Hoe kan ik Corticale Folding Meet vanaf MR Foto's: een stap-voor-stap handleiding voor lokale Gyrification Index Compute

Summary

Het meten van gyrification (corticale vouwen) op elke leeftijd is er een venster in de vroege ontwikkeling van de hersenen. Vandaar dat we reeds ontwikkelde een algoritme om de lokale gyrification meten op duizenden punten over het halfrond¹. In deze paper wordt detail de berekening van deze lokale gyrification index.

Abstract

Corticale vouwen (gyrification) wordt bepaald tijdens de eerste maanden van het leven, zodat de bijwerkingen die tijdens deze periode sporen die zullen te herkennen zijn op elke leeftijd te verlaten. Zoals onlangs beoordeeld door Mangin en zijn collega's ^twee verschillende methoden bestaan ​​om verschillende eigenschappen van gyrification kwantificeren. Zo kan sulcal morfometrie worden gebruikt om vorm te descriptoren zoals de diepte, lengte of indices van inter-hemisferische asymmetrie maat ^3. Deze geometrische eigenschappen hebben het voordeel dat ze gemakkelijk te interpreteren. Echter, sulcal morfometrie steunt stevig op de nauwkeurige identificatie van een bepaalde set van sulci en dus geeft een beschrijving van de gefragmenteerde gyrification. Een meer fijnkorrelige kwantificering van gyrification kan worden bereikt met kromming op basis van metingen, waar glad absolute gemiddelde kromming is meestal berekend op duizenden punten over de corticale oppervlak ^4. De kromming is echter niet straightforward te begrijpen, want het blijft onduidelijk of er een directe relatie tussen de curvedness en een biologisch zinvolle samenhangen, zoals corticale volume of oppervlak. Om de diverse kwesties die door de meting van de corticale vouwen, hebben we eerder ontwikkelde een algoritme om de lokale gyrification kwantificeren met een prachtige ruimtelijke resolutie en van eenvoudige interpretatie. Onze methode is geïnspireerd door de Gyrification Index ^5, een methode die oorspronkelijk gebruikt in de vergelijkende neuroanatomie van de corticale vouwen verschillen tussen de soorten te evalueren. In onze implementatie, die we de naam local Gyrification Index (GI l ^1), meten we de hoeveelheid van de cortex begraven in de sulcal plooien in vergelijking met de hoeveelheid zichtbare cortex in ronde regio's van belang. Gezien het feit dat de cortex voornamelijk groeit door radiale uitbreiding van ^zes, is onze methode speciaal ontworpen om vroegtijdig afwijkingen van de corticale ontwikkeling te identificeren.

In eis artikel, wij detail de berekening van de lokale Gyrification Index, die nu wordt gratis verspreid als onderdeel van de FreeSurfer Software ( http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/ , Martinos Center for Biomedical Imaging, Massachusetts General Hospital) . FreeSurfer biedt een reeks van geautomatiseerde tools reconstructie van corticale de hersenen het oppervlak van structurele MRI data. Het corticale oppervlak onttrokken in de oorspronkelijke ruimte van de beelden met een sub-millimeter nauwkeurig wordt verder gebruikt voor de creatie van een buitenste oppervlak, dat zal dienen als een basis voor de l GI berekening. Een cirkelvormig gebied van belang is dan afgebakend op de buitenkant, en het bijbehorende gebied van de rente op de corticale oppervlak is geïdentificeerd door middel van een matching-algoritme zoals beschreven in ons onderzoek ^een validatie. Dit proces wordt herhaaldelijk herhaald met grotendeels overlappende regio's van belang, wat resulteert in corticale kaarten van gyrification voorr de volgende statistische vergelijkingen (afb. 1). Van de nota, was een andere meting van de lokale gyrification met een vergelijkbare inspiratie voorgesteld door Toro en collega's ^7, waar de vouwen index op elk punt wordt berekend als de verhouding van de corticale regio die in een bol, gedeeld door de oppervlakte van een schijf met dezelfde radius. De twee implementaties verschillen in dat het een door Toro et al.. is gebaseerd op de Euclidische afstand en dus beschouwt discontinue stukken van corticale gebied, terwijl die van ons maakt gebruik van een strenge geodetische algoritme en omvatten alleen de continue patch van corticale gebied opening aan de hersenen oppervlak in een cirkelvormig gebied van belang.

Protocol

1. Reconstrueren van de 3D-corticale oppervlak Dit eerste deel van het protocol maakt gebruik van de standaard FreeSurfer pijplijn, zoals beschreven in de Wiki ( http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki ). Merk op dat de commando's die hier een gedetailleerde manier van het bereiken van de corticale oppervlak reconstructies te beschrijven, maar equivalente commando's kunnen ook worden gebruikt. …

Discussion

Het protocol hiervoor wordt beschreven hoe u de lokale Gyrification Index te meten op basis van cerebrale T1-gewogen MRI en het gedrag statistische groep vergelijkingen. Onze methode is speciaal ontworpen om te lokaliseren vroeg onderbreking in de corticale expansie-proces en als zodanig is van bijzonder belang in veel neurologische of psychiatrische aandoeningen. Voorbeelden van de groep vergelijkingen in klinische monsters zijn te vinden in de publicaties van onze groep ^1,12 of door anderen ^{13-16.</sup…}

Materials

Material: a Unix or Mac workstation with a processor of 2GHz or faster and a minimum of 4GB of RAM, with FreeSurfer installed (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki, preferably the latest version, but no older than version 4.0.3). In order to compute the local Gyrification Index, MATLAB is also required (http://www.mathworks.com/) along with the Image Processing Toolbox.

Data: A sample of good quality (high-resolution, high contrast) cerebral MRI T1-weighted dataset. Your group of subjects must be preferably matched for age and gender. Given the normal inter-individual variability in cerebral morphology, the number of subjects in each group should be sufficient to identify an existing group difference (the more – the better). A reasonable minimum sample size would be around 20 subjects per group (although you can probably go for less if the intensity of changes is large and if your groups are tightly matched for gender and age).

Name of the equipment	Company	Catalogue number	Comments
FreeSurfer	Martinos Center for Biomedical Imaging, MGH		Version newer than 4.0.3
Matlab	Mathworks		Image Processing Toolbox