Name: assessing cortical cerebral microinfarcts on high resolution mr images
Uploaded: 2015-11-20T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 39 s
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The research leading to these results has received funding from the European Research Council under the European Union's Seventh Framework Programme [FP7/2007-2013] / ERC grant agreement [337333]. The research of SvV and GJB is supported by a VIDI grant [91711384] from ZonMw, the Netherlands Organization for Health Research and Development.

L&#39;uso dei campioni autoptici e in vivo immagini RM di questo protocollo era in conformità alla normativa vigente e approvato dal Comitato Etico locale della University Medical Center di Utrecht (UMCU). 1. MR-guidate istopatologico Validazione dei corticale microinfarti <ol><li> Ex vivo MRI <ol><li> Quando si maneggia il tessuto cerebrale, indossare sempre guanti e indumenti protettivi adatti. </li><li> Sulla base della domanda di ricerca, selezionare adeguati preferibilmente di spessore 10 mm, fissati in formalina lastre, cerebrali. Le lastre cervello di questo documento sono stati ottenuti dal dipartimento neuropatologia della UMCU, e VU University Medical Centre (VUMC), basati sulla nota patologia Alzheimer. <ol><li> Formalina fix cervelli interi per almeno 3-4 settimane per immersione in formalina al 10%, prima del taglio. Tagliare i cervelli in lastre coronali, contenente entrambi gli emisferi. </li><li> Per la scansione post mortem, selezionare ad esempio sla tre cervellobs per cervello, preso dal frontale temporo-parietale, e occipitale regioni del cervello. L&#39;attuale protocollo è ottimizzato per l&#39;utilizzo di tre lastre cerebrali coronali, contenente entrambi gli emisferi, in una sessione di scansione. </li></ol></li><li> Prendere fotografie delle lastre cerebrali su entrambi i lati (dorsali e caudale), e prendere appunti accurati (o fare schizzi) dell&#39;orientamento delle lastre nel contenitore e nello scanner, per poi co-localizzazione di istologia con MRI. </li><li> Riempire un contenitore appositamente costruito (Figura 1) - in questo caso uno che si adatta all&#39;interno della bobina testa MR - con il 10% di formalina fresca a RT. Se il segnale MRI dal fluido è indesiderato, utilizzare un perfluoropolietere (PFPE) con una densità del lubrificante adatto invece di formalina (come Fomblin o Galden PFPE). Assicurarsi di utilizzare una cappa a flusso durante la manipolazione formalina. </li><li> Quando si posizionano le lastre del cervello nel contenitore, assicurarsi di evitare bolle d&#39;aria. Rimuovere la maggioranza di bolle d&#39;aria delicatamente shaking il tessuto, sia a mano, o utilizzando un bagno ad ultrasuoni o shaker. </li><li> Assicurarsi che le lastre non possono muoversi all&#39;interno del contenitore e limitare la quantità di liquido necessario, utilizzando un contenitore più piccolo per mantenere le lastre in posizione (figura 1). </li><li> Coprire il contenitore con plastica o parafilm, per evitare l&#39;evaporazione e per proteggere il MR (testa) bobina da potenziale contaminazione (Figura 2). </li><li> Utilizzare un corpo intero 7T MRI scanner con una bobina appropriata. In questo protocollo una doppia trasmissione e 32 canali ricevono bobina testa viene utilizzato. </li><li> Posizionare il contenitore nella bobina testa, avvolta in un asciugamano o chirurgico underpad, per evitare eventuali fuoriuscite di liquido. Assicurarsi che il contenitore non può muoversi, e che le lastre rimangono in posizione orizzontale (Figura 2). </li><li> Eseguire una scansione di analisi che può essere utilizzato per la pianificazione delle scansioni ad alta risoluzione, corretta disomogeneità B0 utilizzando uno strumento shimming appropriata, e calibrare la potenza RFper ottenere gli angoli buffetto corrette (le poche lastre richiedono meno energia rispetto alla scansione in vivo di tutta la testa) secondo il protocollo del produttore. </li><li> Pianificare le acquisizioni ad alta risoluzione sulla scansione indagine, al fine di garantire le lastre del cervello sono pienamente integrate nel campo visivo-. Eseguire la scansione delle lastre cervello O / N con le acquisizioni ad alta risoluzione indicati nella tabella 1, che sono ottimizzati per l&#39;imaging ex vivo. Il protocollo di acquisizione presentato qui include un&#39;immagine pesata 3D FLAIR, T2 e T1 con una risoluzione di 0,4 mm isotropo, e T2 * immagine pesata con una risoluzione di 0,18 mm isotropo. </li><li> Identificare i processi software automatici che possono interrompere la scansione, come automatizzati up-date che eseguono O / N, o avvertenze per la stimolazione dei nervi periferici, e assicurarsi che le procedure dello scanner non vengano interrotte da questi. </li><li> Monitorare lo scanner O / N per eventuale conferma pop-up che possono interrompere la scansione, utilizzando ad esempio una connessione VPN.</li><li> Restituisce la mattina seguente (dopo un tempo di scansione totale di circa 12 ore nel protocollo corrente). Conservare le lastre cervello in formalina, ripulire. </li><li> Salvare le immagini su un disco rigido esterno. </li></ol></li></ol><img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53125/53125fig1.jpg" /> Figura 1. Preparazione del fissati in formalina lastre per la scansione del cervello post-mortem a 7T MRI. Un contenitore Perspex costruito appositamente è pieno di entrambi il 10% formalina o un perfluoropolietere (PFPE) lubrificante se il segnale MRI dal fluido è indesiderato. Tre 10-mm di spessore lastre coronali del cervello fissati in formalina vengono inseriti nel contenitore. Un contenitore più piccolo è utilizzato per mantenere le lastre in posizione. Nastro il secondo contenitore al primo, per impedire il movimento. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53125/53125fig2.jpg" /> Figura 2. Posizionamentodi container appositamente costruito in 7T bobina testa. Coprire il contenitore con plastica o parafilm per evitare l&#39;evaporazione della formalina. Porre il recipiente, racchiuso in un asciugamano o underpad chirurgica, nella bobina testa di uno scanner 7T MR. Assicurarsi che il contenitore non può muoversi, e che le lastre rimangono in posizione orizzontale. <ol start="2"><li> Istopatologia <ol><li> Individuare possibili CMIS corticali - o altre lesioni di interesse - sulle immagini acquisite. Queste lesioni sono gli obiettivi per l&#39;analisi istologica. Attenzione per i manufatti, come i danni post mortem di tessuto (che a volte appaiono sulla superficie di lastre cerebrali a causa di tagli) o artefatti di storage in formalina a lungo termine (ad esempio, hypointensities MRI grossolani che rappresentano modifiche neuropil 8). Nota: I diversi sottotipi istopatologici su CMIS corticali hanno diverse caratteristiche MR. Per maggiori dettagli sui sottotipi CMI, si rimanda il lettore a un recente studio ex vivo 7. </li><li> After individuare eventuali CMIS corticali sulle immagini RM, assaggiare la regione di interesse per la convalida istopatologico. Assicurati di tagliare una regione, che contiene punti di riferimento anatomici, per la successiva corrispondenza della RM con istopatologia. Eseguire istopatologia di serie, come seguito (ma possono essere applicati anche altri approcci). </li><li> Tagliare una regione di circa 30 x 20 x 5 mm 3 contenente una possibile corticale CMI. </li><li> Per ottenere un campionamento accurato, stimare la posizione della lesione per lo spessore fetta delle immagini RM, e l&#39;architettura del tessuto. Tagliare manualmente il tessuto leggermente sopra la posizione della lesione stimato limitare la quantità di sezionamento seriale (dopo paraffina) che è necessaria per il targeting della lesione. </li><li> Assicurarsi che il tessuto prelevato si inserisce una cassetta tessuto. Posizionare la superficie da tagliare a faccia in giù nel cassetto. </li><li> Tenere tutti i cassetti di tessuti in formalina al 10%, fino a quando il trattamento dei tessuti. </li><li> Elaborare il tessuto per paraffina. Questo di solito comporta una procedura automatizzata di disidratazione del tessuto, attraverso una serie di alcol graduata (per esempio, il 70% al 95% a 100%) bagni, e compensazione del tessuto in xilene. </li><li> Incorpora il tessuto in blocchi di cera di paraffina. Assicurarsi che la superficie da tagliare rivolto verso l&#39;alto dopo l&#39;incorporazione. </li><li> Tagliare 4-6 micron sezioni seriali con un microtomo, fino a quando la lesione bersaglio viene recuperato. </li><li> Float sezioni sulla superficie di un bagno di acqua 37 ° C. Montare le sezioni su vetrini. Porre i vetrini su un blocco di riscaldamento per legare il tessuto al vetro. Conservare scivola O / N a RT. </li><li> Eseguire un colorazione appropriata (ad esempio, colorazione H &amp; E) sulle prime sezioni, tenere sezioni vuote adiacenti per un ulteriore uso (ad esempio, immunoistochimica). </li><li> Coverslip sezioni H &amp; E macchiato, con una goccia di mezzo di sua scelta di montaggio. Abbassare delicatamente lo slittamento, evitando bolle d&#39;aria. </li><li> Studiare le sezioni utilizzando un microscopio ottico, ad una rivista appropriatanification. Confrontare sezioni per le immagini RM precedentemente ottenuti. </li></ol></li></ol> 2. Valutare microinfarti corticali su In Vivo 7T MRI <ol><li> Eseguire 7T MRI nella popolazione di pazienti di tuo interesse, utilizzando il protocollo vivo a risonanza magnetica (che include almeno un FLAIR 3D), come descritto al punto 6. </li><li> Valutare CMIS corticali sulle immagini in vivo 7T MR, come specificato nelle istruzioni riportate di seguito, utilizzando i seguenti criteri di valutazione 7T per CMIS: CMIS corticali sono iperintense in FLAIR (con o senza un centro ipointensa), iperintensa in T2, ipointensa in T1, rilevabile su almeno due viste del cervello (ad esempio, sagittale e trasversale), limitato alla corteccia, distinto da spazi perivascolari, con una dimensione massima ≤4 mm 6,7. </li><li> Usare un&#39;interfaccia con tre visualizzatori di immagini, per visualizzare contemporaneamente FLAIR, T1, T2 e immagini, ad esempio, MeVisLab (Figura 3). Questo allo piattaformaws di incorporare più spettatori e di collocare i marcatori su posizioni possibili lesioni. </li><li> Prima di valutare un emisfero su FLAIR in vista sagittale. Schermo tutta la corteccia per lesioni iperintense. Qualsiasi hyperintens lesione ≤4 mm è possibile CMI. Posizionare i marcatori cliccando su ogni possibile CMI. </li><li> Ripetere l&#39;operazione per l&#39;altro emisfero. </li><li> Verificare tutti i punti segnati sul T1 e T2. Scartare una posizione se non è ipointensa in T1 o T2 iperintensa in. </li><li> Valutare vista trasversali, su FLAIR, T1, e T2. Scartare una posizione se non è visibile. Controllare la vista coronale in caso di dubbio. </li><li> Attenzione per artefatti MRI e variazioni anatomiche (soprattutto bordi sulcal). </li><li> Salvare i marcatori. </li></ol><img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53125/53125fig3.jpg" /> Figura 3. Esempio piattaforma panoramica immagine per la valutazione di microinfarti corticali. Un&#39;interfaccia viene utilizzato, integrated in MeVisLab. Questo programma permette di integrare più spettatori contemporaneamente, per passare facilmente tra sagittale / trasversale / orientamento coronale, e di inserire e salvare i marcatori su posizioni possibili lesioni. (Altri marcatori possono essere scelti per diversi tipi di lesioni). 3. Valutare microinfarti corticali su In Vivo 3T MRI <ol><li> Acquisire immagini 3T RM della popolazione di pazienti di tuo interesse. I dati esistenti possono anche essere utilizzati purché il protocollo RM conteneva almeno T1 3D, e un tocco e T2. </li><li> Valutare CMIS corticali sulle immagini in vivo 3T MR, come specificato nelle istruzioni riportate di seguito, utilizzando i seguenti criteri di valutazione 3T per CMIS: CMIS corticali sono ipointensa in T1 (isointense con CSF), rilevabili su almeno due punti di vista del cervello (ad es sagittale e trasversale), limitato alla corteccia, distinto dagli spazi perivascolari, il cui maggior ≤4 mm dimensione. <ol><li> Esplora la posizione di un hypointense lesione corticale trovato il T1 e T2 FLAIR immagini pesate. Vota la lesione come un probabile corticale CMI se la posizione è iperintensa o isointense (con la materia grigia) su FLAIR e T2. Eliminare la lesione se nella stessa posizione un segnale ipointenso si trova su T2, indicando la lesione ipointensa T1 è a causa di una lesione emorragica, una nave o un artefatto. In caso di dubbio, controllare la posizione su un T2 * immagine ponderata 9. </li></ol></li><li> Utilizzare la stessa interfaccia come descritto sopra. </li><li> Prima di valutare un emisfero su T1 in vista sagittale. Schermo tutta la corteccia per le lesioni ipointense focali. Qualsiasi ipointensa lesione ≤4 mm è possibile CMI. Posizionare i marcatori cliccando su ogni possibile CMI. </li><li> Ripetere l&#39;operazione per l&#39;altro emisfero. </li><li> Valutare trasversali T1, e verificare simultaneamente tutti i punti contrassegnati sulla trasversale FLAIR e T2. Regard la posizione come un probabile CMI se è iperintensa o isointense su FLAIR e T2. Scarta una posizione if sembra essere un artefatto o variazione anatomica. Scarta una posizione, se è ipointensa in T2. </li><li> Attenzione per i manufatti che assomigliano CMIS su T1 pesate, soprattutto suonando artefatti ai &#39;bordi&#39; del cervello che apparirà in diversi circonvoluzioni adiacente, attenzione per i bordi di solchi, attenzione per navi di grandi dimensioni nei lobi temporali (a i poli). Infine, si raccomanda di scartare eventuali CMIS corticali in tessuto in prossimità di un grande infarto corticale. </li><li> Salvare i marcatori. </li></ol>

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	<li>Vander Kolk, A. G., Hendrikse, J., Zwanenburg, J. J., Visser, F., Luijten, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+applications+of+7+T+MRI+in+the+brain.">Clinical applications of 7 T MRI in the brain.</a> Eur J Radiol. 82 (5), 708-718 (2013).</li><li>Pantoni, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebral+small+vessel+disease:+from+pathogenesis+and+clinical+characteristics+to+therapeutic+challenges.">Cerebral small vessel disease: from pathogenesis and clinical characteristics to therapeutic challenges.</a> Lancet Neurol. 9, 689-701 (2010).</li><li>Gouw, A. 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G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+the+intracranial+atherosclerotic+vessel+wall+using+7T+MRI:+initial+comparison+with+histopathology.">Imaging the intracranial atherosclerotic vessel wall using 7T MRI: initial comparison with histopathology.</a> AJNR Am J Neuroradiol. 36 (4), 694-701 (2015).</li><li>Visser, F., Zwanenburg, J. J., Hoogduin, J. M., Luijten, P. 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J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+cortical+cerebral+microinfarcts+in+7.0+T+MR+images.">Detecting cortical cerebral microinfarcts in 7.0 T MR images.</a> IEEE International Symposium on Biomedical Imaging. , 982-985 (2013).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

CMIS hanno attirato una crescente attenzione negli ultimi anni. Un crescente corpo di evidenze derivate da studi autoptici ha identificato CMIS come importanti contributi per il declino cognitivo correlato all&#39;età e la demenza 4,5. CMIS sono ora rilevabili su 7T e anche 3T MRI. Ottimizzazione e standardizzazione dei protocolli di valutazione per queste lesioni sosterrà una rapida attuazione delle robuste e valide rilevamento CMI negli studi di coorte in tutto il mondo. Ciò consentirà una valutazione d...

L&#39;applicazione di ultra-alto campo 7 Tesla (T) MRI negli studi di pazienti si sta rapidamente progredendo 1. Questo articolo introduce un&#39;applicazione rappresentante 7T MRI nel contesto della malattia cerebrovascolare nel cervello umano invecchiamento. La malattia cerebrovascolare è una delle principali cause di declino cognitivo e demenza. Questo contributo alla demenza vascolare spesso coinvolge i piccoli vasi del cervello, come le arteriole, piccole vene e capillari. Quindi, si parla di piccola malattia cerebrale vasi (SVD) 2. Poiché i piccoli vasi cerebrali sono troppo piccoli per catturare con RM convenzionale, solo le conseguenze di SVD - cioè, il danno tissutale risultante - possono essere visualizzati. Questo include bianco iperintensità materia, microsanguinamenti cerebrali e infarti lacunari 3. Altre manifestazioni importanti sono SVD microinfarti cerebrali (CMIS) 4. Studi autoptici riportano alta prevalenza di CMIS in Vasclare demenza e malattia di Alzheimer 5. Tuttavia, a causa delle loro ridotte dimensioni (da 50 micron a pochi mm) sfuggono rilevamento sul convenzionale MRI 4,5. 7T MRI fornisce immagini ad alta risoluzione con una migliore rumore rapporto segnale-e contrasto, che consente il rilevamento di alcune strutture e lesioni oltre il limite di rilevamento RM convenzionale. Questa tecnica è stata pertanto estesa a rilevare CMIS. Per identificare possibili CMIS, molti in vivo scansioni MRI 7T precedentemente sottoposti a screening per le lesioni con dimensioni &lt;5 mm e di imaging caratteristiche coerenti con le proprietà ischemiche. Tali lesioni possono essere identificati in modo affidabile nella corteccia. Queste lesioni allungate focali erano iperintensa in 7T FLAIR (voxel 0,8 mm isotropo), limitato alla corteccia e sembrava estendersi dalla superficie corticale, iperintensa in T2 (voxel 0,7 mm isotropici), e ipointensa in T1 (1,0 mm voxel isotropico). È stato confermato che queste lesioni erano CMIS corticali usando unMR-guidati approccio istopatologia in post-mortem 6,7 tessuto cerebrale umano. Qui, il protocollo ex vivo MRI è presentato che è stato utilizzato in studi precedenti per la validazione istopatologica di CMIS corticali. In secondo luogo, le linee guida sono previste per la valutazione di CMIS corticali in in vivo 7T MRI. Infine, la valutazione della CMIS corticali su 7T è stato tradotto in più ampiamente disponibile 3T MRI, e le linee guida sono forniti come identificare CMIS corticali su 3T MRI.

<table><tbody><tr><td>Fomblin / Galden PFPE</td><td>Solvay Solexis, Bollate, Italy</td><td></td><td></td></tr><tr><td>7T MR system</td><td>Philips Healthcare, Cleveland, OH, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>32-channel receive head coil</td><td>Nova Medical, Wilmington, MA, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MeVisLab</td><td>MeVis Medical Solutions AG, Bremen, Germany</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

assessing cortical cerebral microinfarcts on high resolution mr images

Microinfarti cerebrali sono risultati frequenti nel cervello umano post mortem, e sono legati al declino cognitivo e demenza. Per le loro piccole dimensioni, è difficile studiarli in scansioni MRI clinici. E &#39;stato recentemente dimostrato che microinfarti corticali possono essere raffigurati con scanner MRI che utilizzano i punti di forza del campo magnetico elevate (7T). Sulla base di questa esperienza, una parte di queste lesioni è visibile anche sulla risoluzione inferiore 3T MRI. Questi risultati sono stati confermati con ex vivo imaging post mortem di tessuto cerebrale umano, accompagnato dalla verifica istopatologico di possibili microinfarti corticali. Ecco un protocollo ex vivo di imaging viene presentato, al fine di convalidare MR osservato cerebrale microvascolare patologia con la valutazione istologica. Inoltre, le linee guida sono previste per la valutazione dei microinfarti corticali su entrambi in vivo 7T e 3T MR immagini. Queste linee guida forniscono ricercatori wesimo uno strumento per valutare microinfarti corticali sulle immagini in vivo di campioni di pazienti più grandi, per svelare ulteriormente la loro rilevanza clinica di declino cognitivo e demenza, e stabilire queste lesioni come un romanzo biomarcatore di malattia dei piccoli vasi cerebrali.

Un&#39;impressione di alta risoluzione e la qualità di immagine di una sequenza ex vivo acquisito a 7T è fornito <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53125/53125fig4.mp4" target="_blank">qui (Figura 4).</a> Questo è un T2 3D ex vivo scansione * ponderati, con una risoluzione di 0,18 mm isotropo. Tessuto è stato derivato da un 84 anni di sesso femminile demente con patologicamente comprovata malattia di Alzheimer e grave angiopatia amiloide cerebrale (CAA). Il dettaglio dell&#39;immagine p...

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Assessing Cortical Cerebral Microinfarcts on High Resolution MR Images

Un alta risoluzione ex vivo protocollo di imaging RM 7T è presentato, eseguire la convalida istopatologica MR-guidata del microvascolare patologia nel tessuto post mortem cervello umano. Inoltre, le linee guida sono previste per la valutazione dei microinfarti corticali in in vivo 7T così come le immagini 3T MR.

Valutare corticali cerebrali microinfarti in alta risoluzione MR Immagini

Cerebral microinfarcts are frequent findings in the post-mortem human brain, and are related to cognitive decline and dementia. Due to their small sizes ...

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Research

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Medicine

13.4K Views.  University Medical Center Utrecht.  Un alta risoluzione ex vivo protocollo di imaging RM 7T è presentato, eseguire la convalida istopatologica MR-guidata del microvascolare patologia nel tessuto post mortem cervello umano. Inoltre, le linee guida sono previste per la valutazione dei microinfarti corticali in in vivo 7T così come le immagini 3T MR. 

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Focal Cerebral Ischemia Model by Endovascular Suture Occlusion of the Middle Cerebral Artery in the Rat

Stroke is the leading cause of disability and the third leading cause of death in adults worldwide1. In human stroke, there exists a highly variable clinical state; in the development of animal models of focal ischemia, however, achieving reproducibility of experimentally induced infarct volume is essential. The rat is a widely used animal model for stroke due to its relatively low animal husbandry costs and to the similarity of its cranial circulation to that of humans2,3. In humans, the middle cerebral artery (MCA) is most commonly affected in stroke syndromes and multiple methods of MCA occlusion (MCAO) have been described to mimic this clinical syndrome in animal models. Because recanalization commonly occurs following an acute stroke in the human, reperfusion after a period of occlusion has been included in many of these models. In this video, we demonstrate the transient endovascular suture MCAO model in the spontaneously hypertensive rat (SHR). A filament with a silicon tip coating is placed intraluminally at the MCA origin for 60 minutes, followed by reperfusion. Note that the optimal occlusion period may vary in other rat strains, such as Wistar or Sprague-Dawley. Several behavioral indicators of stroke in the rat are shown. Focal ischemia is confirmed using T2-weighted magnetic resonance images and by staining brain sections with 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) 24 hours after MCAO.

Surgical induction of ischemic brain damage in the rat is a widely used model for stroke research. Here we demonstrate the induction of focal cerebral ischemia by occlusion of the middle cerebral artery. Visualization of the resulting infarct by histological staining and magnetic resonance imaging is also shown.

Modello di ischemia cerebrale focale da occlusione endovascolare Sutura della arteria cerebrale media nel ratto

Stroke is the leading cause of disability and the third leading cause of death in adults worldwide1. In human stroke, there exists a highly variable ...

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Neuroscienze

How to Measure Cortical Folding from MR Images: a Step-by-Step Tutorial to Compute Local Gyrification Index

Cortical folding (gyrification) is determined during the first months of life, so that adverse events occurring during this period leave traces that will be identifiable at any age. As recently reviewed by Mangin and colleagues2, several methods exist to quantify different characteristics of gyrification. For instance, sulcal morphometry can be used to measure shape descriptors such as the depth, length or indices of inter-hemispheric asymmetry3. These geometrical properties have the advantage of being easy to interpret. However, sulcal morphometry tightly relies on the accurate identification of a given set of sulci and hence provides a fragmented description of gyrification. A more fine-grained quantification of gyrification can be achieved with curvature-based measurements, where smoothed absolute mean curvature is typically computed at thousands of points over the cortical surface4. The curvature is however not straightforward to comprehend, as it remains unclear if there is any direct relationship between the curvedness and a biologically meaningful correlate such as cortical volume or surface. To address the diverse issues raised by the measurement of cortical folding, we previously developed an algorithm to quantify local gyrification with an exquisite spatial resolution and of simple interpretation. Our method is inspired of the Gyrification Index5, a method originally used in comparative neuroanatomy to evaluate the cortical folding differences across species. In our implementation, which we name local Gyrification Index (lGI1), we measure the amount of cortex buried within the sulcal folds as compared with the amount of visible cortex in circular regions of interest. Given that the cortex grows primarily through radial expansion6, our method was specifically designed to identify early defects of cortical development.
In this article, we detail the computation of local Gyrification Index, which is now freely distributed as a part of the FreeSurfer Software (<a href="http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/">http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/</a>, Martinos Center for Biomedical Imaging, Massachusetts General Hospital). FreeSurfer provides a set of automated reconstruction tools of the brain's cortical surface from structural MRI data. The cortical surface extracted in the native space of the images with sub-millimeter accuracy is then further used for the creation of an outer surface, which will serve as a basis for the lGI calculation. A circular region of interest is then delineated on the outer surface, and its corresponding region of interest on the cortical surface is identified using a matching algorithm as described in our validation study1. This process is repeatedly iterated with largely overlapping regions of interest, resulting in cortical maps of gyrification for subsequent statistical comparisons (Fig. 1). Of note, another measurement of local gyrification with a similar inspiration was proposed by Toro and colleagues7, where the folding index at each point is computed as the ratio of the cortical area contained in a sphere divided by the area of a disc with the same radius. The two implementations differ in that the one by Toro et al. is based on Euclidian distances and thus considers discontinuous patches of cortical area, whereas ours uses a strict geodesic algorithm and include only the continuous patch of cortical area opening at the brain surface in a circular region of interest.

Measuring gyrification (cortical folding) at any age represents a window into early brain development. Hence, we previously developed an algorithm to measure local gyrification at thousands of points over the hemisphere1. In this paper, we detail the computation of this local gyrification index.

Come misurare Folding corticale dalle immagini MR: uno step-by-step tutorial per calcolare indice locale Gyrification

Cortical folding (gyrification) is determined during the first months of life, so that adverse events occurring during this period leave traces that will ...

Medicina

Brain Infarct Segmentation and Registration on MRI or CT for Lesion-symptom Mapping

In lesion-symptom mapping (LSM), brain function is inferred by relating the location of acquired brain lesions to behavioral or cognitive symptoms in a group of patients. With recent advances in brain imaging and image processing, LSM has become a popular tool in cognitive neuroscience. LSM can provide fundamental insights into the functional architecture of the human brain for a variety of cognitive and non-cognitive functions. A crucial step in performing LSM studies is the segmentation of lesions on brains scans of a large group of patients and registration of each scan to a common stereotaxic space (also called standard space or a standardized brain template). Described here is an open-access, standardized method for infarct segmentation and registration for the purpose of LSM, as well as a detailed and hands-on walkthrough based on exemplary cases. A comprehensive tutorial for the manual segmentation of brain infarcts on CT scans and DWI or FLAIR MRI sequences is provided, including criteria for infarct identification and pitfalls for different scan types. The registration software provides multiple registration schemes that can be used for processing of CT and MRI data with heterogeneous acquisition parameters. A tutorial on using this registration software and performing visual quality checks and manual corrections (which are needed in some cases) is provided. This approach provides researchers with a framework for the entire process of brain image processing required to perform an LSM study, from gathering of the data to final quality checks of the results.

Provided here is a practical tutorial for an open-access, standardized image processing pipeline for the purpose of lesion-symptom mapping. A step-by-step walkthrough is provided for each processing step, from manual infarct segmentation on CT/MRI to subsequent registration to standard space, along with practical recommendations and illustrations with exemplary cases.

Segmentazione e registrazione dell'infarto cerebrale su risonanza magnetica o TC per la mappatura lesioni-sintomo

In lesion-symptom mapping (LSM), brain function is inferred by relating the location of acquired brain lesions to behavioral or cognitive symptoms in a ...

Comportamento

High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging

The human hippocampus has been broadly studied in the context of memory and normal brain function and its role in different neuropsychiatric disorders has been heavily studied. While many imaging studies treat the hippocampus as a single unitary neuroanatomical structure, it is, in fact, composed of several subfields that have a complex three-dimensional geometry. As such, it is known that these subfields perform specialized functions and are differentially affected through the course of different disease states. Magnetic resonance (MR) imaging can be used as a powerful tool to interrogate the morphology of the hippocampus and its subfields. Many groups use advanced imaging software and hardware (&#62;3T) to image the subfields; however this type of technology may not be readily available in most research and clinical imaging centers. To address this need, this manuscript provides a detailed step-by-step protocol for segmenting the full anterior-posterior length of the hippocampus and its subfields: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus (DG), strata radiatum/lacunosum/moleculare (SR/SL/SM), and subiculum. This protocol has been applied to five subjects (3F, 2M; age 29-57, avg. 37). Protocol reliability is assessed by resegmenting either the right or left hippocampus of each subject and computing the overlap using the Dice&#39;s kappa metric. Mean Dice&#39;s kappa (range) across the five subjects are: whole hippocampus, 0.91 (0.90-0.92); CA1, 0.78 (0.77-0.79); CA2/CA3, 0.64 (0.56-0.73); CA4/dentate gyrus, 0.83 (0.81-0.85); strata radiatum/lacunosum/moleculare, 0.71 (0.68-0.73); and subiculum 0.75 (0.72-0.78). The segmentation protocol presented here provides other laboratories with a reliable method to study the hippocampus and hippocampal subfields in vivo using commonly available MR tools.

High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging

The goal of this manuscript is to study the hippocampus and hippocampal subfields using MRI. The manuscript describes a protocol for segmenting the hippocampus and five hippocampal substructures: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus, strata radiatum/lacunosum/moleculare, and subiculum.

Alta risoluzione<em&gt; In Vivo</em&gt; Manuale Protocollo Segmentazione for Human ippocampale Sottocampi Utilizzando 3T Risonanza Magnetica

The human hippocampus has been broadly studied in the context of memory and normal brain function and its role in different neuropsychiatric disorders has ...

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

The focus of this study was to test the resolution limits of structural MRI of a postmortem brain compared to living human brains. The resolution of structural MRI in vivo is ultimately limited by physiological noise, including pulsation, respiration and head movement. Although imaging hardware continues to improve, it is still difficult to resolve structures on the millimeter scale. For example, the primary visual sensory pathways synapse at the lateral geniculate nucleus (LGN), a visual relay and control nucleus in the thalamus that normally is organized into six interleaved monocular layers. Neuroimaging studies have not been able to reliably distinguish these layers due their small size that are less than 1 mm thick.
The resolving limit of structural MRI, in a postmortem brain was tested using multiple images averaged over a long duration (~24 h). The purpose was to test whether it was possible to resolve the individual layers of the LGN in the absence of physiological noise. A proton density (PD)1 weighted pulse sequence was used with varying resolution and other parameters to determine the minimum number of images necessary to be registered and averaged to reliably distinguish the LGN and other subcortical regions. The results were also compared to images acquired in living human brains. In vivo subjects were scanned in order to determine the additional effects of physiological noise on the minimum number of PD scans needed to differentiate subcortical structures, useful in clinical applications.

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

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.

Ad alta risoluzione strutturale Risonanza Magnetica del subcortex Umana<I&gt; In Vivo</I&gt; E Postmortem

The focus of this study was to test the resolution limits of structural MRI of a postmortem brain compared to living human brains. The resolution of ...

Lateral Chronic Cranial Window Preparation Enables In Vivo Observation Following Distal Middle Cerebral Artery Occlusion in Mice

Focal cerebral ischemia (i.e., ischemic stroke) may cause major brain injury, leading to a severe loss of neuronal function and consequently to a host of motor and cognitive disabilities. Its high prevalence poses a serious health burden, as stroke is among the principal causes of long-term disability and death worldwide1. Recovery of neuronal function is, in most cases, only partial. So far, treatment options are very limited, in particular due to the narrow time window for thrombolysis2,3. Determining methods to accelerate recovery from stroke remains a prime medical goal; however, this has been hampered by insufficient mechanistic insights into the recovery process. Experimental stroke researchers frequently employ rodent models of focal cerebral ischemia. Beyond the acute phase, stroke research is increasingly focused on the sub-acute and chronic phase following cerebral ischemia. Most stroke researchers apply permanent or transient occlusion of the MCA in mice or rats. In patients, occlusions of the MCA are among the most frequent causes of ischemic stroke4. Besides proximal occlusion of the MCA using the filament model, surgical occlusion of the distal MCA is probably the most frequently used model in experimental stroke research5. Occlusion of a distal (to the branching of the lenticulo-striate arteries) MCA branch typically spares the striatum and primarily affects the neocortex. Vessel occlusion can be permanent or transient. High reproducibility of lesion volume and very low mortality rates with respect to the long-term outcome are the main advantages of this model. Here, we demonstrate how to perform a chronic cranial window (CW) preparation lateral to the sagittal sinus, and afterwards how to surgically induce a distal stroke underneath the window using a craniotomy approach. This approach can be applied for sequential imaging of acute and chronic changes following ischemia via epi-illuminating, confocal laser scanning, and two-photon intravital microscopy.

Lateral Chronic Cranial Window Preparation Enables In Vivo Observation Following Distal Middle Cerebral Artery Occlusion in Mice

Surgical occlusion of a distal middle cerebral artery branch (MCAo) is a frequently used model in experimental stroke research. This manuscript describes the basic technique of permanent MCAo, combined with the insertion of a lateral cranial window, which offers the opportunity for longitudinal intravital microscopy in mice.

Laterale cronica cranica finestra Preparazione Attiva<em&gt; In Vivo</em&gt; Condizioni seguito distale Medio occlusione dell&#39;arteria cerebrale nei topi

Focal cerebral ischemia (i.e., ischemic stroke) may cause major brain injury, leading to a severe loss of neuronal function and consequently to a host of ...

A Magnetic Resonance Imaging Protocol for Stroke Onset Time Estimation in Permanent Cerebral Ischemia

MRI provides a sensitive and specific imaging tool to detect acute ischemic stroke by means of a reduced diffusion coefficient of brain water. In a rat model of ischemic stroke, differences in quantitative T1 and T2 MRI relaxation times (qT1 and qT2) between the ischemic lesion (delineated by low diffusion) and the contralateral non-ischemic hemisphere increase with time from stroke onset. The time dependency of MRI relaxation time differences is heuristically described by a linear function and thus provides a simple estimate of stroke onset time. Additionally, the volumes of abnormal qT1 and qT2 within the ischemic lesion increase linearly with time providing a complementary method for stroke timing. A (semi)automated computer routine based on the quantified diffusion coefficient is presented to delineate acute ischemic stroke tissue in rat ischemia. This routine also determines hemispheric differences in qT1 and qT2 relaxation times and the location and volume of abnormal qT1 and qT2 voxels within the lesion. Uncertainties associated with onset time estimates of qT1 and qT2 MRI data vary from &plusmn; 25 min to &plusmn; 47 min for the first 5 hours of stroke. The most accurate onset time estimates can be obtained by quantifying the volume of overlapping abnormal qT1 and qT2 lesion volumes, termed 'Voverlap' (&plusmn; 25 min) or by quantifying hemispheric differences in qT2 relaxation times only (&plusmn; 28 min). Overall, qT2 derived parameters outperform those from qT1. The current MRI protocol is tested in the hyperacute phase of a permanent focal ischemia model, which may not be applicable to transient focal brain ischemia.

A protocol for stroke onset time estimation in a rat model of stroke exploiting quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) parameters is described. The procedure exploits diffusion MRI for delineation of the acute stroke lesion and quantitative T1 and T2 (qT1 and qT2) relaxation times for timing of stroke.

Un protocollo di risonanza magnetica per la stima del tempo di corsa inizio nell'Ischemia cerebrale permanente

MRI provides a sensitive and specific imaging tool to detect acute ischemic stroke by means of a reduced diffusion coefficient of brain water. In a rat ...

Combined Near-infrared Fluorescent Imaging and Micro-computed Tomography for Directly Visualizing Cerebral Thromboemboli

Direct thrombus imaging visualizes the root cause of thromboembolic infarction. Being able to image thrombus directly allows far better investigation of stroke than relying on indirect measurements, and will be a potent and robust vascular research tool. We use an optical imaging approach that labels thrombi with a molecular imaging thrombus marker&#160;&#8212; a Cy5.5 near-infrared fluorescent (NIRF) probe that is covalently linked to the fibrin strands of the thrombus by the fibrin-crosslinking enzymatic action of activated coagulation factor XIIIa during the process of clot maturation. A micro-computed tomography (microCT)-based approach uses thrombus-seeking gold nanoparticles (AuNPs) functionalized to target the major component of the clot: fibrin. This paper describes a detailed protocol for the combined in vivo microCT and ex vivo NIRF imaging of thromboemboli in a mouse model of embolic stroke. We show that in vivo microCT and fibrin-targeted glycol-chitosan AuNPs (fib-GC-AuNPs) can be used for visualizing both in situ thrombi and cerebral embolic thrombi. We also describe the use of in vivo microCT-based direct thrombus imaging to serially monitor the therapeutic effects of tissue plasminogen activator-mediated thrombolysis. After the last imaging session, we demonstrate by ex vivo NIRF imaging the extent and the distribution of residual thromboemboli in the brain. Finally, we describe quantitative image analyses of microCT and NIRF imaging data. The combined technique of direct thrombus imaging allows two independent methods of thrombus visualization to be compared: the area of thrombus-related fluorescent signal on ex vivo NIRF imaging vs. the volume of hyperdense microCT thrombi in vivo.

This protocol describes the application of combined near-infrared fluorescent (NIRF) imaging and micro-computed tomography (microCT) for visualizing cerebral thromboemboli. This technique allows the quantification of thrombus burden and evolution. The NIRF imaging technique visualizes fluorescently labeled thrombus in excised brain, while the microCT technique visualizes thrombus inside living animals using gold-nanoparticles.

Imaging fluorescente combinata vicino infrarosso e la tomografia micro-computerizzata per Direttamente Visualizzazione cerebrale tromboembolie

Direct thrombus imaging visualizes the root cause of thromboembolic infarction. Being able to image thrombus directly allows far better investigation of ...

Advanced Diffusion Imaging in The Hippocampus of Rats with Mild Traumatic Brain Injury

Mild traumatic brain injury (mTBI) is the most common type of acquired brain injury. Since patients with traumatic brain injury show a tremendous variability and heterogeneity (age, gender, type of trauma, other possible pathologies, etc.), animal models play a key role in unraveling factors that are limitations in clinical research. They provide a standardized and controlled setting to investigate the biological mechanisms of injury and repair following TBI. However, not all animal models mimic the diffuse and subtle nature of mTBI effectively. For example, the commonly used controlled cortical impact (CCI) and lateral fluid percussion injury (LFPI) models make use of a craniotomy to expose the brain and induce widespread focal trauma, which are not commonly seen in mTBI. Therefore, these experimental models are not valid to mimic mTBI. Thus, an appropriate model should be used to investigate mTBI. The Marmarou weight drop model for rats induces similar microstructural alterations and cognitive impairments as seen in patients who sustain mild trauma; therefore, this model was selected for this protocol. Conventional computed tomography and magnetic resonance imaging (MRI) scans commonly show no damage following a mild injury, because mTBI induces often only subtle and diffuse injuries. With diffusion weighted MRI, it is possible to investigate microstructural properties of brain tissue, which can provide more insight into the microscopic alterations following mild trauma. Therefore, the goal of this study is to obtain quantitative information of a selected region-of-interest (i.e., hippocampus) to follow up disease progression after obtaining a mild and diffuse brain injury.

The overall goal of this procedure is to obtain quantitative microstructural information of the hippocampus in a rat with mild traumatic brain injury. This is done using an advanced diffusion-weighted magnetic resonance imaging protocol and region-of-interest based analysis of parametric diffusion maps.

Advanced Diffusion Imaging nell'ippocampo di ratti con lievi lesioni cerebrali traumatiche

Mild traumatic brain injury (mTBI) is the most common type of acquired brain injury. Since patients with traumatic brain injury show a tremendous ...

Quantification of Cerebral Perfusion using Laser Speckle Imaging and Infarct Volume using MRI in a Pre-clinical Model of Posterior Circulation Stroke

Background: Basilar artery occlusion (BAO) is a subset of posterior circulation stroke that carries a mortality as high as 90%.&#160; The current clinical standard to diagnose ischemic stroke include computerized tomography (CT), CT angiography and perfusion and magnetic resonance imaging (MRI). Large animal pre-clinical models to accurately reflect the clinical disease as well as methods to assess stroke burden and evaluate treatments are lacking.
Methods: We describe a canine model of large vessel occlusion (LVO) stroke in the posterior circulation, and developed a laser speckle imaging (LSI) protocol to monitor perfusion changes in real time.&#160; We then utilized high b-value DWI (b=1800s/mm2) MRI to increase detection sensitivity. We also evaluated the ability of magnetic resonance angiography (MRA) to assess arterial occlusion and correlate with DSA. Finally, we verified infarct size from apparent diffusion coefficient (ADC) mapping with histology.&#160;
Results:&#160; Administration of thromboembolism occluded the basilar artery as tracked by DSA (n=7).&#160; &#160;LSI correlated with DSA, demonstrating a reduction in perfusion after stroke onset that persisted throughout the experiment, allowing us to monitor perfusion in real time.&#160; DWI with an optimized b-value for dogs illustrated the stroke volume and allowed us to derive ADC and magnetic resonance angiography (MRA) images. The MRA performed at the end of the experiment correlated with DSA performed after occlusion. Finally, stroke burden on MRI correlated with histology.
Conclusions: Our studies demonstrate real time perfusion imaging using LSI of a canine thromboembolic LVO model of posterior circulation stroke, which utilizes multimodal imaging important in the diagnosis and treatment of ischemic stroke.

A canine model of LVO stroke was utilized to develop laser speckle imaging to monitor cerebral perfusion in real-time.&#160; Diffusion-weighted MRI was optimized to image infarct volume utilizing a high b-value, enabling ADC and MRA, correlated with DSA at the time of stroke.&#160; Finally, ADC reconstructions correlated with histological findings.

Background: Basilar artery occlusion (BAO) is a subset of posterior circulation stroke that carries a mortality as high as 90%.&#160; The current clinical ...

Valutare corticali cerebrali microinfarti in alta risoluzione MR Immagini

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