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

Denna forskning stöds av National Center of Competence i forskning (NCCR) &quot;SYNAPSY - Den Synaptic Bases av psykiska sjukdomar&quot; som finansieras av den schweiziska National Science Foundation (nr 51AU40_125759). Utvecklingen av den lokala Gyrification Index har finansierats med bidrag från den schweiziska National Research Fund Dr Marie Schaer (323500-111165) och Dr Stephan Eliez (3200-063.135,00 / 1, 3232 till 063.134,00 / 1, PP0033-102.864 och 32473B -121.996) och Centrum för biomedicinsk avbildning (CIBM) ​​i Genève-Lausanne Universitet och EPFL, liksom grunden Leenaards och Louis-Jeantet. Stöd för utveckling av FreeSurfer mjukvara gavs delvis av National Center for Research Resources (P41-RR14075 och NCRR Birn morfometriska Project BIRN002, U24 RR021382), National Institute for Biomedical Imaging och Bioteknik (R01 EB001550, R01EB006758) det nationella institutet för neurologiska sjukdomar och stroke (R01 NS052585-01) samt psykisk sjukdom och neurovetenskap Discovery (sinne) institutet och är en del av National Alliance for Medical Image Computing (misk), som finansieras av National Institutes of Health genom NIH färdplanen för medicinsk forskning, Grant U54 EB005149. Ytterligare stöd kom från The Autism &amp; Dyslexi projekt finansierat av Ellison Medical Foundation.

1. Rekonstruera 3D kortikala ytor Denna första del av det protokoll som använder standard FreeSurfer pipeline som beskrivs i Wiki ( <a href="http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki">http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki</a> ). Observera att kommandona detaljerat beskriver ett sätt att uppnå de kortikala ytan rekonstruktioner, men motsvarande kommandon kan också användas. <ol class="lalpha"><li> Importera råa MR DICOM i FreeSurfer och kontrollera kvaliteten på ...

<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>

Protokollet ovan beskriver hur man mäter lokala Gyrification Index baserat på cerebral T1-viktade MR och utföra statistiska grupp jämförelser. Vår metod har utformats särskilt för att lokalisera tidiga störningar i kortikala expansionen process och som sådan är av särskilt intresse i många nervsystemets utveckling eller psykiatriska tillstånd. Exempel på grupp jämförelser i kliniska prover kan hittas i publikationer av vår grupp 1,12 eller av andra 13-16. Processen är helt automa...

Material: en Unix eller Mac arbetsstation med en processor på 2 GHz eller snabbare och minst 4 GB RAM, med FreeSurfer installerat ( <a href="http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki">http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki</a> , helst den senaste versionen, men inga äldre än version 4.0.3). För att beräkna de lokala Gyrification Index, är MATLAB krävs också ( <a href="http://www.mathworks.ch/">http://www.mathworks.com/</a> ) tillsammans med Image Processing Toolbox. Data: Ett urval av god kvalitet (hög upplösning, hög kontrast) cerebral MRT T1-viktade dataset. Din grupp av ämnen ska helst matchade för ålder och kön. Med tanke på den normala inter-individuella variationer i hjärnans morfologi, bör antalet patienter i varje grupp vara tillräcklig för att identifiera en befintlig grupp skillnaden (ju mer - desto bättre). En rimlig minsta stickprovsstorlek skulle vara runt 20 personerper grupp (även om du förmodligen kan gå för mindre om intensiteten av förändringar är stort och om dina grupper är tätt matchade för kön och ålder). <table border="1"><tbody><tr><td> Namn på utrustning </td><td> Företag </td><td> Katalognummer </td><td> Kommentarer </td></tr><tr><td> FreeSurfer </td><td> Martinos Center for Biomedical Imaging, MGH </td><td></td><td> Version nyare än 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

Kortikal vikning (gyrification) bestäms under de första månaderna i livet, så att negativa händelser som inträffar under denna tid lämnar spår som kommer att identifieras i alla åldrar. Som nyligen granskats av Mangin och kollegor 2, flera metoder finns för att mäta olika egenskaper hos gyrification. Till exempel kan sulcal morfometri användas för att mäta formen beskrivningar som djup, längd och index av inter-hemisfärisk asymmetri 3. Dessa geometriska egenskaper har fördelen att vara lätta att tolka. Baseras dock sulcal morfometri tätt korrekt identifiering av en viss uppsättning sulci och därmed ger en splittrad beskrivning av gyrification. En mer finkornigt kvantifiering av gyrification kan uppnås med krökning-baserade mätningar, där jämnas absolut betyda krökning vanligtvis beräknas på tusentals punkter över den kortikala ytan 4. Den krökning är dock inte straightforward att förstå, eftersom det fortfarande oklart om det finns någon direkt koppling mellan buktighet och ett biologiskt meningsfullt korrelera som kortikal volym eller yta. För att hantera de olika frågor som mätning av kortikal falsning, utvecklade vi tidigare en algoritm för att kvantifiera lokala gyrification med en utsökt rumslig upplösning och enkel tolkning. Vår metod är inspirerad av Gyrification index 5, en metod som ursprungligen användes i jämförande neuroanatomi att utvärdera kortikala fällbara skillnader mellan arter. I vårt genomförande, som vi namnet L OKALA Gyrification Index (l GI 1), mäter vi hur mycket cortex begravda inom sulcal veck jämfört med mängden synliga cortex i cirkulära områden av intresse. Med tanke på att cortex växer främst genom radiella expansionen 6, var vår metod särskilt utformad för att identifiera tidiga defekter av kortikal utveckling. I thär artikeln, vi detalj beräkningen av lokala Gyrification Index, som nu är fritt distribueras som en del av FreeSurfer Programvaran ( <a href="http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/">http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/</a> , Martinos Center for Biomedical Imaging, Massachusetts General Hospital) . FreeSurfer innehåller en uppsättning automatiserade rekonstruktion verktyg av hjärnans kortikala ytan av strukturella MR-data. Den kortikala ytan utvinnas i den ursprungliga utrymme för bilder med sub-millimeter noggrannhet är sedan vidare används för att skapa en utsida, som kommer att ligga till grund för L GI-beräkningen. En cirkulär regionen av intresse är då avgränsas på utsidan, och dess motsvarande område av intresse på den kortikala ytan identifieras med hjälp av en algoritm som beskrivs i vår valideringsstudie 1. Denna process är ständigt återkommande med i stort sett överlappande regioner av intresse, vilket resulterar i kortikala kartor över gyrification förr efterföljande statistiska jämförelser (Fig. 1). Notera var en annan mätning av lokala gyrification med en liknande inspiration föreslagits av Toro och kollegor 7, där det fällbara index vid varje punkt beräknas som förhållandet mellan kortikala område som ingår i en sfär dividerad med arean av en skiva med samma radie. De två implementationer skiljer sig i att en av Toros et al. bygger på Euclidian avstånd och därmed anser diskontinuerlig fläckar av kortikal område, medan vår använder en strikt geodetisk algoritm och inkluderar endast kontinuerlig patch av kortikal area öppning hjärnan ytan i en cirkulär region av intresse.

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

Mätning gyrification (kortikal vikning) i alla åldrar är ett fönster in i hjärnans tidiga utveckling. Därför utvecklade vi tidigare en algoritm för att mäta lokala gyrification på tusentals punkter över halvklotet<sup&gt; 1</sup&gt;. I detta papper, detalj vi beräkningen av denna lokala gyrification index.

Hur man mäter Bark Folding från MR bilder: en steg-för-steg anvisning för att beräkna lokala Gyrification Index

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

Research

JoVE Journal

Medicine

The Measurement and Treatment of Suppression in Amblyopia

Mätning och behandling av Suppression 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

Steg för steg: Mikroträningsmetod som kombinerar två icke-levande djurmodeller

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

Bedöma kortikala Cerebral Microinfarcts på högupplöst 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 ...

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

Heterotopisk Renal auto i en grismodell: En steg-för-steg protokoll

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 steg för steg protokoll för subretinal kirurgi 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 prövning som bedömer säkerhet, effekt och leverans av Olivoljebaserade tre kammar påsar för parenteral nutrition

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

Få kvalitet förlängda synfält ultraljud bilder av skelettmuskulatur för att mäta muskel fascicle längd

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-för-steg Stapedotomy genom Transcanal Exclusive Endoskopisk metod

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

Förbättrad renal denervation mildrad hypertoni inducerad av Angiotensin II-infusion

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

Nätverksfarmakologi Prediktion och experimentell validering av Trichosanthes-Fritillaria thunbergii Verkningsmekanism mot lungadenokarcinom

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