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

Denne forskningen ble støttet av Nasjonalt kompetansesenter i forskning (NCCR) &quot;SYNAPSY - The Synaptic Bases of Mental Diseases&quot; finansiert av det sveitsiske National Science Foundation (n ° 51AU40_125759). Utvikling av lokale Gyrification Index ble støttet med tilskudd fra det sveitsiske National Research Fund til Dr. Marie Schaer (323500-111165) og Dr. Stephan Eliez (3200-063135,00 / 1, 3232 til 063134,00 / 1, PP0033-102864 og 32473B -121996) og ved Center for Biomedical Imaging (CIBM) ​​av Genève-Lausanne universiteter og EPFL, samt fundamenter Leenaards og Louis-Jeantet. Støtte til utvikling av FreeSurfer programvare ble gitt delvis av National Center for Research Resources (P41-RR14075, og NCRR BIRN morfometriske Prosjekt BIRN002, U24 RR021382), National Institute for Biomedical Imaging og bioteknologi (R01 EB001550, R01EB006758), Statens institutt for nevrologiske lidelser og hjerneslag (R01 NS052585-01) så vel som psykiske lidelser og Neuroscience Discovery (sinn) Institute, og er en del av National Alliance for Medical bilde Computing (dynamisk), finansiert av National Institutes of Health gjennom NIH Roadmap for Medical Research, U54 Grant EB005149. Ekstra støtte ble gitt av autisme og dysleksi prosjekt finansiert av Ellison Medical Foundation.

1. Rekonstruere 3D cortical overflater Denne første delen av protokollen bruker standard FreeSurfer rørledningen som beskrevet i Wiki ( <a href="http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki">http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki</a> ). Merk at kommandoene detaljert her beskriver en måte å oppnå cortical overflaten rekonstruksjoner, men tilsvarende kommandoer kan også brukes. <ol class="lalpha"><li> Importer rå MR DICOM inn FreeSurfer og kontrollere kvaliteten på bi...

<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>

Protokollen ovenfor beskriver hvordan måle lokale Gyrification indeks basert på cerebral T1-vektet MR og gjennomføre statistisk gruppe sammenligninger. Vår metode er spesielt designet for å lokalisere tidlig avbrudd i cortical ekspansjon prosess og som sådan er av spesiell interesse i mange nevrologiske eller psykiatriske tilstander. Eksempler på gruppe sammenligninger i kliniske prøver kan bli funnet i publikasjoner av vår gruppe 1,12 eller av andre 13-16. Prosessen er helautomatisk og kr...

Materiale: en Unix eller Mac arbeidsstasjon med en prosessor på 2 GHz eller raskere og minst 4 GB RAM, med FreeSurfer installert ( <a href="http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki">http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki</a> , helst den nyeste versjonen, men ingen eldre enn versjon 4.0.3). For å beregne lokale Gyrification Index, er MATLAB også kreves ( <a href="http://www.mathworks.ch/">http://www.mathworks.com/</a> ) sammen med Image Processing Toolbox. Data: Et utvalg av god kvalitet (høy oppløsning, høy kontrast) cerebral MR T1-vektet datasett. Din gruppe av fag må gjerne matchet for alder og kjønn. Gitt normale inter-individuelle variabiliteten i cerebral morfologi, bør antall individer i hver gruppe være tilstrekkelig til å identifisere en eksisterende gruppe forskjell (jo mer - jo bedre). En rimelig minimum sample size ville være rundt 20 personerper gruppe (selv om du kan sikkert gå for mindre hvis intensiteten av endringene er store og hvis gruppene er tett matchet for kjønn og alder). <table border="1"><tbody><tr><td> Navn på utstyr </td><td> Firma </td><td> Katalognummer </td><td> Kommentarer </td></tr><tr><td> FreeSurfer </td><td> Martinos Center for Biomedical Imaging, MGH </td><td></td><td> Versjon nyere enn 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

Kortikale folding (gyrification) bestemmes i løpet av de første månedene av livet, slik at uønskede hendelser i denne perioden la spor som vil kunne identifiseres i alle aldre. Som nylig gjennomgått av Mangin og kolleger 2, flere metoder eksisterer for å kvantifisere ulike kjennetegn ved gyrification. For eksempel kan sulcal morfometri brukes til å måle formen deskriptorer som dybde, lengde eller indekser av inter-hemisfærisk asymmetri 3. Disse geometriske egenskapene har fordelen av å være lette å tolke. Men stoler sulcal morfometri tett på nøyaktig identifikasjon av et gitt sett av sulci og dermed gir et fragmentert beskrivelse av gyrification. En mer finkornede kvantifisering av gyrification kan oppnås med krumning-baserte målinger, hvor glattet absolutt bety krumning er vanligvis beregnet på tusenvis av steder over kortikale overflate 4. Krumningen er imidlertid ikke straightforward å forstå, ettersom det fortsatt uklart om det er noen direkte sammenheng mellom curvedness og en biologisk meningsfull korrelerer som kortikale volum eller overflate. For å løse de ulike problemstillingene ved måling av cortical folding, vi tidligere utviklet en algoritme for å kvantifisere lokale gyrification med en utsøkt romlig oppløsning og av enkle tolkning. Vår metode er inspirert av Gyrification Index 5, en metode som opprinnelig ble brukt i sammenlignende neuroanatomy å evaluere cortical folding forskjellene på tvers av arter. I vår implementering, som vi navn l ocal Gyrification Index (l GI 1), måler vi mengden av cortex begravd i sulcal folder sammenlignet med mengden av synlig cortex i sirkulære områder av interesse. Gitt at cortex vokser først og fremst gjennom radial ekspansjon 6, ble vår metode spesielt utviklet for å identifisere tidlige feil av kortikale utvikling. I ther artikkelen, vi detalj beregning av lokale Gyrification Index, som nå er fritt distribuert som en del av 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 gir et sett med automatiserte rekonstruksjon verktøy av hjernens kortikale overflate fra strukturell MRI data. Den kortikale overflate ut i den innfødte plass av bildene med sub-millimeter nøyaktighet er så videre brukes til oppretting av en ytre overflate, som vil tjene som grunnlag for l GI beregningen. Et sirkelformet område av interesse er så avgrenset på den ytre overflaten, og den tilsvarende delen av renter på kortikale overflaten er identifisert ved hjelp av en matchende algoritme som beskrevet i vår valideringsstudie 1. Denne prosessen er gjentatte ganger iterated med stor grad overlappende regioner av interesse, som resulterer i kortikale kart gyrification forr påfølgende statistiske sammenligninger (Fig. 1). Av notatet, var en annen måling av lokale gyrification med en lignende inspirasjon foreslått av Toro og kolleger 7, der folding index på hvert punkt er beregnet som forholdet mellom kortikale området i en sfære dividert med arealet av en plate med samme radius. De to implementasjoner varierer i at den ene av Toro et al. er basert på Euclidian avstander og dermed anser usammenhengende flekker av cortical området, mens vår bruker en streng Geodesic algoritme og omfatter kun den kontinuerlige oppdateringen av kortikale område åpning på hjernens overflate i et sirkulært område av interesse.

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

Måling gyrification (cortical folding) i alle aldre representerer et vindu inn i tidlig utvikling av hjernen. Derfor har vi tidligere utviklet en algoritme for å måle lokale gyrification på tusenvis av steder over halvkule<sup&gt; 1</sup&gt;. I denne artikkelen detalj vi beregningen av denne lokale gyrification indeksen.

How to Measure kortikal Folding fra MR bilder: en Step-by-Step Tutorial å beregne Local Gyrification Hovedsiden

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

Den Måling og behandling av undertrykkelse i Amblyopi

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

Step By Step: Mikrotreningsmetode som kombinerer to nonliving dyremodeller

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

Vurdere Kortikale Cerebral Microinfarcts på High Resolution MR-bilder

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

Heterotop Nedsatt autotransplantasjon i en svinekjøtt Modell: A Step-by-Step-protokollen

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

En trinnvis protokoll for subretinal Surgery i kaniner

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

En klinisk studie vurdere sikkerhet, effekt, og levering av olivenolje-baserte tre-kammer poser for parenteral ernæring

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

Oppnå kvalitet utvidet synsfelt ultralyd bilder av skjelettmuskulatur for å måle muskel fascicle lengde

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

Steg-for-steg Stapedotomi gjennom transcanal eksklusiv endoskopisk tilnærming

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

Forbedret renal denerveringsdempet hypertensjon indusert av angiotensin II-infusjon

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

Nettverksfarmakologi prediksjon og eksperimentell validering av Trichosanthes-Fritillaria thunbergii virkningsmekanisme mot lungeadenokarsinom

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