Name: how to measure cortical folding from mr images: a step-by-step tutorial to compute local gyrification index
Uploaded: 2012-01-02T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about How to Measure Cortical Folding from MR Images: a Step-by-Step Tutorial to Compute Local Gyrification Index at JoVE.com

Dit onderzoek werd ondersteund door de National Center of Competence in Research (NCCR), &quot;SYNAPSY - De Synaptic Basis van Mental Diseases&quot; gefinancierd door de Zwitserse National Science Foundation (n ° 51AU40_125759). Ontwikkeling van de lokale Gyrification Index werd ondersteund door subsidies van de Zwitserse Nationale Research Fund naar Dr Marie Schaer (323500-111165) en dr. Stephan Eliez (3200-+063.135,00 / 1, 3232-063,134.00 / 1, PP0033-102864 en 32473B -121.996) en door het Center for Biomedical Imaging (CIBM) ​​van de Genève-Lausanne Universiteiten en de EPFL, evenals de funderingen Leenaards en Louis-Jeantet. Steun voor de ontwikkeling van de FreeSurfer software werd geleverd voor een deel door het National Center for Research Resources (P41-RR14075, en de NCRR Birn Morfometrische Project BIRN002, U24 RR021382), het Nationaal Instituut voor Biomedical Imaging and Bioengineering (R01 EB001550, R01EB006758), het Nationaal Instituut voor Neurologische Aandoeningen en Stroke (R01 NS052585-01), alsmede de Mental Illness and Neuroscience Discovery (MIND) Instituut, en is onderdeel van de National Alliance for Medical Image Computing (namische), gefinancierd door de National Institutes of Health door middel van de NIH Roadmap voor Medisch Onderzoek, Grant U54 EB005149. Aanvullende ondersteuning werd verzorgd door The Autisme &amp; Dyslexie Project gefinancierd door de Ellison Medical Foundation.

1. Reconstrueren van de 3D-corticale oppervlak Dit eerste deel van het protocol maakt gebruik van de standaard FreeSurfer pijplijn, zoals beschreven in de Wiki ( <a href="http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki">http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki</a> ). Merk op dat de commando&#39;s die hier een gedetailleerde manier van het bereiken van de corticale oppervlak reconstructies te beschrijven, maar equivalente commando&#39;s kunnen ook worden gebruikt. <ol class="lalpha"><li> ...

<ol>
	<li>Schaer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+surface-based+approach+to+quantify+local+cortical+gyrification.">A surface-based approach to quantify local cortical gyrification.</a> IEEE. Trans. Med. Imaging. 27, 161-170 (2008).</li><li>Mangin, J. F., Jouvent, E., Cachia, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-vivo+measurement+of+cortical+morphology:+means+and+meanings.">In-vivo measurement of cortical morphology: means and meanings.</a> Curr. Opin. Neurol. 23, 359-367 (2010).</li><li>Mangin, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+framework+to+study+the+cortical+folding+patterns.">A framework to study the cortical folding patterns.</a> Neuroimage. 23, S129-S138 (2004).</li><li>Luders, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+curvature-based+approach+to+estimate+local+gyrification+on+the+cortical+surface.">A curvature-based approach to estimate local gyrification on the cortical surface.</a> Neuroimage. 29, 1224-1230 (2006).</li><li>Zilles, K., Armstrong, E., Schleicher, A., Kretschmann, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+human+pattern+of+gyrification+in+the+cerebral+cortex.">The human pattern of gyrification in the cerebral cortex.</a> Anat. Embryol. (Berl). 179, 173-179 (1988).</li><li>Rakic, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Specification+of+cerebral+cortical+areas.">Specification of cerebral cortical areas.</a> Science. 241, 170-176 (1988).</li><li>Toro, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+size+and+folding+of+the+human+cerebral+cortex.">Brain size and folding of the human cerebral cortex.</a> Cereb. Cortex. 18, 2352-2357 (2008).</li><li>Fischl, B., Sereno, M. I., Dale, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cortical+surface-based+analysis.+II:+Inflation,+flattening,+and+a+surface-based+coordinate+system.">Cortical surface-based analysis. II: Inflation, flattening, and a surface-based coordinate system.</a> Neuroimage. 9, 195-207 (1999).</li><li>Dale, A. M., Fischl, B., Sereno, M. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cortical+surface-based+analysis.+I.+Segmentation+and+surface+reconstruction.">Cortical surface-based analysis. I. Segmentation and surface reconstruction.</a> Neuroimage. 9, 179-194 (1999).</li><li>Genovese, C. R., Lazar, N. A., Nichols, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thresholding+of+statistical+maps+in+functional+neuroimaging+using+the+false+discovery+rate.">Thresholding of statistical maps in functional neuroimaging using the false discovery rate.</a> Neuroimage. 15, 870-878 (2002).</li><li>Desikan, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+automated+labeling+system+for+subdividing+the+human+cerebral+cortex+on+MRI+scans+into+gyral+based+regions+of+interest.">An automated labeling system for subdividing the human cerebral cortex on MRI scans into gyral based regions of interest.</a> Neuroimage. 31, 968-980 (2006).</li><li>Schaer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Congenital+heart+disease+affects+local+gyrification+in+22q11.2+deletion+syndrome.">Congenital heart disease affects local gyrification in 22q11.2 deletion syndrome.</a> Dev. Med. Child. Neurol. 51, 746-753 (2009).</li><li>Palaniyappan, L., Mallikarjun, P., Joseph, V., White, T. P., Liddle, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folding+of+the+Prefrontal+Cortex+in+Schizophrenia:+Regional+Differences+in+Gyrification.">Folding of the Prefrontal Cortex in Schizophrenia: Regional Differences in Gyrification.</a> Biol. Psychiatry. , (2011).</li><li>Zhang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decreased+gyrification+in+major+depressive+disorder.">Decreased gyrification in major depressive disorder.</a> Neuroreport. 20, 378-380 (2009).</li><li>Juranek, J., Salman, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anomalous+development+of+brain+structure+and+function+in+spina+bifida+myelomeningocele.">Anomalous development of brain structure and function in spina bifida myelomeningocele.</a> Dev. Disabil. Res. Rev. 16, 23-30 (2010).</li><li>Zhang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduced+cortical+folding+in+mental+retardation.">Reduced cortical folding in mental retardation.</a> AJNR. Am. J. Neuroradiol. 31, 1063-1067 (2010).</li><li>Kuperberg, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regionally+localized+thinning+of+the+cerebral+cortex+in+schizophrenia.">Regionally localized thinning of the cerebral cortex in schizophrenia.</a> Archives of general psychiatry. 60, 878-888 (2003).</li><li>Milad, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thickness+of+ventromedial+prefrontal+cortex+in+humans+is+correlated+with+extinction+memory.">Thickness of ventromedial prefrontal cortex in humans is correlated with extinction memory.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 102, 10706-10711 (2005).</li><li>Rauch, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+magnetic+resonance+imaging+study+of+cortical+thickness+in+animal+phobia.">A magnetic resonance imaging study of cortical thickness in animal phobia.</a> Biol. Psychiatry. 55, 946-952 (2004).</li><li>Fjell, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+increase+of+cortical+thickness+in+high-performing+elderly--structural+indices+of+optimal+cognitive+aging.">Selective increase of cortical thickness in high-performing elderly--structural indices of optimal cognitive aging.</a> Neuroimage. 29, 984-994 (2006).</li><li>Walhovd, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regional+cortical+thickness+matters+in+recall+after+months+more+than+minutes.">Regional cortical thickness matters in recall after months more than minutes.</a> Neuroimage. 31, 1343-1351 (2006).</li><li>Gold, B. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differing+neuropsychological+and+neuroanatomical+correlates+of+abnormal+reading+in+early-stage+semantic+dementia+and+dementia+of+the+Alzheimer+type.">Differing neuropsychological and neuroanatomical correlates of abnormal reading in early-stage semantic dementia and dementia of the Alzheimer type.</a> Neuropsychologia. 43, 833-846 (2005).</li><li>Salat, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thinning+of+the+cerebral+cortex+in+aging.">Thinning of the cerebral cortex in aging.</a> Cereb. Cortex. 14, 721-730 (2004).</li><li>Schaer, M., Eliez, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contribution+of+structural+brain+imaging+to+our+understanding+of+cortical+development+process.">Contribution of structural brain imaging to our understanding of cortical development process.</a> European Psychiatry Reviews. 2, 13-16 (2009).</li><li>Shaw, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurodevelopmental+trajectories+of+the+human+cerebral+cortex.">Neurodevelopmental trajectories of the human cerebral cortex.</a> J. Neurosci. 28, 3586-3594 (2008).</li></ol>

Het protocol hiervoor wordt beschreven hoe u de lokale Gyrification Index te meten op basis van cerebrale T1-gewogen MRI en het gedrag statistische groep vergelijkingen. Onze methode is speciaal ontworpen om te lokaliseren vroeg onderbreking in de corticale expansie-proces en als zodanig is van bijzonder belang in veel neurologische of psychiatrische aandoeningen. Voorbeelden van de groep vergelijkingen in klinische monsters zijn te vinden in de publicaties van onze groep 1,12 of door anderen 13-16.</sup...

Materiaal: een Unix-of Mac-workstation met een processor van 2 GHz of sneller en minimaal 4 GB RAM, met FreeSurfer geïnstalleerd ( <a href="http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki">http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki</a> , bij voorkeur de nieuwste versie, maar geen ouder dan versie 4.0.3). Om de lokale Gyrification index te berekenen, is MATLAB ook vereist ( <a href="http://www.mathworks.ch/">http://www.mathworks.com/</a> ) samen met de Image Processing Toolbox. Data: Een voorbeeld van goede kwaliteit (hoge resolutie, hoog contrast) cerebrale MRI T1-gewogen dataset. Uw groep proefpersonen moeten bij voorkeur worden aangepast voor leeftijd en geslacht. Gezien de normale inter-individuele variabiliteit in cerebrale morfologie, moet het aantal proefpersonen in elke groep voldoende zijn om een ​​bestaande groep verschil (hoe meer - hoe beter) te identificeren. Een redelijk minimumgrootte van de steekproef zou zijn rond de 20 onderwerpenper groep (hoewel u waarschijnlijk kunt gaan voor minder als de intensiteit van de veranderingen is groot en als je groepen zijn nauw afgestemd voor geslacht en leeftijd). <table border="1"><tbody><tr><td> Naam van het apparaat </td><td> Vennootschap </td><td> Catalogus nummer </td><td> Reacties </td></tr><tr><td> FreeSurfer </td><td> Martinos Center for Biomedical Imaging, MGH </td><td></td><td> Versie nieuwer dan 4.0.3 </td></tr><tr><td> Matlab </td><td> MathWorks </td><td></td><td> Image Processing Toolbox </td></tr></tbody></table>

how to measure cortical folding from mr images: a step-by-step tutorial to compute local gyrification index

Corticale vouwen (gyrification) wordt bepaald tijdens de eerste maanden van het leven, zodat de bijwerkingen die tijdens deze periode sporen die zullen te herkennen zijn op elke leeftijd te verlaten. Zoals onlangs beoordeeld door Mangin en zijn collega&#39;s twee verschillende methoden bestaan ​​om verschillende eigenschappen van gyrification kwantificeren. Zo kan sulcal morfometrie worden gebruikt om vorm te descriptoren zoals de diepte, lengte of indices van inter-hemisferische asymmetrie maat 3. Deze geometrische eigenschappen hebben het voordeel dat ze gemakkelijk te interpreteren. Echter, sulcal morfometrie steunt stevig op de nauwkeurige identificatie van een bepaalde set van sulci en dus geeft een beschrijving van de gefragmenteerde gyrification. Een meer fijnkorrelige kwantificering van gyrification kan worden bereikt met kromming op basis van metingen, waar glad absolute gemiddelde kromming is meestal berekend op duizenden punten over de corticale oppervlak 4. De kromming is echter niet straightforward te begrijpen, want het blijft onduidelijk of er een directe relatie tussen de curvedness en een biologisch zinvolle samenhangen, zoals corticale volume of oppervlak. Om de diverse kwesties die door de meting van de corticale vouwen, hebben we eerder ontwikkelde een algoritme om de lokale gyrification kwantificeren met een prachtige ruimtelijke resolutie en van eenvoudige interpretatie. Onze methode is geïnspireerd door de Gyrification Index 5, een methode die oorspronkelijk gebruikt in de vergelijkende neuroanatomie van de corticale vouwen verschillen tussen de soorten te evalueren. In onze implementatie, die we de naam local Gyrification Index (GI l 1), meten we de hoeveelheid van de cortex begraven in de sulcal plooien in vergelijking met de hoeveelheid zichtbare cortex in ronde regio&#39;s van belang. Gezien het feit dat de cortex voornamelijk groeit door radiale uitbreiding van zes, is onze methode speciaal ontworpen om vroegtijdig afwijkingen van de corticale ontwikkeling te identificeren. In eis artikel, wij detail de berekening van de lokale Gyrification Index, die nu wordt gratis verspreid als onderdeel van de 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 biedt een reeks van geautomatiseerde tools reconstructie van corticale de hersenen het oppervlak van structurele MRI data. Het corticale oppervlak onttrokken in de oorspronkelijke ruimte van de beelden met een sub-millimeter nauwkeurig wordt verder gebruikt voor de creatie van een buitenste oppervlak, dat zal dienen als een basis voor de l GI berekening. Een cirkelvormig gebied van belang is dan afgebakend op de buitenkant, en het bijbehorende gebied van de rente op de corticale oppervlak is geïdentificeerd door middel van een matching-algoritme zoals beschreven in ons onderzoek een validatie. Dit proces wordt herhaaldelijk herhaald met grotendeels overlappende regio&#39;s van belang, wat resulteert in corticale kaarten van gyrification voorr de volgende statistische vergelijkingen (afb. 1). Van de nota, was een andere meting van de lokale gyrification met een vergelijkbare inspiratie voorgesteld door Toro en collega&#39;s 7, waar de vouwen index op elk punt wordt berekend als de verhouding van de corticale regio die in een bol, gedeeld door de oppervlakte van een schijf met dezelfde radius. De twee implementaties verschillen in dat het een door Toro et al.. is gebaseerd op de Euclidische afstand en dus beschouwt discontinue stukken van corticale gebied, terwijl die van ons maakt gebruik van een strenge geodetische algoritme en omvatten alleen de continue patch van corticale gebied opening aan de hersenen oppervlak in een cirkelvormig gebied van belang.

Watch this Scientific Journal Video about How to Measure Cortical Folding from MR Images: a Step-by-Step Tutorial to Compute Local Gyrification Index at JoVE.com

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

Het meten van gyrification (corticale vouwen) op elke leeftijd is er een venster in de vroege ontwikkeling van de hersenen. Vandaar dat we reeds ontwikkelde een algoritme om de lokale gyrification meten op duizenden punten over het halfrond<sup&gt; 1</sup&gt;. In deze paper wordt detail de berekening van deze lokale gyrification index.

Hoe kan ik Corticale Folding Meet vanaf MR Foto&#39;s: een stap-voor-stap handleiding voor lokale Gyrification Index Compute

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

Research

JoVE Journal

Medicine

The Measurement and Treatment of Suppression in Amblyopia

De meting en behandeling van Onderdrukking in Amblyopie

Amblyopia, a developmental disorder of the visual cortex, is one of the leading causes of visual dysfunction in the working age population. Current ...

Step By Step: Microsurgical training method combining two nonliving animal models

Stap voor Stap: Microchirurgische trainingsmethode het combineren van twee niet-levende dierlijke modellen

The learning of microsurgical techniques and the maintenance of microsurgical skills have been traditionally based on the use of living animals, mainly ...

Assessing Cortical Cerebral Microinfarcts on High Resolution MR Images

Beoordelen Cortical Cerebral Microinfarcts op hoge resolutie MR afbeeldingen

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

Heterotopic Renal Autotransplantation in a Porcine Model: A Step-by-Step Protocol

Heterotope Renal Autotransplantatie in een Varkens Model: A Step-by-Step Protocol

Kidney transplantation is the treatment of choice for patients suffering from end-stage renal disease. It offers better life expectancy and higher quality ...

A Step by Step Protocol for Subretinal Surgery in Rabbits

Een Step by Step Protocol voor Subretinal Surgery in Rabbits

Age related macular degeneration (AMD), retinitis pigmentosa, and other RPE related diseases are the most common causes for irreversible loss of vision in ...

A Clinical Trial Assessing the Safety, Efficacy, and Delivery of Olive-Oil-Based Three-Chamber Bags for Parenteral Nutrition

Een klinisch onderzoek waarin de veiligheid, werkzaamheid en levering van op olijfolie gebaseerde drie kamer zakken voor parenterale voeding worden geëvalueerd

Limited evidence exists to precisely estimate efficacy and safety differences between parenteral nutrition (PN) prepared using olive-oil-based ...

Obtaining Quality Extended Field-of-View Ultrasound Images of Skeletal Muscle to Measure Muscle Fascicle Length

Het verkrijgen van kwaliteit Uitgebreide Field-of-View Echografie Beelden van Skeletspieren om spier fascikel lengte te meten

Muscle fascicle length, which is commonly measured in vivo using traditional ultrasound, is an important parameter defining a muscle&#8217;s force ...

Step-by-Step Stapedotomy through Transcanal Exclusive Endoscopic Approach

Stap-voor-stapotomie door transcanale exclusieve endoscopische aanpak

In recent years there has been an increasing trend in the use of the endoscope to treat a variety of middle ear pathologies, including otosclerosis. ...

Improved Renal Denervation Mitigated Hypertension Induced by Angiotensin II Infusion

Verbeterde renale denervatie verminderde hypertensie geïnduceerd door angiotensine II-infusie

The benefits of renal sympathetic denervation (RDN) on blood pressure have been proved in a large number of clinical trials in recent years. However, the ...

Network Pharmacology Prediction and Experimental Validation of Trichosanthes-Fritillaria thunbergii Action Mechanism Against Lung Adenocarcinoma

Network Pharmacology Prediction and Experimental Validation of Trichosanthes-Fritillaria thunbergii Action Mechanism Against Lung Adenocarcinoma

Netwerk farmacologie voorspelling en experimentele validatie van Trichosanthes-Fritillaria thunbergii Werkingsmechanisme tegen long adenocarcinoom

We aimed to study the mechanism of Trichosanthes-Fritillaria thunbergii in treating lung adenocarcinoma (LUAD) based on network pharmacology and ...