İnsan orta beyin için yüksek çözünürlüklü Fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme Yöntemleri

Bu prosedürün genel amacı, insan orta beyninde ve beyin sapında yüksek çözünürlüklü FMRI sinyallerini ölçmektir. Bu, öncelikle araştırma deneğine uygun görsel uyaran sunularak gerçekleştirilir. Ardından optimal bir FMRI seti.

Verileri toplamak için prosedürler ve parametreler kullanılır ve veriler, standart ve yüzey tabanlı analiz tekniklerinin bir kombinasyonu kullanılarak analiz edilir. Son adım, görselleştirme için verilerin 3 boyutlu bir yüzey temsili üzerine bindirilmesidir. Nihayetinde, insan superior colulusunda görsel stimülasyona yönelik polar açının topografik bir temsilini göstermek için yüksek çözünürlüklü FMRI kullanılır.

Bu tekniğin subkortikal yapılar için mevcut yöntemlere karşı temel avantajı, yüksek çözünürlüklü fMRI ile ilişkili olan düşük sinyal-gürültü oranını aşarken aynı zamanda yüksek çözünürlük elde edebilmemizdir. Bunu, özelleşmiş görüntü analizi ve kazanım teknikleri kullanarak başarmaktayız. Bu yöntem özellikle insan superior colus'undaki fonksiyonları görüntülemek için tasarlanmış olsa da, lateral ululate nucleus, inferior colus veya subthalamic nucleus gibi diğer subkortikal bölgelere de uygulanabilir.

Üst Colus'ta polar açı retina atopik haritası elde etmek için, öncelikle stimülüs olarak 90 derecelik bir hareketli nokta dilimi kullanan fonksiyonel bir paradigma kurun. Stimülüs, üç sanal sektörle ikiye bölünmüştür ve her denemede sektörlerden birindeki noktalar, diğer tüm noktalardan daha yavaş veya daha hızlı hareket edecek şekilde rastgele seçilir. Burada, merkez sol sektördeki noktaların diğer sektörlerdeki noktalardan daha hızlı hareket ettiği örnek bir deneme yer almaktadır.

Her denemeden sonra kama, uyaranın 24 saniyelik bir periyotla tam bir döngüyü tamamlaması için sabitleme noktası etrafında 30 derecelik artışlarla döner. Her çalışma, uyaranın dokuz buçuk rotasyonundan oluşur ve deneysel oturumlar tarama öncesinde 16 ila 18 çalışma içermelidir. Her denekten, her iki saniyelik deneme için görsel görevi pratik yapması istenmelidir.

Denekle görüşülerek fiksasyonu korurken gizlice kama şekline odaklanması ve bir hız ayrıştırma görevi gerçekleştirmesi istenir. Denek, tarama öncesinde sektörlerden birindeki noktaların diğer sektörlere göre daha hızlı mı yoksa daha yavaş mı hareket ettiğini bir düğmeye basarak belirtmelidir. Standart MRI güvenlik prosedürleri uygulanmalıdır. Denek tarayıcı masasına yerleştirilmeli ve RF bobini başının üzerine konulmalıdır.

Ardından, baş hareketlerini en aza indirmek için deneğin başını köpük pedlerle sabitlediğinizden emin olun. fMRI'ın, özellikle bu çalışmada kullanılan yüksek uzamsal çözünürlüklerde hareket artefaktlarına karşı oldukça hassas olduğunu açıklayın. Ayrıca, bir ele MRI UYUMLU bir buton pedi yerleştirin ve görev sırasında hangi butona basılması gerektiğine dair talimatlar verin.

Uyaran, bobin üzerine monte edilmiş bir ayna kullanılarak görüntülenen bir ekran üzerine yansıtılır. İnsan üst kolikulusu, orta beynin dorsal yüzeyinde yer alan, yaklaşık dokuz milimetre çapında küçük ancak belirgin bir yapıdır ve kesin lokalizasyonu için birden fazla lokalizasyon görüntüleme serisi gereklidir. Lokalizasyonları sagital, aksiyal ve koronal düzlemler boyunca çalıştırın.

Şimdi, superior colliculus'u sekiz ila 10 ardışık kesit ile hassas bir şekilde belirlemek için bu yerelleştirici görüntüleri kullanın. Ardından, üç boyutlu bir SPGR sekansı kullanarak yüksek çözünürlüklü T1 ağırlıklı yapısal görüntüler elde edin. Bu görüntüler, fMRI verilerini, ayrı bir oturumda elde edilmesi gereken yüksek çözünürlüklü yapısal bir referans hacmiyle hizalamak için kullanılacaktır.

Ardından, 1,2 mm'lik bir düzlem içi piksel boyutu elde etmek için üç atımlı spiral yörünge edinimi kullanarak fonksiyonel görüntüleme düzeneğini kurun. Yankı süresini, kortekste tipik olarak kullanılan süreden daha uzun olan ve daha uzun bir T₂* ölçüm değerine karşılık gelen 40 ms olarak ayarlayın. Her üç saniyede bir hacim elde edilecek şekilde TR süresini 1 saniye olarak belirleyin.

Hazır olduğunda, fonksiyonel paradigmayı çalıştırırken taramaya başlayın. Fonksiyonel görüntüleme tamamlandığında, ayrı bir oturumda başka bir yüksek çözünürlüklü T1 yapısal görüntü serisi elde edin. Her denek için, iyi doku kontrastı sağlayacak bir T1 ağırlıklı sekans kullanarak yüksek çözünürlüklü bir referans hacim elde edin.

Bu sekans yaklaşık 28 dakika sürecektir. Görüntüleme tamamlandığında, yüksek çözünürlüklü hacimdeki beyin sapı ve talamus bölümlerini segmente etmek için ITK SNAP yazılımında sunulan otomatik ve manuel tekniklerin kombinasyonunu kullanın. Superior colliculus'un beyin omurilik sıvısı doku arayüzü, ISO yoğunluk teselasyonu kullanılarak segmentasyondan interpole edilir ve ardından pürüzsüz, doğru bir yüzey temsili oluşturmak için rafine edilir.

Bu yüzey, lamine hesaplamaları için kullanılan köşeler ve normallerin yanı sıra fonksiyonel verileri görselleştirme imkanı sağlar. Açıklanan analiz, Mr.Vista yazılım paketinin yanı sıra Mr.Vista çerçevesi üzerinde geliştirilen araçları kullanır. Bir oturumu başlatarak ve bobin homojensizliğinin etkilerini azaltmak için ortalama verilerin yoğunluğunu mekansal olarak normalize etme seçeneğini belirleyerek işleme başlayın ve görüntülerin ilk yarım döngüsünü atın.

Geçici MR dengesizliğini ve hemodinamik etkileri önlemek için. Ardından Mr.Vista yazılımını açın. Sonrasında, denek hareket ve dilim zamanlama düzeltmelerini gerçekleştirin.

Ardından her oturumda kaydedilen çoklu tekrarların ortalamasını alın. SNR'yi artırmak için, fMRI oturumuna ait yapısal verileri referans hacme hizalayın. Hizalamayı ve segmentasyonu Mr.Vista'ya yükleyin.

Ardından, fonksiyonel zaman serisi verilerini bölütlenmiş referans hacme dönüştürün. Aşağıdaki adımlarda, Mr.Vista çerçevesi üzerinde geliştirilen araçlar kullanılmıştır. Her bir SC doku vokseli ile SE yüzeyindeki en yakın tepe noktası arasındaki mesafeyi hesaplayarak bir mesafe haritası oluşturun.

Bu mesafeler, referans hacim içindeki laminer pozisyonu ölçmek için kullanılır. Ardından, SNR'yi artırmak amacıyla zaman serisi verilerinin derinlik ortalamasının alınmasını sağlamak için bir laminer segmentasyon işlemi gerçekleştirin. SC yüzeyindeki her bir nokta için, verilerin topografik temsilini analiz etmek amacıyla bu laminer ilişkilendirmeleri kullanarak zaman serilerini belirlenmiş bir derinlik aralığında ortalayın.

Her bir voksel için uyaran tekrarlama frekansında bir sinüzoid uydurarak derinlik ortalamalı zaman serileri üzerinde koherans analizi gerçekleştirin; bu uyumdan yanıt, genlik, koherans ve faz yüzey haritaları türetin. Sinüzoidal uyumun fazı, uyaranın konumunu ölçecektir. Burada, SC'nin 3 boyutlu yüzeyi üzerine bindirilmiş faz verilerini görüyoruz; sıfır fazı üst dikey meridyene karşılık gelmektedir.

Uyarıcı daha sonra saat yönünde döner, böylece pi bölü iki fazı, uyarıcının sağ görsel alandaki yatay meridyene döndüğü ana karşılık gelir. Pi radyanlık bir fazdan sonra uyarıcı sol görsel alana geçer ve bu şekilde devam eder. Görsel stimülasyona verilen yanıt SC IE'de kontralateral olarak temsil edilir; sol görsel alan sağ SC'de, sağ görsel alan ise sol SC'de temsil edilir.

SC'nin tüm yüzeysel genişliğinin sınırları kırmızı kesikli çizgilerle belirtilmiştir. Aktivitenin topografik bir organizasyonu vardır. Sağ üst görsel alan sol kolus üzerinde medialde, alt alan ise lateralde temsil edilmektedir.

Benzer şekilde, sol üst görsel alan sağ tarafta medyal olarak, kolikulus alt kısmı ise lateral olarak temsil edilir. Bu videoyu izledikten sonra, özellikle insan orta beyninde ve beyin sapında yüksek çözünürlüklü fMRI'nın nasıl gerçekleştirileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız; görsel bir uyaranın nasıl sunulacağını anlayabilmelisiniz. Yüksek çözünürlüklü fMRI verilerini toplamalı, standart ve yüzey tabanlı analizler gerçekleştirmeli ve son olarak, superior colliculus yüzeyinde tonotopik haritalar elde etmek için verileri 3B bir yüzey üzerine işlemelisiniz.