Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Difüzyon tensör görüntüleme ve traktografi kullanarak İnsan Albinizmi İlköğretim Görsel Yolu'ndaki Bağlantı Ölçme

Published: August 11, 2016 doi: 10.3791/53759
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Biology, Centre for Vision Research, York University

Summary

Bu yazıda albinizm ve kontroller arasında optik radyasyon (OR) bağlantısı farklılıkları incelemek için kullanılan beyaz cevher (WM) yeniden inşası için deterministik ve olasılıklı algoritmalar açıklar. olasılıklı traktografi daha yakından sinir liflerinin gerçek seyrini takip rağmen, deterministik traktografi her iki tekniğin güvenilirliğini ve tekrarlanabilirlik karşılaştırmak için çalıştırıldı.

Abstract

albinizm olarak, ipsilateral çıkıntı retina ganglion hücrelerinin (RGCs) sayısı önemli ölçüde azalır. Retina ve optik kiazma yanlış iletilmesi için aday siteleri olarak öne sürülmüştür. lateral genikulat çekirdeği (LGN) sayısı arasında bir korelasyon nöronlar röle ve LGN boyutu gösterilen ve insan albinizm de LGN hacminde önceden bildirilen azalmasına göre beri, biz öneririz birincil görsel kortekse LGN fiber projeksiyonları (V1) Ayrıca azalır. albinizm görsel sistemdeki yapısal farklılıkları incelenmesi yanlış iletilmesi ve sonraki klinik uygulamaları mekanizmasının anlaşılmasını artırabilir. Difüzyon verileri Traktografi OR (optik radyasyon) eşleştirmek için yararlıdır. Bu yazıda 32 kanallı kafa bobin yapısal taramaları elde etmek için kullanılan ile albinizm ve controls.An MRI tarayıcısı beyin bağlantısı karşılaştırmak amacıyla için VEYA yeniden iki algoritma açıklanır. 1 mm olan bir T1 ağırlıklı 3D-MPRAGE dizisi3 izotropik voksel boyutu V1 segmentasyonu için yüksek çözünürlüklü görüntüler oluşturmak için kullanıldı. Çoklu proton dansite (PD) ağırlıklı görüntüler hakkı için koronal edinilen ve LGN lokalizasyonunu bırakılmıştır. Difüzyon tensör görüntüleme (DTG) taramaları 64 difüzyon yönleri ile elde edildi. Hem deterministik ve olasılıklı izleme yöntemleri, hedef maskesi olarak tohum maske ve V1 olarak LGN ile çalıştırın ve karşılaştırılmıştır. DTG göreceli olarak zayıf uzaysal çözünürlük ve OR doğru tarif nedeniyle düşük elyaf yoğunluklu etmek zor olabilir sağlasa da, traktografi araştırma hem de klinik olarak avantajlı olduğu gösterilmiştir. Yolu bazlı uzamsal istatistik (TBSS) kontrollere göre albinizm olan hastalarda OR içinde önemli ölçüde azalır beyaz cevher bütünlüğünün alanlarını ortaya koymuştur. İkili karşılaştırma kontrollere kıyasla albinizm V1 bağlantısı için LGN önemli bir azalma ortaya çıkardı. Karşılaştırılması izleme algoritmaları hem güvenilirliği güçlendirilmesi, ortak bulgu ortayatekniğin.

Introduction

Albinizm öncelikle etkilenen bireylerde gözlenen açık hipopigmentasyon ile karakterize genetik bir hastalıktır. Melanin sentezindeki 1 ilgili genler miras mutasyonlar neden olur. Albinizm iki ana formda ortaya çıkar göze damlatma deri albinizm (OKA), göz ve deri hem özellikleri sunan otozomal resesif özellik; ve oküler albinizm (OA), erkeklerde daha yaygın ve göz semptomları 2 öncelikle karakterize X'e bağlı özellik. retina pigment epiteli (RPE) melanin merkezi görme yolunun düzgün gelişimi için çok önemlidir. Albinizm Onun yokluğu dolayısıyla fotofobi, nistagmus, görme keskinliğinde azalma ve binoküler görme 2-3 kaybı dahil görme engelli, sonuçlanır. Görme keskinliği albinizm 4 değişmiş fovea morfoloji, bağlantılı olmuştur. İnsanlarda, çaprazlama bir retina hat burun retinadan liflerle, fovea ile nasotemporal sınırı boyunca yatıyordiğer yarımkürede ve ipsilateral uzanan zamansal retina gelenler kapısı. albinizm azalmış görme fonksiyonunun derecesi hipopigmentasyon düzeyine bağlantılı olmuştur. Spesifik olarak, pigmentasyon çaprazlama 5 hattı zamansal retina içine kayması ile ters orantılıdır. Zamansal retina içine çaprazlama doğrultusunda kaymasının bir sonucu olarak, optik sinir liflerinin geçişi artar - ortak özelliği, tüm türler 3 arasında.

İnsanlar üzerinde yapısal MRI çalışmaları olası albinizm 6-8 gözlenen RGCs artmış geçiş sonucu kontrollere kıyasla albinizm dar optik chiasms göstermiştir. Retina ve optik kiazma gibi Efesliler aile reseptörleri ve bunların ligandları 9 olarak aksonal rehberlik ipuçlarını ifade ve bu nedenle yanlış iletilmesi 10 aday sitelerdir.

kaynaklı glokom maymunlar üzerinde yapılan bir çalışmada önemli bir dec ortayaLGN parvalbumin immunoreaktif yedek nöronları ve LGN cilt 11 sayısında artma. Bu LGN boyutu ve V1 OR üzerinden seyahat beyaz cevher (WM) yörünge sayısı arasında bir korelasyon göstermektedir. İnsan albinizm üzerine Otopsi çalışma da erimiş M ve P katmanları 12 ile daha küçük LGN saptandı. Yüksek çözünürlüklü yapısal MRG albinizm 8 LGN hacminin önemli bir azalma doğruladı. Birlikte ele alındığında, bu bulgular LGN nöronların sayısı azaltılmış neden olabilir LGN hacmi azalmış ve LGN ve V1 arasında azalmış bağlantıda sırayla düşündürmektedir.

İnsanlarda anatomik bağlantı incelenmesi desenler sınırlı kalmıştır. Diseksiyon, izleyici enjeksiyon ve lezyon indüksiyon sadece otopsi kullanılabilir ve genellikle hastaların çok az sayıda içerebilir invaziv teknikler bulunmaktadır. karbosiyanin DII enjeksiyonları boya kullanılarak Önceki çalışmalar V1 ve V2 (ikincil görsel c arasındaki nöronal bağlantı gösterdiORTEX) 13, hem de aldehid sabit ölüm sonrası insan beyni 14 hipokampal kompleksi içinde. Bu şekilde, Etiketleme elyaflar enjeksiyon 14 alanına milimetre arasında sadece onlarca mesafeler ile sınırlandırılmıştır. Difüzyon tensör görüntüleme DTI, lif yolu yönünü ve organizasyonu tanımlamak için erken 1990'ların ortalarında geliştirilen bir MRI yöntemidir. Bu yaşam beyinde büyük WM yollarının haritalama sağlayan bir non-invaziv bir yöntemdir. DTG biyolojik doku 15 su moleküllerinin difüzyonuna karşı duyarlıdır. Beyinde su difüzyon nedeniyle bu tür membranlar ve miyelin olarak engellere anizotropik (düzensiz) 'dir. WM difüzyon elyafların 16 yönelimine dik daha fazla paralel, yani yüksek difüzyon anizotropiye sahiptir. Fraksiyonel anizotropi (FA) anizotropik bir şekilde yayılmasına moleküllerin tercih tanımlayan bir skaler büyüklüktür. FA değerleri düşük, yüksek anisot için, 0-1 arasında değişirvıcık vıcık (beyin omurilik sıvısı (BOS) <gri madde (GM) <WM) 16.

Streamline (deterministik) ve olasılık lif izleme 3D yol yeniden inşası için iki farklı algoritmalar vardır. Deterministik traktografi tanımlanmış bir tohum bölgede komşu vokseller bağlayan bir hat yayılım yöntemi kullanır. Bu algoritma kullanılan iki durak kriterleri dönüm açısı ve FA değeri vardır. Bu nedenle, komşu vokseller arasında izleme yolu büyük dönüm açılarında olası değildir. Algoritma olur bu nedenle de bir voksel FA anizotropi damla gri madde, yakın doğru tanımlanması yollarında etkinliğini sınırlayan, belirli bir eşiği aşarsa yalnızca ilerler. Olasılıklı traktografi, diğer taraftan, bir vokselin olasılığını anlatan bir bağlantı haritası faiz (ROI) iki bölge arasında bir yolunun parçası olmak verir ve böylece bu tür V1 17 gri madde içine ilerler. Bu MR uygulamayı kullanarak, gibi önemli WM yapılarÖnceki çalışmalarda 18-20 'de gösterildiği gibi TD, tarif edilebilir.

Bu çalışma bu nedenle retino-geniculo-kortikal bağlantısı üzerinde aksonal yanlış iletilmesi etkisini araştırmak için difüzyon verilerini ve traktografi kullanır. İnsan albinizm 8 LGN hacminde önceden bildirilen azalmalar dayanarak, V1 LGN fiber projeksiyonları da (Şekil 1) azaldığını tahmin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Etik Beyanı: Mevcut araştırma çalışması York Üniversitesi, Toronto İnsan Katılımcıların İnceleme Komitesi (HPRC) tarafından onaylanmıştır. Tüm katılımcılar yazılı bilgilendirilmiş onam formu.

1. Konu Hazırlık

Not: OCA ile onbir katılımcılar, 36 ± 4 yıl (6 kadın) yaş yaşlı on yaş eşleştirilmiş kontrol, 32 ± 4 yıl (6 kadın) ile karşılaştırıldı. Katılımcı geçmişi Tablo 1'de kaydedilir.

  1. doldurun ve MRG güvenlik talimatları ve görüntüleme protokolü listeleyen bir onam formunu imzalamak için her katılımcıdan.
  2. her bir katılımcı için, kulaklar için kulaklıklar sağlarlar. kaş seviyesinde gözlerin üzerinde pozisyon yatar katılımcı ve ilk mıknatıs baş ve dönüm noktası. yastıkları ile Güvenli katılımcının baş baş hareketi azaltmak için. katılımcının hasta uyarı için bir sıkmak ampul verin.

2. Yapısal MRG Parametreleri

e_content "> Not:. Tüm görüntüleme konu başına tek bir oturum sırasında bir 32 kanallı kafa bobini kullanarak bir 3T MR tarayıcı üzerinde kazanılır:

  1. Bir ile, satın alma süresi 4 dk 26 sn, görünüm 256 mm alanını, 256 matrisi, 1 mm kesit kalınlığı ile 192 dilim: aşağıdaki parametrelerle tüm beyini çevreleyen bir 3D-MPRAGE dizisi kullanılarak yüksek çözünürlüklü T1 ağırlıklı anatomik Edinme 1,0 mm 3, TR = 1900 ms, TE (eko zamanı) = inversiyon 900 ms zaman ve 9 ° 1 ortalamasının flip açısı ile 2.52 ms çıkan izotropik voksel boyutu, paralel görüntüleme (IPAT GRAPPA, 2 ivme faktörü) .
  2. Aşağıdaki parametreleri kullanarak, ön komissür / arka komissür (AC-PC) satırı aşağıdaki enine yönde dilimlerle korteksi kapsayan bir DTI dizisi, kazanmak: edinimi süresi 8 dakika 5 saniye, görünüm 192 mm alanını, 128 matrisi, 1.5 vokselleri 100 1,5 mm düzlem, 2 mm kalınlığında 56 bitişik (boşluk) dilimleri, TR = 6900 ms, TE = 86 ms, 64 yön b-değeri0 s /, 1 ortalamasının 3 bir ivme faktörü ile paralel görüntüleme (IPAT GRAPPA) mm 2 (0 sn / mm2 düşük b değeri ile referans görüntü).
  3. , Koronal yönde 30-40 PD ağırlıklı görüntü elde alt colliculus arka kısmına pons ön ölçüde kapsayan, beyin sapı paralel.
    1. satın alma süresi 1 dk tarama başına 29 sn, görünüm 192 mm alan, 256 matris, 1 mm kalınlığında 30-40 dilim, voksel boyutu 0.75 0.75 sonuçlanan: Turbo spin eko (FAST spin eko) darbe dizisi ve aşağıdaki parametreleri kullanın 1 mm 3, TR = 3.000 msn, 2 bir ivme faktörü ile 120 ° flip açısı, 1 ortalama, paralel görüntüleme (IPAT GRAPPA) refocusing TE = 22 msn, 5 turbo faktör.
      Not: S12 aşağıdaki parametreleri kullanarak taranmıştır: view 180 mm alanını, 512 matrisi, 1 mm kalınlığında dilimler ile 30 dilim, voksel boyutu 0.4 x 0.4 x 1.0 mm 3 sonuçlanır. Diğer bütün parametreler aynı kalmıştır. Acquisition süresi 2 dakika 47 saniye.
  4. Program dcm2nii kullanarak NIfTI formatında ham DICOM dönüştürerek tüm taramalar ön işlem.

3. LGN Delineation

Not: LGN dolayısıyla yüksek çözünürlüklü PD görüntüleri anatomik sınırlarını belirlemek için gerekli olan beyinde derin bulunan küçük subkortikal yapıdır. Bu taramalar, LGN kendi algılama 21 kolaylaştırılması, çevredeki WM yolları yüksek sinyal yoğunluğu göreceli bir alan olarak görünür. tespit anatomik LGN ardından Traktografinin için bir tohum bölgesi olarak kullanılır.

  1. Grup üyeliğine kör olsa da, elle iki çözünürlüğe interpolasyon ortalama PD görüntülerde sağ ve sol LGN maskeleri üç kez her iz ve yarım voksel boyutu (orijinal 256 x 256 matriks, 0.75 x 0.75 x 1 mm 3 voksel boyutu).
    1. yüksek çözünürlük elde etmek için PD görüntüleri FMRIB en Yazılımı içinde serbestçe kullanılabilir FLIRT fonksiyonu ve diğer yazılım araçları kullanmakKütüphane (FSL, http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/). Daha önce başka bir yerde 22 açıklandığı gibi upsample, her bir katılımcı için, hareket doğru ve ortalama PD görüntüleri bağlamak.
    2. FSLView yüksek çözünürlüklü PD resim yüklemek ve Tek seçeneği seçmek için Araçlar sekmesine tıklayın (ya da basın Şekil 1 ) Resmi büyütmek için.
    3. Mask oluşturun seçeneğini seçin ve her dilim LGN izlemek için ekranın sol üst köşesindeki araç çubuğunu kullanmak için Dosya sekmesini tıklatın. İstenirse, LGN saptanmasını kolaylaştırmak için araç çubuğundaki min / max boyunca sürükleyerek görüntünün kontrastını değiştirmek.
  2. fslmerge komutunu kullanarak bir medyan maske içine faiz (ROI) bu bölgeleri birleştirme.
  3. Aynı komutunu kullanarak tek bir medyan maske içine tüm gözlemcinin 'medyan maskeleri birleştirin.

4. V1 Segmentasyon

  1. beyin üzerine FreeSurfer23 (v5.3.0) 'de "Recon tüm" komutunu çalıştırınotomatik işleme için yerel anatomik alan (T1-ağırlıklı görüntüler) s.
  2. Yeni oluşturulan mri klasör (orig.mgz, brain.mgz, rawavg.mgz, T1.mgz) Nifti için "mri_convert" seçeneğini kullanarak uygun çıkışları dönüştürün.
  3. Gerekirse FreeSurfer uzayda kafatası soyulmuş çıkış beyin (brain.nii.gz) düzeltmek için FSL GUI BET beyin çıkarma kullanın. bet2 seçeneğini (varsayılan) kullanarak çalıştırın standart beyin çıkarma seçin. Görüntü beyin dokusunu yoksa eşiğini düşüren, ya da olmayan beyin dokusu (varsayılan eşiği 0.5) yakalanır ise artar. gelişmiş seçenekler Çıktı beyin çıkarılan görüntü ve Çıkış ikili beyin maske görüntüsü (manuel düzeltmeler için de kullanılıyor olabilir ikincisi) seçin.
  4. "Label2surf" ve "surf2volume" komutları kullanarak bir hacimsel maskesine çıkışı V1 parselleşmesi dönüştürün.

5. Ön izleme Kayıtlar

Not: Bir sonraki adımlar için, izlemeye her açmak için FSL GUI çağrıg araçları.

  1. BET beyin çıkarma kullanın ve "recon-tüm" tarafından oluşturulan ırm klasöründe bulunan kafatası şerit rawavg.nii.gz, için Bias alanını ve boyun temizleme seçeneği seçin. gerektiği gibi eşik ayarlayın.
  2. Run FLIRT doğrusal kaydı FreeSurfer içinde beyinleri getirmek ve difüzyon alanı doğal anatomik alan için.
    1. Seç brain.nii.gz, Recon hepsi (FreeSurfer boşluk) çıkışı, veya giriş görüntüsü olarak T1 (yerli anatomik boşluk) çıkarılan bir kişinin beyin, ve bir Eddy düzeltilmiş ve beyin referans olarak difüzyon ağırlıklı görüntü (DAG) ekstre görüntü. Ardından "Git" i tıklayın.
      Not: Bu adım iki çıkışı, referans görüntünün (.nii.gz) ve bir dönüşüm matrisi (.mat) kayıtlı girdi beyni oluşturur. Tohum alanı difüzyon değilken dışında kaydından, ikinci dosya Traktografinin için gereklidir. 7.4.2 anlatıldığı gibi Traktografinin için bu adımda oluşturduğunuz çıktı dönüşüm matrisleri (.mat) kullanın.
  3. Benzer5.2, koşmak FLIRT doğrusal kaydı FreeSurfer alan ve yerli anatomik alan katılımcıların PD beyinlerini getirmek.
  4. Traktografinin için tohum maskeleri hazırlayın:
    1. FLIRT doğrusal kayıt araç çubuğundaki Utils gelen FLIRT dönüşüm uygulayın. dönüşüm matrisi olarak .mat çıkışını kullanın, orijinal LGN referans hacmi olarak girdi ve brain.nii.gz (FreeSurfer boşluk) veya T1_brain.nii.gz (yerli anatomik boşluk) (5.2) olarak maske. Gelişmiş seçenekler arasından En yakın komşu interpolasyon yöntemini seçin.
  5. Traktografinin için hedef maskeleri hazırlamak, sadece brain.nii.gz dosyalarını kullanma:
    1. yerli anatomik alana FreeSurfer beyinleri kayıt ve Tri-Doğrusal interpolasyon kullanarak (5.2, 5.4.1 bakınız) V1 maskelerine dönüşümü uygulayarak hedef maskeleri yaratmak. "Git" i tıklayın.

6. LGN Normalleştirme

  1. //fsl.fmrib.ox http: daha önce tarif edildiği gibi FNIRT doğrusal olmayan kayıt kullanma.ac.uk / FSL / fslwiki / FNIRT Montreal Nöroloji Enstitüsü tüm beyin şablonu (MNI152) kullanılarak, MNI uzaya yerli anatomik alanda katılımcıların olmayan çıkarılan beyinleri getirmek.
    Not: FNIRT çıkarılan beynini üzerinde flört göre olmayan çıkarılan T1s uygulandığı zaman kayıtları daha doğru olduğu gibi, orijinal anatomik görüntülerin doğrusal olmayan kayıt, bu adım için tavsiye edilir.
  2. anatomik alanda LGN maskelerine dönüşümü uygulamak MNI uzaya maskeleri getirmek için 5.4.1 de açıklandığı gibi, en yakın komşu interpolasyon kullanarak (orijinal LGN önce 5.4 yerli anatomik alana dönüştürülmüştür).
  3. AFNI yönettiği "3dMean" komutunu kullanarak her iki grupta arasında MNI alan tüm ortalama LGN maskeleri.
  4. MNI uzayda ortalama maskeye bir eşik uygulamak için "fslmaths -Thr" kullanın.
  5. V kullanarak MNI uzayda ortalama maskesi yarıçapı = 4/3 πr 3 (bir küre varsayalım) hesaplayın.
  6. Kütle Coordi merkezi kaydedinkomutunu kullanarak yerli anatomik alanda her LGN maske yanar "fslstats -C".
  7. Katılımcıların genelinde aynı hacimlerinin küresel ROI'ları oluşturun:
    1. 6.6 olarak kaydedildi yerli anatomik uzayda uygun bireysel LGN maskesi koordinatları ile bir ROI noktası oluşturmak için "fslmaths" kullanın
    2. "Fslmaths" kullanarak, yerli anatomik uzayda ROI noktasının çevresinde bir küre oluşturmak için MNI uzayda ortalama maske yarıçapı uygulayın.
  8. Traktografinin için tohum olarak bu standart maskeleri kullanın.

7. Olasılıksal Traktografi (FSL 5.0.4)

Not: Bir sonraki adımlar için, aşağıdaki araçlardan her erişmek için Fdt_gui diyoruz.

  1. Eddy akımı düzeltme ile DWIs bozulmalar için doğru. defaul bırakarak, Difüzyon Toolbox penceresinin üst kısmındaki menüden Eddy akımı düzeltme seçeneği seçin ve girdi olarak DAG yükleyint referans hacmi (0).
  2. 4.3'te tarif edildiği gibi beyin BET görüntüleri ayıklamak.
  3. Menüden DTIFIT İmar difüzyon tansörleri seçeneğini seçin. Aşağıdaki dosyaları içeren bir giriş dizini belirtin: difüzyon ağırlıklı veriler, nodif_brain_mask (BET çıkış), bvec ve bval (bvecs ve bvals olarak değiştirildi gerekir; difüzyon görüntü elde etme parametrelerinin, difüzyon NIfTI dönüşüm DICOM çıkışı hakkında bilgi içeren metin dosyaları veri). post-processing için dosyaları oluşturma, her voksel bir difüzyon tensör modeli uygun dtifit çalıştırmak için "git" tıklayın.
  4. Sonraki, BedpostX (difüzyon parametrelerinin tahmini) menüsünden seçeneği seçin. DTIFIT için aynı giriş dizini kullanın. Traktografinin için gerekli tüm dosyaları oluşturmak için 'Git' düğmesini tıklayın.
  5. Aynı menüden, olasılıklı takibi için ProbtrackX seçin ve ayrı ayrı her yarımkürede için çalıştırın. Varsayılan temel seçenekleri (5.000 numune, 0.2 eğrilik ve loopcheck applie tutund) ve artan doğruluk için gelişmiş seçenekler arasından olasılık akıcılık hesaplanması için Euler modifiye seçin.
    1. BEDPOSTX dizini olarak .merged dosyaları içeren BedpostX çıkışını seçin.
    2. Tohum alanı olarak tek bir maske seçin ve tohum görüntü olarak (yerli anatomik alanda) dönüştürülmüş LGN maskesi yük T1 difüzyon tohum dönüşümü difüzyon dönüşüm matrisi (yerli anatomik uzayda beyin) ve V1 (yerli anatomik alanda) hedef olarak "isteğe bağlı hedefler" (dışlama maskeleri ama tümü).
    3. Varsayılan örgü kuralını (Caret) kullanın ve yüzey referans görüntü olarak yerli anatomik alan (T1, görüntünün) beyin yükleyin.
  6. 7.5.2'nin açıklandığı gibi Traktografinin için tohum bölgeler olarak (6. adımda oluşturulan) standart küresel İB'leri kullanarak olasılık izleme için ProbtrackX tekrarlayın. LGN (anatomik boşluk) dönüştürülmüş aynı şekilde yükle ROI 7.5.2'nin yüklendi.
  7. Yeniden çalıştırın traktografi (7.5), bu kezbir dışlama maskesi olarak FreeSurfer en kontralateral beyaz cevher sınır maske ilavesi ile FreeSurfer uzayda tohum (non-normalize) ve hedef maskeleri ile üzerinde herhangi bir geçişi önlemek ve doğrudan ipsilateral bağlantıları sağlamak. ProbtrackX Araç kutusundan Yüzey seçeneği işaretleyin ve örgü kongre olarak FreeSurfer seçin.
    Her zaman difüzyon Uzaydan çalıştırılan traktografi vurgulamak önemlidir, ancak olasılık izleme için Probtrackx difüzyon uzaya bir dönüşüm matrisi ile birlikte farklı bir alanda tohum ve hedef maskeleri girişini sağlar: Not. Bu çalışmada, olasılıklı traktografi yerli anatomik ve FreeSurfer alan (Şekil 2) hem de maskeleri ile çalıştırıldı.

8. Deterministik Traktografi (DSİ Studio)

  1. Açık Kaynak Görüntüler: Açık Girdap 1. Adım tıklayarak DSİ Studio 24 difüzyon ağırlıklı görüntüler düzeltilir. otomatik olarak b-masa pencere üzerine yük bvec ve bval dosyaları opened kaynağı (.src) dosyası oluşturun.
  2. Varsayılan gerektiği gibi beyin maskeleri yeniden değiştirmek için yeniden penceresinin üzerine oluşturulan Kaynak dosyaları yükleyin.
  3. Ardından, rekonstrüksiyon yöntemi 25 olarak DTI seçin ve elyaf bilgi dosyaları (.fib) üretmek için kaynak dosyaları çalıştırın.
  4. FLIRT doğrusal kayıt kullanarak difüzyon boşluğuna Katılımcıların PD beyinlerini getirin.
  5. 5.4.1 de açıklandığı gibi yakın komşu interpolasyon kullanarak LGN maskelerine dönüşüm uygulayın.
  6. Programın izleme penceresinde dosyaları .fib açın.
  7. terminative bölge olarak DSİ Studio temin Brodmann atlas tohum ve Bölge 17 (V1) olarak difüzyon uzayda LGN kullanarak, ayrı ayrı her yarımkürede için izleme çalıştırın. Bölgeler sekmesini ve Açık Bölge tıklayarak LGN maskesi yükleyin. Ekranın solundaki Bölge Listesi'nde Tip altında Tohum seçeneğini seçin. atlastan V1 maskesini yüklemek için, Bölge Listesi araç çubuğundan Atlas tıklayın veUygun atlas seçin.
  8. Her dönemde, kontralateral WM kaçınma bir bölge (ROA) olarak FreeSurfer segmentasyon atlas (izleme penceresinde Bölge Listesi kutusu bakınız) (adında sol / sağ-beyin-beyaz madde) maske ayarlayın.
  9. Traktografinin için difüzyon alanı yerine bireysel LGN olarak tohum bölgelerinde küresel İB'leri kullanarak (8,7-8,8) izleme tekrarlayın.
    Not: Küresel ROI tüm konularda genelinde aynı hacme sahip ve her LGN kütle merkezinin üzerinde yoğunlaşmış.
  10. Tekrarlama LGN normalleştirme, bölüm 6, sadece bu sefer standart MNI uzaya difüzyon uzayda beyinleri kayıt ve difüzyon uzayda LGN dönüşümlerin uygulanması standart MNI uzaya maskeleri getirmek için (orijinal LGN önce 8.4-8.5 difüzyon alanı dönüştürülmüştür). MNI uzayda denekler genelinde tüm LGN ortalama hacmi olarak küresel ROI hacmini hesaplayın.
    Not: Takip parametreleri kullanıcı tarafından değiştirilebilir. En koşular için, varsayılan izleme parametreleri uygulanmıştır. Bazı kişilerde (A5, A7, S12) için, anizotropi eşiği (varsayılan 0,14-0,15) düşürülmüştür (0,10-0,12) ve açısal eşik (varsayılan 60) güzel görünüm için (65-85) artmıştır. Tekniğin şematik Şekil 3 'de gösterilmiştir.

9. İstatistiksel Analiz - TBSS (FSL)

Not: Yolu tabanlı mekansal istatistik dtifit26 elde maps16 katılımcıların FA bir voxelwise istatistiksel analizdir. Bu yoğun difüzyon verilerine istatistikler için kullanılmaktadır. Bu voxelwise yaklaşım VBM tarzı FA analizinde görülen potansiyel uyum ve düzleştirme sorunları üstesinden gelir ve ulaşılamaz traktografi tabanlı approaches16 aracılığıyla tüm beyin soruşturma sağlar.

  1. yeni oluşturulan TBSS dizininde bulunan FA verileri "tbss_1_preproc" çalıştırın.
  2. (FMRIB58_FA T ortak uzaya her katılımcının FA verilerini getirerek, doğrusal olmayan kayıt uygulamak için - "tbss_2_reg" RunTBSS hedef görüntüsü).
  3. "Tbss_3_postreg -S" seçeneğini kullanarak, katılımcılar arasında tüm ortak yolları merkezleri ile ortalama FA iskelet oluşturun.
  4. Koşmak tüm hizalanmış FA haritalarının ortalama iskelet üzerine her katılımcının hizalanmış FA haritası proje "0,2 tbss_4_prestats".
  5. matris sipariş TBSS FA verileri önceden işlenmiş sırayla tutarlı olmasını sağlamak, design.con ve design.mat dosyaları oluşturun.
  6. Bir iskelet (3D veri azaltılmış bir alt kümesi) üzerinde etki olarak TBSS için tavsiye edilir T2 seçeneğini kullanarak, "randomise" çalıştırın ve daha doğru p-değerleri verir 5.000 ön mutasyonlar.

10. İstatistiksel Analiz - SPSS

  1. Deterministik Verilerden FA değerleri ayıklanıyor
    Not: Deterministik merkezli FA değerleri DSİ Studio çıkış istatistikleri metin dosyaları elde edilmiştir. Bu değerler, WH oluşturulan yolları içinde ortalama FA temsilBu durumda, ICH ve bölgeye karşılık gelir.
    1. DSİ stüdyoda çalıştırın lif izleme.
    2. yolları her üretilen kümesi için DSİ Studio tarafından oluşturulan 'istatistikleri' metin dosyaları kaydedin ve onlardan 'FA ortalama değerlerini kaydeder.
  2. Olasılıklı Verilerden FA değerleri ayıklanıyor
    Not, olası tabanlı FA değerleri ProbtrackX2 çıkış fdt_paths dosyaları elde edilir. Bunlar bu çalışmada OR karşılık gelen alanı kapsayacak 3D sistem yoğunluğu görüntülerdir.
    1. difüzyon uzaya her katılımcının fdt_paths dosyalarını getirmek için FLIRT doğrusal kayıt kullanın.
    2. "- Bin fslmaths" kullanarak çıkış maskeleri binarize.
    3. her bir katılımcı için, "fslmaths -mul" seçeneğini kullanarak dtifit kendi FA harita ile maskeyi çarpın.
    4. Her yolu maskesi ortalama FA bulmak için "fslmeants" komutunu çalıştırın.
  3. SPSS (Deterministik ve olasılıklı çok kullanılması ile Analizleri Koşu
    Veri)
    NOT: İstatistiksel analiz Mac için SPSS 20 kullanılarak gerçekleştirilir. yarımküre bir denek içi değişken, beynin her iki tarafında etkileri ayrı ayrı baktı edilebildiği genel bir doğrusal model (GENLIN) olduğundan, uygulanır. Özellikle, genelleştirilmiş tahmin denklemi (GEE) kullanılır.
    1. Ayrı testlerde, ortalama FA her set ve bağımlı değişken olarak saymak (waytotal ya da yüzde PGSL, akıcılık oluşturulan) düzene.
      Not: Bu çalışmada, sayım yolu-toplam değerlere dayanmaktadır düzene. Waytotal içerme / dışlama kriterlerine 27 tarafından reddedildi değil üretilen akıcılık toplam sayısını açıklar. gönderilen akım çizgileri toplam sayısını ifade eder üretilen akım çizgileri numarası (NGSL), her bir voksel (bu durumda 5000) alınan numunelerin sayısı ile çarpımı tohum maskeli voksellerin sayısına eşittir. Yüzde oluşturulan Hale (PGSL) NGSL kat 100'e bölünmüş waytotal başarılı Stressiz bir ölçüsüdürTohum ve hedef arasında ctivity.
    2. Tüm testlerde onları bağımsız değişkenleri ayarlayarak V1 bağlantısı için LGN üzerinde grubu ve cinsiyet etkisini incelemek.
      Not: Ana etkiler yanı sıra iki ve üç yollu etkileşimleri incelenmiştir. Bireysel testlerin birbirine klimalı değildir dikkat etmek önemlidir, bu nedenle bir ana etkisi veya etkileşim anlamı, diğer bağımsızdır.
    3. Tüm testler için bir değişken olarak yaş kullanın. Ayrıca, bağımlı değişken olarak ortalama FA ile testler ve waytotal için bir değişken olarak LGN hacmini kullanabilirsiniz, ancak bağımlı değişken olarak PGSL ile yapılan testlerde onu ihmal.
      Not: Toplam beyin hacmi önemsiz bir ortak değişken olarak bulunmuştur ve bu nedenle istatistikleri çıkartılmıştır.
    4. Çoklu karşılaştırmalar 28 (anlamlılık p <0.05 düzeyinde) ayarlamak için Bonferroni düzeltmesi yöntemini seçin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Bu bölümde deterministik ve olasılıklı traktografi, iki farklı algoritmalar kullanılarak elde edilen sonuçların bir özetini sağlar. PD alanı LGN hacimleri olan maske ilk olarak, bu çalışmada kullanılan tüm diğer alanlarda, Tablo 2'de kaydedilmiştir, çizildi ve LGN izleme Şekil 4'te gösterilmiştir. Burada bildirilen sonuçlar LGN YG gibi standart bir küre kullanılır çalışır dayanmaktadır. Standart LGN hacmi difüzyon alanı (deterministik koşmak) sırasıyla, sağ ve sol hemisferde anatomik alan (olasılık çalışma) her iki yarıkürede de 461 mm 3 ve 292,5 mm 3 ve 364,5 mm 3 idi. Her iki koşular için, bu standart hacimleri MNI için (MNI uzayda anatomik hesaplanan ortalama hacimleri çok yakın: 472 mm 3 ve sırasıyla, sol ve sağ için 440 mm3; difüzyon MNI için: 376 ve sol için 312 mm 3ve sırasıyla sağ) ama anatomik yerli uzayda en bireysel LGN hacimleri (büyük daha büyük: 281 mm 3; büyük difüzyon: 324 mm 3). Bonferroni çok muhafazakar testi olduğundan, p daha küçük 0.1 önemini yaklaşırken olarak kabul edilir ve burada raporlanır değerleri. Ayrıca, FA haritalar üzerinde TBSS albinizm azalmış beyaz cevher yolu bütünlüğünün kırmızı temsil eden bölgelerde alanlar (Şekil 5) ile iki grup arasında anlamlı bir fark (p <0.05), alanları ortaya çıkardı.

deterministik ve olasılıklı çalışır, ortak değişkenler ve yarımküre etkileşimleriyle cinsiyete göre üç yollu grubunda hem de önemsiz ve bu nedenle tüm nihai analizler dışında. yarımkürede temel etkisi önemini yaklaştı iken deterministik çalıştırmak için, bağımlı değişken olarak ortalama FA kullanarak grubu ve cinsiyet temel etkileri, önemsiz bulunmuştur (± SEM 0,41 anlamına gelir0,008 sağ ±; 0,39 ± 0,006 sol, p = 0,064). karşılık gelen ortalama FA değerleri araçları (± SEM) VEYA V1 LGN bağlayan bölge albinizm için 0.39 ± 0.007 ve kontroller için 0.40 ± 0.008 idi. Yarımkürede tarafından grubun bir iki yönlü etkileşim (p = 0,013) anlamlı idi. bağımlı değişken olarak fdt_paths gelen ortalama FA değerleri kullanılarak olasılık vadede, için, grubun temel etkisi (; 0,349 ± 0,0046 albinizm ± SEM 0,353 ± 0,0035 kontrolleri demek) önemsiz oldu. Ancak, ana (0,358 ± 0,004 hakkı; 0,345 ± 0,003 sol, p = 0,005) yarımkürede etkileri ve cinsiyet (0,34 ± 0,004 kadın; 0,36 ± 0,004 erkek, p = 0,014) idi önemli. Cinsiyet etkileşimi ile iki yönlü grubu (p = 0,033) anlamlı idi. Shapiro-Wilk testi (p> 0.05) ile teyit tüm testler için veriler normal dağılım bulundu. deterministik bir yaklaşım kullanarak, ortalama waytotal değerleri 2728 ± albinizm için 127 ve 2.753 & # edildi177; kontroller için 169. Yarımkürede temel etkisi ve cinsiyet etkileşimi ile iki yönlü grubu (sırasıyla p = 0,027 ve p = 0,004) anlamlı bulunmuştur. Yarımkürenin etkisi önemli iken bağımlı değişken olarak PGSL kullanarak, grup ve cinsiyet temel etkileri, önemsiz bulunmuştur (± SEM 0.89 ± 0,045 sağ anlamına gelir; 0.63 ± 0,026, p = 0,001). Cinsiyet etkileşimi ile iki yönlü grubu (p = 0,003) da anlamlı idi. LGN gelen V1 için PGSL albinizm için 0.76 ± 0,046 ve kontroller için 0.76 ± 0,048 ölçüldü. PGSL standart LGN ROI kullanılarak hesaplandı. Veriler normal dağılım (Shapiro p> 0.05). olasılıklı çalıştırmak için, bağımlı değişken olarak waytotal değerleri ve PGSL kullanarak, grup, yarımkürede ve cinsiyet temel etkisi anlamlı bulunmamıştır. Ortalama waytotal değerler albinizm için 28.739 ± 7.297 ve kontroller için 31.220 ± 7.202 idi. LGN gelen V1 için PGSL ortalama 1.3 ± albinizm için 0,3 ve 1,4 ± idikontrolleri için 0,3. Her iki durumda da, veriler non-normal dağılım ve gama log dönüşümü uygulanmıştır.

Deterministik bir yaklaşım kullanarak, ikili karşılaştırmalar kontrollere göre albinizm sağ yarımkürede FA azalır (C2 (1, N = 21) = 4.15, p = 0,042) saptandı. C 2 (1, N = 21) = 2.97, p (kontrollerde, sol hemisfer FA değeri sağ yarımkürede (p = 0,007) için daha düşük olduğunu ve bir eğilim bulundu erkeklere göre kadınlarda FA azaldı = 0,085). Olasılıklı traktografi kullanarak, ortaya ikili karşılaştırmalar doğru her iki grupta da yarımkürede (C 2 (1, N = 21) = 6.31, p = 0,012) ile karşılaştırıldığında, sol yarımkürede FA azalır. Erkeklerde, FA ise kontrol (C2 (1, n = 21) = 4.27, p = .039) ile karşılaştırıldığında albinizm indirgendi. Ayrıca, FA belirgin kadın karş azaldıkontrollerde erkeklere ed (C2 (1, N = 21) = 14.37, p <0.001). Bağımlı değişken olarak deterministik çalışmadan elde waytotal değerleri kullanarak, ortaya ikili karşılaştırmalar erkek kontrollere (C2 (1, N = 21) = 4.65, p = 0,031) ile karşılaştırıldığında albinizm ile erkeklerde bağlantı azalır. Her iki grupta da, sol hemisferde bağlantı alt sağ hemisfer ile karşılaştırıldığında (C2 (1, N = 21) = 4.34, p = 0,037) oldu. Ayrıca, bağlantı albinizm grubundaki erkeklerde kadınlara kıyasla daha düşüktü (C2 (1, N = 21) = 4.47, p = .034), zıt kontrol grubuna (C 2 (1 görüldü ise, N = 21)) 3.87, p = .049 =. Son olarak, kadınlarda azalmış bağlantısı için bir eğilim albinizm göre kontrollerde görülen (C 2 (1, N = 21) = 3.52, p = 0,061) oldu. deterministik verilerden hesaplanan PGSL değerleri kullanarak, ikili karşılaştırmalar Simi ortayawaytotal değerleri ile elde edilenlere lar sonuçlanır. Deterministik Traktografinin çıkışları Şekil 6'da gösterilmiştir. Olasılık verileri kullanarak, ortaya ikili karşılaştırmalar erkeklerde kadınlara kıyasla sağ yarımkürede bağlantı azalmış (C 2 (1 N = 21) = 15.96, p <0.001). Olasılıklı Traktografinin çıkışları Şekil 7'de gösterilen A Pearson korelasyon Her iki yöntem (r = -0,172, p = 0.276 den PGSL değerleri arasında çok zayıf negatif korelasyon saptandı;. Ancak, lif yollar büyük ölçüde örtüşen ve benzer niteliktedir (Şekil 8) .

Şekil 1
Şekil 1:. Albinizmi ile Sağlıklı Bireylerde ve hastaların beyinlerinde İlköğretim Görsel Yol Her LGN her iki gözünde gelen girişleri alır. Ipsilateral retina prkontralateral projeksiyonları Katmanlar 1, 4 ve 6. LGN optik radyasyon (mor) üzerinden V1 projeksiyonlar gönderir sona ederken ojections aksonlar V1 Katman iki 4. Girişler en ağır sonlandırma ile, Katmanlar 2, 3 ve 5 sonlandırmak gözü bu noktanın ötesinde Katman 4. göz hakimiyeti sütunlarında ayrılmış kalır, hem gözlerden girişler (korteks binoküler nöronlar) birleştirilir. Diğer yarısı kontralateral yarımkürede kiazmada nazal retina ve haç (yeşil) kaynaklanan iken kontrollerde (A), projeksiyonlar kabaca yarısı, ipsilateral (kırmızı) zamansal retina uzanır. Kalınlaşmış Yeşil fiberler ile gösterildiği üzere (B), albinizm olarak, optik sinir liflerinin artan geçiş ile sonuçlanır zamansal retina içine çaprazlama doğrultusunda bir kayma vardır. Bu şematik albinizm olarak bağlantı V1'in azaltılmış LGN ile daha aşağı retino-geniculo-kortikal yolu ek anomaliler önermektedir (Mcke modifiyetton ve diğ., 2014) Bu çalışmada doğrulanmıştır olarak. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

şekil 2
. Şekil 2 "Olasılıklı Traktografi Boru Hattı FLIRT Doğrusal Kayıt Farklı Mekanlarda (kayıt kırmızı oklarla gösterilen) için Katılımcıların Brain Transform kullanıldı: Tohum maskeleri hazırlanmasında, PD beyinleri anatomik T1 mekana ve FreeSurfer (FS) alana tescil edilmiştir, ve dönüşümler en yakın komşu interpolasyon kullanarak özgün LGN maskeleri uygulanmıştır. hedef maskeleri oluşturmak için, FS beyinleri T1 alana dönüştürülmüş ve dönüşümler doğrusal difüzyon kaydedildi tri-lineer interpolasyon. T1 ve FS beynini kullanarak FreeSurfer V1 maskeleri uygulandı alanı. FreeSurfer 's taraf beyaz cevher sınır maske FS vadede dışlama maskesi olarak eklenmiştir. Olasılık izleme PROBTRACKX2 T1 ve FS uzayda maskeleri girişi ile difüzyon uzayda çalıştırıldı. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3: deterministik Traktografi Boru Hattı. Ön işleme NIfTI Dönüşüm DICOM ilgilendim ve FSL en Eddy akımı düzeltme aracını kullanmak için düzeltildi İki Metin Dosyaları (bvec ve bval). Çarpıklıklar ve hareket ile birlikte Difüzyon Ağırlıklı Image (dti.nii.gz) Üreyen. Eddy difüzyon ağırlıklı görüntüler DSİ Studio açılmış ve bvec ve bval dosyalar kaynak (.src) dosyası oluşturmak için b-tablo penceresinin üzerine yüklendi düzeltildi. Kaynak dosyalar açıldı ve varsayılan yenidenBeyin maskeleri gerektiği şekilde modifiye edildi. Sonraki DTI imar modeli lif bilgi dosyaları (.fib) üretmek için kaynak dosyaları uygulanmıştır. Difüzyon alanı LGN maskeleri izleme penceresinde .fib dosyaları üzerine yüklendi ve tohum olarak belirlenmiştir. Brodmann atlastan Bölge 17 (V1) bir terminative bölge olarak kuruldu. Her dönemde, FreeSurfer segmentasyon atlas gelen taraf WM maske yüklendi ve bir ROA (burada tarif iki yarımkürede) olarak ayarlayın. Eşit işaretler, belirli bir aşamada elde ürünü temsil eder; Turuncu oklar sonraki işleme veya adımı izlemek için kullanılan girdi dosyası gösterir; Yıldız (*) difüzyon uzayda maskeleri ve beyinleri gösterir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
Şekil 4: LGN Maske Delineation. (A) sağ görünümünde-Zoomed ve albinizm, A11 olan bir hastada iki çözünürlük ve yarım voksel boyutuna interpolasyon edilmiş bir ortalama koronal PD-ağırlıklı görüntü levha üzerinde LGN bıraktı. (B) El doğru takip ve en yakın komşu (kırmızı) ve tri-lineer (mavi) değerlemeler kullanılarak FreeSurfer uzaya dönüştürülmüş kırmızı (C) LGN maskeleri ilgi (ROI) LGN alanları bıraktı. Eski yapının daha doğru tasviri için bu çalışmada gerçekleştirilen tüm dönüşümler için kullanılmıştır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
Şekil 5: Voxelwise İstatistiksel Analiz TBSS ile istatistiksel analizi voxelwise Tüm beyin. FA veri yolu tabanlı mekansal istatistik (TBSS) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. ortak bir alana tüm katılımcıların FA görüntüleri doğrusal olmayan kayıt ortalama FA iskeletine oluşturulması ve iskelet üzerine her katılımcının FA görüntünün projeksiyon ardından gerçekleştirildi. (A) Albinizm> kontrollere göre albinizm nedeniyle azalmış FA önemi hiçbir alanları ile yeşil iskeleti gösteren kontrol kontrast. (B) kontrol grubu ve kırmızı temsil eden bölgelerde alanlar ile tespit albinizm grubunda, (serebral beyaz cevher, optik radyasyon lifleri ve kalkarin korteks karşılık hangi onlar sonlandırmak) arasında arasındaki anlamlı farklılık için, albinizm beyaz cevher yolu bütünlüğü azaltılmış sonuçların kontrolü> albinizm kontrast (düzeltilmiş TFCE (eşik-ücretsiz küme geliştirme), p <0.05), (C) Kalınlaşmış skeletonised sürümü görsel temsili için, B görüntülenir.les / ftp_upload / 53759 / 53759fig5large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 6,
Şekil 6:. DSİ Studio Fiber Tracking Çıktı (A) albinizm hasta A1 V1 bağlantısı için LGN Azaltılmış (sağ yarımkürede katılımcılar arasında yeniden yollarının en düşük sayı, 1365) (B) kontrollere (S6, yeniden yolları en sayısıyla karşılaştırıldığında sağ hemisfer, 4355 yılında kontroller) arasında (sol turuncu optik sistem ve OR mavi, V1) için yeşil, LGN bağlantıları kırmızı, sağ LGN içinde LGN. LGN bağlantıları Optik yolu da çıkış görülmektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 7:. Probabilistik Takip için PROBTRACKX çıkış albinizm (üstte) V1 bağlantısı için LGN İndirimli kontroller (altta) karşılaştırıldı. LGN kırmızı V1, yeşil, sarı, optik radyasyon gösterilmiştir. Burada gösterilen dilimler aynı olması amaçlanmamıştır, daha ziyade en iyi yöntem bulgularını temsil dilim olarak seçilmiştir unutmayın. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 8,
Şekil 8:. Deterministik Çıktı Overlap Haritası karşı Olasılık Anatomik beyinleri (olasılık çalışma) ve difüzyon beyinleri (deterministik çalışma) kayıtlı edildi1mm MNI beyinleri. Dönüşümler LGN ROI gibi standart küreler kullanılan ishal çıkış yolları Traktografi uygulanmıştır. Çıktı yolları her yöntemde katılımcılar arasında ortalama edildi ve (A) ortalama yolu maskeleri karşılaştırma (kırmızı, yeşil olasılık deterministik) için FSL görünümünde 1 mm MNI beyin üzerine örtüldü. Şeffaflık her iki yöntemde de bağlantı içindeki kavramları tasvir uygulanmıştır. (B) LGN (mavi) ve V1 (pembe) maskeler tohum ve hedef bölgelerini göstermek için eklenmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Albinizm kontroller
Katılımcı Yaş (yıl) Seks sınıflandırma Görüş keskinliği Katılımcı Yaş (yıl) Seks
A1 48 M OCA 0.6 S1 24 F
A2 20 M OCA-1 0.8 S2 22 M
A3 21 M OCA-1A 1.0 S3 25 M
A4 48 M OCA-1 1.0 S4 24 F
A5 43 F OCA-1 0.8 S5 20 F
A6 56 M OCA 0.9 S6 39 M
A7 22 F OCA 0.6 S7 26 F
A8 47 F OCA 0.9 S8 42 F
A9 45 F OCA 1.0 S9 41 F
A10 17 F OCA-1 0.9 S10 60 M
A11 29 F OCA-2 0.5

Tablo 1: Katılımcı Bilgi ve Sağlık Tarihi. Görme keskinliği Erken Tedavi Diyabetik Retinopati Çalışması (ETDRS) göz grafik ve Expresse kullanılarak değerlendirildiLogMAR d gösterimde (çözünürlük minimum açı logaritması), (20 / 20-20 / 200 için 0,0-1,0) ondalık görme keskinliği tabanına 10 yani, logaritma. ETDRS grafik testi evrensel kullanılan Snellen testi 29 daha doğru olduğu görülmüştür. Tüm kontroller normal veya düzeltilmiş-to-normal görme keskinliği (20/20) vardı. nörolojik bozukluklar geçmişi yok bildirildi.

PD Anatomik yayılma FS
Sol Sağ Sol Sağ Sol Sağ Sol Sağ
Albinizm A1 48 71 57 78 63 72 49 67
A2 195 176 199 179 194 162 212 190
A3 191 181 203 186 180 171 194 184
A4 119 99 132 110 122 122 129 113
A5 128 132 101 106 153 113 135 153
A6 128 75 75 75 86 104 84 85
A7 115 105 101 95 117 113 117 114
A8 63 49 54 56 45 32 79 40
A9 81 105 81 104 77 113 76 112
A10 120 122 115 117 131 126 156 156
A11 69 92 70 93 81 113 75 98
Kontroller S1 201 234 217 240 198 297 205 250
S2 158 165 126 131 180 135 112 115
S3 172 184 204 212 167 180 186 199
S4 153 119 140 112 162 167 166 121
S5 276 229 281 247 324 239 292 243
S6 187 202 203 230 149 176 191 193
S7 242 250 199 209 270 239 206 235
S8 196 112 213 125 194 104 209 136
S9 212 236 224 256 225 234 224 256
S10 193 151 190 152 212 176 211 158

Tablo 2:. LGN Ciltler Bir Özeti Bu tabloda (mm 3) kaydedilen hacimleri sağ ve solBu çalışmada kullanılan tüm mekanlarda hastaların ve kontrollerin LGN.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Değiştirilmiş WM ve daha özel olarak, kontrol beklenen göre albinizm içinde bağlılık azalmıştır. Böylece, kontroller yanı sıra burada bildirilen albinizm olan erkek hastalarda azalmış bağlantı ile karşılaştırıldığında albinizm sağ yarımkürede azalmış FA bizim öngörü ile uyumludur. Toplumsal Cinsiyet ve yarımküre etkileri göstermektedir sağlıklı beyin üzerine araştırmalar erkeklerde kadınlara kıyasla sol yarımküredeki WM karmaşıklığı azalmakla birlikte 30-31 Bu çalışmada gözlemlenen cinsiyet ve yarımküre ilgili bazı farklılıkları açıklayabilir, tamamen açık değildir. Kadın albinizm göre erkek albinizm Azaltılmış bağlantı nedeniyle her iki grupta da kadınların daha genç yaş ortalaması kısmen olabilir (7 - 8 yıl <erkek), WM hacmi sağlıklı beyinde 32 orta yetişkinlikte azaldığı bildirilmiştir olarak -33. Cinsiyet farklılıkları da küçük örnek boyutu ve her kadın karşı erkeklerin düzensiz sayısına bağlı olabilirgrup (5 erkek OCA, 4 kontroller). artan bağlantı beklenmiyordu aynı cinsiyetten kontrollere göre kadın albinizm gözlenen ve albinizm bir telafi mekanizması çeşit önerebiliriz. Ancak bu bulgu oldukça küçük bir nüfus numune içindeki büyük bir değişkenlik isnat edilebilir.

FA ortalama ve sayısı düzene V1 bağlantısı için LGN keşfetmek için kullanılır. FA difüzyon verilerinden elde edilen en sık bildirilen önlemlerden biridir. En doğru bir bölgede kadar güçlü yön etkisi difüzyon bir miktar olarak tanımlanmaktadır. FA tedbirler grup farklılıkları mutlaka beyaz cevher bütünlüğünün farklılıklar anlamına gelmez dikkat etmek önemlidir. Bu çalışmada beyaz cevher üzerinde potansiyel etkisi ile klinik durumu içerdiğinden, bu tür yorumlama haklı olabilir. Azaltılmış bütünlük yapısal hasar veya düşüş göstermektedir Ancak, bir bölgede FA gibi büyük olarak az bariyerler sayesinde azalabiliryanı sıra artan membran geçirgenliği 34 kaynaklanan daha az etkili sınırlara akson çapları ve daha az yoğun paketlenmiş aksonlar. yeniden akıcılık sayısı, gerçek lif sayısının doğru bir temsili olabilir çünkü terimi sayısı düzene ', hem de bağlı uzunluk, eğrilik dallanma olarak yol özellikleri varyasyonlara' fiberli 'tercih edilir Bu tür bir sinyal-gürültü oranı (SNR) 34 gibi deneysel koşullar.

Traktografi in vivo haritalama WM için sadece non-invaziv bir tekniktir. anizotropi belirli bir seviyenin altına düştüğünde veya ani açılanma olduğunda deterministik yaklaşımda, fesih oluşur. Bununla birlikte, çoğu vokseller birden fazla yönde elyafları içerir ve deterministik yaklaşım voksel veya voksel içindeki bütün yönlerde bir "ortalama" baskın yolu tanımlayan, ya sınırlıdır. Böylece gerçek bir repres sunamamaktadırnöronal yolların yönelimi. Olasılık Traktografi tek voksel iki fiber modellerinin bir sistem daha güvenilir bir temsilini sağlar ve düşük anizotropi 17 alanlarında izleme çözünürlüğünü sağlar. olasılıklı algoritma nedenle V1 gri cevherde sonlanan, OR, yüksek dallanma WM yapısı (Meyer'in döngü özellikle kısım) yörüngesini araştırıldı Bu çalışmada, özellikle avantajlı oldu. Birden fazla permütasyon ortaya olasılık traktografi yerine bir lif gerçek anatomisini temsil Traktografinin yanıltıcı kavramına daha aynı yolu olan bir stokastik olma olasılığını gösterir dikkat etmek önemlidir. olasılıklı traktografi daha yakından sinir liflerinin gerçek seyir izleyeceği düşünülmektedir rağmen, deterministik traktografi her iki tekniğin yararlılığını ve tekrarlanabilirlik karşılaştırmak için çalıştırıldı. eğilimler olasılık yaklaşım kullanılarak tespit edildi beri, benzerlikler görüldüdeterministik vadede sadece daha sonuçların geçerliliğini güçlendirdi.

Yanı sıra beyinde haritalama anatomik bağlantısı üzerinde araştırma artan kullanımı, traktografi nöroşirürji kaydırma umut verici gelişmeler göstermiştir. OR neuronavigationally ameliyat alanına DAG veri aktarımı yoluyla tümörlerin rezeksiyonu sırasında Görselleştirme başarılı lezyonlar kaldırılması ve 35 sağlam görme alanı tutmaya yardımcı olduğu bildirildi. Bununla birlikte, DTI gibi nispeten zayıf uzaysal çözünürlük ve OR gibi düşük lif yoğunluğu ile yapılar 20 incelenmiştir bozulmuş veri kalitesi gibi sınırlamaları vardır. olasılıklı Traktografi tercih edilen teknik, iki algoritmaları karşılaştırmayı amaçladık Bu çalışma olmasına rağmen. Her ikisi de izleme algoritmaları sonuçların güvenilirliğini artırarak, bazı ortak bulgular ortaya koydu.

LGN birim Sağlıklı beyin 8 ve c 112-276 mm3 arasında değişmektedirgenel beyin hacmi 36 ile görsel korteks ve optik sistemin hacmi ile orrelates değil. Traktografi tohum maskeli vokseller sayısına bağlı olduğundan, LGN hacim yollarında 37 arasında kantitatif karşılaştırmalar önyargı önlemek için katılımcılar arasında normalize edilmelidir. İki farklı yöntem kullanarak LGN boyutunda farklılıklar için kontrol edilir. İlk yöntemde, bir standart boyutta küresel ROI oluşturulmuştur. Bunu başarmak için, MNI boşluğa dönüştürülmüştür kendi LGN maskeleri tüm denekler arasında ortalama hacmi hesaplanmıştır. MNI alan ortalama maskenin çapındaki kullanarak, bir küre ya da anatomik ya da difüzyon alanı her LGN kütle merkezinin üzerine merkezlenmiştir. Bireysel LGN hacimleri daha büyük bir hacme sahip standart bir küre ROI kullanılarak tüm katılımcıların bu yapının bir parçası olan tüm vokseller dahil sağlar. Genellikle yanlış pozitif riskini artıracak büyük bir maske boyutunu kullanırken tohumlama zaman, böyle bir endişe geçerli değildirBir yapıda bu çevre çekirdeklerden bağlantı desen farklıdır LGN gibi. Dolayısıyla, beklenen yolları ve bu tür yolları takip etmeyin akıcılık üretecek diğer yapılara ait vokseller nedenle 18 atılacak biz LGN hacmi kontrol etmek için kullanılan alınan ikinci yöntem değişken olarak LGN hacmi kullanılarak istatistiksel analizler çalıştırmak, ancak bu anlamlı istatistiksel sonuçlar değiştirmemiştir. LGN normalleşmesi için başka bir olası yaklaşım MATLAB komut dosyası kullanarak denekler genelinde bir standart boyutu elde etmek için bireysel LGN maskeleri etrafında vokseller eklenmesi ve çıkarılması olduğunu. Bu yaklaşım herhangi bir ek kayıt gerektirmez ve bu nedenle beyin görüntüleri ve artar doğruluk deformasyon derecesini sınırlar değildir. Ayrıca LGN bölgenin etrafında bir küre oluşturmak yerine LGN anahat korur. Ancak, insan hatası, çoklu atlas segmentasyon yerine el LGN maskeleri olarak izleme kullanılabilir en aza indirmek için. atlaslar hesaplarının bir dizi kullanarakBireysel yapısal değişkenlik ve bu nedenle tek bir atlas 38 daha subkortikal bölgede daha doğru bir gösterimini verir.

In vivo çalışmada bu yeni insan albinizm birincil görsel yolun farklı bölümlerinde arasında birbirine gelişimini inceler. Böylece bozukluk özgü imzaların belirlenmesi yoluyla bu durumun etiyolojisi içine daha fazla anlayış ve gelişmiş tanı sağlar. Hem olasılıklı ve deterministik traktografi algoritmaları burada kullanılan insan albinizm V1 bağlantısı Değiştirilen LGN karşılaştırılabilir desenleri gösterdi. büyük nüfusu hiçbir genelleme küçük örneklem büyüklüğü ve ilgi yapılarında büyük denekler arası varyasyon nedeniyle yapılabilir rağmen, bu çalışma daha fazla araştırma önemini de düşündüren, örnek popülasyon içindeki eğilimleri tespit Traktografinin yararlılığını göstermektedir alan.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

iş Doğa Bilimleri ve Kanada'nın Mühendislik Araştırma Konseyi (NSERC) tarafından kısmen desteklenmektedir. Yazarlar katılımcılara teşekkür, albinizm hasta alımına yaptığı yardım için Rick Thompson, Denis Romanovský onun yardımıyla analizlerin bazı çalışan ve bir rakam değiştirmek için, Mónica Giraldo Chica ona yardım için Traktografinin ile onun bilgi ve tavsiye, Joy Williams onun MRG analiz uzmanlığı için MR edinimi ve Aman Goyal içinde.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Magnetom Tim Trio 3T MRI Siemens (Erlangen, Germany)
FMRIB’s Software Library (FSL) http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/
FreeSurfer http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu
DSI Studio http://dsi-studio.labsolver.org
SPSS

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Montoliu, L., et al. Increasing the complexity: new genes and new types of albinism. Pigment Cell Melanoma Res. 27, 11-18 (2013).
  2. Martinez-Garcia, M., Montoliu, L. Albinism in Europe. J. Dermatol. 40 (5), 319-324 (2013).
  3. Gottlob, I. Albinism: a model of adaptation of the brain in congenital visual disorders. Br. J. Opthalmol. 91 (4), 411-412 (2007).
  4. Wilk, M. A., et al. Relationship between foveal cone specialization and pit morphology in albinism. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 55 (7), 4186-4198 (2014).
  5. Von dem Hagen, E. A. H., Houston, G. C., Hoffman, M. B., Morland, B. A. Pigmentation predicts the shift in the line of decussation in humans with albinism. Eur. J. Neurosci. 25, 503-511 (2007).
  6. Rice, D. S., Williams, R. W., Goldowitz, D. Genetic control of retinal projections in inbred strains of albino mice. J comp neurol. 354 (3), 459-469 (1995).
  7. Schmitz, B., Schaefer, T., Krick, C. M., Reith, W., Backens, M., Kasmann-Kellner, B. Configuration of the optic chiasm in humans with albinism as revealed by magnetic resonance imaging. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 44 (1), 16-21 (2003).
  8. Mcketton, L., Kelly, K. R., Schneider, K. A. Abnormal lateral geniculate nucleus and optic chiasm in human albinism. J. Comp. Neurol. 522 (11), 2680-2687 (2014).
  9. Williams, S. E., et al. Ephrin-B2 and EphB1 mediate retinal axon divergence at the optic chiasm. Neuron. 39 (6), 919-935 (2003).
  10. van Genderen, M. M., Riemslag, F. C., Schuil, J., Hoeben, F. P., Stilma, J. S., Meire, F. M. Chiasmal misrouting and foveal hypoplasia without albinism. J. Opthalmol. 90 (9), 1098-1102 (2006).
  11. Yücel, Y. H., Zhang, Q., Gupta, N., Kaufman, P. L., Weinreb, R. N. Loss of neurons in magnocellular and parvocellular layers of the lateral geniculate nucleus in Glaucoma. Arch. Ophthalmol. 118 (3), 378-384 (2000).
  12. von dem Hagen, E. A., Hoffman, M. B., Morland, A. B. Identifying human albinism: a comparison of VEP and fMRI. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 49 (1), 238-249 (2008).
  13. Burkhalter, A., Bernardo, K. L. Organization of cortico-cortical connections in human visual cortex. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 86 (3), 1071-1075 (1989).
  14. Mufson, E. J., Brady, D. R., Kordower, J. H. Tracing neuronal connections in postmortem human hippocampal complex with the carbocyanine Dye DiI. Neurobiol. Aging. 11 (6), 649-653 (1990).
  15. Wedeen, V. J., et al. Diffusion spectrum magnetic resonance imaging (DSI) tractography of crossing fibers. Neuroimage. 41 (4), 1267-1277 (2008).
  16. Smith, S. M., et al. Tract-based spatial statistics: voxelwise analysis of multi-subject diffusion data. NeuroImage. 31 (4), 1487-1505 (2006).
  17. Newcombe, V. F., Das, T., Cross, J. J. Diffusion imaging in neurological disease. J. Neurol. 260 (1), 335-342 (2013).
  18. Behrens, T. E. J., et al. Non-invasive mapping of connections between human thalamus and cortex using diffusion imaging. Nat. Neurosci. 6 (7), 750-757 (2003).
  19. Bassi, L., et al. Probabilistic diffusion tractography of the optic radiations and visual function in preterm infants at term equivalent age. Brain. 131 (2), 573-582 (2008).
  20. Hofer, S., Karaus, A., Frahm, J. Reconstruction and dissection of the entire human visual pathway using diffusion tensor MRI. Front Neuroanat. 4, 1-7 (2010).
  21. Fujita, N., et al. Lateral Geniculate Nucleus: Anatomic and Functional Identification by Use of MR Imaging. Am. J. Neuroradiol. 22 (9), 1719-1726 (2001).
  22. McKetton, L., Joy, W., Viviano, J. D., Yücel, Y. H., Gupta, N., Schneider, K. A. High resolution structural magnetic resonance imaging of the human subcortex in vivo and postmortem. J. Vis. Exp. , (2015).
  23. Fischl, B. FreeSurfer. NeuroImage. 62 (2), 774-781 (2012).
  24. Yeh, F. C., Verstynen, T. D., Wang, Y., Fernández-Miranda, J. C., Tseng, W. Y. Deterministic Diffusion Fiber Tracking Improved by Quantitative Anisotropy. PLoS One. 8 (11), 807-813 (2013).
  25. Jiang, H., van Zijl, P. C., Kim, J., Pearlson, G. D., Mori, S. DtiStudio: resource program for diffusion tensor computation and fiber bundle tracking. Comput. Methods. Programs. Biomed. 81 (2), 106-116 (2006).
  26. Smith, S. M., et al. Advances in functional and structural MR image analysis and implementation as FSL. NeuroImage. 23 (1), 208-219 (2004).
  27. Galantucci, S., et al. White matter damage in primary progressive aphasias: a diffusion tensor tractography study. J. Neurol. 134, 3011-3029 (2011).
  28. Cabin, R. J., Mitchell, R. J. To Bonferroni or not to Bonferroni: when and how are the questions. Bull. Ecol. Soc. Am. 81 (3), 246-248 (2000).
  29. Kaiser, P. K. Prospective evaluation of visual acuity assessment: a comparison of snellen versus ETDRS charts in clinical practice (An AOS Thesis). Trans. Am. Ophthalmol. Soc. 107, 311-324 (2009).
  30. Farahibozorg, S., Hashemi-Golpayegani, S. M., Ashburner, J. Age and sex-related variations in the brain white matter fractal dimension throughout adulthood: An MRI study. Clin. Neuroradiol. 25 (1), 19-32 (2014).
  31. Tian, L., Wang, J., Yan, C., He, Y. Hemisphere and gender-related differences in small world brain networks: a resting state functional MRI study. NeuroImage. 54 (1), 191-202 (2011).
  32. Ge, Y., Grossman, R. I., Babb, J. S., Rabin, M. L., Mannon, L. J., Kolson, D. L. Age-related total gray matter and white matter changes in normal adult brain. Part 1: volumetric MR imaging analysis. Am. J. Neuroradiol. 23 (8), 1327-1333 (2002).
  33. Zhang, L., Dean, D., Liu, J. Z., Sahgal, V., Wang, X., Yue, G. H. Quantifying degeneration of white matter in normal aging using fractal dimension. Neurobiol. Aging. 28 (10), 1543-1555 (2007).
  34. Jones, D. K., Knosche, T. R., Turner, R. White matter integrity, fiber count, and other fallacies: The do's and don'ts of diffusion MRI. NeuroImage. 73, 239-254 (2013).
  35. Coenen, V. A., Huber, K. K., Krings, T., Weidemann, J., Gilsbach, J. M., Rohde, V. Diffusion-weighted imaging-guided resection of intracerebral lesions involving the optic radiation. Neurosurg. Rev. 28 (3), 188-195 (2005).
  36. Andrews, T. J., Halperm, S. D., Purves, D. Correlated size variations in human visual cortex, lateral geniculate nucleus, and optic tract. J. Neurosci. 17 (8), 2859-2865 (1997).
  37. Bridge, H., Thomas, O., Jbabdi, S., Cowey, A. Changes in connectivity after visual cortical brain damage underlie altered visual function. Brain. 131, 1433-1444 (2008).
  38. Asman, A. J., Landman, B. A. Non-local statistical label fusion for multi-atlas segmentation. Med. Image. Anal. 17 (2), 194-208 (2013).

Tags

Nörobilim görsel birincil Sayı 114 Beyin gelişimi albinizm nöronal yanlış yere gönderme manyetik rezonans görüntüleme (MRG) difüzyon tensör görüntüleme (DTG) traktografi deterministik / olasılıklı lif izleme lateral genikulat nükleus (LGN) optik radyasyon (OR) korteks (V1) nörobiyoloji
Difüzyon tensör görüntüleme ve traktografi kullanarak İnsan Albinizmi İlköğretim Görsel Yolu&#39;ndaki Bağlantı Ölçme
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Grigorian, A., McKetton, L.,… More

Grigorian, A., McKetton, L., Schneider, K. A. Measuring Connectivity in the Primary Visual Pathway in Human Albinism Using Diffusion Tensor Imaging and Tractography. J. Vis. Exp. (114), e53759, doi:10.3791/53759 (2016).

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