מענית לרוחב 25. לכלול או לא לכלול חומר לבן בהתאם למטרה להחזר על ההשקעה.
    6. עקוב אחר ERC עד אחורי 1.5 מ"מ לשיא uncal, או סוף gyrus intralimbicus 42.
    7. להאריך את המעקב של ועדות ההתנגדות העממית מדיאלית לכבוש את מקומו של ERC לאחר סיומה, שבו ההגדרות עבור האחרונים ימשיכו לחול עד אחורי 4.5 מ"מ לשיא uncal, או סוף gyrus intralimbicus 42. ועדות ההתנגדות העממית מוחלפת לאחר מכן על ידי PHC 25,30.
  3. אחורי פרוסות של PHG
    1. התחל לעקוב אחר PHC על אחורי הפרוסה לסוף של ועדות ההתנגדות העממית, עד 4 מ"מ אחורי כדי לאהוא בסופו של זנב HC 32. הגדרות אלטרנטיביים מהספרות מתוארות בסעיף הדיון. שוב, לכלול או לא לכלול חומר לבן בהתאם ליעד.
    2. להתוות את PHC תוך שימוש באותה שיטה המתוארת בחלק האחורי של ועדות ההתנגדות העממית לאחר היעלמותו של ERC. גם להשתמש בחומר הלבן של cingulum כגבול מעולה ברגע שהיא מופיעה. המשך מעקב באופן זה עד להופעתו של מענית calcarine, המגבילה את PHC superomedially לקצה הנחות של מענית 30.
    3. צריכה מיני מענית מופיעה לפני הופעתה של מענית calcarine, לכלול אותו בפילוח, אבל להיות זהיר בהבחנתו ממענית calcarine.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

איור של הבדלים אפשריים בין פילוח הידני ואוטומטי

מודל 3D של הפילוח הידני עבור איימי, HC, ועדות ההתנגדות העממית, ERC, וPHC מוצג באיור 1, וסעיף sagittal של הפילוח מוצג באיור 2. לצורך המחשת הבדלים אפשריים קיצוניים בין ידני ואוטומטי העתקים, פרוסות של איימי מנושא נציג עם פילוח אוטומטי שגוי היו זה לצד זה עם מעקב ידני (ראה תרשים 3 להלן). בעוד תוכנת פילוח אוטומטית הייתה מסוגלת לזהות את גוף הליבה של המבנים, הפילוח שלה היה די קשה, אשר הביאו להערכה נמוכה מדי של איימי הנפח, בהשוואה לפילוח ידני.

להמחשה, את התוצאות של מעקב ידני בנושא אחד הושוו לאלו שהתקבלו מu הפילוח האוטומטילשיר תכנית פילוח אוטומטית 43-45; הדגש היה על איימי והבג"צ. כרכי איימי וHC לייחס ידי שתי השיטות גם תוקנו להיקף תוך גולגולתי (ICV) של הנושא (טבלת 1), תוך שימוש בשני השלבים הבאים: 1) סטטיסטיקת הנפחית של פילוחי איימי וHC: תוכנת פילוח הידנית מחושב באופן אוטומטי את נתוני נפח לאזורים שכותרתו. מידע זה אוחזר ב" נפח וסטטיסטיקה "בתפריט פילוח כאשר הפילוח להיות-נבחן יחד עם התמונה בגווני אפור שלה היה קלט לתוך התוכנה. 2) חישוב ICV: הדבר זה הושג בשלושה שלבים, תוך שימוש בשלוש תוכניות בתוכנת פילוח אוטומטית סטנדרטית 46. תהליך חילוץ היה בשימוש כדי לחלץ את נפח המוח מהתמונה המקורית, הפשיט את הרקמה הלא מוח כגון הגולגולת. תהליך חילוץ נפח חלקי משמש להפרדה בין נוזל השדרה (CSF), החומר האפור, והחומר הלבן. לבסוף, תהליך סטטיסטי שימש לסכם את הכרכים החלקיים להשיג ICV לנושא.

איור 3
איור 3. דוגמא קיצונית להבדלים האפשריים בין התוצאות של מעקב ידני (A) ופילוח אוטומטי (ב '). המוצג כאן הוא פרוסה העטרה לקראת הסוף הקדמי של איימי. כפי שעולה מההשוואה, תוכנת פילוח אוטומטית הכירה רק בחלק קטן של איימי עזב, תוך הזנחה יותר ממחצית של הרקמה שהיא מזוהה כחלק מאיימי לעין אנושית מומחה; הערכה נמוכה מדי דומה, אבל במידה פחותה יותר, התרחשה גם באיימי הנכון.

למרות שהאיור 3 מראה דוגמא של חוסר התאמה קיצונית בין מעקב הידני ואוטומטי, האפשרות לunderestimat יון של נפח על ידי פילוח אוטומטי עדיין קיים 47. הבדלים כאלה באים לידי ביטוי בטבלה 1 להלן, אשר משווה את התוצאות של מעקב ידני ואוטומטי של איימי והבג"צ.

טבלת 1
טבלת 1. תוצאות נפחית נציג של איימי דו צדדית וHC של נושא אחד, ממעקב ידני באמצעות הפרוטוקול הנוכחי ופילוח אוטומטי. פילוח אוטומטי שהעריכה נכונה את עוצמת הקול של כל אחד מארבעת המבנים בהשוואה. נפח המתוקן היה מחושב כיחס שבין Voxel נפח ותוך גולגולתי נפח (ICV). לנושא זה, ICV = 1,446,616.73 מ"מ 3. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

jove_content "> מתוצאות אלה, ברור כי תוכנת פילוח אוטומטית עשויה להיות מסוגלת לספק לוקליזציה סבירה של מבני MTL, אבל זה התוצאה של הפילוח שלה יכולה להיות שונה יותר ומעודן באמצעות התאמות ידניות כדי לעמוד ברמה גבוהה של דיוק .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

באופן מסורתי, פילוח ידני נחשב תקן הזהב על ידי חוקרים רבים. עם זאת, תיחום מדויק של המבנים הבודדים כבר מסובך ידי המורפולוגיה משתנה מאוד ממבני MTL, ועל ידי ניגודי MRI בדרך כלל החלשים של מבנים אלה נגד אזורי רקמות ואינן עצביים העצביים שמסביב. מבחינה היסטורית, היו תיאורים סותרים בספרות לכמה מבני MTL. במקרים מסוימים של פילוח ועדות ההתנגדות העממית, למשל, מענית בטחונות תוארה נקטעה 40,41, אבל זה כבר בעבר שתואר בספרות אחרת, כמו CS קצר שאינו עולה על הרמה של limen Insulae 30. הבדל בפרשנות זו הוביל להגדרות גבול קדמית שונות לועדות ההתנגדות העממית, וזה יכול להסביר למה וריאציות נצפו בפילוחים של מבנים בודדים על פני מחקרים שונים במידה מסוימת. זהו היבט של צינוקmentation בי מעקב ידני יכול לספק יתרונות ייחודיים, משום שבדיקה ויזואלית מאפשרת להסתגלות, שהוא קשה ליישום בפילוח אוטומטי. זה גם יכול להיות מתואר על ידי הקריטריונים המשמשים בפרוטוקול הנוכחי להתוות את ועדות ההתנגדות העממית וERC. ראוי לציין, עם זאת, כמה חוקרים הציעו תמיד להגדיר את הגבול המדיאלי של ועדות ההתנגדות העממית כנקודת האמצע של הבנק המדיאלי של CS, ללא קשר לעומק מענית 30. לגבי PHC האחורי, בשל הגבול לפעמים המעורפל של גבול PHC האחורי, מספר הגדרות מתוארות בספרות הקיימת. בפרוטוקול הנוכחי, גבול שמעבר לי סיום זנב HC משמש כדי לשקף את המנהג הנפוץ של מדידת PHC עבר HC בשני 32 אנטומיים ומחקר פונקציונלי 48. עם זאת, גבול PHC האחורי גם הוגדר כממוקם יותר anteriorly, כ1.5 מ"מ אחורי ליחידות להחלפה עצמית של fornix 42 וכאחרוןפרוסה שבי HC ממוקם inferomedially לtrigone של החדר לרוחב 30.

בהתאם לצורך של ההחזר על ההשקעה ואת הרזולוציה של התמונה, חוקרים יכולים לבחור לכלול או לא לכלול בחומר לבן בפילוח. לדוגמא, הכללתו של חומר לבן יכולה להיות מתאימה לשימוש את ההחזר על ההשקעה בfMRI, עקב רזולוציות נמוכות אופייניות ביחס הפונקציונלי לסריקות אנטומיים. דוגמא לכך מוצעת על ידי מחקר קודם 1, אשר מציג פרוסה MTL עם כיסוי 4 x 4 מ"מ רשת (ברזולוציה fMRI טיפוסית) שבו מפריד את החומר לבן וחומר אפור יהיה בלתי אפשרי. במחקר אנטומי, לעומת זאת, הפרדת עניין משנה / אפור לבנה מבוצעת בדרך כלל, אבל גם במחקר אנטומי זה לפעמים קל יותר לשרטט את הגבולות אם המבנים הם לייחס בסמיכות, אשר יכול להוביל להכללת מסוימת בחומר לבן. אם הרחקה של חומר לבן היא מועדפת, התחקות בתוך boundarieים, ולא עליהם, ניתן להתאים את הפילוח להימנע לבן נפח חומר.

המטרה של הפרוטוקול הנוכחי היא להמחיש התחקות הנחיות באחד משתתפים, אבל ביישום פרוטוקול פילוח למטרות מחקר, יש לחשב הערכות אמינות כדי לוודא שהעתקים עולים בקנה אחד בתוך ובין קליעים נותבים. בהתאם למטרת המחקר, יש כמה מודלים שיכולים לשמש כדי לקבוע-היתר ואמינות התוך מדרג 49 להעתקי פילוח ידניים. להשוואה בין שיטות, יש לבחון מקדמי מתאם intraclass 50.

היתרון של פילוח הידני של נתונים MR הדמיה הוא הפוטנציאל לדיוק מוגבר והתאמה מותרת על ידי הגמישות באיתור ו / או ביצוע התאמות המבוססות על ידע של האנטומיה מיושמת בהנחיות מקיפות. גמישות זו יכולה להשלים את המעקב אוטומטי. בנוסף,השימוש בהדמית MR של in vivo מוח כמו בדוגמא הנוכחית מאפשרת לכמה יתרונות מתודולוגיים כגון מחקר אורך, שאולי לא יהיה אפשרי בגישות אחרות (למשל., שלאחר מות 51). למרות שזה יכול להיות קשה לתרגם cytoarchitecture לתמונות MR, כפי שהודה במאמר האחרון 42, השימוש בציוני הדרך בולטת יכול לספק הנחיות קונטקסטואליות שהן שמישים על פני נושאים. בפילוח כל MTL, נותב ניתן הקשר והיכרות עם מבנים סמוכים המאפשר רמת ההסתגלות וגמישות שיכול להגדיל את דיוק איתור. כפי שאנו מתארים בפרוטוקול שלנו, יש חוסר עקביות בספרות הקיימת לגבי הגבולות של מבני MTL. פילוח ידני מאפשר גמישות ביישום הנחיות התחקות, שהוא לא כקל להשגה על ידי אלגוריתמי פילוח אוטומטיים. בנוסף, היתרון של בעל ידע בסיסי של נקודות ציון האנטומיות רלוונטיים הוארלוונטי גם אם פילוח אוטומטי נכשל, כך שניתן יהיו לנקוט בצעדים מתקנים המבוססים על הבנה טובה של הנחיות התחקות לגבי גבולות אזורי MTL (משנה), כמפורט בפרוטוקול שלנו.

למרות עליית מהירות ויעילות עם אימון, הגבלה מעשית של פילוח הידני של מבנים במוח היא שזה דורש מומחיות נוספת באנטומיה של מוח ומסירות ניכרת של זמן ומאמץ. לפיכך, במרדף האחר יעילות גבוהה יותר, תוכניות פילוח אוטומטיות גם מועסקות לחלופין לפילוח ההחזר על ההשקעה. עם זאת, כמו התוצאות של פילוח ידני ואוטומטי בMTL מאויר כאן, להערכת הסתברותית מועסק על ידי תוכנת פילוח אוטומטית יכולה להיות פחות מדויקת מאשר קירוב ידני באזורי המוח אלה. התוכנה סטנדרטית המשמשת בפרוטוקול הנוכחי היא אחת מכמה אפשרויות נפוצות 34, אבל את היתרונות וחסרונות של שיתוף פילוח מדריך לפוטנציאלmpared לפילוח אוטומטי דומה ללא קשר לתוכנה שנבחרה לפילוח אוטומטי.

בסך הכל, דעתנו היא שפילוח ידני ואוטומטי ניתן להשתמש בשיטות משלימות. אנו מציעים כי תוצאות מעקב אוטומטיות להיבדק וידניות מעודנים, במידת צורך, על ידי קליעים נותבים מומחה. הפרוטוקול הנוכחי מספק מערכת הנחיות למעקב ידני של מבני MTL על תמונות MR ברזולוציה גבוהה. על ידי ניצול של הרזולוציה של התמונות הנוכחיות עדינה, מבנים ואתרים יכולים לנפול בפח באופן מדויק, כך שההנחיות שהוצגו כאן יכולות להיות מיושמות על תמונות של מגוון רחב של החלטות. יחד עם החומרים ויזואליים הנלווים, עבודה זו צפויה לספק ולקדם את הבנה ברורה יותר של האנטומיה ברוטו של מבני MTL, ולעודד אימוץ הפילוח ידני, או כשיטת העיקרית של פילוח MTL או כשיטה משלימה לאוטומטי פילוח.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
ITK-SNAP ITK-SNAP Team at University of Pennsylvania and University of Utah ITK-SNAP v2.2
FSL Functional Magnetic Resonance Imaging of the Brain (FMRIB) Analysis Group FSL v4.1
Siemens Magnetom Trio 3T MR Scanner Siemens Magnetom Trio 3T

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Amaral, D. G. Introduction: what is where in the medial temporal lobe. Hippocampus. 9, 1-6 (1999).
  2. Squire, L. R., Zola-Morgan, S. The medial temporal lobe memory system. Science. 253 (5026), 1380-1386 (1991).
  3. Eichenbaum, H., Otto, T., Cohen, N. J. The hippocampus: what does it do. Behavioral & Neural Biology. 57 (1), 2-36 (1992).
  4. Henke, K., Buck, A., Weber, B., Wieser, H. G. Human hippocampus establishes associations in memory. Hippocampus. 7 (3), 249-256 (1997).
  5. Tulving, E., Markowitsch, H. J. Episodic and declarative memory: role of the hippocampus. Hippocampus. 8 (3), 198-204 (1998).
  6. Dolcos, F., Iordan, A. D., Dolcos, S. Neural correlates of emotion–cognition interactions: a review of evidence from brain imaging investigations. Journal of Cognitive Psychology. 23 (6), 669-694 (2011).
  7. Davidson, R. J., Irwin, W. The functional neuroanatomy of emotion and affective style. Trends in Cognitive Sciences. 3 (1), 11-21 (1999).
  8. Lindquist, K. A., Wager, T. D., Kober, H., Bliss-Moreau, E., Barrett, L. F. The brain basis of emotion: a meta-analytic review. The Behavioral and Brain Sciences. 35 (3), 121-143 (2012).
  9. Phan, K. L., Wager, T., Taylor, S. F., Liberzon, I. Functional neuroanatomy of emotion: a meta-analysis of emotion activation studies in PET and fMRI. Neuroimage. 16 (2), 331-348 (2002).
  10. Wager, T. D., Phan, K. L., Liberzon, I., Taylor, S. F. Valence, gender, and lateralization of functional brain anatomy in emotion: a meta-analysis of findings from neuroimaging. Neuroimage. 19, 513-531 (2003).
  11. Zald, D. H. The human amygdala and the emotional evaluation of sensory stimuli. Brain Research Reviews. 41, 88-123 (2003).
  12. DeYoung, C. G., Hirsh, J. B., Shane, M. S., Papademetris, X., Rajeevan, N., Gray, J. R. Testing predictions from personality neuroscience: brain structure and the big five. Psychological Science. 21 (6), 820-828 (2010).
  13. Visser, P. J., Verhey, F. R., Hofman, P. A., Scheltens, P., Jolles, J. Medial temporal lobe atrophy predicts Alzheimer’s disease in patients with minor cognitive impairment. Journal of Neurology, Neurosurgery, & Psychiatry. 72 (4), 491-497 (2002).
  14. Ezekiel, F., et al. Comparisons between global and focal brain atrophy rates in normal aging and Alzheimer disease. Alzheimer Disease & Associated Disorders. 18 (4), 196-201 (2004).
  15. de Leon, M. J., et al. Imaging and CSF studies in the preclinical diagnosis of Alzheimer’s disease. Annals of the New York Academy of Sciences. 1097, 114-145 (2007).
  16. Boccardi, M., et al. Survey of protocols for the manual segmentation of the hippocampus: preparatory steps towards a joint EADC-ADNI harmonized protocol. Journal of Alzheimer's Disease. 26, 61-75 (2011).
  17. Konrad, C., Ukas, T., Nebel, C., Arolt, V., Toga, A. W., Narr, K. L. Defining the human hippocampus in cerebral magnetic resonance images-an overview of current segmentation protocols. Neuroimage. 47 (4), 1185-1195 (2009).
  18. Hasboun, D., et al. MR determination of hippocampal volume: comparison of three methods. American Journal of Neuroradiology. 17 (6), 1091-1098 (1996).
  19. Pantel, J., et al. A new method for the in vivo volumetric measurement of the human hippocampus with high neuroanatomical accuracy. Hippocampus. 10, 752-758 (2000).
  20. Entis, J. J., Doerga, P., Barrett, L. F., Dickerson, B. C. A reliable protocol for the manual segmentation of the human amygdala and its subregions using ultra-high resolution MRI. Neuroimage. 60 (2), 1226-1235 (2012).
  21. Goncharova, I. I., Dickerson, B. C., Stoub, T. R., deToledo-Morrell, L. MRI of human entorhinal cortex: a reliable protocol for volumetric measurement. Neurobiology of Aging. 22, 737-745 (2001).
  22. Watson, C., et al. Anatomic basis of amygdaloid and hippocampal volume measurement by magnetic resonance imaging. Neurology. 42 (9), 1743-1750 (1992).
  23. Duvernoy, H. The human hippocampus: functional anatomy, vascularization, and serial sections with MRI. Third Edition. , Springer-Verlag Berlin Heidelberg. (2005).
  24. Amaral, D. G., Witter, M. P. The three-dimensional organization of the hippocampal formation: a review of anatomical data. Neuroscience. 31 (3), 571-591 (1989).
  25. Insausti, R., et al. MR volumetric analysis of the human entorhinal, perirhinal, and temporopolar cortices. American Journal of Neuroradiology. 19 (4), 659-671 (1998).
  26. Dolcos, F., LaBar, K. S., Cabeza, R. Interaction between the amygdala and the medial temporal lobe memory system predicts better memory for emotional events. Neuron. 42 (5), 855-863 (2004).
  27. Yushkevich, P. A., et al. User-guided 3D active contour segmentation of anatomical structures: significantly improved efficiency and reliability. Neuroimage. 31 (3), 1116-1128 (2006).
  28. Bonilha, L., Kobayashi, E., Cendes, F., Li, M. L. Protocol for volumetric segmentation of medial temporal structures using high-resolution 3-D magnetic resonance imaging. Human Brain Mapping. 22 (2), 145-154 (2004).
  29. Bronen, R. A., Cheung, G. Relationship of hippocampus and amygdala to coronal MRI landmarks. Magnetic Resonance Imaging. 9 (3), 449-457 (1991).
  30. Pruessner, J. C., et al. Volumetry of temporopolar, perirhinal, entorhinal and parahippocampal cortex from high-resolution MR images: considering the variability of the collateral sulcus. Cerebral Cortex. 12 (12), 1342-1353 (2002).
  31. Pruessner, J. C., et al. Volumetry of hippocampus and amygdala with high-resolution MRI and three-dimensional analysis software: minimizing the discrepancies between laboratories. Cerebral Cortex. 10 (4), 433-442 (2000).
  32. Duvernoy, H. The human brain: surface, three-dimensional sectional anatomy with MRI, and blood supply. Second Edition. , Springer-Verlag Wien. (1999).
  33. Amaral, D. G., Lavenex, P., et al. in The hippocampus book. Hippocampal neuroanatomy. , Oxford University Press. (2006).
  34. Blaizot, X., et al. The human parahippocampal region: I. temporal pole cytoarchitectonic and MRI correlation. Cerebral Cortex. 20 (9), 2198-2212 (2010).
  35. Ding, S. -L., Van Hoesen, G. W. Borders, extent, and topography of human perirhinal cortex as revealed using multiple modern neuroanatomical and pathological markers. Human Brain Mapping. 31 (9), 1359-1379 (2010).
  36. Ding, S. -L., Van Hoesen, G. W., Cassell, M. D., Poremba, A. Parcellation of human temporal polar cortex: a combined analysis of multiple cytoarchitectonic, chemoarchitectonic, and pathological markers. The Journal of Comparative Neurology. 514 (6), 595-623 (2009).
  37. Frankó, E., Insausti, A. M., Artacho-Pérula, E., Insausti, R., Chavoix, C. Identification of the human medial temporal lobe regions on magnetic resonance images. Human Brain Mapping. 35 (1), 248-256 (2014).
  38. Lehmann, M., et al. Atrophy patterns in Alzheimer's disease and semantic dementia: a comparison of FreeSurfer and manual volumetric measurements. Neuroimage. 49 (3), 2264-2274 (2010).
  39. Winterburn, J. L., et al. A novel in vivo atlas of human hippocampal subfields using high-resolution 3T magnetic resonance imaging. Neuroimage. 74, 254-265 (2013).
  40. Malykhin, N. V., Bouchard, T. P., Ogilvie, C. J., Coupland, N. J., Seres, P., Camicioli, R. Three-dimensional volumetric analysis and reconstruction of amygdala and hippocampal head, body and tail. Psychiatry research. Neuroimaging. 155 (2), 155-165 (2007).
  41. Patenaude, B., Smith, S. M., Kennedy, D. N., Jenkinson, M. A Bayesian model of shape and appearance for subcortical brain segmentation. Neuroimage. 56 (3), 907-922 (2011).
  42. Smith, S. M., et al. Advances in functional and structural MR image analysis and implementation as FSL. Neuroimage. 23, (2004).
  43. Woolrich, M. W., et al. Bayesian analysis of neuroimaging data in FSL. Neuroimage. 45, (2009).
  44. Smith, S. M. Fast robust automated brain extraction. Human Brain Mapping. 17 (3), 143-155 (2002).
  45. Morey, R. A., et al. A comparison of automated segmentation and manual tracing for quantifying hippocampal and amygdala volumes. Neuroimage. 45 (3), 855-866 (2009).
  46. Baldassano, C., Beck, D. M., Fei-Fei, L. Differential connectivity within the parahippocampal place area. Neuroimage. 75, 228-237 (2013).
  47. Shrout, P. E., Fleiss, J. L. Intraclass correlations: uses in assessing rater reliability. Psychological Bulletin. 86 (2), 420-428 (1979).
  48. Bland, J. M., Altman, D. G. A note on the use of the intraclass correlation coefficient in the evaluation of agreement between two methods of measurement. Computers in Biology and Medicine. 20, 337-340 (1990).
  49. Yushkevich, P. A., et al. A high-resolution computational atlas of the human hippocampus from postmortem magnetic resonance imaging at 9.4 T. Neuroimage. 44 (2), 385-398 (2009).

Tags

Neuroscience גיליון 89 אנטומיה פילוח המדיאלי Temporal אונה MRI איתור ידני האמיגדלה ההיפוקמפוס Perirhinal Cortex entorhinal Cortex Parahippocampal Cortex

Erratum

Formal Correction: Erratum: A Comprehensive Protocol for Manual Segmentation of the Medial Temporal Lobe Structures
Posted by JoVE Editors on 09/01/2014. Citeable Link.

A correction was made to A Comprehensive Protocol for Manual Segmentation of the Medial Temporal Lobe Structures. Table 1 and its legend were updated. References 10 and 14 were also updated.

The references were updated from:

  1. Wager, T. D. & Smith, E. E. Neuroimaging studies of working memory: a meta-analysis. Cognitive, Affective & Behavioral Neuroscience. 3(4), 255-274 (2003).
  1. Scheltens, Ph, et al. Atrophyofmedialtemporallobeson MRIin 'probable' Alzheimer's disease and normal ageing: diagnostic value and neuropsychological correlates. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 55(10), 967-972, (1992).

to:

  1. Wager, T. D., Phan, K. L., Liberzon, I., & Taylor, S. F. Valence, gender, and lateralization of functional brain anatomy in emotion: a meta-analysis of findings from neuroimaging. Neuroimage. 19 (3), 513-31, doi:10.1016/S1053-8119(03)00078-8 (2003).
  1. de Leon, M. J. et al. Imaging and CSF studies in the preclinical diagnosis of Alzheimer's disease. Annals of the New York Academy of Sciences. 1097, 114-145, doi:10.1196/annals.1379.012 (2007).

Table 1 had its legend updated from:

Table 1. Representative volumetric results of the bilateral AMY and the HC of a single subject, from manual tracing using the present protocol and automatic segmentation. Automatic segmentation has underestimated the volume of each of the four structures compared. Corrected volume was calculated as the ratio between Voxel volume and Intracranial volume (ICV). For this subject, ICV = 1446616.73 mm3.

to:

Table 1. Representative volumetric results of the bilateral AMY and the HC of a single subject, from manual tracing using the present protocol and automatic segmentation. Automatic segmentation has misestimated the volume of each of the four structures compared. Corrected volume was calculated as the ratio between Voxel volume and ICV. For this subject, ICV = 1599482.11 mm3. Please click here to view a larger version of this figure.

מקיף פרוטוקול לפילוח ידני של מבנים המדיאלי Temporal האונה
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Moore, M., Hu, Y., Woo, S., O'Hearn, … More

Moore, M., Hu, Y., Woo, S., O'Hearn, D., Iordan, A. D., Dolcos, S., Dolcos, F. A Comprehensive Protocol for Manual Segmentation of the Medial Temporal Lobe Structures. J. Vis. Exp. (89), e50991, doi:10.3791/50991 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter