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摘要

本研究的目的是展示纤维解剖技术在人类尸体大脑上的每一步骤，这些解剖的3D文件以及解剖解剖纤维通路的扩散张量成像。

摘要

本研究的目的是显示使用纤维解剖技术对尸体标本和磁共振（MR）的组合来检查辅助运动区（SMA）复合体（SMA前SMA和SMA）的白质连接的方法）造影。该方案还将描述人脑白质解剖的程序，扩散张量成像和三维文档。人脑和3D文件的纤维解剖在明尼苏达大学，神经外科系显微外科和神经解剖学实验室进行。根据Klingler的方法制备了五个死后人脑标本和两个整体头。在手术显微镜下，从外侧到内侧和外侧逐步解剖脑半球，并在每个阶段捕获3D图像。所有解剖​​结果均受扩散张量支持成像。根据Meynert纤维分类，包括关联纤维（短，优越的纵向筋膜I和前额叶），投影纤维（皮质脊髓，幽闭皮质，关节和前额皮带）和连合纤维（胼al体纤维）的连接的调查分别为也进行了。

引言

在Brodmann划定的14个正面区域中，位于中心运动皮质前面的前驱和前额叶区长期被认为是一个无声模块，尽管额叶在认知，行为，学习中起着重要作用，和语音处理。除了前SMA和SMA正面（Brodmann Area; BA 6）组成的辅助电机区（SMA）复合体之外，前动脉/前额模块还包括背侧前额叶（BA 46,8，和9），前额叶（BA 10）和腹外侧前额叶（BA 47）皮质，以及脑1,2侧表面的部分眶额叶皮层（BA 11）。

SMA复合体是由其功能及其连接定义的重要解剖区域。该区域的切除和损伤导致称为SMA的显着的临床缺陷综合征。 SMA综合征是包含SMA复合物3的前额神经胶质瘤病例中特别观察到的重要临床病症。 SMA复合体与边缘系统，基底神经节，小脑，丘脑，对侧SMA，上顶叶以及通过纤维束的额叶的部分具有连接。对这些白质连接的损伤的临床效果可能比皮质更严重。这是因为由于高皮质可塑性4，5，6，7，8，9，10，11，12 ，皮质损伤的后果可以随着时间的推移而改善。因此，SMA区域解剖学和白质通路应该是深层次的特别理解胶质瘤手术。

全面了解白质通道的解剖学对于神经外科病变的广谱治疗是重要的。最近对显微手术中获得的解剖结果的三维文献的研究被用于更好地了解脑白质通路13,14的形态解剖学和相互关系。因此，本研究的目的是使用纤维解剖技术对尸体标本和磁共振成像（MRI）动物图谱的组合来检查SMA复合物（SMA前SMA和SMA）的白质连接，并解释所有方法和这两种技术的原理及其详细的文件。

研究规划与策略

在进行实验之前，一升对纤维夹层的基本原理进行了检索，进行了解剖前和解剖过程中需要应用于标本的手术，以及已经用剥离和DTI显示的SMA区域之间的所有连接。以前关于前SMA和SMA适合区域的解剖定位和分离以及其连接的地形解剖学的研究进行了综述。

研究方案

死者在这里被列为人口，虽然死者不是技术上的人类受试者;人类科目由45 CF 46定义为"活人15,16 "。

1.准备样品

  1. 检查5个福尔马林固定的大脑（10个半球）和2个全人脑。
  2. 根据Klingler的方法17将样品固定在10％福尔马林溶液中至少2个月。
  3. 按照克林格方法17将所有标本在-16℃冷冻2周。
  4. 在自来水下解冻样品。
  5. 在尸体头部进行扩展性额颞开颅手术以暴露大脑。
    1. 将尸体头置于三针颅骨夹（ Material Table ）中。
    2. 用手术刀做一个额叶皮肤切口。
    3. 使用手术刀，镊子和剪刀去除皮肤和肌肉。
    4. 在头骨中形成一个或多个钻孔，直到达到硬脑膜;使用紧凑型减速器的钻头和79,000 rpm的材料表 （ 材料表 ）的14 mm颅骨穿孔附件。
    5. 切割骨瓣，并使用2 mm x 15.6 mm带槽铣刀的铣刀打开颅骨，钻孔速度为80,000 rpm（ 材料表 ）为2.1 mm针形毛刺附件。
  6. 使用显微镜在6X至40X放大倍率5,18（ 材料表 ）下，用硬度计去除硬脑膜，蛛网膜和皮肤，并用显微镜切片。

纤维解剖技术

注意:在手术显微镜下进行6X至40X放大倍数的所有解剖。

  1. 在每个半球上逐步进行纤维解剖从外侧到内侧和内侧到外侧。
    1. 使用panfield解剖器（ 材料表 ）分解大脑皮层，并去除所有额叶皮质组织，以暴露短连接纤维束，这些纤维束是相互连接的回路5,13的U型纤维或间叶纤维。
    2. 通过在显微镜（ 材料表 ）下轻轻修剪，用panfield解剖器和手术微型钩子去除短结缔组织纤维，以达到并暴露长相关纤维，这种纤维连接在同一半球的远处。
    3. 深入长关联纤维，以使用手术微型钩和panfield解剖器去除表面缔合纤维;在显微镜（ 材料表 ）下取出每个纤维束，以露出投影连合纤维。
    4. 查看SMA复合体的每个连接根据之前在文献2,8,18,19,20,21中定义的地形解剖结构。
  2. 将解剖期间在10％甲醛溶液（ 材料表 ）中进行解剖时使用的所有标本（全脑和脑）保留。

3D摄影技术

  1. 在拍摄标本期间使用黑色平台。
  2. 遵循3D摄影技术22 。
    1. 将每个样品放在设计的黑色平台上。
    2. 选择具有样品全幅正视图的场景，并将相机聚焦在样品上任何点上，靠近相机屏幕上的中心点（仪器选项卡）乐）。使用18至55 mm f / 3.5-5.6 SLR镜头或100 mm f / 2.8L微距镜头，并将光圈设置为F29，ISO 100。
    3. 将照相机稍微向左旋转，直到相机屏幕上最右侧的点与上述对焦点相同。将相机向右滑动，直到屏幕上的中点与样品上的原始对焦点重叠。将相机聚焦在这一点上，再拍摄一次。
    4. 将照相机的距离和轴线保持恒定值拍摄的样本。
  3. 通过使用3D图像生成器程序（材料表）创建3D图像。
    1. 打开3D软件程序。
    2. 选择"从文件打开立体声图像"。
    3. 选择两个图像（左和右），并确保左图像在左侧插槽，右侧图像在右侧插槽中。
    4. 选择"半色拼图RL / 2"选项，并以jpeg格式生成浮雕。

DTI技术

  1. 通过从参考网站下载Human Connectome Project扩散数据23获取预处理的扩散数据。
    注意:数据下载预处理并由以下过程组成:扩散数据是在正常志愿者中使用修改的3 T MRI设备（仪表）采用自旋回波回波平面成像（EPI）带图像加速24,25,26,27,28。相关序列参数包括:TR = 5,520 ms; TE = 89.5 ms; FOV = 210×180mm;矩阵= 168×144;切片厚度= 1.25mm（体素大小1.25×1.25×1.25mm）;多频段因子= 3;和b值= 1,000s / mm 2 （95个方向），2,000s / mm 2 （96个方向）和3,000s / mm2 （97个方向）。然后使用FreeSurfer 29和FSL 30处理数据 ;该过程包括涡流校正，运动校正，b0强度归一化，磁敏度失真校正和梯度非线性校正28,31,32,33。相应的T1加权MP-RAGE图像也包含在下载包中。人工互联网项目程序手册23中记录了程序 。
  2. 使用扩散光谱成像（DSI）Studio 34对扩散数据进行后处理，以使用广义q采样成像（GQI）算法35产生估计的体素扩散取向分布函数（ODF）。
    1. 通过sel将下载的数据集加载到软件中ecting"STEP1:开源图像"，并选择data.nii.gz文件。
    2. 选择"STEP2:重建"按钮。验证脑屏蔽后，进入"步骤2"，选择"GQI"作为重建方法。选择"长度比"为"1.0"的"r ^ 2加权"。将剩余的选择保留为默认值。
    3. 选择"运行重建"。
  3. 为感兴趣的地区放置适当的种子以简化光纤跟踪。
    1. 在"区域窗口"中，单击"Atlas"按钮，为上级纵向（SLF）放置种子I.选择"Brodmann"并添加"区域6"和"区域7"。在区域窗口中，将"区域6"类型设置为"种子"，将"区域7"类型设置为"包含区域"（ROI）。
      1. 在区域窗口中选择"新建区域"，并手动绘制ROI在冠状面上的额上回的最后方面。执行光纤跟踪，如步骤4.4所述。
    2. 通过在区域窗口中使用"新区域"以类似的方式放置种子，在冠状面中画出中前额叶白质后部的"种子"区域。使用"Atlas"（如步骤4.3.1）和Brodmann区域9，10，46，39和19选择ROI。按照步骤4.4中所述执行光纤跟踪。
    3. 在"区域"窗口中使用"Atlas"（如步骤4.3.1）将"SLF III"种子放置在"种子"区域，并选择"Brodmann地图册"的"40区"，"区域40"中的"Atlas ..." "和"区域44."执行光纤跟踪，如步骤4.4所述。
    4. 在区域窗口中使用"新区域"放置胼al体纤维的种子，并在包含第三个矢状面的矢状平面上画一个"种子"胼e体。执行光纤跟踪，如步骤4.4所述。
    5. 在区域窗口中使用"新区域"放置用于扣带纤维的种子，并在冠状视图中在扣带回中间画一个"种子"区域。使用"新区域"绘制两个ROI，一个在较前面的扣带和一个在冠状回的后扣带回。执行光纤跟踪，如步骤4.4所述。
    6. 在区域窗口中使用"新区域"放置种子，使用"Atlas ..."功能在电晕辐射中使用ROI进行"种子"绘制。选择图集为"JHU-WhiteMatter-labels-1mm"。
      1. 选择并添加"Anterior_corona_radiata"，"Posterior_corona_radiata"和"Superior_corona_radiata"。对于所有纤维，通过使用"新区域"的轴向平面中的低于层级的平面的所有纤维绘制避开区域"在区域窗口中执行光纤跟踪，如步骤4.4中所述。
    7. 使用区域窗口中"Atlas ..."功能的"种子"放置皮质脊髓束种子。选择"JHU-WhiteMatter-labels-1mm"，并添加"Corticospinal_tract"区域。执行光纤跟踪，如步骤4.4所述。
    8. 使用区域窗口中"Atlas ..."功能的"种子"区域为正面坡道（FAT）种植种子，并选择"区域44"和"区域45"中的布罗德曼图谱和"区域6"ROI。 "执行光纤跟踪，如步骤4.4所述。
    9. 使用"Atlas ..."功能将"F区域"种子放在"Region 6"区域的"种子"中。在"HarvardOxfordSub"图集中的"尾状物"，"壳核"和"苍白球"中插入新区域，并将区域窗口中的类型设置为"结束"。"
      注意:FST的纤维跟踪将通过选择第6区种子和每个跟踪会话中仅一个皮质下种子（ 即第6区和尾状，其次是区域6和壳核，最后是区域6和球）进行苍白球）。
      1. 对于每个组合，执行步骤4.4中所述的光纤跟踪。
  4. 执行以上每种组合的光纤跟踪。
    1. 在"选项"窗口中，将跟踪参数设置为:qa终止指数为0.08，角度阈值为75，步长为0.675，平滑为0.2，最小长度为20 mm，最大长度为200 mm。将种子方向选择为"全部"，将种子位置选为"子体素"，并将种子随机播种为"开"。使用流线型（Euler）跟踪算法进行三线性方向插值。对于上述区域的每个组合，在＆＃中选择"运行跟踪"34;纤维束"窗口。
      注意:由于跟踪的随机性质，确定了明确的"假纤维"并选择性地移除，手工绘制的区域作为"新区域"。
  5. Affine使用DSI-Studio的"Slices - > Insert T1 / T2 Images"功能，将Human Connectome Project数据集中提供的大脑提取的T1加权3D MP-RAGE扫描注册到扩散数据。通过选择"Slices - >添加等值面"来生成大脑的表面渲染。使用"阈值"665。

结果

SMA复合体位于额上回的后部。 SMA复合体的边界是前中央沟，下侧上髁，下侧有扣带沟18 。 SMA复合体由两部分组成:前SMA前侧和SMA正侧18 。这两个部分18 （ 图1A和B ）之间的白质连接和功能方面存在差异。我们使用纤维解剖和DTI技术研究了这两个部分的皮质和皮质下连接，并将其显示在3D图像中?...

讨论

白色通道的重要性和研究技术

大脑皮层被认为是与人类生命250万年相关的主要神经结构。基于形态学和细胞规格，大约有200亿个神经元分成了各个部分。这些皮质部分的结构已经在功能上分组，如感觉运动，感觉运动，情感体验和复杂推理。确定灵长类动物中的所有行为都是通过独特的解剖功能连接和通过神经系统的皮层和皮质下区域拓扑分布的区域形成的。虽然大脑皮质已经...

披露声明

作者声称没有竞争的经济利益，也没有资金来源和支持，包括任何设备和药物。

致谢

数据由部分由美国国立卫生研究院和尼泊尔国立卫生研究院神经科学研究蓝图的16个NIH研究机构和中心资助的人联系项目（WU Minmin Consortium）（主要研究员:David Van Essen和Kamil Ugurbil; 1U54MH091657）提供;和麦克唐纳华盛顿大学系统神经科学中心。图2A和2D经Rhoton集合57许可（http://rhoton.ineurodb.org/?page=21899）复制。

材料

NameCompanyCatalog NumberComments
%4 Paraformaldehyde SolutionAFFYMETRIX, Inc. 2046C208used to fixation
FreezerINSIGNANS-CZ70WH6used to freez
Panfield DissectorAESCULAPFD305used to dissection
Surgical Micro ScissorW. Lorenz 04-4238used to miscrodissection
Surgical Micro HookV. Mueller NL3785-009used to miscrodissection
MICRO VESSEL STRETCHER/DILATORW. Lorenz 04-4324used to miscrodissection
Emax2 SC 2000 Electric ConsoleAnspach CompaniesSC2102used to craniatomy
Drill SetAnspach CompaniesNS-CZ70WH6used to craniatomy
20-1000 operating microscopeMoeller-Wedel,GermanyFS 4-20used to miscrodissection
Canon EOS 550D 18 MP CMOS APS-C Digital SLR CameraCanon Inc.DS126271used to take photos
EF 100mm f/2.8L IS USM Macro LensCanon Inc.4657A006used to take photos
MR-14EX II Macro Ring Lite (Flash)Canon Inc.9389B002used to take photos
TripodLino Manfrotto322RC2used to take photos
MAYFIELD Infinity Skull ClampIntegra Inc.A0077used to fix the head
Modified Skrya 3T "Connectome" ScannerSiemens Company, Inc. A911IM-MR-15773-P1-4A00used to scan DTI
XstereO PlayerYury GolubinskyVersion 3.6(22)used to create anaglyphs
EF-S 18-55mm f/3.5-5.6 IS II SLR LensCanon Inc.2042B002used to take photos
Scalpel6B INVENT 7-104-Lused to make incision
Compact  Speed Reducer Anspach CompaniesCSR60used to make burr hole 
14 mm Cranial Perforator Anspach CompaniesCPERF-14-11-3Fused to make burr hole 
2 mm x 15.6 mm Fluted Router Anspach CompaniesA-CRN-Mused to make craniotomy
2.1 mm Pin-shaped BurrsAnspach Companies03.000.130Sused to make craniotomy

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