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Neuroscience

सब्सटेंशिया निग्रा के न्यूरोमेलेनिन-संवेदनशील चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग के लिए मानकीकृत डेटा अधिग्रहण

Published: September 8, 2021 doi: 10.3791/62493
Automatic Translation
1, 1, *1,2, *1,2
1New York State Psychiatric Institute, 2Department of Psychiatry, Columbia University
* These authors contributed equally

Summary

यह प्रोटोकॉल दिखाता है कि सबस्टियन निग्रा के न्यूरोमेलेनिन-संवेदनशील चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग डेटा कैसे प्राप्त करें।

Abstract

डोपामिनर्जिक प्रणाली स्वस्थ अनुभूति (जैसे, इनाम सीखने और अनिश्चितता) और न्यूरोसाइकिएट्रिक विकारों (जैसे, पार्किंसंस रोग और सिज़ोफ्रेनिया) में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। न्यूरोमेलेनिन डोपामाइन संश्लेषण का एक उपोत्पाद है जो सब्सटेंशिया निग्रा के डोपामिनर्जिक न्यूरॉन्स में जमा होता है। न्यूरोमेलेनिन-संवेदनशील चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एनएम-एमआरआई) उन डोपामिनर्जिक न्यूरॉन्स में न्यूरोमेलेनिन को मापने के लिए एक गैर-आक्रामक विधि है, जो सब्सटेंशिया नाइग्रा में डोपामिनर्जिक सेल हानि का प्रत्यक्ष माप प्रदान करती है और डोपामाइन फ़ंक्शन का एक प्रॉक्सी उपाय प्रदान करती है। यद्यपि एनएम-एमआरआई को विभिन्न न्यूरोसाइकियाट्रिक विकारों का अध्ययन करने के लिए उपयोगी दिखाया गया है, लेकिन इसे हीन-बेहतर दिशा में सीमित क्षेत्र-दृश्य द्वारा चुनौती दी जाती है जिसके परिणामस्वरूप सब्सटेंशिया निग्रा के हिस्से के आकस्मिक बहिष्करण से डेटा का संभावित नुकसान होता है। इसके अलावा, क्षेत्र में एनएम-एमआरआई डेटा के अधिग्रहण के लिए एक मानकीकृत प्रोटोकॉल की कमी है, जो क्लिनिक में बड़े पैमाने पर मल्टीसाइट अध्ययन और अनुवाद की सुविधा में एक महत्वपूर्ण कदम है। यह प्रोटोकॉल चरण-दर-चरण एनएम-एमआरआई वॉल्यूम प्लेसमेंट प्रक्रिया और ऑनलाइन गुणवत्ता नियंत्रण जांच का वर्णन करता है ताकि पूरे ठोस निग्रा को कवर करने वाले अच्छी गुणवत्ता वाले डेटा के अधिग्रहण को सुनिश्चित किया जा सके।

Introduction

न्यूरोमेलेनिन (एनएम) एक डार्क पिगमेंट है जो सब्सटेंशिया निग्रा (एसएन) के डोपामिनर्जिक न्यूरॉन्स और लोकस कोरुलस (एलसी) 1,2 के नॉरएड्रेनर्जिक न्यूरॉन्स में पाया जाता है। एनएम को साइटोसोलिक डोपामाइन और नॉरपेनेफ्रिन के लौह-निर्भर ऑक्सीकरण द्वारा संश्लेषित किया जाता है और सोमा3 में ऑटोफैजिक रिक्तिकाओं में संग्रहीत किया जाता है। यह पहली बार 2-3 साल की उम्र के आसपास मनुष्यों में दिखाई देता है और 1,4,5 साल की उम्र के साथ जमा होता है।

एसएन और एलसी न्यूरॉन्स के एनएम युक्त रिक्तिकाओं के भीतर, एनएम लोहे के साथ कॉम्प्लेक्स बनाता है। ये एनएम-आयरन कॉम्प्लेक्स पैरामैग्नेटिक हैं, जो चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) 6,7 का उपयोग करके एनएम के गैर-आक्रामक विज़ुअलाइज़ेशन की अनुमति देते हैं। एमआरआई स्कैन जो एनएम की कल्पना कर सकते हैं, उन्हें एनएम-संवेदनशील एमआरआई (एनएम-एमआरआई) के रूप में जाना जाता है और उच्च एनएम एकाग्रता (जैसे, एसएन) और आसपास के सफेद पदार्थ 8,9 वाले क्षेत्रों के बीच अंतर प्रदान करने के लिए प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष चुंबकीकरण हस्तांतरण प्रभाव का उपयोग करते हैं।

मैग्नेटाइजेशन ट्रांसफर कंट्रास्ट मैक्रोमोलेक्यूलर-बाउंड वॉटर प्रोटॉन (जो मैग्नेटाइजेशन ट्रांसफर पल्स द्वारा संतृप्त होते हैं) और आसपास के मुक्त पानी प्रोटॉन के बीच बातचीत का परिणाम है। एनएम-एमआरआई में, यह माना जाता है कि एनएम-आयरन कॉम्प्लेक्स की पैरामैग्नेटिक प्रकृति आसपास के मुक्त जल प्रोटॉन के टी1 को छोटा कर देती है, जिसके परिणामस्वरूप चुंबकीकरण-हस्तांतरण प्रभाव कम हो जाते हैं ताकि उच्च एनएम एकाग्रता वाले क्षेत्र एनएम-एमआरआई स्कैन10 पर हाइपरइंटेंस दिखाई दें। इसके विपरीत, एसएन के आसपास के सफेद पदार्थ में एक उच्च मैक्रोमोलेक्यूलर सामग्री होती है, जिसके परिणामस्वरूप बड़े चुंबकीकरण-हस्तांतरण प्रभाव होते हैं ताकि ये क्षेत्र एनएम-एमआरआई स्कैन पर हाइपोइंटेंस दिखाई दें, इस प्रकार एसएन और आसपास के सफेद पदार्थ के बीच उच्च अंतर प्रदान करते हैं।

एसएन में, एनएम-एमआरआई डोपामिनर्जिक सेल लॉस11 और डोपामाइन सिस्टम फ़ंक्शन12 का मार्कर प्रदान कर सकता है। ये दो प्रक्रियाएं कई न्यूरोसाइकियाट्रिक विकारों के लिए प्रासंगिक हैं और नैदानिक और प्रीक्लिनिकल काम के एक विशाल शरीर द्वारा समर्थित हैं। उदाहरण के लिए, डोपामाइन फ़ंक्शन में असामान्यताएं स्किज़ोफ्रेनिया में व्यापक रूप से देखी गई हैं; पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन टोमोग्राफी (पीईटी) का उपयोग करके विवो अध्ययनों में स्ट्रिएटल डोपामाइन रिलीज में वृद्धि हुई है 13,14,15,16 और डोपामाइन संश्लेषण क्षमता में वृद्धि 17,18,19,20,21,22 . इसके अलावा, पोस्टमार्टम अध्ययनों से पता चला है कि स्किज़ोफ्रेनिया वाले रोगियों में बेसल गैन्ग्लिया23 और एसएन 24,25 में टायरोसिन हाइड्रॉक्सिलेज के स्तर में वृद्धि हुई है- डोपामाइन संश्लेषण में शामिल दर-सीमित एंजाइम।

कई अध्ययनों ने डोपामिनर्जिक सेल हानि के पैटर्न की जांच की है, खासकर पार्किंसंस रोग में। पोस्टमार्टम अध्ययनों से पता चला है कि एसएन के पिगमेंटेड डोपामिनर्जिक न्यूरॉन्स पार्किंसंस रोग26,27 में न्यूरोडीजेनेरेशन की प्राथमिक साइट हैं, और यह कि, जबकि पार्किंसंस रोग में एसएन सेल हानि सामान्य उम्र बढ़ने में सेल हानि के साथ सहसंबद्ध नहीं है28, यह रोग की अवधि के साथ सहसंबद्ध है29 . डोपामिनर्जिक प्रणाली की जांच के लिए अधिकांश तरीकों के विपरीत, गैर-इनवेसिवनेस, लागत-प्रभावशीलता और आयनीकरण विकिरण की कमी एनएम-एमआरआई को एक बहुमुखी बायोमार्कर30 बनाती है।

इस पेपर में वर्णित एनएम-एमआरआई प्रोटोकॉल को एनएम-एमआरआई के भीतर-विषय और पार-विषय प्रजनन क्षमता दोनों को बढ़ाने के लिए विकसित किया गया था। यह प्रोटोकॉल हीन-बेहतर दिशा में एनएम-एमआरआई स्कैन के सीमित कवरेज के बावजूद एसएन का पूर्ण कवरेज सुनिश्चित करता है। प्रोटोकॉल कोरोनल, और अक्षीय त्रि-आयामी (3 डी) टी 1-भारित (टी 1 डब्ल्यू) छवियों का उपयोग करता है, और उचित स्लाइस स्टैक प्लेसमेंट प्राप्त करने के लिए चरणों का पालन किया जाना चाहिए। इस पेपर में उल्लिखित प्रोटोकॉल का उपयोग कईअध्ययनों 31,32 में किया गया है और बड़े पैमाने पर परीक्षण किया गया था। वेंगलर एट अल ने इस प्रोटोकॉल की विश्वसनीयता का एक अध्ययन पूरा किया जिसमें एनएम-एमआरआई छवियों को कई दिनोंमें प्रत्येक प्रतिभागी में दो बार प्राप्त किया गया था। इंट्रा-क्लास सहसंबंध गुणांक ने रुचि के क्षेत्र (आरओआई) आधारित और वोक्सेलवाइज विश्लेषण के लिए इस पद्धति की उत्कृष्ट परीक्षण-पुन: परीक्षण विश्वसनीयता का प्रदर्शन किया, साथ ही छवियों में उच्च विरोधाभास भी दिखाया।

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Protocol

नोट: इस प्रोटोकॉल को विकसित करने के लिए किए गए शोध न्यूयॉर्क स्टेट साइकियाट्रिक इंस्टीट्यूट इंस्टीट्यूशनल रिव्यू बोर्ड दिशानिर्देशों (आईआरबी # 7655) के अनुपालन में किए गए थे। प्रोटोकॉल वीडियो रिकॉर्ड करने के लिए एक विषय को स्कैन किया गया था, और लिखित सूचित सहमति प्राप्त की गई थी। इस प्रोटोकॉल में उपयोग किए गए एमआरआई स्कैनर के बारे में विवरण के लिए सामग्री की तालिका देखें।

1. एमआरआई अधिग्रहण पैरामीटर

  1. निम्नलिखित मापदंडों के साथ 3 डी मैग्नेटाइजेशन तैयार रैपिड अधिग्रहण ग्रेडिएंट इको (एमपीआरईजीई) अनुक्रम का उपयोग करके उच्च-रिज़ॉल्यूशन टी 1 डब्ल्यू छवियों को प्राप्त करने के लिए तैयार करें: स्थानिक रिज़ॉल्यूशन = 0.8 x 0.8 x 0.8 मिमी3; फील्ड-ऑफ-व्यू (एफओवी) = 176 x 240 x 240 मिमी3; इको टाइम (टीई) = 3.43 एमएस; पुनरावृत्ति समय (टीआर) = 2462 एमएस; व्युत्क्रमण समय (टीआई) = 1060 एमएस; फ्लिप कोण = 8 °; इन-प्लेन समानांतर इमेजिंग फैक्टर (एआरसी) = 2; थ्रू-प्लेन समानांतर इमेजिंग फैक्टर (एआरसी) = 233; बैंडविड्थ = 208 हर्ट्ज / पिक्सेल; कुल अधिग्रहण समय = 6 मिनट 39 सेकंड।
  2. निम्नलिखित मापदंडों के साथ मैग्नेटाइजेशन ट्रांसफर कंट्रास्ट (2 डी जीआरई-एमटीसी) के साथ दो-आयामी (2 डी) ग्रेडिएंट रिकॉल इको अनुक्रम का उपयोग करके एनएम-एमआरआई छवियों को प्राप्त करने के लिए तैयार करें: रिज़ॉल्यूशन = 0.43 x 0.43 मिमी2; एफओवी = 220 x 220 मिमी2; स्लाइस-मोटाई = 1.5 मिमी; 20 स्लाइस; स्लाइस गैप = 0 मिमी; टीई = 4.8 एमएस; टीआर = 500 एमएस; फ्लिप कोण = 40 °; बैंडविड्थ = 122 हर्ट्ज / पिक्सेल; एमटी आवृत्ति ऑफसेट = 1.2 kHz; एमटी पल्स अवधि = 8 एमएस; एमटी फ्लिप कोण = 670 °; औसत की संख्या = 5; कुल अधिग्रहण समय = 10 मिनट 4 सेकंड।
    नोट: हालांकि प्रदर्शित परिणामों ने इन एमआरआई अधिग्रहण मापदंडों का उपयोग किया, यह प्रोटोकॉल विभिन्न टी 1 डब्ल्यू और एनएम-एमआरआई इमेजिंग प्रोटोकॉल के लिए मान्य है। एसएन के पूर्ण कवरेज की गारंटी देने के लिए एनएम-एमआरआई प्रोटोकॉल को हीन-बेहतर दिशा में ~ 25 मिमी को कवर करना चाहिए।

2. एनएम-एमआरआई वॉल्यूम का प्लेसमेंट

  1. एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन टी 1 डब्ल्यू छवि (≤1 मिमी आइसोट्रोपिक वोक्सेल आकार) प्राप्त करें। पूर्वकाल अल्पविराम-पश्चवर्ती अल्पविराम (एसी-पीसी) लाइन और मिडलाइन के साथ संरेखित उच्च-रिज़ॉल्यूशन टी 1 डब्ल्यू छवियां बनाने के लिए छवि अधिग्रहण के बाद सीधे ऑनलाइन रिफॉर्मेटिंग का उपयोग करें।
    1. विक्रेता द्वारा प्रदान किए गए सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके ऑनलाइन सुधार करें (उदाहरण के लिए, यदि जीई स्कैनर पर डेटा प्राप्त कर रहे हैं: योजना में मल्टीप्लानर पुनर्निर्माण (एमपीआर); यदि सीमेंस स्कैनर पर डेटा प्राप्त कर रहे हैं: 3 डी टास्क कार्ड में एमपीआर; यदि फिलिप्स स्कैनर पर डेटा प्राप्त कर रहे हैं: वॉल्यूमव्यू पैकेज के रेंडर मोड में एमपीआर)।
      1. पूरे मस्तिष्क को न्यूनतम स्लाइस-गैप के साथ कवर करने के लिए एसी-पीसी लाइन के लंबवत अक्षीय विमान में 3 डी टी 1 डब्ल्यू छवि के मल्टीप्लानर पुनर्निर्माण बनाएं।
      2. एसी-पीसी लाइन के लंबवत कोरोनल प्लेन में 3 डी टी 1 डब्ल्यू छवि के मल्टीप्लानर पुनर्निर्माण बनाएं ताकि पूरे मस्तिष्क को न्यूनतम स्लाइस-गैप के साथ कवर किया जा सके।
      3. एसी-पीसी लाइन के समानांतर विमान में 3 डी टी 1 डब्ल्यू छवि के मल्टीप्लानर पुनर्निर्माण बनाएं ताकि पूरे मस्तिष्क को न्यूनतम स्लाइस-गैप के साथ कवर किया जा सके।
  2. पुनर्निर्मित उच्च-रिज़ॉल्यूशन टी 1 डब्ल्यू छवि के कोरोनल और अक्षीय दृश्यों को लोड करें और सुनिश्चित करें कि प्रत्येक प्रदर्शित स्लाइस के स्थान को दर्शाने वाली संदर्भ रेखाएं मौजूद हैं।
  3. उस छवि की पहचान करें जो मिडब्रेन और थैलेमस के बीच सबसे बड़ा अलगाव दिखाती है (चित्रा 1 ए)। ऐसा करने के लिए, इस सबसे बड़े अलगाव को दिखाने वाले स्लाइस की पहचान होने तक सुधारित टी 1 डब्ल्यू छवि के स्लाइस का नेत्रहीन निरीक्षण करें।
  4. चरण 2.3 के अंत से छवि का उपयोग करके, कोरोनल विमान की नेत्रहीन पहचान करें जो मिडब्रेन के सबसे पूर्ववर्ती पहलू को चित्रित करता है (चित्रा 1 बी)।
  5. चरण 2.4 के अंत से कोरोनल छवि का उपयोग करते हुए, अक्षीय तल की नेत्रहीन पहचान करें जो तीसरे वेंट्रिकल (चित्रा 1 सी) के हीन पहलू को चित्रित करता है।
  6. चरण 2.3 के अंत से छवि पर, एनएम-एमआरआई वॉल्यूम की बेहतर सीमा को चरण 2.5 (चित्रा 1 डी) में पहचाने गए अक्षीय विमान से संरेखित करें।
  7. एनएम-एमआरआई वॉल्यूम 3 मिमी की बेहतर सीमा को बेहतर दिशा में ले जाएं (चित्रा 1 ई)।
  8. अक्षीय और कोरोनल छवियों (चित्रा 1 एफ) में एनएम-एमआरआई वॉल्यूम को मध्य रेखा में संरेखित करें।
  9. एनएम-एमआरआई छवियों को प्राप्त करें।

Figure 1
चित्रा 1: चरण-दर-चरण एनएम-एमआरआई वॉल्यूम प्लेसमेंट प्रक्रिया प्रदर्शित करने वाली छवियां। पीली रेखाएं प्रोटोकॉल में वर्णित वॉल्यूम प्लेसमेंट के लिए उपयोग किए जाने वाले स्लाइस के स्थान को इंगित करती हैं। (ए) सबसे पहले, मिडब्रेन और थैलेमस के बीच सबसे बड़े अलगाव के साथ छवि की पहचान की जाती है (प्रोटोकॉल का चरण 2.3)। (बी) दूसरा, ए से छवि का उपयोग करके, मिडब्रेन के सबसे पूर्ववर्ती पहलू को चित्रित करने वाले कोरोनल विमान की पहचान की जाती है (चरण 2.4)। (सी) तीसरा, बी में पहचाने गए विमान से कोरोनल छवि पर , तीसरे वेंट्रिकल के अवर पहलू को चित्रित करने वाले अक्षीय विमान की पहचान की जाती है (चरण 2.5)। (D) चौथा, C में पहचाना गया अक्षीय तल A (चरण 2.6) से चित्र पर प्रदर्शित होता है। (ई) पांचवां, डी से अक्षीय विमान को बेहतर दिशा में 3 मिमी स्थानांतरित किया जाता है, और यह विमान एनएम-एमआरआई वॉल्यूम (चरण 2.7) की बेहतर सीमा को इंगित करता है। (एफ) अंतिम एनएम-एमआरआई वॉल्यूम प्लेसमेंट जहां कोरोनल छवि सी से मेल खाती है, धनु छवि ए से मेल खाती है, और अक्षीय छवि ई में अक्षीय विमान से मेल खाती है। एनएम-एमआरआई वॉल्यूम कोरोनल और अक्षीय छवियों में मस्तिष्क की मध्य रेखा और एसी-पीसी लाइन के साथ संरेखित होता है (चरण 2.8)। इस आंकड़े का एक हिस्सा एल्सेवियर से 30 से अनुमति के साथ पुनर्मुद्रित किया गया है। संक्षेप: एनएम-एमआरआई = न्यूरोमेलेनिन-संवेदनशील चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग; एसी-पीसी = पूर्वकाल अल्पविराम-पश्चवर्ती अल्पविराम। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

3. गुणवत्ता नियंत्रण जांच

  1. सुनिश्चित करें कि अधिग्रहित एनएम-एमआरआई छवियां पूरे एसएन को कवर करती हैं और एसएन केंद्रीय छवियों में दिखाई देती है लेकिन एनएम-एमआरआई वॉल्यूम की सबसे बेहतर या सबसे हीन छवियों में नहीं। अन्यथा (चित्रा 2), सही एनएम-एमआरआई वॉल्यूम प्लेसमेंट सुनिश्चित करने के लिए चरण 2.3-2.9 दोहराएं। यदि प्रतिभागी उच्च-रिज़ॉल्यूशन टी 1 डब्ल्यू स्कैन के अधिग्रहण के बाद से काफी आगे बढ़ गया है, तो चरण 2.1-2.9 दोहराएं।

Figure 2
चित्रा 2: एनएम-एमआरआई अधिग्रहण का उदाहरण जो पहली गुणवत्ता नियंत्रण जांच (प्रोटोकॉल का चरण 3.1) में विफल रहा। 20 एनएम-एमआरआई स्लाइस में से प्रत्येक सबसे हीन (शीर्ष बाएं छवि) से सबसे बेहतर (नीचे दाईं छवि) तक प्रदर्शित होता है; छवि विंडो / स्तर को सबस्टियन निग्रा और क्रूस सेरेब्री के बीच अंतर को अतिरंजित करने के लिए सेट किया गया था। स्लाइस 15-19 में नारंगी तीर उन स्लाइस में ठोस निग्रा के स्थान को दर्शाते हैं। सबसे बेहतर स्लाइस (स्लाइस 20) में लाल तीर से पता चलता है कि इस स्लाइस में सब्सटेंशिया निग्रा अभी भी दिखाई देता है, और इस प्रकार, अधिग्रहण गुणवत्ता की जांच में विफल रहता है। संक्षिप्त नाम: एनएम-एमआरआई = न्यूरोमेलेनिन-संवेदनशील चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

  1. अधिग्रहित एनएम-एमआरआई स्कैन के प्रत्येक टुकड़े का नेत्रहीन निरीक्षण करके कलाकृतियों की जांच करें, विशेष रूप से जो एसएन और आसपास के सफेद पदार्थ के माध्यम से जाते हैं।
    1. एक रैखिक पैटर्न के साथ सिग्नल तीव्रता में अचानक परिवर्तन की तलाश करें जो सामान्य शारीरिक सीमाओं का सम्मान नहीं करता है। उदाहरण के लिए, यह कम तीव्रता वाले क्षेत्र के रूप में दिखाई दे सकता है जो दो उच्च तीव्रता वाले क्षेत्रों से घिरा हुआ है।
    2. यदि आर्टिफैक्ट रक्त वाहिकाओं (चित्रा 3 ए) का परिणाम है, तो एनएम-एमआरआई छवियों को बनाए रखें क्योंकि ये कलाकृतियां हमेशा मौजूद रहेंगी।
    3. यदि कलाकृतियां प्रतिभागी सिर की गति (चित्रा 3 बी) का परिणाम हैं, तो प्रतिभागी को यथासंभव स्थिर रहने के लिए याद दिलाएं और चरण 3.2.5 के अनुसार एनएम-एमआरआई छवियों को पुनः प्राप्त करें।
    4. यदि कलाकृतियां अस्पष्ट हैं (चित्रा 3 सी), तो चरण 3.2.5 के अनुसार एनएम-एमआरआई छवियों को पुनः प्राप्त करें। पुनः प्राप्त करने पर, यदि कलाकृतियां मौजूद रहती हैं, तो इन छवियों के साथ आगे बढ़ें क्योंकि वे अधिग्रहण के मुद्दों के परिणामस्वरूप जैविक होने की संभावना रखते हैं।
    5. यदि एनएम-एमआरआई छवियां चरण 3.1 में गुणवत्ता नियंत्रण जांच को पारित करती हैं, तो पिछले एनएम-एमआरआई वॉल्यूम प्लेसमेंट की प्रतिलिपि बनाएं। यदि एनएम-एमआरआई छवियां चरण 3.1 में गुणवत्ता नियंत्रण जांच में विफल हो जाती हैं, तो सही एनएम-एमआरआई वॉल्यूम प्लेसमेंट सुनिश्चित करने के लिए चरण 2.3-2.9 दोहराएं (या चरण 2.1-2.9 यदि प्रतिभागी महत्वपूर्ण रूप से स्थानांतरित हो गया)।

Figure 3
चित्रा 3: एनएम-एमआरआई अधिग्रहण के उदाहरण जो दूसरी गुणवत्ता नियंत्रण जांच (प्रोटोकॉल के चरण 3.2) में विफल रहे। प्रत्येक मामले के लिए केवल एक प्रतिनिधि टुकड़ा दिखाया गया है। (ए) एक एनएम-एमआरआई अधिग्रहण जो रक्त वाहिका विरूपण साक्ष्य (लाल तीर) के कारण गुणवत्ता नियंत्रण जांच में विफल रहता है जो नीले तीरों द्वारा पहचाने गए रक्त वाहिका का परिणाम है। (बी) एक एनएम-एमआरआई अधिग्रहण जो गति कलाकृतियों (लाल तीर) के कारण गुणवत्ता नियंत्रण जांच में विफल रहता है। (सी) एक एनएम-एमआरआई अधिग्रहण जो एक अस्पष्ट कलाकृति (लाल तीर) के कारण गुणवत्ता नियंत्रण जांच में विफल रहता है। संक्षिप्त नाम: एनएम-एमआरआई = न्यूरोमेलेनिन-संवेदनशील चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Representative Results

चित्रा 4 एक 28 वर्षीय महिला प्रतिभागी के प्रतिनिधि परिणामों को दर्शाता है जिसमें कोई मनोरोग या न्यूरोलॉजिकल विकार नहीं है। एनएम-एमआरआई प्रोटोकॉल एसएन का पूरा कवरेज सुनिश्चित करता है, जो चित्रा 1 में उल्लिखित प्रोटोकॉल के चरण 2 का पालन करके प्राप्त किया जाता है, और प्रोटोकॉल के चरण 3 का पालन करके संतोषजनक एनएम-एमआरआई छवियां। नगण्य एनएम एकाग्रता (यानी, क्रूस सेरेब्री) के साथ एसएन और पड़ोसी सफेद पदार्थ क्षेत्रों के बीच उत्कृष्ट अंतर देखा जा सकता है। एसएन के उचित कवरेज को सुनिश्चित करने और कलाकृतियों की जांच करने के लिए अधिग्रहण के तुरंत बाद इन छवियों की जांच की गई थी। क्योंकि एसएन का पूर्ण कवरेज किसी भी कलाकृतियों के बिना हासिल किया गया था, स्कैन ने गुणवत्ता जांच को पारित किया और इसे दोहराने की आवश्यकता नहीं थी।

Figure 4
चित्रा 4: एक प्रतिनिधि एनएम-एमआरआई अधिग्रहण का उदाहरण। 20 एनएम-एमआरआई स्लाइस में से प्रत्येक सबसे हीन (शीर्ष बाएं छवि) से सबसे बेहतर (नीचे दाईं छवि) तक प्रदर्शित होता है; छवि विंडो / स्तर को 28 वर्षीय महिला प्रतिभागी से सब्सटेंशिया निग्रा और क्रूस सेरेब्री के बीच अंतर को अतिरंजित करने के लिए सेट किया गया था, जिसमें कोई मनोरोग या न्यूरोलॉजिकल विकार नहीं था। एनएम-एमआरआई प्रोटोकॉल ठोस निग्रा का पूरा कवरेज सुनिश्चित करता है, लोकस कोरुलस का आंशिक कवरेज, और संतोषजनक एनएम-एमआरआई छवियां। बिना न्यूरोमेलेनिन एकाग्रता (यानी, क्रूस सेरेब्रस) के साथ ठोस निग्रा और पड़ोसी सफेद पदार्थ क्षेत्रों के बीच उत्कृष्ट अंतर स्लाइस 9-16 पर देखा जा सकता है। नीचे की छवि स्लाइस 13 से मिडब्रेन का एक ज़ूम-इन दृश्य दिखाती है। संक्षिप्त नाम: एनएम-एमआरआई = न्यूरोमेलेनिन-संवेदनशील चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 2 एक 28 वर्षीय महिला प्रतिभागी के प्रतिनिधि परिणामों को दर्शाता है जिसमें कोई मनोरोग या न्यूरोलॉजिकल विकार नहीं है, जिनकी छवियां पहली गुणवत्ता नियंत्रण जांच (चरण 3.1) में विफल रहीं। एसएन सबसे बेहतर स्लाइस (स्लाइस 20) में दिखाई देता है, यह दर्शाता है कि एसएन का पूर्ण कवरेज हासिल नहीं किया गया था। इस उदाहरण में, प्रोटोकॉल के चरण 2.3-2.9 को दोहराकर डेटा को फिर से प्राप्त किया जाना चाहिए, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। यदि प्रतिभागी प्रारंभिक टी 1 डब्ल्यू छवि के अधिग्रहण के बाद से काफी आगे बढ़ गया है, तो शोधकर्ता को टी 1 डब्ल्यू छवि को पुनः प्राप्त करने के लिए चरण 2.1 पर लौटना चाहिए।

चित्रा 3 उदाहरण छवियों को दिखाता है जो दूसरी गुणवत्ता नियंत्रण जांच (चरण 3.2) में विफल रहे। जैसा कि चरण 3.2 में उल्लिखित है, रक्त वाहिकाओं (चित्रा 3 ए) के कारण कलाकृतियों वाले स्कैन को दोहराने की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि उन कलाकृतियों की संभावना हर अधिग्रहण में मौजूद होगी। स्कैन जिसमें गति (चित्रा 3 बी) या अस्पष्ट कलाकृतियों (चित्रा 3 सी) के परिणामस्वरूप कलाकृतियों को दोहराया जाना चाहिए। अस्पष्ट कलाकृतियों के मामले में, यदि कलाकृतियां पुनः प्राप्त करने के बाद मौजूद रहती हैं, तो स्कैन को आगे पुनः प्राप्त करने की आवश्यकता नहीं है क्योंकि कलाकृतियों की संभावना जैविक है और इसलिए, हर अधिग्रहण में मौजूद होंगे।

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Discussion

डोपामिनर्जिक प्रणाली स्वस्थ अनुभूति और न्यूरोसाइकियाट्रिक विकारों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। विवो में डोपामिनर्जिक प्रणाली की बार-बार जांच करने के लिए उपयोग किए जा सकने वाले गैर-आक्रामक तरीकों का विकास नैदानिक रूप से सार्थक बायोमाकर्स के विकास के लिए महत्वपूर्ण है। यहां वर्णित प्रोटोकॉल एसएन की अच्छी गुणवत्ता वाले एनएम-एमआरआई छवियों को प्राप्त करने के लिए चरण-दर-चरण निर्देश प्रदान करता है, जिसमें उपयोग करने योग्य डेटा सुनिश्चित करने के लिए एनएम-एमआरआई वॉल्यूम और गुणवत्ता नियंत्रण जांच शामिल है।

भले ही एनएम-एमआरआई डेटा के विश्लेषण के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल पर कहीं और चर्चा की गई है, पूर्णता के लिए, हम एनएम-एमआरआई छवियों और वोक्सेलवाइज विश्लेषणों के प्रीप्रोसेसिंग के लिए हमारे पिछले काम और सिफारिशों का एक संक्षिप्त सारांश प्रदान करते हैं। इस दृष्टिकोण को पहले इस पेपर में वर्णित अधिग्रहण प्रोटोकॉल के संयोजन के रूप में मान्य किया गया है। पिछले अध्ययन इस पद्धति के फायदों पर अधिक विस्तार से चर्चा करते हैं और इसकी प्रजनन क्षमता 6,12,32 का समर्थन करने वाले डेटा प्रदान करते हैं। हालांकि ध्यान दें कि यहां वर्णित मानकीकृत अधिग्रहण प्रोटोकॉल किसी भी प्रसंस्करण और विश्लेषण रणनीति (देशी या एमएनआई स्पेस 8,32 में आरओआई-आधारित विश्लेषण सहित) पर लागू होता है और न केवल यहां वर्णित है।

एनएम-एमआरआई छवियों के विश्लेषण के लिए, गति को सही करने और एक मानक शारीरिक टेम्पलेट में व्यक्तिगत विषय डेटा को स्थानिक रूप से सामान्य करने के लिए प्रीप्रोसेसिंग किया जा सकता है। हम निम्नलिखित चरणों में निम्नलिखित उपकरणों का उपयोग करने के लिए सांख्यिकीय पैरामीट्रिक मैपिंग (एसपीएम) और उन्नत सामान्यीकरण उपकरण (एएनटी) के संयोजन वाली निम्नलिखित पाइपलाइन की सिफारिश करते हैं: (1) एसपीएम-गति के लिए अलग से अधिग्रहित औसत को फिर से संरेखित और सही करने के लिए, और एसपीएम-इमकैल्क पुन: संरेखित छवियों को औसत करने के लिए; (2) टी 1 डब्ल्यू छवि के मस्तिष्क निष्कर्षण के लिए antsBrainExtraction.sh; (3) मस्तिष्क से निकाले गए टी 1 डब्ल्यू छवि के स्थानिक सामान्यीकरण के लिए antsRegistrationSyN.sh (कठोर + एफफाइन + विकृत सिन) एमएनआई 152 एनलिन 2009 सीएसिम टेम्पलेट स्पेस में; (4) एनएम-एमआरआई छवि को टी 1 डब्ल्यू (मूल स्थान में) छवि में जमा करने के लिए antsRegistrationSyN.sh (कठोर); चरण 3 और 4 में अनुमानित परिवर्तनों को एमएनआई अंतरिक्ष में एनएम-एमआरआई छवियों के स्थानिक सामान्यीकरण के लिए एकल-चरण परिवर्तन में संयोजित करने के लिए चींटियां लागू करें; और (6) स्थानिक रूप से सामान्यीकृत एनएम-एमआरआई छवि के स्थानिक स्मूथिंग के लिए 1 मिमी पूर्ण-चौड़ाई-आधा-अधिकतम गॉसियन कर्नेल के साथ एसपीएम-स्मूथ। इस प्रसंस्करण पाइपलाइन को पहले साहित्य में उच्चतम परीक्षण-पुन: परीक्षण विश्वसनीयता प्राप्त करने के लिए दिखाया गया था, जिसमें ~ 0.9032 के एसएन के भीतर औसत इंट्रा-क्लास सहसंबंध गुणांक (आईसीसी) था। इसके अलावा, पिछले कई अध्ययनों ने इसी तरह की प्रीप्रोसेसिंग पाइपलाइनों 12,31,34,35,36,37 का उपयोग किया है।

स्थानिक सामान्यीकरण के बाद, एनएम-एमआरआई छवियों का विश्लेषण प्रत्येक वोक्सेल (सीएनआरवी) पर कंट्रास्ट-टू-शोर अनुपात की गणना करके किया जाना चाहिए। सीएनआर प्रत्येक वोक्सेल (आईवी) और एक संदर्भ सफेद पदार्थ क्षेत्र के बीच प्रतिशत सिग्नल अंतर को मापता है, जिसमें कम एनएम सामग्री12 (क्रूस सेरेब्री, आईसीसी) होती है, जो निम्नलिखित सूत्र द्वारा दी गई है: सीएनआरवी = {[आईवी - मोड (आईसीसी)] / मोड (आईसीसी)}* 100। पूरे एसएन के सीएनआर को निर्धारित करने के लिए प्रत्येक प्रतिभागी के लिए सीएनआरवी मानों का औसत निकाला जा सकता है या एसएन के भीतर वोक्सेलवाइज स्तर पर विश्लेषण किया जा सकता है। उच्च सीएनआर मान उस वोक्सेल या आरओआई में बढ़ी हुई एनएम सामग्री को दर्शाते हैं। कुछ अन्य विश्लेषण विधियों के विपरीत जो एसएन आरओआई को एनएम-एमआरआई छवि में हाइपरइंटेंस क्षेत्र के रूप में परिभाषित करते हैं, यह अनुशंसित विधि पूर्वनिर्धारित टेम्पलेट आरओआई का उपयोग करती है जिसे साहित्य12 से प्राप्त किया जा सकता है या अध्ययन में सभी विषयों में एमएनआई स्पेस में एनएम-एमआरआई छवियों के औसत पर खींचा जा सकता है (अध्ययन-विशिष्ट टेम्पलेट का उपयोग करके)। न केवल यह विधि पूरी तरह से स्वचालित है, यह विश्लेषण में परिपत्रता को भी हटा देती है, एसएन-वीटीए परिसर के भीतर विषमता के लिए जिम्मेदार है, और विश्लेषण को पूरे-आरओआई स्तर तक सीमित नहीं करती है।

एनएम-एमआरआई छवियों को प्राप्त करते समय, यह महत्वपूर्ण है कि एनएम-एमआरआई वॉल्यूम रखने के लिए उपयोग की जाने वाली टी 1 डब्ल्यू छवियों को एसी-पीसी लाइन के साथ संरेखित किया जाए। ऐसा करने से स्कैन की प्रजनन क्षमता में सुधार होगा। एनएम-एमआरआई छवियों को यथासंभव प्राप्त करने से पहले टी 1 डब्ल्यू छवियों को समय के करीब प्राप्त करना भी महत्वपूर्ण है। क्योंकि टी 1 डब्ल्यू छवि एनएम-एमआरआई वॉल्यूम प्लेसमेंट के लिए उपयोग की जाती है, इसलिए यह महत्वपूर्ण है कि यह स्कैनर में प्रतिभागी के सिर के स्थान का सटीक प्रतिनिधित्व करता है। यदि प्रतिभागी टी 1 डब्ल्यू स्कैन और एनएम-एमआरआई स्कैन के बीच चला गया है, तो एनएम-एमआरआई वॉल्यूम को उचित रूप से नहीं रखा जाएगा। टी 1 डब्ल्यू छवियों और एनएम-एमआरआई छवियों के अधिग्रहण के बीच समय की मात्रा को कम करने से इस संभावना में कमी आएगी कि प्रतिभागी स्कैन के बीच चला गया है और इसलिए इस संभावना को कम कर देगा कि एसएन का हिस्सा एनएम-एमआरआई वॉल्यूम में शामिल नहीं है।

एनएम-एमआरआई अधिग्रहण के साथ समस्याएं उत्पन्न होने पर प्रोटोकॉल में कुछ संशोधनों की आवश्यकता हो सकती है। यदि वॉल्यूम प्लेसमेंट को सही करने के बाद भी पूरे एसएन को लगातार कवर नहीं किया जाता है, तो पूरे एसएन को पकड़ने के लिए एनएम-एमआरआई प्रोटोकॉल में स्लाइस की संख्या बढ़ाने की आवश्यकता हो सकती है। इसके अतिरिक्त, यदि प्रतिभागी को एनएम-एमआरआई स्कैन की संपूर्णता के लिए स्थिर रहने में कठिनाई होती है, जिसके परिणामस्वरूप लगातार गति कलाकृतियां होती हैं, तो व्यक्तिगत पुनरावृत्ति प्राप्त की जा सकती है और ऑफ़लाइन औसत किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक 10-मिनट स्कैन पूरा करने के बजाय जो ऑनलाइन औसतन पांच पुनरावृत्ति प्राप्त करता है, पांच 2-मिनट स्कैन प्राप्त किए जा सकते हैं और ऑफ़लाइन औसत किए जा सकते हैं। यह प्रतिभागियों को दोहराव के बीच ब्रेक के अवसर देगा और उन्हें व्यक्तिगत स्कैन की अवधि के लिए स्थिर रहने में मदद कर सकता है।

इस प्रोटोकॉल की एक सीमा यह है कि यह मानक एनएम-एमआरआई अधिग्रहण प्रोटोकॉल के साथ एलसी का पूर्ण कवरेज प्रदान नहीं करता है, जिससे इस विधि का उपयोग करके नॉरएड्रेनर्जिक प्रणाली की पूरी तरह से जांच नहीं की जा सकती है। जबकि एलसी एक संरचना है जिसे एनएम-एमआरआई का उपयोग करके चित्रित किया जा सकता है, इस प्रोटोकॉल में एलसी को शामिल करने से एसएन और एलसी दोनों को उनकी संपूर्णता में मज़बूती से कैप्चर करने के लिए आवश्यक स्लाइस की संख्या बढ़ जाएगी। स्लाइस की संख्या बढ़ाने से, बदले में, इस प्रोटोकॉल के लिए स्कैन समय बढ़ जाएगा। क्योंकि ये स्कैन गति के प्रति संवेदनशील हैं, स्कैन समय में वृद्धि कम गुणवत्ता वाली छवियों का उत्पादन कर सकती है क्योंकि प्रतिभागियों को लंबे समय तक स्थिर रहना अधिक कठिन हो सकता है- विशेष रूप से नैदानिक आबादी में समस्याग्रस्त। इस प्रकार, हमने डेटा में गति कलाकृतियों की क्षमता को कम करने के लिए इस प्रोटोकॉल में एलसी को शामिल नहीं करने का विकल्प चुना। भविष्य के अध्ययनों को एसएन और एलसी को एक साथ चित्रित करने के लिए अधिक संख्या में स्लाइस के साथ एनएम-एमआरआई प्रोटोकॉल की विश्वसनीयता की जांच करनी चाहिए।

इस प्रोटोकॉल की एक दूसरी सीमा यह है कि एनएम-एमआरआई वॉल्यूम का एसी-पीसी संरेखण एसएन इमेजिंग के लिए इष्टतम अभिविन्यास प्रदान नहीं कर सकता है। जबकि एसी-पीसी लाइन की पहचान करना आसान है, यह अभिविन्यास आंशिक मात्रा प्रभाव को पूरी तरह से कम नहीं करता है क्योंकि यह एसएन के लंबवत पूरी तरह से नहीं है। पिछले काम ने एसएन 38,39,40 की छवि बनाने के लिए चौथे वेंट्रिकल के फर्श के लंबवत एक तिरछा अक्षीय खंड का उपयोग किया है। जबकि यह वॉल्यूम प्लेसमेंट, या सेरेब्रल एक्वाडक्ट के लंबवत, एसी-पीसी संरेखण की तुलना में कम आंशिक वॉल्यूम प्रभाव प्रदान कर सकता है, हमने एसी-पीसी लाइन का उपयोग इसके स्पष्ट रूप से परिभाषित स्थलों को देखते हुए चुना। इस संरेखण की वैधता को ऊपर उल्लिखित प्रोटोकॉल का उपयोग करके पिछले काम में दिखाया गया था, जिसमें उत्कृष्ट परीक्षण-पुन: परीक्षण विश्वसनीयताहासिल की गई थी। एसी-पीसी संरेखण का उपयोग कई अन्य अध्ययनों में भी किया गया है। कैसिडी एट अल ने पाया कि कोकीन की लत वाले रोगियों में नियंत्रण35 की तुलना में उच्च एसएन सीएनआर मान थे। देर से जीवन अवसाद वाले रोगियों के एक अध्ययन में, वेंगलर एट अल ने पाया कि साइकोमोटर फ़ंक्शन एसएन सीएनआर मान36 के साथ सहसंबद्ध था। एक तीसरे पेपर में यह भी पाया गया कि पार्किंसंस के रोगियों ने एसएन में सीएनआर कम कर दिया था जबकि मनोविकृति वाले रोगियों ने एसएन12 में सीएनआर में वृद्धि की थी।

हालांकि, किसी भी अध्ययन ने सीधे विभिन्न वॉल्यूम प्लेसमेंट विधियों की तुलना नहीं की है, और यह एक ऐसा क्षेत्र है जिसे भविष्य के शोध को यह निर्धारित करने के लिए पता लगाना चाहिए कि कौन सी विधि कई अधिग्रहणों में सबसे अच्छी परीक्षण-पुन: परीक्षण विश्वसनीयता प्रदान करती है। 3 डी एनएम-एमआरआई अनुक्रम एक वैकल्पिक समाधान प्रदान कर सकते हैं क्योंकि वे अधिग्रहण के बाद सुधार में अधिक लचीलापन प्रदान करते हैं। इसके अलावा, 3 डी अनुक्रम 2 डी अनुक्रमों की तुलना में उच्च सिग्नल-टू-शोर अनुपात प्राप्त करते हैं, संभावित रूप से उच्च स्थानिक रिज़ॉल्यूशन की अनुमति देते हैं लेकिन गति के प्रति संवेदनशीलता में वृद्धि की कीमत पर आते हैं। वर्तमान में, 2 डी-जीआरई एमटी एकमात्र बड़े पैमाने पर मान्य एनएम-एमआरआई अनुक्रम है- इस प्रोटोकॉल के लिए इसका उपयोग करने के लिए प्रेरक कारक। भविष्य के अध्ययनों में 3 डी अनुक्रमों से एनएम-एमआरआई सिग्नल की तुलना एनएम एकाग्रता और स्ट्रिएटल डोपामाइन फ़ंक्शन से की जानी चाहिए, और व्यापक रूप से अपनाने से पहले 2 डी-जीआरई एमटी की तुलना में प्रजनन क्षमता होनी चाहिए।

इस प्रोटोकॉल में अन्य एनएम-एमआरआई प्रोटोकॉल पर फायदे हैं क्योंकि यह एनएम-एमआरआई वॉल्यूम प्लेसमेंट के लिए आसानी से पहचाने जाने योग्य स्थल प्रदान करता है, जिससे यह अत्यधिक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य हो जाता है। यह ऑनलाइन गुणवत्ता जांच भी प्रदान करता है, जिसे किसी अन्य एनएम-एमआरआई प्रोटोकॉल में शामिल नहीं किया गया है। ये गुणवत्ता जांच प्रयोगकर्ता को छवियों को फिर से प्राप्त करने की अनुमति देती है यदि वे विश्लेषण से उस विषय को बाहर करने के बजाय खराब गुणवत्ता के हैं।

एनएम-एमआरआई एक मूल्यवान उपकरण है जिसका उपयोग कई न्यूरोसाइकियाट्रिक विकारों की जांच के लिए किया गया है। एनएम-एमआरआई निग्रोस्ट्रियल मार्ग12 में डोपामाइन फ़ंक्शन का एक प्रॉक्सी उपाय है, इस प्रकार विवो डोपामिनर्जिक सिस्टम की जांच करने की एक विधि प्रदान करता है जिसे पीईटी जैसी आक्रामक प्रक्रियाओं की आवश्यकता नहीं होती है। स्किज़ोफ्रेनिया वाले रोगियों ने एसएन38,41 में एनएम सिग्नल में वृद्धि की है, जो पिछले अध्ययनों का समर्थन करते हैं जिन्होंने स्किज़ोफ्रेनिया में डोपामिनर्जिक फ़ंक्शन में वृद्धि का खुलासा किया है। एसएन में एनएम-एमआरआई सिग्नल स्किज़ोफ्रेनिया वाले रोगियों में मनोविकृति गंभीरता और स्किज़ोफ्रेनिया12 के लिए उच्च जोखिम वाले लोगों से भी संबंधित है। अनुसंधान से यह भी पता चला है कि कोकीन उपयोग विकार वाले व्यक्तियों ने एसएन35 के वेंट्रोलेटरल क्षेत्रों में एनएम-एमआरआई सिग्नल में वृद्धि की है, और यह कि देर से जीवन अवसाद वाले रोगियों में, एसएन में कम एनएम-एमआरआई सिग्नल मोटर धीमाहोने के साथ सहसंबद्ध है। इसके अतिरिक्त, एनएम-एमआरआई का उपयोग पार्किंसंस रोग जैसी स्थितियों में डोपामिनर्जिक सेल हानि का अध्ययन करने के लिए किया गया है।

किताओ और सहयोगियों ने स्थापित किया कि एसएन में एनएम-एमआरआई सिग्नल एसएन11 में पिगमेंटेड डोपामिनर्जिक न्यूरॉन्स की संख्या के साथ सहसंबद्ध है, और अन्य ने दिखाया है कि एसएन डोपामिनर्जिक न्यूरॉन्स में एनएम-एमआरआई सिग्नल पार्किंसंस रोग 6,9,39,40 में कम हो गया है। पार्किंसंस रोगियों में आगे के शोध ने एसएन सेल हानि12 के स्थलाकृतिक पैटर्न और रोग के दौरान एसएन सेल हानि की प्रगति को मैप करने के लिए एनएम-एमआरआई का उपयोगकिया है। कुल मिलाकर, इससे पता चलता है कि न केवल एनएम-एमआरआई न्यूरोसाइकिएट्रिक विकारों के अंतर्निहित रासायनिक घटकों में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है, बल्कि यह रोग की शुरुआत और गंभीरता की भविष्यवाणी करने में बायोमार्कर के रूप में भी उपयोगी हो सकता है। हमें उम्मीद है कि यहां प्रस्तुत मानकीकृत प्रोटोकॉल एनएम-एमआरआई30 के आधार पर नैदानिक रूप से उपयोगी बायोमार्कर विकसित करने के लिए भविष्य के काम की सुविधा प्रदान करेगा।

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Disclosures

डॉ. होर्गा और वेंगलर ने केंद्रीय तंत्रिका तंत्र विकारों (WO2021034770A1, WO2020077098A1) में न्यूरोमेलेनिन इमेजिंग के विश्लेषण और उपयोग के लिए पेटेंट होने की सूचना दी, जो टेरान बायोसाइंसेज को लाइसेंस प्राप्त है, लेकिन कोई रॉयल्टी प्राप्त नहीं हुई है।

Acknowledgments

होर्गा को एनआईएमएच (आर01-एमएच 114965, आर01-एमएच 117323) से समर्थन मिला। वेंगलर को एनआईएमएच (एफ 32-एमएच 125540) से समर्थन मिला।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3T Magnetic Resonance Imaging General Electric GE SIGNA Premier with 48-channel head coil

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References

  1. Zecca, L., et al. New melanic pigments in the human brain that accumulate in aging and block environmental toxic metals. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (45), 17567-17572 (2008).
  2. Zucca, F. A., et al. The neuromelanin of human substantia nigra: physiological and pathogenic aspects. Pigment Cell Research. 17 (6), 610-617 (2004).
  3. Sulzer, D., et al. Neuromelanin biosynthesis is driven by excess cytosolic catecholamines not accumulated by synaptic vesicles. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 97 (22), 11869-11874 (2000).
  4. Cowen, D. The melanoneurons of the human cerebellum (nucleus pigmentosus cerebellaris) and homologues in the monkey. Journal of Neuropathology & Experimental Neurology. 45 (3), 205-221 (1986).
  5. Zecca, L., et al. The absolute concentration of nigral neuromelanin, assayed by a new sensitive method, increases throughout the life and is dramatically decreased in Parkinson's disease. FEBS Letters. 510 (3), 216-220 (2002).
  6. Sulzer, D., et al. Neuromelanin detection by magnetic resonance imaging (MRI) and its promise as a biomarker for Parkinson's disease. NPJ Parkinson's Disease. 4 (1), 11 (2018).
  7. Zucca, F. A., et al. Neuromelanin organelles are specialized autolysosomes that accumulate undegraded proteins and lipids in aging human brain and are likely involved in Parkinson's disease. NPJ Parkinson's Disease. 4 (1), 17 (2018).
  8. Chen, X., et al. Simultaneous imaging of locus coeruleus and substantia nigra with a quantitative neuromelanin MRI approach. Magnetic Resonance Imaging. 32 (10), 1301-1306 (2014).
  9. Sasaki, M., et al. Neuromelanin magnetic resonance imaging of locus ceruleus and substantia nigra in Parkinson's disease. Neuroreport. 17 (11), 1215-1218 (2006).
  10. Trujillo, P., et al. Contrast mechanisms associated with neuromelanin-MRI. Magnetic Resonance in Medicine. 78 (5), 1790-1800 (2017).
  11. Kitao, S., et al. Correlation between pathology and neuromelanin MR imaging in Parkinson's disease and dementia with Lewy bodies. Neuroradiology. 55 (8), 947-953 (2013).
  12. Cassidy, C. M., et al. Neuromelanin-sensitive MRI as a noninvasive proxy measure of dopamine function in the human brain. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (11), 5108-5117 (2019).
  13. Abi-Dargham, A., et al. Increased striatal dopamine transmission in schizophrenia: confirmation in a second cohort. American Journal of Psychiatry. 155 (6), 761-767 (1998).
  14. Laruelle, M., et al. Single photon emission computerized tomography imaging of amphetamine-induced dopamine release in drug-free schizophrenic subjects. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93 (17), 9235-9240 (1996).
  15. Breier, A., et al. Schizophrenia is associated with elevated amphetamine-induced synaptic dopamine concentrations: evidence from a novel positron emission tomography method. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 94 (6), 2569-2574 (1997).
  16. Abi-Dargham, A., et al. Increased baseline occupancy of D-2 receptors by dopamine in schizophrenia. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 97 (14), 8104-8109 (2000).
  17. Hietala, J., et al. Presynaptic dopamine function in striatum of neuroleptic-naive schizophrenic patients. Lancet. 346 (8983), 1130-1131 (1995).
  18. Lindström, L. H., et al. Increased dopamine synthesis rate in medial prefrontal cortex and striatum in schizophrenia indicated by L-(β-11C) DOPA and PET. Biological Psychiatry. 46 (5), 681-688 (1999).
  19. Meyer-Lindenberg, A., et al. Reduced prefrontal activity predicts exaggerated striatal dopaminergic function in schizophrenia. Nature Neuroscience. 5 (3), 267-271 (2002).
  20. McGowan, S., Lawrence, A. D., Sales, T., Quested, D., Grasby, P. Presynaptic dopaminergic dysfunction in schizophrenia: a positron emission tomographic [18F] fluorodopa study. Archives of General Psychiatry. 61 (2), 134-142 (2004).
  21. Bose, S. K., et al. Classification of schizophrenic patients and healthy controls using [18F] fluorodopa PET imaging. Schizophrenia Research. 106 (2-3), 148-155 (2008).
  22. Kegeles, L. S., et al. Increased synaptic dopamine function in associative regions of the striatum in schizophrenia. Archives of General Psychiatry. 67 (3), 231-239 (2010).
  23. Toru, M., et al. Neurotransmitters, receptors and neuropeptides in post-mortem brains of chronic schizophrenic patients. Acta Psychiatrica Scandinavica. 78 (2), 121-137 (1988).
  24. Perez-Costas, E., Melendez-Ferro, M., Rice, M. W., Conley, R. R., Roberts, R. C. Dopamine pathology in schizophrenia: analysis of total and phosphorylated tyrosine hydroxylase in the substantia nigra. Frontiers in Psychiatry. 3, 31 (2012).
  25. Howes, O. D., et al. Midbrain dopamine function in schizophrenia and depression: a post-mortem and positron emission tomographic imaging study. Brain. 136 (11), 3242-3251 (2013).
  26. Bernheimer, H., Birkmayer, W., Hornykiewicz, O., Jellinger, K., Seitelberger, F. Brain dopamine and the syndromes of Parkinson and Huntington Clinical, morphological and neurochemical correlations. Journal of the Neurological Sciences. 20 (4), 415-455 (1973).
  27. Hirsch, E., Graybiel, A. M., Agid, Y. A. Melanized dopaminergic neurons are differentially susceptible to degeneration in Parkinson's disease. Nature. 334 (6180), 345 (1988).
  28. Fearnley, J. M., Lees, A. J. Ageing and Parkinson's disease: substantia nigra regional selectivity. Brain. 114 (5), 2283-2301 (1991).
  29. Damier, P., Hirsch, E., Agid, Y., Graybiel, A. The substantia nigra of the human brain: II. Patterns of loss of dopamine-containing neurons in Parkinson's disease. Brain. 122 (8), 1437-1448 (1999).
  30. Horga, G., Wengler, K., Cassidy, C. M. Neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging as a proxy marker for catecholamine function in psychiatry. JAMA Psychiatry. 78 (7), 788-789 (2021).
  31. Wengler, K., et al. Cross-scanner harmonization of neuromelanin-sensitive MRI for multisite studies. Journal of Magnetic Resonance Imaging. , (2021).
  32. Wengler, K., He, X., Abi-Dargham, A., Horga, G. Reproducibility assessment of neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging protocols for region-of-interest and voxelwise analyses. NeuroImage. 208, 116457 (2020).
  33. Griswold, M. A., et al. Generalized autocalibrating partially parallel acquisitions (GRAPPA). Magnetic Resonance in Medicine. 47 (6), 1202-1210 (2002).
  34. vander Pluijm, M., et al. Reliability and reproducibility of neuromelanin-sensitive imaging of the substantia nigra: a comparison of three different sequences. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 53 (5), 712-721 (2020).
  35. Cassidy, C. M., et al. Evidence for dopamine abnormalities in the substantia nigra in cocaine addiction revealed by neuromelanin-sensitive MRI. American Journal of Psychiatry. 177 (11), 1038-1047 (2020).
  36. Wengler, K., et al. Association between neuromelanin-sensitive MRI signal and psychomotor slowing in late-life depression. Neuropsychopharmacology. 46, 1233-1239 (2020).
  37. Biondetti, E., et al. Spatiotemporal changes in substantia nigra neuromelanin content in Parkinson's disease. Brain. 143 (9), 2757-2770 (2020).
  38. Shibata, E., et al. Use of neuromelanin-sensitive MRI to distinguish schizophrenic and depressive patients and healthy individuals based on signal alterations in the substantia nigra and locus ceruleus. Biological Psychiatry. 64 (5), 401-406 (2008).
  39. Fabbri, M., et al. Substantia nigra neuromelanin as an imaging biomarker of disease progression in Parkinson's disease. Journal of Parkinson's Disease. 7 (3), 491-501 (2017).
  40. Matsuura, K., et al. Neuromelanin magnetic resonance imaging in Parkinson's disease and multiple system atrophy. European Neurology. 70 (1-2), 70-77 (2013).
  41. Watanabe, Y., et al. Neuromelanin magnetic resonance imaging reveals increased dopaminergic neuron activity in the substantia nigra of patients with schizophrenia. PLoS One. 9 (8), 104619 (2014).

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तंत्रिका विज्ञान अंक 175
सब्सटेंशिया निग्रा के न्यूरोमेलेनिन-संवेदनशील चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग के लिए मानकीकृत डेटा अधिग्रहण
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Salzman, G., Kim, J., Horga, G.,… More

Salzman, G., Kim, J., Horga, G., Wengler, K. Standardized Data Acquisition for Neuromelanin-Sensitive Magnetic Resonance Imaging of the Substantia Nigra. J. Vis. Exp. (175), e62493, doi:10.3791/62493 (2021).

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