Name: high-resolution structural magnetic resonance imaging of the human subcortex in vivo and postmortem
Uploaded: 2015-12-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 16 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem at JoVE.com

The authors acknowledge the following funding sources, the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), the Dorothy Pitts Research Fund (NG), and the Nicky and Thor Eaton Research Fund. The authors acknowledge Kevin DeSimone, and Aman Goyal and for their knowledge in MRI acquisition and analysis expertise.

1. Katılımcı ve Postmortem Beyin Takımı-Up NOT: Tüm görüntüler 32 kanallı kafa bobini ve tüm MR tarama ile 3 T MR tarayıcı kullanılarak elde edildi, oda sıcaklığında yaklaşık 20 ° C gerçekleştirildi. Tüm katılımcılar sağ elle ve yazılı bilgilendirilmiş onam alındı. Her katılımcı nörolojik bozukluklar öyküsü olmayan sağlıklı oldu. Deney protokolü onayladı ve York Üniversitesi İnsan Katılımcılar İnceleme Komitesi&#39;nin yönergeleri takip edildi. <ol><li> Her katılımcı doldurun ve MRG güvenlik talimatları ve nöro-görüntüleme protokolü detayları hasta onam formu imzalamanız değildir. </li><li> Her bir katılımcı için, her kulakta kulaklıklar yerleştirin ve kafa hareketini en aza indirmek için yastıkları ile başını sabitleyin. </li><li> Postmortem beyin görüntülemesi için, beyin beyin görüntüleme öncesinde sabittir ve MR kafa bobin dahilinde bir torba veya kap içinde bulunan emin olun. Onun z ekseni ile baş bobin postmortem beyin yerleştirin (üstün inf içinerior) tarayıcının bir delik ile hizalanır. Beyin sapı (posterior) tarayıcı yatağın ayak doğru bakmalıdır. </li><li> Ek destek için postmortem beyin çevresinde vakum yastık eller yerleştirin. </li></ol> 2. yerelleştirme ve Subcortex Reçete NOT: talamus orta beyin ve serebral korteks arasında yer alan beyin merkezinin yakınında bulunan bir çift loblu yapıdır. Dorsal talamus içinde yer alan, insan LGN ~ 10 mm maksimum uzanan küçük subkortikal yapıdır. <ol><li> Yeni bir katılımcı kaydetmek için, MR görüntüleme yazılımı açın ve sol üst köşesindeki Hasta sekmesine tıklayın. Sonra Register tıklayın. </li><li> Uygun hasta bilgileri doldurun ve sonra Sınav sekmesine tıklayın. </li><li> Bir Localizer tarama elde etmek için, yeni bir protokol oluşturmak için Sınav Explorer sekmesine tıklayın. Ekranda set-up penceresi gözlemleyin Rutin sekmesini tıklatın ve aşağıdaki parametreleri girin: edinimisüresi 28 sn, satın alma matrisi 160 × 160, 1 dilim, 1.6 mm kalınlığında izotropik voksel boyutu, FOV = 260 mm, FoV faz =% 100, dilim çözünürlüğü =% 69, evre ve kısmi fazı dilim Fourier = 6/8, TR = 3.15 ms, TE = 1.37 msn, Açı = 8 ° çevirin. </li><li> (Şekil 4) talamus içindeki subkortikal çekirdekler kapsayan Localizer üzerinde PD görüntüleri elde yanı sıra yapıları çevreleyen için kullanılan dilim seçim kutusunu Yerleşimi. </li></ol> 3. Yüksek çözünürlüklü Yapısal Parametreleri <ol><li> Yüksek çözünürlüklü PD ağırlıklı taramalar elde etmek için yeni bir protokol oluşturmak. , TR edinimi süresi 179 sn, satın alma matrisi 512 × 512, 0.3 × 0.3 × 1 mm 3 voksel boyutu = 3.25 sn: Ekranda set-up pencerede, Rutin sekmesini tıklatın ve koronal yönde aşağıdaki parametreleri giriniz TE = 32 msn, çevirme açısı = 120 °, Interleaved dilim edinimi, FoV ile = 160 mm, FoV faz =% 100, paralel görüntüleme (GRAPPA) okumak2 bir ivme faktörü. <ol><li> 32 msn de 5. birinci yankı bir Echo Tren Uzunluk, Turbo Spin Echo dizisini kullanın, bu dizi için etkili yankı olduğunu. SNR maksimize etmek, minimum, 40 Hz / piksele bant genişliği (BW) azaltın. Bir FOV = 160 mm, her 1 mm kalınlığında, tarama süresini azaltmak 18 dilim seçin. Bu levha ilgi subkortikal bölgelerinin yeterli kapsama alanı sağlar. , Subkortikal yapıların güvenilir tanımlanması için yukarıda belirtilen parametreler ile 5 çalışır elde: NOT. Toplam tarama süresi sadece ~ 15 dk (Şekil 5). Yağ doygunluk istihdam değildi. </li></ol></li><li> Postmortem beyin görüntülemede, subkortikal yapıların güvenilir kimlik 3,1 (Şekil 6) aynı tarama protokolü takip yalnızca ~ 3 dakika toplam süresi ile sadece bir tarama görülebilir. </li></ol> 4. Görüntü Analizi NOT: kullanımı, serbestçe kullanılabilir FMRIB en MRG verileri analiz etmekYazılım Kütüphanesi indirmek için de kullanılabilir (FSL) paket <a href="https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/">(https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/).</a> <ol><li> Bir terminal penceresi açın ve NIfTI dönüştürücü bir DICOM ile NIfTI formatında her PD hacmi tarayıcıdan ham DICOM dosyalarını dönüştürebilirsiniz. Bir dizi indirmek için serbestçe kullanılabilir (örn., <a href="https://www.nitrc.org/projects/mricron">Https://www.nitrc.org/projects/mricron).</a> Komut satırında, her PD ağırlıklı görüntü çalıştırmak dizine izledi dcm2nii yazın. </li><li> Bir terminal penceresi orijinal PD taramanın parametrelerini elde. NIfTI formatında PD tarama ardından komut satırına fslinfo yazın. </li><li> Iki çözünürlük ve özgün PD tarama fslinfo parametrelerle tarafından verilen yarım voksel boyutuna sahip yüksek çözünürlüklü boş görüntü hedef birimi oluşturun. Aşağıdaki gibi bu komutun veri girişlerinin düzeni vardır: fslcreatehd &lt;xsize&gt; &lt;ysize&gt; &lt;zboyutu&gt; &lt;tsize&gt; &lt;xvoxsize&gt; &lt;yvoxsize&gt; &lt;zvoxsize&gt; &lt;tr&gt; &lt;xorigin&gt; &lt;yorigin&gt; &lt;zorigin&gt; &lt;veri türü&gt; &lt;headername&gt; NOT: 3.1 tarif edildiği gibi aşağıdaki parametrelerle orijinal PD tarama toplanır Örneğin, (yani, 512 × 512 matrisi, 18 dilim, 0.3 × 0.3 × 1 mm 3 voksel boyutu, TR = 3.25 ler), aşağıdakileri yazın Komut penceresi içine: fslcreatehd 1024 1024 36 1 0,15 0,15 0,5 3,25 0 0 0 4 blankhr.nii.gz </li><li> Bir kimlik matrisi kullanılarak dönüşümü tanımlayın. Bir metin dosyası bu gibi görünüyor &#39;identity.mat&#39; olarak kaydedilmiş herhangi bir metin editörü programı yazın: 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 </li><li> 1024 matris bir 512 toplam çözünürlüğü iki katına her orijinal PH ağırlıklı çalıştırmak upsampling, dönüşümü uygulamak için flört komutunu kullanın ve 0.15 × 0.15 çözünürlükte sonuçlanan her boyutta voksel boyutunu yarıya0.5 mm 3 ×. Her PD hacmi için bir terminal penceresinde, çalıştırmak başına orijinal ve çıkış adlarını değiştirme aşağıdaki flört komutu yazın: -interp sinc -in originalPD.nii.gz rEF blankhr.nii.gz -applyxfm -init identity.mat -kasa highresPD.nii.gz flört NOT: originalPD.nii.gz kaynak hacmi, istenen çıkış çözünürlüğü blankhr.nii.gz ve highresPD.nii.gz çıkış birimin adıdır. </li><li> Yeni bir klasöre tüm yüksek çözünürlüklü görüntüler taşıyın ve bir terminal penceresinde ona gidin. </li><li> Her bir katılımcı için, fslmerge kullanarak tek bir 4D dosyası içine tüm altörneklenmez PD görüntüleri birleştirmek. Bir terminal penceresi türü: fslmerge -t concat_highresPD * .nii.gz NOT: Bu concat_highresPD.nii.gz adında bir 4D dosya oluşturur. </li><li> Hareket mcflirt 10 kullanılarak birleştirilmiş dosyayı düzeltin. Bu araç, doğrusal (affine) için otomatik bir sağlam kayıt arası ve kurumlar arası modal beyin görüntüler için izin verir. SeçinDaha doğru bir başka optimizasyon pass sinc enterpolasyon (dahili) kullanır 4 aşamalı düzeltme. Bir terminal penceresi türü: mcflirt -in concat_highresPD -kasa mcf_concat_highresPD.nii.gz -stages 4 -plots NOT: Bu mcf_concat_highresPD.nii.gz adında bir 4D dosya oluşturur. </li><li> Son olarak, 3D görüntü kullanarak fslmaths ortalama oluşturun. Bir terminal penceresi türü: fslmaths mcf_concat_highresPD.nii.gz -Tmean mean_highresPD.nii.gz NOT: Bu yüksek kaliteye sahip mean_highresPD.nii.gz adında bir 3D dosya oluşturur </li><li> Fslview komutunu kullanarak nihai sonucu 3D yüksek çözünürlüklü görüntü gözünüzde canlandırın. Görüntü olduğu dizinde, bir terminal penceresinde aşağıdaki komutu yazın: fslview mean_highresPD.nii.gz. &quot; </li><li> Söz konusu İB&#39;nin yoğunluk profillerini kontrol edin. Fslview kullanarak bir yatırım getirisi oluşturma (bu örnek için LGN bir bölgede çekilen dikey bir çizgi olabilir). Fslview yüksek çözünürlüklü PD resim yüklemek. Araçlar sekmesine tıklayın,Daha sonra İB&#39;leri çizim görüntüyü büyütmek için tek bir görüntü sekmesine tıklayın. Ardından, Mask oluşturun sekmesine ve ardından Dosya sekmesini tıklatın. Ilgi ROI bir çizgi çizin. Daha sonra Kaydet Dosya tıklayarak yatırım getirisini kaydedin. Yoğunluk karşılaştırmalar ve söz konusu diğer ROI&#39;ler için ROI içinde birden fazla alanlar için hat maskeleri tekrarlayın. </li><li> Görüntünün elde edilen yoğunluğu analiz AFNI en 3dmaskdump komutunu kullanın. Görüntüler, görüntü yoğunluklarını ve konumunu ayıklamak için bir terminal penceresinde aşağıdaki komutu kullanın nerede dizininde YG maskenin (result_mask.txt olarak verilen): 3dmaskdump -o result_mask.txt -noijk -xyz -Maske ROI_linemask.nii.gz PDaverage_image.nii.gz </li></ol>

<ol>
	<li>Devlin, J. T., 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=Reliable+identification+of+the+auditory+thalamus+using+multi-modal+structural+analyses.">Reliable identification of the auditory thalamus using multi-modal structural analyses.</a> NeuroImage. 30 (4), 1112-1120 (2006).</li><li>Fellner, F., 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=True+proton+density+and+T2-weighted+turbo+spin-echo+sequences+for+routine+MRI+of+the+brain.">True proton density and T2-weighted turbo spin-echo sequences for routine MRI of the brain.</a> Neuroradiology. 36 (8), 591-597 (1994).</li><li>Schumann, C. M., Buonocore, M. H., Amaral, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+imaging+of+the+post-mortem+autistic+brain.">Magnetic resonance imaging of the post-mortem autistic brain.</a> J Autism Dev Disord. 31 (6), 561-568 (2001).</li><li>Tovi, M., Ericsson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurements+of+T1+and+T2+over+time+in+formalin-fixed+human+whole-brain+specimens.">Measurements of T1 and T2 over time in formalin-fixed human whole-brain specimens.</a> Acta Radiol. 33 (5), 400-404 (1992).</li><li>Fujita, N., 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=Lateral+geniculate+nucleus:+anatomic+and+functional+identification+by+use+of+MR+imaging.">Lateral geniculate nucleus: anatomic and functional identification by use of MR imaging.</a> Am J Neuroradiol. 22 (9), 1719-1726 (2001).</li><li>Bridge, H., Thomas, O., Jbabdi, S., Cowey, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+connectivity+after+visual+cortical+brain+damage+underlie+altered+visual+function.">Changes in connectivity after visual cortical brain damage underlie altered visual function.</a> Brain. 131 (6), 1433-1444 (2008).</li><li>Gupta, N., 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=Atrophy+of+the+lateral+geniculate+nucleus+in+human+glaucoma+detected+by+magnetic+resonance+imaging.">Atrophy of the lateral geniculate nucleus in human glaucoma detected by magnetic resonance imaging.</a> Br J Opthalmol. 93 (1), 56-60 (2009).</li><li>Dai, H., 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=Assessment+of+lateral+geniculate+nucleus+atrophy+with+3T+MR+imaging+and+correlation+with+clinical+stage+of+glaucoma.">Assessment of lateral geniculate nucleus atrophy with 3T MR imaging and correlation with clinical stage of glaucoma.</a> Am J Neuroradiol. 32 (7), 1347-1353 (2011).</li><li>McKetton, L., Kelly, K. R., Schneider, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abnormal+lateral+geniculate+nucleus+and+optic+chiasm+in+human+albinism.">Abnormal lateral geniculate nucleus and optic chiasm in human albinism.</a> J Comp Neurol. 522 (11), 2680-2687 (2014).</li><li>Jenkinson, M., Bannister, P., Brady, M., Smith, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+optimization+for+the+robust+and+accurate+linear+registration+and+motion+correction+of+brain+images.">Improved optimization for the robust and accurate linear registration and motion correction of brain images.</a> NeuroImage. 17 (2), 825-841 (2002).</li><li>Dietrich, O., Raya, J. G., Reeder, S. B., Reiser, M. F., Schoenberg, S. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+signal-to-noise+ratios+in+MR+images:+influence+of+multichannel+coils,+parallel+imaging,+and+reconstruction+filters.">Measurement of signal-to-noise ratios in MR images: influence of multichannel coils, parallel imaging, and reconstruction filters.</a> J Magn Reson Imaging. 26 (2), 375-385 (2007).</li><li>Andrews, T. J., Halpern, S. D., Purves, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlated+size+variations+in+human+visual+cortex,+lateral+geniculate+nucleus,+and+optic+tract.">Correlated size variations in human visual cortex, lateral geniculate nucleus, and optic tract.</a> J Neurosci. 17 (8), 2859-2868 (1997).</li><li>Pfefferbaum, A., Sullivan, E. V., Adalsteinsson, E., Garrick, T., Harper, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postmortem+MR+imaging+of+formalin-fixed+human+brain.">Postmortem MR imaging of formalin-fixed human brain.</a> NeuroImage. 21 (4), 1585-1595 (2004).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Bu çalışma subkortikal bölgelerin yüksek çözünürlüklü PD ağırlıklı görüntüler elde etmek için satın alma ve analiz tekniğinde optimize edilmiş bir protokol tanımlamaktadır. Tarama parametrelerinin bir dizi test edilmiş ve SNR artırmak ve satın almalar sayısını yüksek çözünürlüklü subkortikal yapıları belirlemek için güçlü olmak önemli bir adım azaltmak için matris boyutu, voksel boyutu ve bant genişliği ile ilgili en önemli olanları ile modifiye edilmiştir. Yaşayan ins...

Bu araştırmanın amacı, fizyolojik gürültü yokluğunda yapısal MR çözünürlüğü sınırlarını test etmek oldu. Proton dansite (PD) ağırlıklı görüntüler kayıtlı olması gereken görüntülerin asgari sayısını belirlemek için bir uzun süreli (iki ~ 24 saat oturumları) üzerinden bir postmortem beyin edinilen ve subkortikal yapıları çözmek için ortalaması alınmıştır. Karşılaştırma için, PD ağırlıklı görüntüler de seans bir dizi üzerinden insanları yaşayan elde edilmiştir. Özellikle, amaç yaklaşık 1 mm kalınlığında (Şekil 1) insan LGN tüm altı ayrı katmanları, çözmek için en iyi senaryo mümkün olup olmayacağını anlamak için oldu. <img alt="figür 1" src="/files/ftp_upload/53309/53309fig1.jpg" /> Şekil 1. İnsan lateral genikulat Nucleus katmanları. LGN laminer yapısının şematik. Magnoselüler (M) tabakaları daha büyük bir nöronal oluşmaktadır(koyu gri tasvir katmanlar 1-2) Hareket ve ders hatlarını çözmekle sorumludur hücre boyutu ve küçük hücre yoğunluğu. Parvoselüler tabakalar (P) (açık gri olarak tasvir tabakalar 4-6) ince formu ve renk giderme sorumlu olan küçük nöronal hücre boyutuna ve daha büyük hücre yoğunluğunda oluşmaktadır. Ölçek çubuğu 1 mm. Lekeli insan LGN 12 dayanan Şekil. Matris boyutu arttığında MRI Mekansal çözünürlük artırıldı ve görüş alanı-(FOV) ve dilim kalınlığı azaldığı zaman. Ancak, artan çözünürlük voksel hacmi ile orantılıdır gürültü oranı (SNR), sinyali azaltmaktadır. SNR de ölçümlerin sayısının kare kökü ile orantılıdır. Birden fazla görüntü ayrı görüntüleme oturumları bir dizi üzerinden elde edilebilir, ancak yaşayan insanlarda, nihai çözünürlük gibi solunum, dolaşım pulsasyonu ve baş hareketi gibi, fizyolojik gürültü ile sınırlıdır. Yüksek-resolution (0.35 mm düzlem vokseller) ağırlıklı taramalar elde edildi PD. PD taramaları talamus 1 gri ve beyaz kontrastı geliştirmek ve T 1 ve T 2 etkilerini en aza indirmek görüntüleri sonuçlanır. Bu görüntü, görüntü hacminin protein ve yağ olarak, su ve makro moleküllerin şeklinde proton yoğunluğuna bağlıdır. Nedeniyle mıknatıslanma 2 yüksek boyuna bileşeni için resmin üzerine parlak bir sinyalde bir doku sonuçlarında protonların sayısının artması. Onlar doku çevreleyen subkortikal yapıların daha yüksek bir kontrast sağlar çünkü PD ağırlıklı taramalar toplanmıştır. Böyle T1 ve T2 ağırlıklı görüntülerde gibi diğer zıtlıklar, 1,3 ƒ belirlenen nedeniyle küçük kontrast-gürültü oranları LGN gibi subkortikal yapılar ortaya koymaya zorluk neden olur. Aynı şekilde, daha önceki çalışmalarda formalin o PD ağırlıklı görüntüler otopsi beyin resulte sabit bulundugri ve beyaz madde arasındaki daha yüksek kontrast farklılıkları d T1 ve benzeri gri ve beyaz cevher görüntü yoğunluklarını 3,4 vardı T2 ağırlıklı görüntüler karşılaştırıldığında. Altta yatan biyofizik belirleyicileri bu farklılıkları açıklayabilir. Hidrojen protonların (boyuna) T1 ve T2 (enine) gevşeme süreleri doku içinde nasıl su hamle bağlıdır. Bu tür çapraz bağlama proteinleri, formalin çalışma gibi sabitleyiciler. Fiksatifler kullanıldığında su hareketlilik arasındaki farklar, farklı doku tiplerinin arasında azalır. Azaltılmış T1 doku kontrast, fiksasyon sonra görülmüştür iyi kontrast farklılaşma 3, 4 sağlayan tespit ile artan beyin dokularının içindeki protonların görece yoğunluğu farklılıkları, oysa. Önceki çalışmalar 1.5 T 5,6,7 kullanarak PD ağırlıklı taramalar LGN tespit ve 3 T tarayıcı 8,9 de var. Bu tam kapsamını ana hatlarıyla muktedir bu taramaları elde etmek önemlidirLGN. Subkortikal çekirdekler tam kapsama korumak için, 18 PD ağırlıklı dilimler talamus içinde elde edildi. Her birim, iki çözünürlüğü 1024 matrisin yeniden örneklenmiş (0,15 mm düzlem voksel boyutu), Zincirleme, hareket düzeltilir ve subkortikal yapıların yüksek çözünürlüklü 3 boyutlu görüntü üretmek için ortalama edildi. Aşağıdaki dilim reçete için gerekli olan PD görüntülerin optimum sayıda yaşayan insanlar daha az 15 dakika tarama zamanı azaltarak, 5 oldu. Sadece 1 PD görüntüsü az 3 dakika tarama süresini azaltmak, açık bir şekilde ölüm sonrası beyinde subkortikal bölgeleri ayırmak için gerekli olan (Şekil 2 ve 3). Bütün bir formalin ile fikse postmortem beyin numunesi 82 ​​yıl yaşta kardiyopulmoner arrest ölmüştü bir kadının tarandı. Tıbbi kayıtların gözden ortaya o vardı: kronik obstrüktif akciğer hastalığı, anjin, üçlü bypass cerrahisi 8 yıl önce ölüm, rahim kanseri histerektomi ile tedavi7 yıl ölüm, hiperlipidemi, glokom, katarakt ve ameliyat öncesinde. Ölüm sonrası beyin numunesi aynı görüntüleme protokolü ile hem de görüntü kalitesi karşılaştırmaları için pek çok saat boyunca, diğer parametreler gibi taranmış, 4 ° C gibi ölüm sonrası beyin en az 3 hafta boyunca% 10 nötr tamponlu formalin içinde sabitlendi daldırma . Sadece optimize parametreler protokol için tarif edilecektir.

<table><tbody><tr><td>Magnetom Trio 3T&amp;nbsp; MRI</td><td>Siemens (Erlangen, Germany).</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vacuum cushion hand</td><td>Siemens</td><td>Mat No: 4765454</td><td>Manufactured by: Johannes-Stark-Stk. 8 D-92224 Amberg</td></tr></tbody></table>

high-resolution structural magnetic resonance imaging of the human subcortex in vivo and postmortem

Bu çalışmanın odak noktası, insan beynini canlı kıyasla postmortem beyin yapısal MRG çözünürlüğü sınırlarını test etmek oldu. In vivo yapısal MR çözünürlüğü sonuçta nabız, solunum ve baş hareketi de dahil olmak üzere fizyolojik gürültü ile sınırlıdır. Görüntüleme donanımı geliştirmeye devam etmekle birlikte, bu milimetre ölçeğinde yapıları çözmek için hala zor. Örneğin, lateral genikulat nükleus primer görsel duyu yolları sinaps (LGN), normalde altı içe geçmiş tek gözlü katmanlar halinde organize talamus görsel röle ve kontrol çekirdeği. Beyin görüntüleme çalışmaları güvenilir az 1 mm kalınlığında olan kendi küçük boyutu nedeniyle bu katmanları ayırt etmek mümkün olmamıştır. Bir otopsi beyinde yapısal MR çözme limiti kullanarak birden çok görüntü bir uzun süreli (~ 24 saat) üzerinde ortalama test edildi. Amaç bireysel l çözmek mümkün olup olmadığını test etmek olduFizyolojik gürültü yokluğunda LGN ve ayers. Bir proton dansite (PD) 1 ağırlıklı darbe dizisi kayıtlı olması gereken görüntülerin asgari sayısını belirlemek için çözünürlük ve diğer parametreler değişen kullanılan ve güvenilir LGN ve diğer subkortikal bölgeler ayırt etmek ortalaması alındı. Sonuçlar ayrıca insan beyni canlı edinilen görüntüler karşılaştırıldı. In vivo konular klinik uygulamalarda yararlı subkortikal yapıları, ayırt etmek için gerekli PD taramaları minimum sayıda fizyolojik gürültü ek etkilerini belirlemek amacıyla tarandı.

Subcortex talamus içinde reçete edildiğinde, PD ağırlıklı görüntüler dilim seçim kutusunu (Şekil 4) içinde toplanır. SNR hem postmortem ve in vivo tarar ortalamalara sayısını artırarak geliştirilebilir. Görüntü kalitesini belirlemek için, farklı tarama ortalamalarından SNR beyin dışında bazı alanlarda standart sapma ile ortalama beyin bölgesi sinyalini bölerek karşılaştırıldı. SNR SNR olarak hesaplanmıştır = 0.655 * doku / σ ...

Watch this Scientific Journal Video about High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem at JoVE.com

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.

İnsan Subcortex yüksek çözünürlüklü yapısal Manyetik Rezonans Görüntüleme<I&gt; İn Vivo</I&gt; Ve 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 ...

high-resolution-structural-magnetic-resonance-imaging-human-subcortex

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

15.3K Görüntüleme.  York University. 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. 

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

Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring 

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end organs. The latter include the lung, RES, and brain and are operative during human immunodeficiency virus type one (HIV-1) infection. Macrophage entry into tissues is notable in areas of active HIV-1 replication and sites of inflammation. In order to assess the potential of macrophages as nanocarriers, superparamagnetic iron-oxide and/or drug laden particles coated with surfactants were parenterally injected into HIV-1 encephalitic mice. This was done to quantitatively assess particle and drug biodistribution. Magnetic resonance imaging (MRI) test results were validated by histological coregistration and enhanced image processing. End organ disease as typified by altered brain histology were assessed by MRI. The demonstration of robust migration of nanoformulations into areas of focal encephalitis provides '"proof of concept" for the use of advanced bioimaging techniques to monitor macrophage migration. Importantly, histopathological aberrations in brain correlate with bioimaging parameters making the general utility of MRI in studies of cell distribution in disease feasible. We posit that using such methods can provide a real time index of disease burden and therapeutic efficacy with translational potential to humans.

Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring

Bioimaging methods used to assess cell biodistribution of nanoparticles are applicable for therapeutic and diagnostic monitoring of nanoformulated compounds. The methods described herein are sensitive and specific when assessed by histological coregistration. The methodologies provide a translational pathway from rodent to human applications.

Teşhis ve Tedavi İzleme Nanomalzemelerin Kayıtlı bio

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end ...

Biyomühendislik

Chronic Imaging of Mouse Visual Cortex Using a Thinned-skull Preparation

In vivo imaging using two-photon laser scanning microscopy (2PLSM) allows the study of living cells and neuronal processes in the intact brain. The technique presented here allows the imaging of the same area of the brain at several time points (chronic imaging) with microscopic resolution allowing the tracking of dendritic spines which are the small structures that represent the majority of postsynaptic excitatory sites in the CNS. The ability to clearly resolve fine cortical structures over several time points has many advantages, specifically in the study of brain plasticity in which morphological changes at synapses and circuit remodeling may help explain underlying mechanisms. In this video and supplementary material, we show a protocol for chronic in vivo imaging of the intact brain using a thinned-skull preparation. The thinned-skull preparation is a minimally invasive approach, which avoids potential damage to the dura and/or cortex, thus reducing the onset of an inflammatory response. When this protocol is performed correctly, it is possible to clearly monitor changes in dendritic spine characteristics in the intact brain over a prolonged period of time.

In this video and supplemental material, we show a protocol for chronic in vivo imaging of the intact brain using a thinned-skull preparation.

Fare Visual Cortex İnceltilen kafatası Hazırlık Kronik Görüntüleme

In vivo imaging using two-photon laser scanning microscopy (2PLSM) allows the study of living cells and neuronal processes in the intact brain. The ...

Nörobilim

High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

Functional MRI (fMRI) is a widely used tool for non-invasively measuring correlates of human brain activity. However, its use has mostly been focused upon measuring activity on the surface of cerebral cortex rather than in subcortical regions such as midbrain and brainstem. Subcortical fMRI must overcome two challenges: spatial resolution and physiological noise. Here we describe an optimized set of techniques developed to perform high-resolution fMRI in human SC, a structure on the dorsal surface of the midbrain; the methods can also be used to image other brainstem and subcortical structures.
High-resolution (1.2 mm voxels) fMRI of the SC requires a non-conventional approach. The desired spatial sampling is obtained using a multi-shot (interleaved) spiral acquisition1. Since, T2* of SC tissue is longer than in cortex, a correspondingly longer echo time (TE ~ 40 msec) is used to maximize functional contrast. To cover the full extent of the SC, 8-10 slices are obtained. For each session a structural anatomy with the same slice prescription as the fMRI is also obtained, which is used to align the functional data to a high-resolution reference volume.
In a separate session, for each subject, we create a high-resolution (0.7 mm sampling) reference volume using a T1-weighted sequence that gives good tissue contrast. In the reference volume, the midbrain region is segmented using the ITK-SNAP software application2. This segmentation is used to create a 3D surface representation of the midbrain that is both smooth and accurate3. The surface vertices and normals are used to create a map of depth from the midbrain surface within the tissue4.
Functional data is transformed into the coordinate system of the segmented reference volume. Depth associations of the voxels enable the averaging of fMRI time series data within specified depth ranges to improve signal quality. Data is rendered on the 3D surface for visualization.
In our lab we use this technique for measuring topographic maps of visual stimulation and covert and overt visual attention within the SC1. As an example, we demonstrate the topographic representation of polar angle to visual stimulation in SC.

This article describes techniques to perform high-resolution functional magnetic resonance imaging with 1.2 mm sampling in human midbrain and subcortical structures using a 3T scanner. Use of these techniques to resolve topographic maps of visual stimulation in the human superior colliculus (SC) is given as an example.

İnsan orta beyin için yüksek çözünürlüklü Fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme Yöntemleri

Functional MRI (fMRI) is a widely used tool for non-invasively measuring correlates of human brain activity. However, its use has mostly been focused upon ...

In vivo Imaging of Deep Cortical Layers using a Microprism

We present a protocol for in vivo imaging of cortical tissue using a deep-brain imaging probe in the shape of a microprism.  Microprisms are 1-mm in size and have a reflective coating on the hypotenuse to allow internal reflection of excitation and emission light.  The microprism probe simultaneously images multiple cortical layers with a perspective typically seen only in slice preparations.  Images are collected with a large field-of-view (~900 &mu;m).  In addition, we provide details on the non-survival surgical procedure and microscope setup.  Representative results include images of layer V pyramidal neurons from Thy-1 YFP-H mice showing their apical dendrites extending through the superficial cortical layer and extending into tufts.  Resolution was sufficient to image dendritic spines near the soma of layer V neurons.  A tail-vein injection of fluorescent dye reveals the intricate network of blood vessels in the cortex.  Line-scanning of red blood cells (RBCs) flowing through the capillaries reveals RBC velocity and flux rates can be obtained. This novel microprism probe is an elegant, yet powerful new method of visualizing deep cellular structures and cortical function in vivo.

In vivo Imaging of Deep Cortical Layers using a Microprism

Right-angle microprisms inserted into the mouse neocortex allows for deep imaging of multiple cortical layers with a viewpoint typically found in slice. One-millimeter microprisms offer a wide field-of-view (~900 &mu;m) and spatial resolutions sufficient to resolve dendritic spines. We demonstrate layer V neuronal imaging and neocortical vascular imaging using microprisms.

Derin Kortikal Katmanlar bir micropism kullanarak in vivo Görüntüleme

We present a protocol for in vivo imaging of cortical tissue using a deep-brain imaging probe in the shape of a microprism.  Microprisms are 1-mm in size ...

Biyoloji

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.

Yüksek çözünürlük<em&gt; İn Vivo</em&gt; 3T Manyetik Rezonans Görüntüleme kullanma İnsan hipokampal alanlar için Manuel Segmentasyon Protokolü

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

3D Modeling of the Lateral Ventricles and Histological Characterization of Periventricular Tissue in Humans and Mouse

The ventricular system carries and circulates cerebral spinal fluid (CSF) and facilitates clearance of solutes and toxins from the brain. The functional units of the ventricles are ciliated epithelial cells termed ependymal cells, which line the ventricles and through ciliary action are capable of generating laminar flow of CSF at the ventricle surface. This monolayer of ependymal cells also provides barrier and filtration functions that promote exchange between brain interstitial fluids (ISF) and circulating CSF. Biochemical changes in the brain are thereby reflected in the composition of the CSF and destruction of the ependyma can disrupt the delicate balance of CSF and ISF exchange. In humans there is a strong correlation between lateral ventricle expansion and aging. Age-associated ventriculomegaly can occur even in the absence of dementia or obstruction of CSF flow. The exact cause and progression of ventriculomegaly is often unknown; however, enlarged ventricles can show regional and, often, extensive loss of ependymal cell coverage with ventricle surface astrogliosis and associated periventricular edema replacing the functional ependymal cell monolayer. Using MRI scans together with postmortem human brain tissue, we describe how to prepare, image and compile 3D renderings of lateral ventricle volumes, calculate lateral ventricle volumes, and characterize periventricular tissue through immunohistochemical analysis of en face lateral ventricle wall tissue preparations. Corresponding analyses of mouse brain tissue are also presented supporting the use of mouse models as a means to evaluate changes to the lateral ventricles and periventricular tissue found in human aging and disease. Together, these protocols allow investigations into the cause and effect of ventriculomegaly and highlight techniques to study ventricular system health and its important barrier and filtration functions within the brain.

Using MRI scans (human), 3D imaging software, and immunohistological analysis, we document changes to the brain&#8217;s lateral ventricles. Longitudinal 3D mapping of lateral ventricle volume changes and characterization of periventricular cellular changes that occur in the human brain due to aging or disease are then modeled in mice.

İnsanlar ve Mouse Periventriküler Doku Yanal ventrikülleri ve histolojik Karakterizasyonu 3D Modelleme

The ventricular system carries and circulates cerebral spinal fluid (CSF) and facilitates clearance of solutes and toxins from the brain. The functional ...

Assessing Cortical Cerebral Microinfarcts on High Resolution MR Images

Cerebral microinfarcts are frequent findings in the post-mortem human brain, and are related to cognitive decline and dementia. Due to their small sizes it is challenging to study them on clinical MRI scans. It was recently demonstrated that cortical microinfarcts can be depicted with MRI scanners using high magnetic field strengths (7T). Based on this experience, a proportion of these lesions is also visible on lower resolution 3T MRI. These findings were corroborated with ex vivo imaging of post-mortem human brain tissue, accompanied by histopathological verification of possible cortical microinfarcts.
Here an ex vivo imaging protocol is presented, for the purpose of validating MR observed cerebral microvascular pathology with histological evaluation. Furthermore, guidelines are provided for the assessment of cortical microinfarcts on both in vivo 7T and 3T MR images. These guidelines provide researchers with a tool to rate cortical microinfarcts on in vivo images of larger patient samples, to further unravel their clinical relevance in cognitive decline and dementia, and establish these lesions as a novel biomarker of cerebral small vessel disease.

A high resolution ex vivo 7T MR imaging protocol is presented, to perform MR-guided histopathological validation of microvascular pathology in post-mortem human brain tissue. Furthermore, guidelines are provided for the assessment of cortical microinfarcts on in vivo 7T as well as 3T MR images.

Yüksek Çözünürlüklü MR Görüntüleri Kortikal üzerinde Serebral mikroinfarktlarının Değerlendirilmesi

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

Tıp

Large-scale Three-dimensional Imaging of Cellular Organization in the Mouse Neocortex

The mammalian neocortex is composed of many types of excitatory and inhibitory neurons, each with specific electrophysiological and biochemical properties, synaptic connections, and in vivo functions, but their basic functional and anatomical organization from cellular to network scale is poorly understood. Here we describe a method for the three-dimensional imaging of fluorescently-labeled neurons across large areas of the brain for the investigation of the cortical cellular organization. Specific types of neurons are labeled by the injection of fluorescent retrograde neuronal tracers or expression of fluorescent proteins in transgenic mice. Block brain samples, e.g., a hemisphere, are prepared after fixation, made transparent with tissue clearing methods, and subjected to fluorescent immunolabeling of the specific cell types. Large areas are scanned using confocal or two-photon microscopes equipped with large working distance objectives and motorized stages. This method can resolve the periodic organization of the cell type-specific microcolumn functional modules in the mouse neocortex. The procedure can be useful for the study of three-dimensional cellular architecture in the diverse brain areas and other complex tissues.

Here we describe a procedure for tissue clearing, fluorescent labeling, and large-scale imaging of mouse brain tissue which, thereby, enables visualization of the three-dimensional organization of cell types in the neocortex.

Hücresel Örgütü fare yeni korteksimiz yılında büyük ölçekli üç boyutlu görüntüleme

The mammalian neocortex is composed of many types of excitatory and inhibitory neurons, each with specific electrophysiological and biochemical ...

A Micro-CT-based Method for Characterizing Lesions and Locating Electrodes in Small Animal Brains

Lesion and electrode location verification are traditionally done via histological examination of stained brain slices, a time-consuming procedure that requires manual estimation. Here, we describe a simple, straightforward method for quantifying lesions and locating electrodes in the brain that is less laborious and yields more detailed results. Whole brains are stained with osmium tetroxide, embedded in resin, and imaged with a micro-CT scanner. The scans result in 3D digital volumes of the brains with resolutions and virtual section thicknesses dependent on the sample size (12&#8211;15 and 5&#8211;6 &#181;m&#160;per voxel for rat and zebra finch brains, respectively). Surface and deep lesions can be characterized, and single tetrodes, tetrode arrays, electrolytic lesions, and silicon probes can also be localized. Free and proprietary software allows experimenters to examine the sample volume from any plane and segment the volume manually or automatically. Because this method generates whole brain volume, lesions and electrodes can be quantified to a much higher degree than in current methods, which will help standardize comparisons within and across studies.

This article describes a straightforward method to prepare small animal brains for micro-CT imaging, in which lesions can be quantified and electrodes located with high precision in the context of the whole brain.

Lezyonlar karakterize ve küçük hayvan beyinlerinde elektrot bulmak için bir mikro-CT-esaslı Yöntem

Lesion and electrode location verification are traditionally done via histological examination of stained brain slices, a time-consuming procedure that ...

Comprehensive Autopsy Program for Individuals with Multiple Sclerosis

We describe a rapid tissue donation program for individuals with multiple sclerosis (MS) that requires scientists and technicians to be on-call 24/7, 365 days a year. Participants consent to donate their brain and spinal cord. Most patients were followed by neurologists at the Cleveland Clinic Mellen Center for MS Treatment and Research. Their clinical courses and neurological disabilities are well-characterized. Soon after death, the body is transported to the MS Imaging Center, where the brain is scanned in situ by 3 T magnetic resonance imaging (MRI). The body is then transferred to the autopsy room, where the brain and spinal cord are removed. The brain is divided into two hemispheres. One hemisphere is immediately placed in a slicing box and alternate 1 cm-thick slices are either fixed in 4% paraformaldehyde for two days or rapidly frozen in dry ice and 2-methylbutane. The short-fixed brain slices are stored in a cryopreservation solution and used for histological analyses and immunocytochemical detection of sensitive antigens. Frozen slices are stored at -80 &#176;C and used for molecular, immunocytochemical, and in situ hybridization/RNA scope studies. The other hemisphere is placed in 4% paraformaldehyde for several months, placed in the slicing box, re-scanned in the 3 T magnetic resonance (MR) scanner and sliced into centimeter-thick slices. Postmortem in situ MR images (MRIs) are co-registered with 1 cm-thick brain slices to facilitate MRI-pathology correlations. All brain slices are photographed and brain white-matter lesions are identified. The spinal cord is cut into 2 cm segments. Alternate segments are fixed in 4% paraformaldehyde or rapidly frozen. The rapid procurement of postmortem MS tissues allows pathological and molecular analyses of MS brains and spinal cords and pathological correlations of brain MRI abnormalities. The quality of these rapidly-processed postmortem tissues (usually within 6 h of death) is of great value to MS research and has resulted in many high-impact discoveries.

Multiple sclerosis is an inflammatory demyelinating disease with no cure. Analysis of brain tissue provides important clues to understanding the pathogenesis of the disease. Here we discuss the methodology and downstream analysis of MS brain tissue collected through a unique rapid autopsy program in operation at the Cleveland Clinic.

Multipl skleroz bireyler için kapsamlı otopsi programı

We describe a rapid tissue donation program for individuals with multiple sclerosis (MS) that requires scientists and technicians to be on-call 24/7, 365 ...

İnsan Subcortex yüksek çözünürlüklü yapısal Manyetik Rezonans Görüntüleme

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler