JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

نقدم بروتوكولا لتحليل بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي للتحقيق في تغيرات النشاط العصبي التلقائي في مريض التهاب الشبكية الصباغي باستخدام طريقة التجانس الإقليمي والاتصال الوظيفي المشتركة.

Abstract

تم استخدام طريقة التجانس الإقليمي (ReHo) والاتصال الوظيفي (FC) ، وهي نوع من طريقة التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي غير الغازي (fMRI) ، لتقييم تغيرات النشاط العصبي المتزامن في التهاب الشبكية الصباغي (RP). الغرض من هذه الدراسة هو وصف طريقتنا لتحليل التزامن داخل وبين الأقاليم للتغيرات في النشاط العصبي لدى مرضى RP. تتمثل مزايا طريقة ReHo و FC المدمجة في أنها غير جراحية وحساسة بما فيه الكفاية للتحقيق في التغيرات في تغيرات النشاط العصبي الدماغي المتزامن في الجسم الحي. هنا ، خضع 16 مريضا ب RP و 14 من الضوابط الصحية المتطابقة بشكل وثيق في العمر والجنس والتعليم لفحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي في حالة الراحة. تم إجراء اختبارين للعينة لمقارنة ReHo و FC عبر المجموعات. أظهرت نتائجنا أن انفصال الشبكة البصرية وإعادة تنظيم مسار الشبكية القشرية والتيار البصري الظهري حدث في مرضى RP. هنا ، نصف تفاصيل هذه الطريقة واستخدامها وتأثير معاييرها الرئيسية بطريقة خطوة بخطوة.

Introduction

التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) هو طريقة غير جراحية يمكن استخدامها للتحقيق في التغيرات في وظائف الدماغ وبنيته في الجسم الحي. غالبا ما يستخدم التجانس الإقليمي (ReHo) والاتصال الوظيفي (FC) لتقييم التزامن داخل وبين الأقاليم لنشاط الدماغ. تستخدم ReHo ، وهي منهجية بالرنين المغناطيسي الوظيفي في حالة الراحة ، لحساب التشابه بين السلسلة الزمنية لفوكسيل معين وأقرب جيرانه ، مما يعكس التزامن المحلي لأنشطةالدماغ 1. يستخدم FC للتحقيق في التشابه بين السلاسل الزمنية الإقليمية البعيدةمكانيا 2.

يمكن أن تقدم تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي تقييما موضوعيا للوظيفة البصرية في سياق إدارة أمراض العيون. هنا ، نقدم بروتوكولا منهجيا يجمع بين أساليب ReHo و FC لمشاركة هذه التجربة ودعم نشر خبراتنا. في العمل الحالي ، استخدمنا بروتوكول ReHo و FC في الأشخاص الذين يعانون من التهاب الشبكية الصباغي (RP) والضوابط الصحية (HCs) لتوضيح تفاصيل الإجراء. RP هو مرض وراثي خطير في العين يتميز بضعف الرؤية الليلية وفقدان الرؤية التدريجي3،4. الطفرة الجينية هي عامل الخطر الرئيسي ل RP. يؤدي موت الخلايا المستقبلة للضوء القضيب والمخروطي إلى فقدان الرؤية المحيطية وأخيرا العمى لدى مرضى RP. أظهرت دراسات التصوير العصبي السابقة تشوهات هيكلية ووظيفية في القشرة البصرية والمسار البصري لمرضى RP5،6،7. علاوة على ذلك ، تم استخدام تصوير موتر الانتشار للتحقيق في سلامة حزم ألياف المادة البيضاء. أظهر مرضى RP معامل انتشار ظاهري أعلى بكثير ، والقيمة الذاتية الرئيسية ، والقيمة الذاتية المتعامدة ، بالإضافة إلى تباين الخواص الجزئي المنخفض بشكل ملحوظ في الأعصاب البصرية ، مقارنة ب HCs8.

هنا ، كان هدفنا هو استكشاف التزامن داخل وبين الأقاليم للنشاط العصبي. قمنا بالتحقيق فيما إذا كان متوسط قيم ReHo ومتوسط قيم FC مرتبطة بالمتغيرات السريرية في مرضى RP. قد تمكن طريقتنا الباحثين من الحصول على رؤى مهمة حول الآلية العصبية لفقدان الرؤية المحيطية لدى مرضى RP.

Protocol

تمت الموافقة على بروتوكول البحث من قبل لجنة الأخلاقيات الطبية في مستشفى رينمين بجامعة ووهان. أكمل جميع المشاركين نموذج موافقة كتابية.

1. تصنيف المشاركين وفرزهم

  1. قم بتسجيل موضوعات RP و HCs متطابقة بشكل وثيق في العمر والجنس والتعليم.
  2. التأكد من أن جميع المشاركين يستوفون المعايير التالية: 1) القدرة على المسح الضوئي باستخدام ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي (على سبيل المثال ، لا توجد أجهزة تنظيم ضربات القلب أو الأجهزة المعدنية المزروعة) ؛ 2) لا خوف الأماكن المغلقة. 3) لا أمراض القلب أو ارتفاع ضغط الدم أو أمراض الدماغية.

2. الحصول على بيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي

ملاحظة: يتم استخدام ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي 3 T مع ملف رأس ثماني القنوات في هذا البروتوكول.

  1. اطلب من كل مشارك إزالة الأجسام المعدنية قبل دخول غرفة ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي بعد فحص السلامة النهائي.
  2. اطلب من المشارك الاستلقاء على السرير والتأكد من أن الخط المداري عمودي على السرير. ثم ضع ضمادات الرغوة في المنطقة الزمنية الثنائية للرأس لمنع حركة الرأس وتوفير سدادات أذن لتقليل ضوضاء الماسح الضوئي.
  3. اطلب من المشارك الاستلقاء في حالة راحة ، وإبقاء عينيه مغمضتين دون النوم ، وعدم التفكير في أي شيء على وجه الخصوص أثناء المسح.
  4. اضبط موضع رأس المشارك من خلال ضوء تحديد الموضع. تأكد من أن مؤشر تحديد موضع المحور مواز للكانثوس الجانبي وأن مؤشر تحديد المواقع السهمي يتزامن مع خط الوسط للوجه. بعد ذلك ، حرك السرير لجعل مؤشر وضع المحور يظل على بعد 2 سم فوق أو أسفل حاجبي المشارك.
  5. إخطار المشارك ببدء جلسة المسح. باستخدام وحدة التحكم في المسح ، ابدأ المسح الضوئي الهيكلي لتحديد موضع رأس المشاركين في الماسح الضوئي والسماح بالتخطيط لعمليات المسح الهيكلية والوظيفية اللاحقة.
  6. قم بإجراء الرنين المغناطيسي الوظيفي باستخدام التسلسلات والمعلمات التالية.
    1. إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي ثلاثي الأبعاد لحجم الدماغ (3D-BRAVO) باستخدام المعلمات التالية: وقت التكرار (TR) / وقت الصدى (TE) = 8.5 مللي ثانية / 3.3 مللي ثانية ؛ سمك = 1.0 مم ؛ لا توجد فجوة تقاطع مصفوفة الاستحواذ = 256 × 256 ؛ مجال الرؤية = 240 × 240 مم2 ؛ وزاوية الوجه = 12 درجة.
    2. الحصول على صور وظيفية باستخدام التصوير المستوي الصدى المتدرج المعتمد على مستوى أكسجة الدم (EPI-BOLD) مع المعلمات التالية: TR / TE = 2,000 مللي ثانية / 25 مللي ثانية ؛ سمك = 3.0 مم ؛ الفجوة = 1.2 مم ؛ مصفوفة الاستحواذ = 256 × 256 ؛ مجال الرؤية = 240 × 240 مم2 ؛ حجم فوكسل = 3.6 × 3.6 × 3.6 مم3 ؛ و 35 شريحة محورية.
  7. راقب حالة المشارك خلال مدة الفحص ، واطلب منه التحرك بأقل قدر ممكن ، وتوقف عن المسح إذا كان المشارك يعاني من أي إزعاج.
  8. أخرج المشارك من الماسح الضوئي واطلب من المشارك الجلوس بحذر في نهاية التجربة.

3. المعالجة المسبقة للبيانات وإعداد البرامج

ملاحظة: تتم معالجة الصور الوظيفية التي تم تحليلها في هذا البروتوكول مسبقا بواسطة SPM8 وصندوق الأدوات لمعالجة البيانات وتحليلها لتصوير الدماغ (DPABI ، http://rfmri.org/dpabi) 9 استنادا إلى MATLAB 2013a. قم بتنفيذ خطوات المعالجة المسبقة التالية بشكل منفصل لكل جلسة بالرنين المغناطيسي الوظيفي.

  1. افتح برنامج DPABI في محطة MATLAB بالنقر فوق dpabi، ثم اختر DPARSF 4.3 Advanced Edition واستورد المجلد "FunRaw" (الشكل 1).
    ملاحظة: يحتوي مجلد FunRaw على ملف DICOM لكل مشارك.
  2. انقر فوق FunRaw لاستيراد ملفات فحص الرنين المغناطيسي الوظيفي إلى DPABI باستخدام نظام ترقيم متسق (على سبيل المثال ، "sub0001" ، "sub0002" ، إلخ). حدد دليل العمل ودلائل EPI وT1 الأولية واستمر في تحديد جميع المعلمات المطلوبة في الخطوات 3.3-3.9 قبل النقر فوق تشغيل في القسم 4.
  3. اكتب المعلمات: نقاط التوقيت = 240 و TR = 2 (الشكل 2). حدد EPI DICOM إلى NIFTI لتحويل الصور الوظيفية من DICOM إلى تنسيق NIFTI وإزالة أول 10 مجلدات من كل صورة وظيفية.
  4. حدد المربعات الخاصة بتوقيت الشريحة وإعادة المحاذاة في برنامج DPABI لتصحيح 230 مجلدا متبقية من الصور الوظيفية المعتمدة على مستوى أكسجة الدم للحصول على تأثيرات توقيت الشريحة وحركة الرأس المصححة.
    ملاحظة: بالنسبة لحركة الرأس ، يجب استبعاد بيانات المشاركين الذين لديهم حركة رأس >2 مم أو دوران >2 درجة أثناء المسح. بالنسبة لترتيب الشرائح ، فإن تسلسل الأرقام في المتجه هو الترتيب الزمني للاكتساب لهذه الطبقات. رقم الشريحة المحدد هو 40 ، وترتيب الشرائح هو [1: 2: 39 ، 2: 2 ، 40] ، والشريحة المرجعية هي 39.
  5. حدد Normalize by DARTEL باستخدام برنامج DPABI.
    ملاحظة: من خلال تحديد هذا الخيار، سيقوم البرنامج تلقائيا بإجراء التسوية المكانية باستخدام الصور الهيكلية الفردية المرجحة ب T1 المسجلة في متوسط بيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي. يتم تقسيم الصور المقيمة T1 الناتجة باستخدام صندوق أدوات DARTEL لتحسين الدقة المكانية أثناء تطبيع بيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي. يتم إعادة تقطيع البيانات الطبيعية (في معهد مونتريال للأعصاب [MNI] مساحة 152) بدقة 3 × 3 × 3 مم3.
  6. قم بإزالة الاتجاه الخطي عن طريق تحديد Detrend في برنامج DPABI.
  7. حدد مربع انحدار المتغيرات المزعجة وحدد المعلمات التالية: نموذج حركة الرأس ، وإشارة المادة البيضاء ، وإشارة المتوسط العالمي ، وإشارة السائل النخاعي.
  8. حدد مربع التنظيف لإزالة النقاط الزمنية السيئة بسبب حركة الرأس في برنامج DPABI.
  9. احتفظ بالإشارات بين 0.01-0.08 هرتز عن طريق تحديد المربع مرشح [0.01-0.08] في برنامج DPABI لإزالة الضوضاء الفسيولوجية عالية التردد والانجراف منخفض التردد.
    ملاحظة: بعد إعداد البيانات ، يمكن إجراء تحليل ReHo و FC.

4. تحليل ReHo و FC

  1. بالنسبة لحساب ReHo ، افتح برنامج DAPABI من خلال MATLAB وحدد 27 فوكسل في نظام المجموعة. انقر بزر الماوس الأيسر فوق ReHo وقم بتنعيم [6*6*6]، ثم حدد تشغيل.
    ملاحظة: يتم تعيين معامل توافق كيندال لفوكسل معين عن طريق حساب معامل كيندال للتوافق في السلسلة الزمنية المكونة من 27 فوكسل وأقرب جيرانهم. لتقليل تأثير الاختلافات الفردية على المقارنات الإحصائية بين المجموعات ، يتم تحويل خرائط ReHo لكل فوكسل باستخدام تحويل فيشر من r إلى z. يتم تنعيم خرائط z ReHo المتبقية مكانيا باستخدام نواة غاوسية بعرض كامل 6 * 6 * 6 بنصف كحد أقصى.
  2. بالنسبة لحساب FC ، افتح برنامج DAPABI من خلال MATLAB وحدد مناطق دماغ ReHo المعدلة بين كلا المجموعتين كمناطق ذات أهمية (ROIs). انقر فوق الاتصال الوظيفي وحدد عائد الاستثمار (التوسيط عند x = 0 ، y = -69 ، و z = -3 مع نصف قطر = 10 مم) ، ثم حدد تشغيل.
    ملاحظة: يتم إجراء تحليل الارتباط للمسار الزمني لكل مشارك بين منطقة البذور الكروية وفوكسيل الدماغ بالكامل. يتم تحويل جميع خرائط FC من خلال تحويل فيشر من r إلى z لتقليل تأثير الاختلافات الفردية على المقارنة الإحصائية بين المجموعات. يجب أن يكون نصف قطر عائد الاستثمار حول الإحداثيات 10 مم (X = 0 ، Y = -69 ، Z = -3).

5. التحليل الإحصائي

  1. ابحث عن المجلدات المسماة ReHo و FC بعد معالجة بيانات الملفات ذات الصلة. قم بفرز ملفات zReHo.nii و zFC.nii ، وقم بتصنيفها إلى أربعة مجلدات فرعية: "RP-group-ReHo" و "HC-group-ReHo" و "RP-group-FC" و "HC-group-FC".
  2. افتح DPABI من خلال MATLAB لإجراء اختبار t عينة واحدة.
    1. انقر بزر الماوس الأيسر فوق التحليل الإحصائي ، ثم انقر فوق اختبار t عينة واحدة. قم بتسمية نتيجة الإخراج "one-sample-t-test-RP" وقم بتعيين دليل الإخراج.
    2. انقر بزر الماوس الأيسر فوق إضافة صور المجموعة وافتح المجلد الفرعي "RP-group-ReHo".
    3. في خيار ملف القناع ، انقر بزر الماوس الأيسر لفتح الملف الفرعي "BrainMask-05-61 * 73 * 61" في مجلد "القناع".
    4. حدد حساب لتشغيل البرنامج. قم بتنفيذ هذا الإجراء نفسه لمجموعة "عينة واحدة-t-test-HC".
      ملاحظة: يتم استخدام اختبار t المكون من عينة واحدة لتحليل وعرض خرائط ReHo المتوسطة لكل مجموعة في برنامج DPABI.
  3. افتح DPABI من خلال MATLAB لإجراء اختبار t لعابتين.
    1. انقر بزر الماوس الأيسر فوق التحليل الإحصائي ، ثم حدد اختبار t المكون من عينتين. قم بتسمية نتيجة الإخراج "two-sample-t-test-ReHo" وقم بتعيين دليل الإخراج.
    2. انقر بزر الماوس الأيسر فوق إضافة صور المجموعة وافتح المجلدات الفرعية "RP-group-ReHo" و "HC-group-ReHo".
    3. في خيار ملف القناع ، انقر بزر الماوس الأيسر لفتح الملف الفرعي "BrainMask-05-61 * 73 * 61" في مجلد "القناع".
    4. حدد حساب لتشغيل البرنامج. قم بتنفيذ نفس الإجراء ل "اثنان عينتين-t-test-FC". انقر فوق التحليل الإحصائي وتصحيح الحقل العشوائي الغوسي (GRF) [ثنائي الذيل ومستوى فوكسل (0.01) ومستوى فوكسل (0.05)] ثم انقر فوق تشغيل.
      ملاحظة: تتم مقارنة الاختلافات بين مجموعات خرائط zReHo وخرائط zFC بواسطة عينتين من اختبارات t. يستخدم GRF لتصحيح المقارنات المتعددة والمتغيرات المشتركة التراجعية للعمر والجنس باستخدام برنامج DPABI.
  4. استخدم برنامج BrainNet Viewer (https://www.nitrc.org/projects/bnv/) لإظهار النتائج.
    1. افتح BrainNet من خلال MATLAB وانقر على تحميل الملف. بالنسبة لملفات Surface ، انقر فوق Browse وحدد BrainMesh-ICBM152-smoothed.nv ، ثم انقر فوق موافق. بالنسبة لملفات وحدة التخزين، حدد spm-T.nii (يتضمن ذلك نتائج ReHo وFC)، ثم انقر على موافق.
  5. استخدم البرامج الإحصائية لمعالجة البيانات التي تم الحصول عليها من الخطوة السابقة.
    ملاحظة: يستخدم اختبار مربع كاي للمقارنات بين الجنسين ، بينما يتم استخدام اختبارات t للعينات المستقلة للمتغيرات السريرية الأخرى. يتم تمثيل المتغيرات المستمرة بالوسائل والانحرافات المعيارية.
  6. إجراء تحليل معامل ارتباط بيرسون لتحديد العلاقات بين قيم zReHo وقيم zFC لمناطق الدماغ المختلفة وبيانات القياسات المرئية باستخدام البرامج الإحصائية.
    1. احصل على إشارات عائد الاستثمار لقيم zReHo وقيم zFC في كل مشارك بواسطة برنامج DPABI. انقر فوق مستخرج إشارات عائد الاستثمار وإضافة دليل بملف ROI mask.nii.
      ملاحظة: يجب اعتبار قيم P البالغة <0.05 ذات دلالة إحصائية.

النتائج

في دراستنا ، خضع 16 فردا من RP و 14 من الضوابط الصحية المتطابقة بشكل وثيق في العمر والجنس والتعليم لفحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي في حالة الراحة. تم استخدام طرق ReHo و FC لاستكشاف النشاط العصبي داخل ومتزامن في أفراد RP. لوحظت اختلافات ذات دلالة إحصائية في BCVA بين العي...

Discussion

يصف هذا التقرير بروتوكولا لحساب قيم ReHo و FC لمجموعات RP و HC وأظهر قيم ReHo و FC مختلفة بشكل كبير بين المجموعتين. والجدير بالذكر أن إحدى الخطوات المهمة في هذه العملية هي تصنيف العينات وفحصها قبل التجربة. عندما طبقنا هذا البروتوكول لتحليلنا الخاص ، تم تشخيص جميع الأشخاص الذين يع...

Disclosures

المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

تم دعم هذا البحث من قبل المؤسسة الوطنية لعلوم الطبيعة في الصين (NSFC ، رقم 81470628 ، 81800872). البرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي في الصين (رقم 2017YFE0103400)

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
BrainNet Viewer softwareNational Key Laboratory of Cognition Neuroscience and Learning, BNUBrainNet Viwer 2013BrainNet Viewer is a brain network visualization tool to visualize structural and functional connectivity patterns
DPABI softwareInstitute of Psychology, CAS, Beijing, ChinaDPABI 4.3DPABI is a toolbox for data processing and analysis of brain imaging.
MATLABMathWorks, Natick, MA, USA2013aMATLAB is a high-level technical computing language and interactive environment for algorithm development, data visualization, data analysis, and numeric computation.
MRI scannerGE Healthcare, MilwaukeeMRI 3.0
SPM softwareWellcome Centre for Human Neuroimaging, UCLSPM8SPM8 is a major update to the SPM software, containing substantial theoretical, algorithmic, structural and interface enhancements over previous versions.
SPSSIBM, Chicago, IL, USASPSS version 20.0SPSS software platform offers advanced statistical analysis, text analysis, open-source extensibility, integration with big data and seamless deployment into applications.

References

  1. Zang, Y., Jiang, T., Lu, Y., He, Y., Tian, L. Regional homogeneity approach to fMRI data analysis. NeuroImage. 22 (1), 394-400 (2004).
  2. Smith, R., et al. Resting state functional connectivity correlates of emotional awareness. NeuroImage. 159, 99-106 (2017).
  3. Hartong, D. T., Berson, E. L., Dryja, T. P. Retinitis pigmentosa. The Lancet. 368 (9549), 1795-1809 (2006).
  4. Ezquerra-Inchausti, M., et al. High prevalence of mutations affecting the splicing process in a Spanish cohort with autosomal dominant retinitis pigmentosa. Scientific Reports. 7 (1), 39652 (2017).
  5. Cunningham, S. I., Weiland, J. D., Bao, P., Lopez-Jaime, G. R., Tjan, B. S. Correlation of vision loss with tactile-evoked V1 responses in retinitis pigmentosa. Vision Research. 111, 197-207 (2015).
  6. Cunningham, S. I., Weiland, J. D., Pinglei, B., Tjan, B. S. . 2011 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , 2841-2844 (2011).
  7. Ferreira, S., et al. Primary visual cortical remapping in patients with inherited peripheral retinal degeneration. NeuroImage: Clinical. 13, 428-438 (2017).
  8. Zhang, Y., et al. Reduced Field-of-View Diffusion Tensor Imaging of the Optic Nerve in Retinitis Pigmentosa at 3T. American Journal of Neuroradiology. 37 (8), 1510-1515 (2016).
  9. Yan, C. G., Wang, X. D., Zuo, X. N., Zang, Y. F. DPABI: Data Processing & Analysis for (Resting-State) Brain Imaging. Neuroinformatics. 14 (3), 339-351 (2016).
  10. Qin, W., Xuan, Y., Liu, Y., Jiang, T., Yu, C. Functional Connectivity Density in Congenitally and Late Blind Subjects. Cerebral Cortex. 25 (9), 2507-2516 (2015).
  11. Yu-Feng, Z., et al. Altered baseline brain activity in children with ADHD revealed by resting-state functional MRI. Brain and Development. 29 (2), 83-91 (2007).
  12. Zuo, X. N., et al. Network Centrality in the Human Functional Connectome. Cerebral Cortex. 22 (8), 1862-1875 (2012).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

FMRI T

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved