عالية الدقة الهيكلي التصوير بالرنين المغناطيسي من تحت القشرة الإنسان<I> في فيفو</I> وتشريح الجثث
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
وكان محور هذه الدراسة إلى اختبار حدود قرار من التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي للدماغ بعد الوفاة مقارنة مع الذين يعيشون العقول البشرية. حل MRI الهيكلي في الجسم الحي يقتصر في نهاية المطاف من الضوضاء الفسيولوجية، بما في ذلك نبض، والتنفس وحركة الرأس. على الرغم من أن أجهزة التصوير في تحسن مستمر، فإنه لا يزال من الصعب حل الهياكل على مقياس ملليمتر. على سبيل المثال، الأساسي البصرية المسارات الحسية المشبك في النواة الركبية الجانبية (LGN)، التتابع البصري والسيطرة نواة في المهاد التي عادة يتم تنظيمها في ستة طبقات أحادي معشق. لم تكن دراسات التصوير العصبي قادرا على التمييز بشكل موثوق هذه الطبقات وذلك بسبب صغر حجمها التي هي أقل من 1 مم.
تم اختبار الحد لحل التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي، في الدماغ بعد الوفاة باستخدام صور متعددة بلغ متوسط على مدة طويلة (~ 24 ساعة). وكان الغرض من اختبار ما إذا كان من الممكن حل ل الفرديايرز من LGN في غياب الضوضاء الفسيولوجية. تم استخدام كثافة البروتون (PD) 1 تسلسل النبض الموزون مع اختلاف القرار وغيرها من المعالم لتحديد الحد الأدنى لعدد الصور اللازمة أن تكون مسجلة وبلغ متوسط للتمييز موثوق LGN والمناطق تحت القشرية الأخرى. النتائج أيضا تم مقارنة الصور المكتسبة في العيش العقول البشرية. تم مسحها ضوئيا في الجسم الحي موضوعات من أجل تحديد آثار إضافية من الضوضاء الفسيولوجية على الحد الأدنى لعدد بمسح PD اللازمة لتمييز هياكل تحت القشرية، مفيدة في التطبيقات السريرية.
Introduction
وكان الغرض من هذا البحث لاختبار حدود قرار من التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي في غياب الضوضاء الفسيولوجية. تم الحصول على كثافة البروتون (PD) صور المرجحة في الدماغ بعد الوفاة خلال مدة طويلة (اثنان ~ 24 جلسات ساعة) لتحديد الحد الأدنى لعدد الصور التي تحتاج إلى أن تكون مسجلة وبلغ متوسط لحل هياكل تحت القشرية. وعلى سبيل المقارنة، تم الحصول عليها PD صور المرجح أيضا في البشر الذين يعيشون على مدى عدد من الدورات. على وجه الخصوص، كان الهدف هو التأكد مما إذا كان من الممكن في أفضل سيناريو للحل جميع طبقات الفردية ستة من LGN البشري، والتي هي حوالي 1 مم (الشكل 1).
الشكل 1. طبقات الجانبي الإنسان الركبي نواة. تخطيطي للهيكل الصفحي من LGN. كبير الخلايا وتتكون (M) طبقات من الخلايا العصبية بشكل اكبرحجم الخلية وكثافة الخلايا الصغيرة التي هي المسؤولة عن حل الحركة وبطبيعة الحال الخطوط العريضة (طبقات 1-2، يصور الرمادي الداكن عليه السلام). وتتكون طبقات صغير الخلايا (P) من أصغر حجم الخلية العصبية وكثافة الخلايا الكبيرة التي هي المسؤولة عن حل غرامة شكل ولون (طبقات 4-6، كما هو مبين رمادي فاتح). شريط النطاق 1 مم. الرقم على أساس الملون LGN البشري 12.
تم تحسين القرار المكانية في التصوير بالرنين المغناطيسي عندما يتم زيادة حجم المصفوفة، وعندما انخفضت المجال للرأي (فوف) وسمك شريحة. ومع ذلك، قرار زيادة يقلل من نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR)، الذي يتناسب مع حجم فوكسل. SNR هو أيضا متناسبة مع الجذر التربيعي لعدد من القياسات. في البشر الذين يعيشون، على الرغم من صور متعددة يمكن الحصول على عدد من جلسات التصوير منفصلة، والقرار النهائي محدودة بسبب الضوضاء الفسيولوجية، مثل التنفس، نبضات الدورة الدموية وحركة الرأس.
عالي، القرار (0.35 ملم في الطائرة voxels) PD تم الحصول عليها بالاشعة مرجح. مسح PD تعزيز النقيض من الرمادي والأبيض في المهاد 1، ويؤدي في الصور التي تقلل T 1 و T 2 الآثار. صورتها تعتمد على كثافة البروتونات في شكل الماء والجزيئات مثل البروتينات والدهون في حجم التصوير. الأعداد المتزايدة من البروتونات في النتائج الأنسجة في إشارة إشراقا على الصورة بسبب العنصر الطولي أعلى من مغنطة 2.
تم جمع المسح المرجحة PD نظرا لأنها توفر على النقيض أعلى من الهياكل تحت القشرية مع الأنسجة المحيطة. تناقضات أخرى، مثل T1- والصور المرجحة T2 تؤدي إلى صعوبة في تحديد الهياكل تحت القشرية مثل LGN بسبب نسب أصغر النقيض إلى الضوضاء، كما هو محدد ƒ 1،3.
وبالمثل، وجدت دراسات سابقة أن الصور المرجحة PD من الفورمالين ثابتة أدمغة بعد الوفاة resulteد في الخلافات تباين أعلى بين المادة الرمادية والمادة البيضاء بالمقارنة مع T1- والصور المرجحة T2 الذي كان مماثلة شدة صورة المادة الرمادية والمادة البيضاء 3،4. يمكن المحددات الفيزيائية الحيوية الكامنة شرح هذه الاختلافات. T1 (الطولي) وT2 (عرضية) مرات استرخاء البروتونات الهيدروجين تعتمد على كيفية تحرك المياه داخل الأنسجة. مثبتات مثل العمل الفورمالين من البروتينات عبر ربط. يتم تخفيض الفروق بين التنقل المياه بين أنواع الأنسجة المختلفة عند استخدام مثبتات. وقد لوحظ انخفاض T1 الأنسجة التباين بعد التثبيت، في حين أن الاختلاف في الكثافة النسبية من البروتونات داخل أنسجة الدماغ زيادة مع تثبيت، وتوفير أفضل التمايز النقيض 3، 4.
وقد حددت الدراسات السابقة LGN في المسح المرجحة PD باستخدام 1.5 T 5،6،7، وفي 3 T الماسح الضوئي 8،9. فمن الأهمية بمكان للحصول على هذه بالاشعة لتكون قادرة على الخطوط العريضة على وجه التحديد مدىوLGN. للحفاظ على التغطية الكاملة لنواة تحت القشرية، تم الحصول على 18 شرائح المرجحة PD داخل المهاد. أعيد عينات-كل وحدة تخزين لمرتين مصفوفة القرار 1024، و(0.15 ملم في الطائرة الحجم فوكسل)، متسلسلة، حركة تصحيح ومتوسط لإنتاج صورة عالية الدقة 3D هياكل تحت القشرية. كان العدد الأمثل من الصور PD اللازمة لصفة شريحة التالية 5، وتقليل الوقت المسح إلى أقل من 15 دقيقة في البشر الحية. كان المطلوب فقط 1 صورة PD لترسيم بوضوح المناطق تحت القشرية في الدماغ بعد الوفاة، وتقليل الوقت المسح إلى أقل من 3 دقائق (الشكل 2 و 3).
تم مسحها ضوئيا A-الثابتة الفورمالين كاملة بعد الوفاة عينة الدماغ من امرأة توفيت بسكتة قلبية رئوية في سن 82 عاما. مراجعة السجلات الطبية كشفت أن لديها: مرض الانسداد الرئوي المزمن، والجراحة الصدرية، تجاوز الثلاثي 8 سنوات قبل وفاته، وسرطان الرحم تعامل مع استئصال الرحم7 سنوات قبل وفاته، والدهون، والزرق، وجراحة الساد. تم العينة الدماغ بعد الوفاة الغمر ثابتة في 10٪ من الفورمالين محايدة مخزنة لمدة 3 أسابيع على الأقل في 4 درجات ج. تشريح الدماغ ومسحها ضوئيا مع بروتوكول التصوير نفسه وكذلك مع غيرها من المعالم على مدار عدة ساعات لإجراء مقارنات جودة الصورة . ويمكن وصفها إلا المعلمات الأمثل للبروتوكول.
Protocol
Representative Results
Discussion
توضح هذه الدراسة بروتوكول الأمثل في اقتناء وتقنية التحليل من أجل الحصول على دقة عالية-PD الصور المرجح لمناطق تحت القشرية. تم اختبار عدد من المعلمات المسح الضوئي وتعديلها مع تلك الأكثر أهمية المتعلقة حجم المصفوفة، وحجم فوكسل، وعرض النطاق الترددي لزيادة SNR وخفض عدد من ?…
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 |
References
- Devlin, J. T., et al. Reliable identification of the auditory thalamus using multi-modal structural analyses. NeuroImage. 30 (4), 1112-1120 (2006).
- Fellner, F., et al. True proton density and T2-weighted turbo spin-echo sequences for routine MRI of the brain. Neuroradiology. 36 (8), 591-597 (1994).
- Schumann, C. M., Buonocore, M. H., Amaral, D. G. Magnetic resonance imaging of the post-mortem autistic brain. J Autism Dev Disord. 31 (6), 561-568 (2001).
- Tovi, M., Ericsson, A. Measurements of T1 and T2 over time in formalin-fixed human whole-brain specimens. Acta Radiol. 33 (5), 400-404 (1992).
- Fujita, N., et al. Lateral geniculate nucleus: anatomic and functional identification by use of MR imaging. Am J Neuroradiol. 22 (9), 1719-1726 (2001).
- Bridge, H., Thomas, O., Jbabdi, S., Cowey, A. Changes in connectivity after visual cortical brain damage underlie altered visual function. Brain. 131 (6), 1433-1444 (2008).
- Gupta, N., et al. Atrophy of the lateral geniculate nucleus in human glaucoma detected by magnetic resonance imaging. Br J Opthalmol. 93 (1), 56-60 (2009).
- Dai, H., et al. Assessment of lateral geniculate nucleus atrophy with 3T MR imaging and correlation with clinical stage of glaucoma. Am J Neuroradiol. 32 (7), 1347-1353 (2011).
- McKetton, L., Kelly, K. R., Schneider, K. A. Abnormal lateral geniculate nucleus and optic chiasm in human albinism. J Comp Neurol. 522 (11), 2680-2687 (2014).
- Jenkinson, M., Bannister, P., Brady, M., Smith, S. Improved optimization for the robust and accurate linear registration and motion correction of brain images. NeuroImage. 17 (2), 825-841 (2002).
- Dietrich, O., Raya, J. G., Reeder, S. B., Reiser, M. F., Schoenberg, S. O. Measurement of signal-to-noise ratios in MR images: influence of multichannel coils, parallel imaging, and reconstruction filters. J Magn Reson Imaging. 26 (2), 375-385 (2007).
- Andrews, T. J., Halpern, S. D., Purves, D. Correlated size variations in human visual cortex, lateral geniculate nucleus, and optic tract. J Neurosci. 17 (8), 2859-2868 (1997).
- Pfefferbaum, A., Sullivan, E. V., Adalsteinsson, E., Garrick, T., Harper, C. Postmortem MR imaging of formalin-fixed human brain. NeuroImage. 21 (4), 1585-1595 (2004).
