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
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Esta pesquisa foi suportada pelo Centro Nacional de Competência em Pesquisa (NCCR) &quot;SYNAPSY - O Synaptic Bases de Doenças Mentais&quot;, financiado pelo National Science Foundation suíço (n ° 51AU40_125759). Desenvolvimento do Índice Gyrification local foi suportado por concessões do Fundo Nacional Suíço de Pesquisa para o Dr. Marie Schaer (323500-111165) e Dr. Stephan Eliez (3.200-063.135,00 / 1, 3.232-063.134,00 / 1, 102864 e PP0033-32473B -121.996) e pelo Center for Biomedical Imaging (CIBM) ​​das Universidades de Genebra-Lausanne ea EPFL, bem como as fundações Leenaards e Louis-Jeantet. Apoio ao desenvolvimento de software FreeSurfer foi fornecido, em parte, pelo Centro Nacional de Pesquisa de Recursos (P41-RR14075, eo NCRR BIRN morfométrica Projeto BIRN002, U24 RR021382), o Instituto Nacional de Biomedical Imaging e Bioengenharia (R01 EB001550, R01EB006758), o Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Derrame (R01 NS052585-01), bem como a Doença Mental e Neurociência Discovery (MIND) Institute, e faz parte da Aliança Nacional de Computação de Imagens Médicas (dinâmicas), financiado pelos Institutos Nacionais da Saúde através do Roteiro NIH para Pesquisa Médica, Grant U54 EB005149. Apoio adicional foi fornecido pelo Projeto Autismo Dislexia e financiado pelo Medical Ellison Foundation.

1. Reconstruir as superfícies 3D cortical Esta primeira parte do protocolo utiliza o pipeline FreeSurfer padrão, conforme descrito no Wiki ( <a href="http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki">http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki</a> ). Note que os comandos detalhados aqui descrever uma forma de alcançar as reconstruções superfície cortical, mas comandos equivalentes também podem ser usados. <ol class="lalpha"><li> Importação da matéria-prima MRI DICOM em FreeSurf...

<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>

O protocolo acima descreve como medir Índice Gyrification locais com base em T1 cerebral MRI e realizar comparações estatísticas grupo. Nosso método foi projetado especificamente para localizar a interrupção no início do processo de expansão cortical e, como tal, é de particular interesse em muitas condições do desenvolvimento neurológico ou psiquiátrico. Exemplos de comparação de grupos em amostras clínicas podem ser encontrados em publicações pelo nosso grupo 1,12 ou por outros 13-16...

Material: uma estação de trabalho Unix ou Mac com um processador de 2 GHz ou mais rápido e um mínimo de 4GB de RAM, com FreeSurfer instalado ( <a href="http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki">http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki</a> , de preferência a última versão, mas não mais do que a versão 4.0.3). Para calcular o Índice de Gyrification local, MATLAB também é necessário ( <a href="http://www.mathworks.ch/">http://www.mathworks.com/</a> ), juntamente com a caixa de ferramentas de processamento de imagem. Dados: Uma amostra de boa qualidade (de alta resolução, alto contraste) cerebral dataset T1-weighted MRI. Seu grupo de indivíduos deve ser de preferência pareados por idade e sexo. Dada a variabilidade inter-individual normais na morfologia cerebral, o número de indivíduos em cada grupo deve ser suficiente para identificar uma diferença de grupo existente (o mais - o melhor). O tamanho da amostra mínimo razoável seria de cerca de 20 indivíduospor grupo (embora você provavelmente pode ir para menos, se a intensidade das mudanças é grande e se os grupos estão bem pareados por sexo e idade). <table border="1"><tbody><tr><td> Nome do equipamento </td><td> Companhia </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentários </td></tr><tr><td> FreeSurfer </td><td> Martinos Center for Biomedical Imaging, MGH </td><td></td><td> Versão mais recente do que 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

Dobrar cortical (gyrification) é determinado durante os primeiros meses de vida, de modo que os eventos adversos que ocorrem durante este período deixar traços que serão identificáveis ​​em qualquer idade. Como recentemente revisado por Mangin e colegas 2, existem vários métodos para quantificar diferentes características gyrification. Por exemplo, a morfometria sulcamento pode ser usado para medir descritores forma como a profundidade, comprimento ou índices de assimetria inter-hemisférica 3. Estas propriedades geométricas têm a vantagem de ser fácil de interpretar. No entanto, a morfometria sulcamento com força depende da identificação precisa de um determinado conjunto de sulcos e, portanto, fornece uma descrição fragmentada do gyrification. Uma quantificação mais refinado de gyrification pode ser alcançado com medidas com base em curvatura, onde alisou curvatura média absoluta é normalmente calculado em milhares de pontos sobre a superfície cortical 4. A curvatura não é, contudo straightforward compreender, como ainda não está claro se há alguma relação direta entre a curvedness e uma significativa correlação biologicamente, tais como volume cortical ou de superfície. Para tratar das questões diversas levantadas pela medição de dobrar cortical, que anteriormente desenvolveu um algoritmo para quantificar gyrification local com uma resolução espacial e requintada de interpretação simples. Nosso método é inspirado do Índice Gyrification 5, um método originalmente usado em neuroanatomia comparativa para avaliar as diferenças entre espécies cortical dobrar. Na nossa implementação, o que chamamos l ocal Gyrification Index (GI l 1), medimos a quantidade de córtex enterrados dentro das dobras sulcamento, em comparação com a quantidade de córtex visível em regiões circulares de interesse. Dado que o córtex cresce principalmente por meio da expansão radial 6, nosso método foi projetado especificamente para identificar defeitos iniciais do desenvolvimento cortical. Em diaé o artigo, detalhamos o cálculo do Índice Gyrification local, que agora é distribuído gratuitamente como parte do Software FreeSurfer ( <a href="http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/">http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/</a> , Center for Biomedical Martinos Imaging, Massachusetts General Hospital) . FreeSurfer fornece um conjunto de ferramentas automatizadas de reconstrução da superfície cortical do cérebro a partir de dados estruturais de ressonância magnética. A superfície cortical extraído no espaço natural de as imagens com precisão sub-milímetro é então utilizado para a criação de uma superfície externa, que servirá como base para o cálculo GI l. Uma região circular de interesse é, então, delineado na superfície externa, e sua região correspondente de juros sobre a superfície cortical é identificado através de um algoritmo de correspondência, conforme descrito em nosso estudo de validação 1. Este processo é iterado repetidamente em grande parte com sobreposição regiões de interesse, resultando em mapas corticais de gyrification parar subseqüentes comparações estatísticas (Fig. 1). De nota, outra medida de gyrification local com uma inspiração semelhante foi proposta por Toro e colegas 7, onde o índice dobra a cada ponto é calculado como a razão entre a área cortical contido em uma esfera dividida pela área de um disco com o mesmo raio. As duas implementações diferem em que o um por Toro et al. é baseada em distâncias euclidianas e, portanto, considera manchas descontínuas de área cortical, enquanto o nosso utiliza um algoritmo de estrita geodésica e incluem apenas o patch contínuo de abertura da área cortical na superfície do cérebro em uma região circular de interesse.

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

Gyrification medição (dobradura cortical) em qualquer idade representa uma janela para o desenvolvimento do cérebro no início. Por isso, nós já desenvolveu um algoritmo para medir gyrification local em milhares de pontos sobre o hemisfério<sup&gt; 1</sup&gt;. Neste artigo, detalhamos o cálculo deste índice gyrification local.

Como medir o Folding Cortical partir de imagens de MR: um tutorial passo-a-Passo para Calcular Índice Gyrification local

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