The goal of this manuscript is to study the hippocampus and hippocampal subfields using MRI. The manuscript describes a protocol for segmenting the hippocampus and five hippocampal substructures: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus, strata radiatum/lacunosum/moleculare, and subiculum.
The human hippocampus har vært bredt studert i sammenheng med hukommelse og normal hjernefunksjon, og dens rolle i forskjellige nevropsykiatriske lidelser har vært sterkt studert. Mens mange imaging studier behandler hippocampus som en enkelt enhetlig struktur nevroanatomi, er den i virkeligheten består av flere subfields som har en kompleks tredimensjonal geometri. Som sådan, er det kjent at disse underfeltene utføre spesialiserte funksjoner, og er forskjellig påvirket gjennom i løpet av forskjellige sykdomstilstander. Magnetisk resonans (MR) avbildning kan anvendes som et kraftig verktøy for å avhøre morfologi av hippocampus og dens delfelt. Mange grupper bruker avansert bildebehandling programvare og maskinvare (> 3T) til bilde delfeltene; Men denne typen teknologi er ikke lett tilgjengelig i de fleste forskning og klinisk bildesentrene. For å møte dette behovet, gir dette manuskriptet en detaljert steg-for-steg-protokollen for å segmentere hele anterior-posterior lengdeav hippocampus og dets subfields: Cornu ammonis (CA) 1, CA2 / CA3, CA4 / dentate gyrus (DG), strata radiatum / lacunosum / moleculare (SR / SL / SM), og subiculum. Denne protokollen har blitt brukt til fem fag (3F, 2M, alder 29-57, avg 37.). Protokoll pålitelighet er vurdert av resegmenting enten høyre eller venstre hippocampus av hvert fag og beregne overlapping med Dice er kappa beregning. Mener Dice er kappa (range) på tvers av de fem fag er: Hele hippocampus, 0,91 (0,90 til 0,92); CA1, 0,78 (0,77 til 0,79); CA2 / CA3, 0,64 (0,56 til 0,73); CA4 / dentate gyrus, 0,83 (0,81 til 0,85); strata radiatum / lacunosum / moleculare, 0,71 (0,68 til 0,73); og subiculum 0,75 (0,72 til 0,78). Segmenterings protokollen presenteres her gir andre laboratorier med en pålitelig metode for å studere hippocampus og hippocampus subfields in vivo ved hjelp vanlig tilgjengelige MR verktøy.
Hippocampus er en mye studert medial temporallapps struktur som er knyttet til episodisk hukommelse, romlig navigering, og andre kognitive funksjoner 10,31. Dens rolle i neurodegenerative og nevropsykiatriske lidelser slik som Alzheimers sykdom, schizofreni, bipolar lidelse og er veldokumentert 4,5,18,24,30. Målet med dette manuskriptet er å gi ytterligere detaljer til den manuelle segmenter protokollen tidligere 34 utgitt for menneske hippocampus subfields på høyoppløselige magnetisk resonans (MR) bilder ervervet på 3T. I tillegg vil videokomponenten som følger dette manuskriptet gi ytterligere støtte til forskere som ønsker å implementere protokollen på sine egne datasett.
Hippocampus kan deles inn i underfelter basert på cytoarchitectonic forskjeller observert i histologisk fremstilte post-mortem prøvestykker 12,22. Slike obduksjons prøver definere Ground sannhet for identifisering og studier av hippocampus subfields; Men forberedelsene av denne art krever spesialisert kompetanse og utstyr for flekker, og er begrenset av tilgjengeligheten av fast vev, spesielt i syke populasjoner. In vivo avbildning har fordelen av et mye større utvalg av fag, og presenterer også muligheten for føl- opp studier og observere endringer i populasjoner. Selv om det er blitt vist at signalintensitetene i T2-vektede MR-bilder ex vivo gjenspeiler cellulær tetthet 13, er det fremdeles vanskelig å identifisere udiskutable grensene mellom delfeltene utelukkende ved hjelp av MR signalintensitet. Som sådan, er det utviklet en rekke ulike tilnærminger for å identifisere histologi-nivå detalj på MR-bilder.
Noen grupper har gjort forsøk på å rekonstruere og digitalisere histologiske datasett og deretter bruker disse rekonstruksjoner sammen med bilderegistrerings teknikker for å lokalisere hippocampus delfelt neuroanatmien på in vivo MR 1,2,8,9,14,15,17,32. Selv om dette er en effektiv teknikk for å tilordne en versjon av histologiske undersøkelser på bakken direkte til MR-bilder, rekonstruksjoner av denne art er vanskelige å fullføre. Prosjekter som disse er begrenset av tilgjengeligheten av intakte mediale tinninglappen prøver, histologiske teknikker, tap av data under histologisk behandling, og de grunnleggende morfologiske uoverensstemmelser mellom faste og in vivo hjerner. Andre grupper har brukt high-felt skannere (7T eller 9.4T) i et forsøk på å skaffe seg in vivo eller ex vivo bilder med en liten nok (0,20-0,35 mm isotrop) voxel størrelse for å visualisere romlig lokalisert forskjeller i bildekontrast som brukes til å antyde grenser mellom subfields 35,37. Selv på 7T-9.4T og med en så liten voxel størrelse, cytoarchitectonic karakteristikk av hippocampus subfields ikke er synlige. Som sådan, har manuelle segmentering protokoller blitt utviklet som enpproximate de kjente histologiske grenser på MR-bilder. Disse protokollene avgjøre delfelt grenser ved å tolke forskjeller lokale bildekontrast og definere geometriske regler (som rette linjer og vinkler) i forhold til synlige strukturer. Selv bilder tatt med høy feltstyrke er i stand til å tilby detaljert innsikt i hippocampus subfields høy felt skannere er ennå ikke vanlig i kliniske eller forskningsmiljøer, så 7T og 9.4T protokoller for tiden har begrenset anvendelse. Lignende protokoller har blitt utviklet for bilder samlet på 3T og 4T skannere 11,20,21,23,24,25,28,33. Mange av disse protokollene er basert på bilder med sub-1mm lydelementer vokselver dimensjoner i den koronale flyet, men har store slice tykkelser (0,8-3 mm) 11,20,21,23,25,28,33 eller store inter-slice avstander 20,28, som begge resultere i en betydelig måling skjevhet i beregningen av volumet av de enkelte delfeltene. I tillegg er mange av de eksisterende 3T protokolleneutelukke delfeltene i hele eller deler av hippocampus hode eller hale 20,23,25,33 eller ikke gi detaljerte segmentations av viktige understell (dvs. kombinere DG med CA2 / CA3 eller inkluderer ikke strata radiatum / lacunosum / moleculare av CA) 11,20,21,23,24,25,28,33. Det er derfor et behov i feltet for en detaljert beskrivelse av en protokoll som kan sikkert identifisere relevante subfields hele hode, kropp og hale av hippocampus som er basert på en skanner vanlig tilgjengelig i kliniske og forsknings innstillinger. Det arbeides for tiden i gang med hippocampus subfields Group (www.hippocampalsubfields.com) for å harmonisere hippocampus delfelt segmentering prosessen mellom laboratorier, ligner en eksisterende harmonisering innsats for hele hippocampus segmentering 6, og en innledende papir sammenligne 21 eksisterende protokoller ble nylig publisert 38 . Arbeidet fra denne gruppen vil ytterligere belyse optimal segmentering procedyrer.
Dette manuskriptet gir detaljerte skriftlige og video instruksjoner for pålitelig gjennomføring av hippocampus delfelt segmentering protokollen beskrevet tidligere av Winterburn og kolleger 34 på høyoppløselige 3T MR-bilder. Protokollen er implementert på fem bilder av friske kontroller for hele hippocampus og fem hippocampus subfields (CA1, CA2 / CA3, CA4 / dentate gyrus, strata radiatum / lacunosum / moleculare, og subiculum). Disse segmenterte bilder er tilgjengelig for publikum på nettet (cobralab.ca/atlases/Hippocampus). Protokollen og segmenterte bildene vil være nyttig for grupper som ønsker å studere nærmere hippocampus nevroanatomi i MR-bilder.
Hippocampus delfelt segmentering i MR-bilder er godt representert i litteraturen. Men eksisterende protokoller utelukke deler av hippocampus 20,23,33,35, gjelder bare for faste bilde 37, eller krever ultra-høye felt skannere for image oppkjøpet 35,37. Dette manuskriptet har en segmentering protokoll som omfatter fem hovedavdelinger (CA1, CA2 / CA3, CA4 / dentate gyrus, SR / SL / SM, og subiculum) av hippocampus, og dekker hele anterior-posterior lengde av strukturen. Den komplette segm…
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne ønsker å takke støtte fra CAMH Foundation, takket være Michael og Sonja Koerner, den Kimel Family, og Paul E. Garfinkel New Investigator Catalyst Award. Dette prosjektet ble finansiert av Fonds de Recherches Santé Québec, den kanadiske Institutes of Health Research (CIHR), naturvitenskap og Engineering Research Council of Canada, Weston Brain Institute, Alzheimers Society of Canada, og Micheal J. Fox Foundation for Parkinsons forskning (MMC), samt CIHR, Ontario Mental Health Foundation, NARSAD, og National Institute of Mental Health (R01MH099167) (ANV). Forfatterne vil også gjerne takke Anusha Ravichandran for assistanse skaffe bildene.
Discovery MR750 3T | GE | NA | Or equivalent 3T scanner |
Minc Tool Kit | McConnell Brain Imaging Center, Montreal Neurological Institute | NA | Open source: http://www.bic.mni.mcgill.ca/ServicesSoftware/ServicesSoftwareMincToolKit |