高分辨率结构磁共振人类皮质下的成像<I>在体内</I>与死亡
Summary
Here we present a protocol to determine the minimum number images that needed to be registered and averaged to resolve subcortical structures and test whether the individual layers of the LGN could be resolved in the absence of physiological noise.
Abstract
这项研究的重点是测试一个死后的大脑结构MRI相比，活体人脑的分辨率极限。结构的MRI的体内分辨率最终由生理噪声，包括脉动，呼吸和头部运动的限制。虽然成像硬件的不断提高，但仍难以解决结构上的毫米级。例如，在外侧膝状体初级视觉感觉通路突触（LGN），一个视觉继电器和控制核中，通常被组织成六个交错单眼层丘脑。神经影像学研究一直无法可靠地区别这些层由于它们的小尺寸是小于1毫米厚。
结构的MRI的分辨极限，在死后的大脑进行了测试用的多个图像平均长持续时间（〜24小时）。的目的是测试是否有可能解决各个升所述LGN在没有生理噪声的艾尔斯。质子密度（PD）1加权脉冲序列用于具有不同分辨率和其他参数来确定必要要登记的图像的最小数目并取平均值以可靠区分LGN和其他皮质下区域。结果进行了比较，以在活的人脑获取的图像。 体内受试者进行扫描，以确定对区分皮层下结构，在临床应用中有用的PD所需的最小扫描次数生理噪声的附加 效果。
Introduction
这项研究的目的是测试结构性MRI的分辨率限制在没有生理噪声。质子密度（PD）的加权图像在死后的大脑获得在较长的持续时间（2〜24小时，会话），以确定需要被登记的图像的最小数目并取平均值，以解决皮层下结构。为了比较，PD加权图像在活人在若干会话还获得。具体地，其目的是要确定它是否有可能在一个最好的情况下，以解决人类LGN的所有六个单独的层，这是大约1毫米厚的（图1）。
图1.人类外侧膝状体层，原理图LGN的层状结构。大细胞（M）的层由较大的神经元的细胞大小和更小的细胞密度是负责解决运动当然轮廓（层1-2，描绘为深灰色）。小细胞亚核层（P）是由较小的神经元细胞的尺寸和更大的细胞密度是负责解决精细形式和颜色（层4-6，描绘为浅灰色）。比例条1毫米。图的基础上染色的人LGN 12。
在MRI中的空间分辨率时，矩阵尺寸增大得到改善，而当字段的视图（FOV）和切片厚度被减少。然而，增加的分辨率降低了信号噪声比（SNR），这是成比例的体素的体积。信噪比也正比于测量次数的平方根。在人类的生活，尽管多个图像可以通过许多单独的成像会被收购，最终分辨率由生理噪声的限制，诸如呼吸，循环脉动和头部运动。
高- 分辨率（0.35毫米面体素），PD被收购加权扫描。 PD扫描提高灰色和白色的对比在丘脑1，并导致在最小化T1和T2 2的效果的图像。其图像是依赖于质子在水和大分子的形式，例如在成像体积的蛋白质和脂肪的密度。在一个组织中的结果在图像上亮信号质子由于磁化2的较高纵向分量的数量增加。
收集的PD加权扫描，因为它们提供皮层下结构与周围组织更高的对比度。其他的对比，如T1和T2加权像导致难以划定，如LGN皮层下结构，由于较小的对比噪声比，所确定的ƒ1,3。
同样，早期的研究发现福尔马林的PD加权像固定验尸的大脑resulte比T1和T2加权图像，也有类似的灰质和白质图像强度3,4 d在灰质和白质之间更高的对比度差异。底层生物物理因素可以解释这些差异。氢质子T1（纵向）和T2（横向）弛豫时间取决于水如何在组织内移动。固定剂，例如通过交联蛋白质福尔马林工作。被还原的不同组织类型之间的水流动性之间的差异，当固定剂的使用。减压T1组织对比度已固定后已经观察到，而在脑组织的增加而固定内质子的相对密度的差异，从而提供更好的对比度分化3,4。
使用1.5T的5,6,7以前的研究已经确定了LGN在PD加权扫描，并在3个T扫描仪8,9。要能精确地勾画的程度是至关重要的获得这些扫描在LGN。为了保持皮层下核的全覆盖，18 PD加权切片丘脑内获得。每个卷被重新采样到第1024矩阵两次，（0.15毫米的平面内的体素尺寸），级联，运动校正和平均化，以产生皮层下结构的高分辨率3D图像。所需以下切片处方的PD图像的最佳数量为5，从而减少扫描时间为小于15分钟，在活的人类。仅1 PD图象被要求明确地划分皮层下区域中的死后脑，减少扫描时间少于3分钟（ 图2 和 3）。
整整福尔马林固定死后的大脑标本采自于谁岁时死于心肺骤停82岁的女人扫描。审查病历显示，她有：慢性阻塞性肺疾病，心绞痛，三搭桥手术8年死前，子宫癌与子宫切除术7年之前死亡，高脂血症，青光眼，和白内障手术。死后脑样品浸没固定在10％中性缓冲福尔马林中至少3周，在4℃C.The死后的大脑进行扫描具有相同的成像协议，以及与其他参数超过许多小时的过程中进行的图像质量比较。仅优化参数将描述的协议。
Protocol
Representative Results
Discussion
该研究描述了为了得到皮质下区域的高分辨率的PD加权图像采集和分析技术的优化协议。一些扫描参数进行了测试，并修改与最显著那些关于矩阵大小，体素尺寸和带宽，以增加信噪比和减少收购的数量，在能够确定的高分辨率皮质结构的关键步骤。在与人类的生活中找到最佳参数一起使用，这项研究测试的理想条件下的核磁共振成像扫描仪的绝对限制，没有运动伪影和患者的时间限制通过扫描?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors acknowledge the following funding sources, the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), the Dorothy Pitts Research Fund (NG), and the Nicky and Thor Eaton Research Fund. The authors acknowledge Kevin DeSimone, and Aman Goyal and for their knowledge in MRI acquisition and analysis expertise.
Materials
| Magnetom Trio 3T MRI | Siemens (Erlangen, Germany). | ||
| Vacuum cushion hand | Siemens | Mat No: 4765454 | Manufactured by: Johannes-Stark-Stk. 8 D-92224 Amberg |
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