وأيد هذا العمل من قبل منحة رقم P50NS071675 (موريس K. مركز يودال التميز البحثي في ​​مرض باركنسون في معهد فينشتاين للأبحاث الطبية) إلى DE من المعهد الوطني للاضطرابات العصبية والسكتة الدماغية. المحتوى هو فقط من مسؤولية الكتاب ولا تمثل بالضرورة وجهة النظر الرسمية للمعهد الوطني للاضطرابات العصبية والسكتة الدماغية أو المعاهد الوطنية للصحة. لم الكفيل لا تلعب دورا في تصميم الدراسة، وجمع وتحليل وتفسير البيانات، كتابة التقرير أو في قرار تقديم الورقة للنشر.

1. جمع البيانات وتجهيزها <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يمكن تطبيق طريقة SSM / PCA إلى صور مجلد واحد تم الحصول عليها من مصادر وطرائق مختلفة. على وجه التحديد، لتصوير PET في الموقع من عملية التمثيل الغذائي، وإعداد التتبع النويدات المشعة المناسبة مثل [18 F]-fluorodeoxyglucose (FDG) وإدارة لكل مريض. المرضى عادة ما يتم تفحص في بقية بعيون مفتوحة، وبعد صيام 12 ساعة على الأقل، إيقاف الأدوية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تفحص كل موضوع لتقييم الفرد أو المجموعة. لاشتقاق نمط والمسح الضوئي على عدد متساو من المرضى نوع الجنس والعمر المتطابقة والضوابط. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نقل البيانات إلى محطة عمل وتحويله إلى شكل مناسب للتحليل في النظام الأساسي الخاص بك. لدينا جهاز كمبيوتر ويندوز يعتمد MATLAB تحليل البرمجيات (scanvp، ssm_pca، <a href="http://www.feinsteinneuroscience.org" target="_blank">www.feinsteinneuroscience.org</a> ) يتطلب تحليل أو تنسيق الصور nifti (مايو كلينيك، روشستر، مينيسوتا). أنه يوفر ر روتين تحويلس التحويل GE مقدما (ميلووكي، ويسكونسن، الولايات المتحدة الأمريكية) الماسح الضوئي والصور صيغة أخرى لتحليل الشكل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطبيع صورة كل موضوع على مساحة التجسيمي المشتركة (مثل معهد مونتريال العصبية [MNI]) باستخدام معيار حزمة برامج تصوير الأعصاب مثل رسم الخرائط الإحصائية المعلمية (SPM) ( <a href="http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm" target="_blank">http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm</a> ) بحيث هناك تطابقا واحد الى واحد من القيم فوكسل بين الموضوعات (الشكل 2). اخفاء للحد من التحليل إلى مناطق المادة الرمادية (الشكل 3) والتحول سجل الموضحة في الخطوات التالية. </li></ol> 2. أداء SSM متعدد المتغيرات / PCA عمليات متعددة المتغيرات SSM / PCA (الشكل 4) يمكن أن يقوم بها برنامج خارجي. الخطوات مفصلة أدناه تعكس الإجراءات المتبعة بالنسبة للجزء الاكبر تلقائيا باستخدام إجراءات لدينا في المنزل (الشكل 5) (المسح الضوئينائب الرئيس / ssmpca، <a href="http://www.feinsteinneuroscience.org" target="_blank">www.feinsteinneuroscience.org</a> متاحة أيضا بوصفها SPM الأدوات ssm_pca). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> البيانات باستخدام قناع متاح 0/1 الصورة لإزالة المناطق غير المرغوب فيها من الفضاء فوكسل مثل المادة البيضاء والبطينين. باستخدام روتين ssmpca، يتم إعطاء المستخدم خيار لتحديد الافتراضي أو قناع الخارجية الأخرى (الشكل 3) أو أن يكون البرنامج تلقائيا بإنشاء قناع عن طريق إزالة القيم أقل من المحددة الثابتة في المئة من الحد الأقصى لبيانات كل موضوع لل. ثم يتم ضرب أقنعة موضوع الفردية لتحديد قناع مركب. المناطق داخل قناع تعريف الفضاء فوكسل غير صفرية مشتركة للتحليل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحويل 3D ملثمين البيانات فوكسل صورة لكل موضوع لاحد متجه صف المستمر بإلحاق خطوط المسح متتابعة من الطائرات على التوالي (الشكل 4A). تشكيل مصفوفة البيانات المجموعة (D) بحيث تكون البيانات لكل مادة ويناظر R محددةآه من المصفوفة. ثم يمثل كل عمود فوكسل خاصة عبر المواضيع. من الناحية المثالية، لاشتقاق العلامات البيولوجية، سوف تتكون لمصفوفة من عدد متساو من صفوف من البيانات العادية موضوع التحكم والبيانات موضوع المرض. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحويل كل إدخال البيانات إلى شكل لوغاريتمي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مركز مصفوفة البيانات من خلال طرح كل صف متوسط ​​أو موضوع يعني من عناصر الصف. متوسط ​​جميع الصفوف محورها يمثل مجموعة مميزة يعني يطلق عليه صورة السجل وسيلة الشخصي المجموعة (GMP، الشكل 4A). طرح الوسائل التي هي عمود عناصر GMP من عناصر عمود مصفوفة المقابلة. كل صف من المصفوفة محورها مزدوج يمثل يطلق عليه صورة &#39;المتبقي&#39; لمحة المتبقية الموضوع (الخطة) التي تمثل الانحرافات من كل من الموضوع و وسائل فوكسل المجموعة الخامسة (الشكل 4B) عناصر. SRP SV = logD SV - يعني S - GMP الخامس </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بناء سوبجإلخ تلو موضوع التباين مصفوفة C من مركب مزدوج مصفوفة بيانات محورها من خلال حساب التغاير غير تسوية بين كل زوج موضوع ط، ي من SRP الصفوف مصفوفة تقييم كمنتج من عناصر فوكسل المقابلة لخص على كل voxels الخامس (الشكل 4B) . C ط = Σ V (X SRP SRP الرابع JV) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطبيق PCA إلى التغاير الموضوع تلو الموضوع مصفوفة C. ستكون النتائج مجموعة من المتجهات الذاتية النتيجة الموضوع مع القيم الذاتية المرتبطة بها. الوزن كل النواقل عن طريق ضرب من قبل الجذر التربيعي من القيمة الذاتية المقابلة لها. يتم تمثيل مجموعة من المتجهات الذاتية النتيجة عن طريق أعمدة المصفوفة الناتجة S في 4C الشكل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يمكن تحديد المتجهات الذاتية فوكسل لنفس مجموعة من القيم الذاتية من خلال تطبيق PCA إلى العمود بواسطة مصفوفة التغاير العمود أو عن طريق هذا البديل حسابيا أقل تطلبا procedلدى عودتهم مبين في (الشكل 4C). غادر مضاعفة النتيجة المستمدة سابقا مصفوفة متجه من قبل SRP مصفوفة تبديل لاشتقاق وP مجموعة من المتجهات الذاتية نمط فوكسل في ترتيب تنازلي من القيم الذاتية (الشكل 4C، الشكل 6، 7A الشكل). P = SRP T X S كل ناقلات العمود يمثل عنصر (PC) نمط الصورة الرئيسية للتحليل SSM / PCA يعزى إلى٪ من التباين الكلي استأثرت (VAF) المقابلة لحجم نسبي من القيمة الذاتية لها. </li></ol> 3. نمط الاشتقاق العلامات البيولوجية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> دراسة نتائج التحليل السابق لتحديد أنماط PC التي ترتبط مع القيم VAF عالية. ضمن روتين حياتنا، فوكسل ناقلات نمط هي Z-حولت بحيث قيمها تمثل الانحرافات المعيارية الإيجابية والسلبية من متوسط ​​قيمتها. ثم يتم إعادة تشكيل أنها في شكل صورة قبل عرض (7A الشكل). </li><li&gt; وفي بعض الحالات أنماط مع الانحرافات الإقليمية المعروفة المرتبطة بهذا المرض يمكن التعرف بصريا. تعتبر صياغة رياضية أشكال الإيجابية والسلبية لأجهزة الكمبيوتر المشتقة كحلول يعادل في هذه الحالة قد يكون ضرب كل من أجهزة الكمبيوتر وعشرات المرتبطة بها من قبل ناقص واحد لتتوافق مع تفسير الصحيح جسديا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم عرض عشرات المقابلة لكل نمط PC والرسوم البيانية والمخططات مبعثر (الشكل 7). يمكن إنشاء ROC مؤامرة اختياري (الشكل 7D). لتحديد نمط بأمراض محددة، لاحظ التفريق بين عشرات الموضوع بين المرضى والضوابط التي تعكسها وف القيم من المناظرة اثنين من عينة تي التجارب والقيم الجامعة الأمريكية بالقاهرة. الحد من تحليل لتلك أجهزة الكمبيوتر المرتبطة مع VAF عالية وتمايز عالية بالنسبة لبعض القيم الثابتة قطع (على سبيل المثال، P &lt;0.05 وVAF&gt; 5٪). عادة، واحد فقط أو اثنين من أجهزة الكمبيوتر تلبية هذا المعيار للبيانات PET. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> هناك فاريطرق أخرى لاختيار الأوس PC التي يمكن أن تعتبر 44. المؤامرة حصاة من القيم الذاتية المتتالية (الشكل 6) قد تعطي قيمة قطع حاد يمثله منحنى في منحنى وانخفاض حاد في المنحدر من منحنى حيث تبدأ القيم الذاتية تتدهور. وثمة نهج آخر هو أن تشمل جميع أجهزة الكمبيوتر التي تمثل أعلى 50٪ من التباين. إجراء مقبولة على نطاق واسع هو لحساب معلومات Akaike المعيار (AIC) 45 لتحديد أي مجموعة من أجهزة الكمبيوتر تحديد نموذج مع أدنى قيمة AIC يمكن أن تميز بين المرضى والضوابط. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وPC المختارة (ق) يمكن أن تكون ناقلات تطبيع وجنبا إلى جنب خطيا لتسفر عن نمط واحد الأمراض ذات الصلة. برنامجنا يستخدم اختياريا وظيفة MATLAB glmfit لتحديد معاملات استنادا إلى نماذج الانحدار اللوجستي أو غيره تطبيقها على عشرات الموضوع. على الرغم من أن التفريق بين المريض والضابطة عادة يتحسن مع أجهزة الكمبيوتر إضافية نظرت في ديمجموعة rivation، وأنماط الناتجة هي تمثيل المركبة التي قد لا تتوافق مع شبكة فعلي واحد أو قد تتضمن انحرافات عزلاء (أرقام 7A و7C). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> هناك حاجة إلى مزيد التحقق من صحة الموثوقية وأهمية المحتملين. اختزال التمهيد لا يمكن أن يؤديها كما هو مبين أدناه 8 لتحديد voxels الأكثر موثوقية ضمن مجموعة البيانات الاشتقاق الأصلي المرتبطة الانحراف الأقل القياسية في تكرار نمط الاشتقاق. إلى الأمام يتم تنفيذ التحقق من صحة لاختبار للحساسية وخصوصية تمييز مجموعة مستقلة عن طريق اشتقاق عشرات لمجموعات من المرضى المحتملين والضوابط باستخدام-موضوع واحد طريقة تقييم درجة (الشكل 4D) وصفها في الجزء القادم من البروتوكول. </li></ol> 4. المفرد الموضوع تقييم نقاط الاستشراف باستخدام العلامات البيولوجية المحددة سلفا <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مرة واحدة في نمط واضح العلامات البيولوجية SSM-GISتم التعرف، على درجة لتعبيرها في موضوع المحتملين يمكن تقييمها من المسح أن الفرد باستخدام حساب بسيط للمنتج ناقلات الداخلية من هذا الموضوع في SRP ناقلات وناقلات نمط نظم المعلومات الجغرافية (الشكل 4D، الشكل 7D). SCORE = SRPs • نمط </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> هو الآلي العملية السابقة من قبل نظام الحماية المؤقت الروتينية لدينا. ومع ذلك، لاشتقاق بشكل مستقل موضوع SRPs ناقلات استخدام قناع GIS الجوهرية المرتبطة بها في سجل البيانات المحولة وطرح كل من متوسط ​​الموضوع والقيم فوكسل المقابلة من الإشارة prederived مجموعة GMP كما في الخطوة 2.4. هذا يضمن أن عشرات يمكن مقارنة لمجموعة مرجعية محددة سلفا. عشرات لمجموعة جديدة يمكن تقييمها على نحو مماثل على أنها مجموعة من عشرات موضوع واحد المحتملين. للاستخدام مع مجموعة مرجعية مختلفة أو الإعداد، GMP يمكن تعديلها في حين أن النمط دون تغيير. </li></ol>

يتم سرد الدكتور Eidelberg كما شارك في مخترع اثنين من براءات الاختراع الولايات المتحدة على استخدام علامات التصوير لفحص المرضى عن اختلال وظيفي في الجهاز العصبي (دون تحقيق مكاسب مالية). لا يوجد المزيد من الإيضاحات.

نموذج SSM / PCA قدم أصلا من قبل مولر وآخرون. تطورت 01-03 أبريل في تقنية واضحة وقوية لتحليل البيانات تصوير الأعصاب. ومع ذلك، كانت هناك غموض في تطبيق هذه المنهجية التي حاولنا توضيح هنا وفي المنشورات السابقة 5-7،10. وقد تم تناول بعض هذه القضايا في النص ولكن اكد مج...

وقد درس الاضطرابات العصبية على نطاق واسع باستخدام التقنيات التي تعريب وتحديد شذوذ في استقلاب الدماغ وكذلك الأساليب غير استنتاجي أن دراسة التفاعلات الإقليمية 17. الاستراتيجيات التحليلية متعدد المتغيرات التي تعتمد على البيانات مثل تحليل المكون الرئيسي (PCA) 1،2،4،18 وتحليل عنصر المستقلة (ICA) 19،20، وكذلك التقنيات تحت إشراف مثل المربعات الجزئية الأقل (PLS) 21 والاتجاهات ترتيبي الكنسي variates تحليل (أورط / CVA) 22 يمكن أن تكشف عن أنماط مميزة أو &quot;شبكات&quot; من النشاط المترابطة. أساسيات الإجراءات متعدد المتغيرات، ولا سيما نموذج subprofile تحجيم (SSM) 1،2،4-6،18 وقد وصفت سابقا في إن الرب 3. وقد تم تطوير هذا النهج القائم على الشراكة والتعاون في الأصل لدراسة العلاقات التغاير وظيفية غير طبيعية بين مناطق الدماغ في حالة استقرار الصور مجلد واحد من تدفق الدم في الدماغ والتمثيل الغذائي ACQuired في حالة الراحة من طرائق مثل PET وSPECT الذي يحمل خصائص عالية إشارة إلى الضجيج. أنماط SSM بأمراض محددة هي المؤشرات الحيوية التصوير التي تعكس الاختلافات العامة في تضاريس الإقليمية في المرضى مقارنة مع 7،16 مواضيع عادية، وربما تعكس عملية شبكة واحدة أو استيعاب عدة وظائف غير طبيعية معقدة 23. وترتبط الأيضية التغاير شبكات الدماغ مع نمط القيم التعبير (عشرات الموضوع) يمكن أن تميز بين الجماعات العادي والمرض وتوفير التدابير القائمة على الشبكة التي ترتبط تقييمات السريرية من شدة المرض. عادة، زيادة درجات الموضوع لهذه الأنماط مع تطور المرض، وربما حتى قبل أن يعبر ظهور الأعراض 14،24. في الواقع، وقد اتسمت المؤشرات الحيوية المتعلقة بالشبكة المرض لعلاج الاضطرابات العصبية مثل مرض باركنسون 10 (PD)، مرض هنتنغتون 25 (HD)، ومرض الزهايمر 8 </سوب&gt; (AD). الأهم من ذلك، كما تم تحديد تصاميم الأيض المرتبطة المرض لشاذة اضطرابات الحركة مثل الشلل الارتعاشي متعددة ضمور نظام (MSA) والشلل التدريجي فوق النووي (PSP). وقد استخدمت هذه الأنماط في الحفل عن التشخيص التفريقي للأفراد مع مشابهة سريريا متلازمات &quot;نظرة على حد سواء&quot; 12،13،26. في المقابل، نموذجي طرق حيد المتغير القائم على فوكسل الرنين المغناطيسي الوظيفي تقييم أهمية الاختلافات بين المرضى والضوابط في مجموعات الدماغ معزولة. وفي الآونة الأخيرة، تم تطوير أساليب لقياس التوصيلية وظيفية بين مناطق الدماغ تعريف بتنوع 27-29. ويقتصر هذا التعريف للاتصال وظيفي لموضوع والمنطقة التفاعلات وينحرف محددة من SSM / PCA المفهوم الأصلي الذي يشير إلى الترابط مستعرضة من توزيعها مكانيا المناطق الجوهرية شبكة الدماغ 1،2،23،30. لصالحها، ومنصات التصوير بالرنين المغناطيسيإعادة تركيبها بسهولة، وهي متاحة على نطاق واسع، غير الغازية وعادة ما تتطلب أقصر وقت المسح من طرائق التصوير المشع التقليدية مثل PET أو SPECT مما أدى إلى تصاعد المنهجيات المحتملة وصفها في المؤلفات الحديثة. ومع ذلك، توفر الناتجة إشارات الرنين المغناطيسي الوظيفي التي تعتمد على الوقت التدابير غير المباشرة من النشاط العصبي المحلية 31،32. تم الخوارزميات التحليلية المعقدة عموما يعملون محدودة بسبب حجم كبير من مجموعات البيانات، والضجيج الفسيولوجية الكامنة في إشارات الرنين المغناطيسي الوظيفي، فضلا عن التباين الشديد في نشاط الدماغ التي تربط بين الموضوعات والمناطق 19،23. على الرغم من معلومات مثيرة للاهتمام بشأن تنظيم الدماغ ويمكن الاستدلال على ذلك من خصائص &quot;الشبكات&quot; الرنين المغناطيسي الوظيفي، فإنها لم تكن مستقرة بما فيه الكفاية لاستخدامها المؤشرات الحيوية المرض موثوق بها. وعلاوة على ذلك، وتصاميم شبكة الناتجة لا تساوي بالضرورة إلى تلك التي تم تحديدها باستخدام منهجيات التصوير وظيفية أنشئت مثل SSM / PCA. عن اله جزء الاكبر، وصرامة عبر المصادقة على تصاميم الرنين المغناطيسي الوظيفي مما أدى كان مفتقدا مع أمثلة قليلة من نجاح التطبيق إلى الأمام من أنماط مستمدة في بيانات المسح المحتملين من الحالات واحدة. ميزة من تحليل التباين المشترك PCA يكمن في قدرتها على التعرف على أهم مصادر الاختلاف في البيانات القليلة الأولى المكونات الرئيسية لكنها غير فعالة إذا كانت المتجهات الذاتية بارزة تمثل عوامل الضجيج العشوائي بدلا من الاستجابة شبكة الجوهرية الفعلية. فقط من خلال تحديد المتجهات الذاتية القليلة الأولى، والتي تحد من تلك التي تظهر فروق ذات دلالة إحصائية في درجات السيطرة المريض مقابل العادية، ونحن يقلل كثيرا من تأثير العناصر الضوضاء. ومع ذلك، من أجل النهج الأساسي وصفها هنا، فإن هذه التدابير قد لا تكون كافية لتوليد المقدرات قوية في مجموعة بيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي نموذجي مع استثناء من طرائق موضح أدناه. وبالتالي، ونظرا للعلاقة مستقرة المباشر للز الإقليميةالأيض lucose والنشاط متشابك 33، وقد تم تطبيق هذه المنهجية أساسا لتحليل البيانات بقية الدولة PET FDG. ومع ذلك، نظرا لأن تدفق الدم الدماغي (البرازيلي) ويقترن ارتباطا وثيقا النشاط الأيضي في حالة الراحة 10،11،34، 35،36 SPECT وأكثر الشرياني مؤخرا وضع العلامات تدور (ASL) أساليب التصوير بالرنين المغناطيسي 37،38 نضح، وقد استخدمت لتقييم النشاط الأيضي غير طبيعية في حالات فردية. قلت ذلك، واشتقاق موثوقة أنماط التباين المكاني مع الرنين المغناطيسي الوظيفي يستريح الدولة (rsfMRI) كما لوحظ سابقا يست مباشرة 31،32. وحتى مع ذلك، فقد كشفت SSM / PCA تحليل أولي للبيانات rsfMRI من المرضى PD والضابطة حددت بعض homologies الطبوغرافية بين أنماط الأمراض ذات الصلة باستخدام طرائق اثنين، PET والسعة من تقلبات منخفضة التردد (ALFF) من BOLD الرنين المغناطيسي الوظيفي 39،40 . وأخيرا، نلاحظ أيضا أن هذا النهج قد تم تطبيقها بنجاح في فوكسل القائم على مورفومترى (VBM) بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي 41،42، وكشف عن أنماط التباين المكاني المميزة المرتبطة بفقدان حجم المرتبط بالعمر وزيادة في مقارنات من VBM وأنماط ASL في الموضوعات نفسها 43. العلاقة بين SSM / PCA تصاميم التباين المكاني وشبكات الدماغ مماثلة تم تحديدها باستخدام أساليب تحليلية مختلفة ومنصات التصوير هو موضوع التحقيق الجاري.

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>Name of Equipment</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalog Number</td>
 <td>Comments</td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Image Acquisition </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>PET Scanner</td>
 <td>GE Medical Systems</td>
 <td>GE Advance</td>
 <td>Any PET, PET/CT and PET/MRI Scanners from GE, Siemens and Philips </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>PC Workstations</td>
 <td>Lenovo</td>
 <td>Any</td>
 <td><a href="http://www.lenovo.com/us/en/" target="_blank">http://www.lenovo.com/us/en/</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Radiopharmaceuticals </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>[18F]-fluorodeoxyglucose</td>
 <td>Feinstein Institute for Medical Research</td>
 <td>Routine Production</td>
 <td>Also distributed by Cardinal Health <a href="http://www.cardinal.com/" target="_blank">http://www.cardinal.com/</a> </td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Software </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>ScanVP</td>
 <td>Feinstein Institute for Medical Research</td>
 <td>Version 5.9.1, Version 6.2, To be released</td>
 <td><a href="http://www.feinsteinneuroscience.org/" target="_blank">www.feinsteinneuroscience.org</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>SPM</td>
 <td>The UCL Institute of Neurology</td>
 <td>spm99-spm8</td>
 <td><a href="http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm" target="_blank">http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Windows</td>
 <td>Microsoft</td>
 <td>Any</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Matlab</td>
 <td>Mathworks</td>
 <td>Matlab Version 7.0, 7.3</td>
 <td><a href="http://www.mathworks.com/" target="_blank">http://www.mathworks.com/</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>JMP</td>
 <td>SAS</td>
 <td>Version 5</td>
 <td><a href="http://www.jmp.com/" target="_blank">http://www.jmp.com/</a></td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

identification of disease-related spatial covariance patterns using neuroimaging data

نموذج subprofile تحجيم (SSM) 1-4 هو خوارزمية متعدد المتغيرات القائمة على PCA أن يحدد المصادر الرئيسية للتباين في المريض ومراقبة مجموعة بيانات الصورة الدماغ بينما رفض مكونات أقل (الشكل 1). تطبيقها مباشرة على البيانات التغاير فوكسل تلو فوكسل من الصور تعدد الوسائط ثابت للدولة، وهو كامل مجموعة صورة المجموعة يمكن أن تخفض إلى بضعة أنماط التباين مستقلة خطيا كبيرا وعشرات موضوع المقابلة. كل نمط، ووصف مجموعة subprofile ثابتة (GIS)، هو المكون الرئيسي متعامد الذي يمثل شبكة توزيعها مكانيا من ظيفيا مناطق الدماغ مترابطة. تتم إزالة آثار العددية المتوسط ​​العالمي الكبيرة التي يمكن أن تحجب المساهمات أصغر شبكة محددة من قبل تحويل لوغاريتمي المتأصلة ويعني توسيط البيانات 2،5،6. موضوعات التعبير عن كل من هذه الأنماط إلى درجة متغير يمثله النتيجة العددية البسيطة التي يمكن أن ترتبط مع كلين مستقلةواصف كال أو البسيخومتري 7،8. باستخدام تحليل الانحدار اللوجستي من عشرات الموضوع (أي القيم التعبير نمط)، يمكن اشتقاق معاملات خطي إلى الجمع بين مكونات رئيسية متعددة في أنماط التباين المكاني ذات الصلة مرض واحد، أي شبكات مركب مع تحسن التمييز من المرضى من الأشخاص الخاضعين للمراقبة صحية 5،6. عبر التحقق من صحة ضمن مجموعة الاشتقاق يمكن القيام بها باستخدام تقنيات اختزال التمهيد 9. يتم تأكيد التحقق من صحة إلى الأمام بسهولة عن طريق تقييم نقاط مباشرة من أنماط مشتقة في مجموعات البيانات المحتملين 10. بمجرد التحقق من صحة، وأنماط الأمراض ذات الصلة يمكن أن تستخدم لتسجيل المرضى الفردية فيما يتعلق عينة مرجعية ثابتة، وغالبا مجموعة من المواضيع الصحية التي تم استخدامها (مع مجموعة المرض) في الاشتقاق نمط الأصلي 11. هذه القيم موحدة يمكن بدوره أن تستخدم للمساعدة في التشخيص التفريقي 12،13 وتقييم المرضآثار التقدم والعلاج على مستوى الشبكة 7،14-16. نقدم مثالا لتطبيق هذه المنهجية إلى FDG PET بيانات من مرضى الشلل الرعاش والضوابط العادية باستخدام برنامجنا في المنزل لاستخلاص نمط التباين سمة العلامات البيولوجية للمرض.

تطبيق بسيط من متعدد المتغيرات SSM / PCA التحليل لاستخلاص نمط العلامات البيولوجية لتصوير الأعصاب PD هو موضح أدناه. PET FDG الصور من عشرة المشخصة سريريا المرضى PD (6M/4F، 59y ± 7Y SD) لمدة المريضة متغير (9Y ± 5Y SD) وعشرة من السن والجنس المتطابقة الضوابط العادية (6M/4F، 58y ± 7Y SD) تم تحليلها باس?...

Watch this Scientific Journal Video about Identification of Disease-related Spatial Covariance Patterns using Neuroimaging Data at JoVE.com

Identification of Disease-related Spatial Covariance Patterns using Neuroimaging Data

وقد استخدمت تقنيات متعدد المتغيرات بما في ذلك تحليل المكون الرئيسي (PCA) لتحديد أنماط بصمات التغير الإقليمي في صور الدماغ الوظيفية. وقد وضعنا خوارزمية لتحديد المؤشرات الحيوية شبكة استنساخه لتشخيص الاضطرابات العصبية، وتقييم تطور المرض، وتقييم موضوعي لآثار العلاج في المرضى من السكان.

تحديد الأمراض ذات الصلة أنماط التباين المشترك المكانية باستخدام بيانات تصوير الأعصاب

The scaled subprofile model (SSM)1-4 is a multivariate PCA-based algorithm that identifies major sources of variation in patient and control group brain ...

identification-disease-related-spatial-covariance-patterns-using

Research

JoVE Journal

Medicine

15.5K Views.  The Feinstein Institute for Medical Research. وقد استخدمت تقنيات متعدد المتغيرات بما في ذلك تحليل المكون الرئيسي (PCA) لتحديد أنماط بصمات التغير الإقليمي في صور الدماغ الوظيفية. وقد وضعنا خوارزمية لتحديد المؤشرات الحيوية شبكة استنساخه لتشخيص الاضطرابات العصبية، وتقييم تطور المرض، وتقييم موضوعي لآثار العلا...

Video: Identification of Disease-related Spatial Covariance Patterns using Neuroimaging Data

Identification of Sleeping Beauty Transposon Insertions in Solid Tumors using Linker-mediated PCR

Genomic, proteomic, transcriptomic, and epigenomic analyses of human tumors indicate that there are thousands of anomalies within each cancer genome compared to matched normal tissue. Based on these analyses it is evident that there are many undiscovered genetic drivers of cancer1. Unfortunately these drivers are hidden within a much larger number of passenger anomalies in the genome that do not directly contribute to tumor formation. Another aspect of the cancer genome is that there is considerable genetic heterogeneity within similar tumor types. Each tumor can harbor different mutations that provide a selective advantage for tumor formation2. Performing an unbiased forward genetic screen in mice provides the tools to generate tumors and analyze their genetic composition, while reducing the background of passenger mutations. The Sleeping Beauty (SB) transposon system is one such method3. The SB system utilizes mobile vectors (transposons) that can be inserted throughout the genome by the transposase enzyme. Mutations are limited to a specific cell type through the use of a conditional transposase allele that is activated by Cre Recombinase. Many mouse lines exist that express Cre Recombinase in specific tissues. By crossing one of these lines to the conditional transposase allele (e.g. Lox-stop-Lox-SB11), the SB system is activated only in cells that express Cre Recombinase. The Cre Recombinase will excise a stop cassette that blocks expression of the transposase allele, thereby activating transposon mutagenesis within the designated cell type. An SB screen is initiated by breeding three strains of transgenic mice so that the experimental mice carry a conditional transposase allele, a concatamer of transposons, and a tissue-specific Cre Recombinase allele. These mice are allowed to age until tumors form and they become moribund. The mice are then necropsied and genomic DNA is isolated from the tumors. Next, the genomic DNA is subjected to linker-mediated-PCR (LM-PCR) that results in amplification of genomic loci containing an SB transposon. LM-PCR performed on a single tumor will result in hundreds of distinct amplicons representing the hundreds of genomic loci containing transposon insertions in a single tumor4. The transposon insertions in all tumors are analyzed and common insertion sites (CISs) are identified using an appropriate statistical method5. Genes within the CIS are highly likely to be oncogenes or tumor suppressor genes, and are considered candidate cancer genes. The advantages of using the SB system to identify candidate cancer genes are: 1) the transposon can easily be located in the genome because its sequence is known, 2) transposition can be directed to almost any cell type and 3) the transposon is capable of introducing both gain- and loss-of-function mutations6. The following protocol describes how to devise and execute a forward genetic screen using the SB transposon system to identify candidate cancer genes (Figure 1).

Identification of Sleeping Beauty Transposon Insertions in Solid Tumors using Linker-mediated PCR

A method of identifying unknown drivers of carcinogenesis using an unbiased approach is described. The method uses the Sleeping Beauty transposon as a random mutagen directed to specific tissues. Genomic mapping of transposon insertions that drive tumor formation identifies novel oncogenes and tumor suppressor genes

تحديد<em&gt; الجمال النائم</em&gt; الإدراج ينقول في الأورام الصلبة باستخدام رابط بوساطة PCR

Genomic, proteomic, transcriptomic, and epigenomic analyses of human tumors indicate that there are thousands of anomalies within each cancer genome ...

Detection of Architectural Distortion in Prior Mammograms via Analysis of Oriented Patterns

We demonstrate methods for the detection of architectural distortion in prior mammograms of interval-cancer cases based on analysis of the orientation of breast tissue patterns in mammograms. We hypothesize that architectural distortion modifies the normal orientation of breast tissue patterns in mammographic images before the formation of masses or tumors. In the initial steps of our methods, the oriented structures in a given mammogram are analyzed using Gabor filters and phase portraits to detect node-like sites of radiating or intersecting tissue patterns. Each detected site is then characterized using the node value, fractal dimension, and a measure of angular dispersion specifically designed to represent spiculating patterns associated with architectural distortion.
Our methods were tested with a database of 106 prior mammograms of 56 interval-cancer cases and 52 mammograms of 13 normal cases using the features developed for the characterization of architectural distortion, pattern classification via quadratic discriminant analysis, and validation with the leave-one-patient out procedure. According to the results of free-response receiver operating characteristic analysis, our methods have demonstrated the capability to detect architectural distortion in prior mammograms, taken 15 months (on the average) before clinical diagnosis of breast cancer, with a sensitivity of 80% at about five false positives per patient.

Detection of Architectural Distortion in Prior Mammograms via Analysis of Oriented Patterns

We demonstrate methods for the detection of architectural distortion in prior mammograms. Oriented structures are analyzed using Gabor filters and phase portraits to detect sites of radiating tissue patterns. Each site is characterized and classified using measures to represent spiculating patterns. The methods should assist in the detection of breast cancer.

الكشف عن تشويه المعمارية في تصوير الثدي بالأشعة السينية قبل<em&gt; عبر</em&gt; تحليل أنماط الموجه

We demonstrate methods for the detection of architectural distortion in prior mammograms of interval-cancer cases based on analysis of the orientation of ...

Using Continuous Data Tracking Technology to Study Exercise Adherence in Pulmonary Rehabilitation

Pulmonary rehabilitation (PR) is an important component in the management of respiratory diseases. The effectiveness of PR is dependent upon adherence to exercise training recommendations. The study of exercise adherence is thus a key step towards the optimization of PR programs. To date, mostly indirect measures, such as rates of participation, completion, and attendance, have been used to determine adherence to PR. The purpose of the present protocol is to describe how continuous data tracking technology can be used to measure adherence to a prescribed aerobic training intensity on a second-by-second basis.
In our investigations, adherence has been defined as the percent time spent within a specified target heart rate range. As such, using a combination of hardware and software, heart rate is measured, tracked, and recorded during cycling second-by-second for each participant, for each exercise session. Using statistical software, the data is subsequently extracted and analyzed. The same protocol can be applied to determine adherence to other measures of exercise intensity, such as time spent at a specified wattage, level, or speed on the cycle ergometer. Furthermore, the hardware and software is also available to measure adherence to other modes of training, such as the treadmill, elliptical, stepper, and arm ergometer. The present protocol, therefore, has a vast applicability to directly measure adherence to aerobic exercise.

Pulmonary rehabilitation is widely recognized in the management of respiratory diseases. A key component to successful pulmonary rehabilitation is adherence to the recommended exercise training. The purpose of the present protocol is to describe how continuous data tracking technology can be used to precisely measure adherence to a prescribed aerobic training intensity.

باستخدام تقنية مستمر تعقب البيانات لدراسة ممارسة الالتزام في التأهيل الرئوي

Pulmonary rehabilitation (PR) is an important component in the management of respiratory diseases. The effectiveness of PR is dependent upon adherence to ...

Microarray-based Identification of Individual HERV Loci Expression: Application to Biomarker Discovery in Prostate Cancer

The prostate-specific antigen (PSA) is the main diagnostic biomarker for prostate cancer in clinical use, but it lacks specificity and sensitivity, particularly in low dosage values1&#8203;&#8203;. &#8216;How to use PSA&#39; remains a current issue, either for diagnosis as a gray zone corresponding to a concentration in serum of 2.5-10 ng/ml which does not allow a clear differentiation to be made between cancer and noncancer2 or for patient follow-up as analysis of post-operative PSA kinetic parameters can pose considerable challenges for their practical application3,4. Alternatively, noncoding RNAs (ncRNAs) are emerging as key molecules in human cancer, with the potential to serve as novel markers of disease, e.g. PCA3 in prostate cancer5,6 and to reveal uncharacterized aspects of tumor biology. Moreover, data from the ENCODE project published in 2012 showed that different RNA types cover about 62% of the genome. It also appears that the amount of transcriptional regulatory motifs is at least 4.5x higher than the one corresponding to protein-coding exons. Thus, long terminal repeats (LTRs) of human endogenous retroviruses (HERVs) constitute a wide range of putative/candidate transcriptional regulatory sequences, as it is their primary function in infectious retroviruses. HERVs, which are spread throughout the human genome, originate from ancestral and independent infections within the germ line, followed by copy-paste propagation processes and leading to multicopy families occupying 8% of the human genome (note that exons span 2% of our genome). Some HERV loci still express proteins that have been associated with several pathologies including cancer7-10. We have designed a high-density microarray, in Affymetrix format, aiming to optimally characterize individual HERV loci expression, in order to better understand whether they can be active, if they drive ncRNA transcription or modulate coding gene expression. This tool has been applied in the prostate cancer field (Figure 1).

Human endogenous retroviruses (HERV), which occupy 8% of the human genome, retain scarce coding capacities but a hundred thousand long terminal repeats (LTRs). A custom Affymetrix microarray was designed to identify individual HERV locus expression and was used on prostate cancer tissues as a proof of concept for future clinical studies.

تحديد القائمة على ميكروأري من الفردية هيرفي الامكنه التعبير: التطبيق على العلامات البيولوجية ديسكفري في سرطان البروستاتا

The prostate-specific antigen (PSA) is the main diagnostic biomarker for prostate cancer in clinical use, but it lacks specificity and sensitivity, ...

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

Cerebral malaria is a sign of severe malarial disease and is often a harbinger of death. While aggressive management can be life-saving, the detection of cerebral malaria can be difficult. We present an experimental mouse model of cerebral malaria that shares multiple features of the human disease, including edema and microvascular pathology. Using magnetic resonance imaging (MRI), we can detect and track the blood-brain barrier disruption, edema development, and subsequent brain swelling. We describe multiple MRI techniques that can visualize these pertinent pathological changes. Thus, we show that MRI represents a valuable tool to visualize and track pathological changes, such as edema, brain swelling, and microvascular pathology, in vivo.

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

We describe a mouse model of experimental cerebral malaria and show how inflammatory and microvascular pathology can be tracked in vivo using magnetic resonance imaging.

في فيفو تتبع من تطوير وذمة والأمراض الوعائية الوعائية في نموذج من الملاريا الدماغية التجريبية باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي

Cerebral malaria is a sign of severe malarial disease and is often a harbinger of death. While aggressive management can be life-saving, the detection of ...

High-Throughput Analysis of Optical Mapping Data Using ElectroMap

Optical mapping is an established technique for high spatio-temporal resolution study of cardiac electrophysiology in multi-cellular preparations. Here we present, in a step-by-step guide, the use of ElectroMap for analysis, quantification, and mapping of high-resolution voltage and calcium datasets acquired by optical mapping. ElectroMap analysis options cover a wide variety of key electrophysiological parameters, and the graphical user interface allows straightforward modification of pre-processing and parameter definitions, making ElectroMap applicable to a wide range of experimental models. We show how built-in pacing frequency detection and signal segmentation allows high-throughput analysis of entire experimental recordings, acute responses, and single beat-to-beat variability. Additionally, ElectroMap incorporates automated multi-beat averaging to improve signal quality of noisy datasets, and here we demonstrate how this feature can help elucidate electrophysiological changes that might otherwise go undetected when using single beat analysis. Custom modules are included within the software for detailed investigation of conduction, single file analysis, and alternans, as demonstrated here. This software platform can be used to enable and accelerate the processing, analysis, and mapping of complex cardiac electrophysiology.

This protocol describes the setup and use of ElectroMap, a MATLAB-based open-source software platform for analysis of cardiac optical mapping data. ElectroMap provides a versatile high-throughput tool for analysis of optical mapping voltage and calcium datasets across a wide range of cardiac experimental models.

تحليل عالي الإنتاجية لبيانات الخرائط البصرية باستخدام الخريطة الكهربائية

Optical mapping is an established technique for high spatio-temporal resolution study of cardiac electrophysiology in multi-cellular preparations. Here we ...

Virtual Reality Tools for Assessing Unilateral Spatial Neglect: A Novel Opportunity for Data Collection

Unilateral spatial neglect (USN) is a syndrome characterized by inattention to or inaction in one side of space and affects between 23-46% of acute stroke survivors. The diagnosis and characterization of these symptoms in individual patients can be challenging and often requires skilled clinical staff. Virtual reality (VR) presents an opportunity to develop novel assessment tools for patients with USN.
We aimed to design and build a VR tool to detect and characterize subtle USN symptoms, and to test the tool on subjects treated with inhibitory repetitive transcranial magnetic stimulation (TMS) of cortical regions associated with USN.
We created three experimental conditions by applying TMS to two distinct regions of cortex associated with visuospatial processing- the superior temporal gyrus (STG) and the supramarginal gyrus (SMG) - and applied sham TMS as a control. We then placed subjects in a virtual reality environment in which they were asked to identify the flowers with lateral asymmetries of flowers distributed across bushes in both hemispaces, with dynamic difficulty adjustment based on each subject's performance. 
We found significant differences in average head yaw between subjects stimulated at the STG and those stimulated at the SMG and marginally significant effects in the average visual axis.
VR technology is becoming more accessible, affordable, and robust, presenting an exciting opportunity to create useful and novel game-like tools. In conjunction with TMS, these tools could be used to study specific, isolated, artificial neurological deficits in healthy subjects, informing the creation of VR-based diagnostic tools for patients with deficits due to acquired brain injury. This study is the first to our knowledge in which artificially generated USN symptoms have been evaluated with a VR task.

The goal was to design, build, and pilot a novel virtual reality task to detect and characterize unilateral spatial neglect, a syndrome affecting 23-46% of acute stroke survivors, expanding the role of virtual reality in the study and management of neurologic disease.

أدوات الواقع الافتراضي لتقييم الإهمال المكاني من جانب واحد: فرصة جديدة لجمع البيانات

Unilateral spatial neglect (USN) is a syndrome characterized by inattention to or inaction in one side of space and affects between 23-46% of acute stroke ...

Detection and Removal of Tooth-Colored Composite Resin Using the Fluorescence-Aided Identification Technique

The detection and removal of tooth-colored filling materials is a major challenge for every dentist. The Fluorescence-aided Identification Technique (FIT) is a noninvasive tool to facilitate the distinction of composite resin material from sound tooth substance. Compared to conventional illumination, FIT is a very accurate, reliable, and fast diagnostic method. When composite resin is illuminated with a wavelength of approximately 398 &plusmn; 5 nm, certain fluorescent components make the composite resin appear brighter than the tooth structure. Any fluorescence-inducing light source with the appropriate wavelength can be used for this method. Optimally, this technique is used without additional natural or artificial lighting. The application of FIT can be used for diagnostic purposes, for example, dental charts, and additionally for the complete and minimally invasive removal of composite resin restorations, bracket debonding, and trauma splint removal. The assessment of volumetric changes after composite removal can be provided by overlapping pre- and postoperative scans and subsequent calculation using suitable software.

The Fluorescence-aided Identification Technique is a practicable, fast, and reliable approach for the differentiation of composite resin restorations from tooth substance, and facilitates the minimally invasive and complete removal of composite resin restorations and composite bonded trauma splints.

الكشف عن الراتنج المركب بلون الأسنان وإزالته باستخدام تقنية تحديد الهوية بمساعدة التألق

The detection and removal of tooth-colored filling materials is a major challenge for every dentist. The Fluorescence-aided Identification Technique (FIT) ...

Visualization of Metabolites Identified in the Spatial Metabolome of Traditional Chinese Medicine Using DESI-MSI

The medicinal use of traditional Chinese medicine is mainly due to its secondary metabolites. Visualization of the distribution of these metabolites has become a crucial topic in plant science. Mass spectrometry imaging can extract huge volumes of data and provide spatial distribution information about these by analyzing tissue slices. With the advantage of high throughput and higher accuracy, desorption electrospray ionization mass spectrometry imaging (DESI-MSI) is often used in biological research and in the study of traditional Chinese medicine. However, the procedures used in this research are complicated and not affordable. In this study, we optimized sectioning and DESI imaging procedures and developed a more cost-effective method to identify the distribution of metabolites and categorize these compounds in plant tissues, with a special focus on traditional Chinese medicines. The study will promote the utilization of DESI in metabolite analysis and standardization of traditional Chinese medicine/ethnic medicine for research-related technologies.

In this study, a series of methods are presented to prepare DESI-MSI samples from plants, and a procedure of DESI assembly installation, MSI data acquisition, and processing is described in detail. This protocol can be applied in several conditions for acquiring spatial metabolome information in plants.

تصور المستقلبات المحددة في الأيض المكاني للطب الصيني التقليدي باستخدام DESI-MSI

The medicinal use of traditional Chinese medicine is mainly due to its secondary metabolites. Visualization of the distribution of these metabolites has ...

نموذج شامل لتوزيع وظائف الدهون في الكبد 3D باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي ديكسون

A 3D Quantification Technique for Liver Fat Fraction Distribution Analysis Using Dixon Magnetic Resonance Imaging

This study presents a 3D quantification methodology for the distribution of liver fat fraction (LFF) through the utilization of Dixon MRI image analysis. The central aim is to offer a highly accurate and non-invasive means of evaluating liver fat content. The process involves the acquisition of In-phase and Water-phase images from a Dixon sequence. LFF maps are then meticulously computed voxel by voxel by dividing the Lipid Phase images by the In-phase images. Simultaneously, 3D liver contours are extracted from the In-phase images. These crucial components are seamlessly integrated to construct a comprehensive 3D-LFF distribution model. This technique is not limited to healthy livers but extends to those afflicted by hepatic steatosis. The results obtained demonstrate the remarkable effectiveness of this approach in both visualizing and quantifying liver fat content. It distinctly discerns patterns that differentiate between normal and steatotic livers. By harnessing Dixon MRI to extract the 3D structure of the liver, this method offers precise LFF assessments spanning the entirety of the organ, thereby holding great promise for the diagnosis of hepatic steatosis with remarkable effectiveness.

تسليط الضوء على المؤلف: أداة غير جراحية لتقييم وتمييز أنماط الدهون في الكبد باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي 3D Dixon 

This study introduces a unique 3D quantification method for liver fat fraction (LFF) distribution using Dixon Magnetic Resonance Imaging (Dixon MRI). LFF maps, derived from in-phase and water-phase images, are integrated with 3D liver contours to differentiate LFF patterns between normal and steatotic livers, enabling precise assessment of liver fat content.

تقنية القياس الكمي 3D لتحليل توزيع أجزاء الدهون في الكبد باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي ديكسون

This study presents a 3D quantification methodology for the distribution of liver fat fraction (LFF) through the utilization of Dixon MRI image analysis. ...