Name: identification of disease-related spatial covariance patterns using neuroimaging data
Uploaded: 2013-06-26T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Identification of Disease-related Spatial Covariance Patterns using Neuroimaging Data at JoVE.com

وأيد هذا العمل من قبل منحة رقم P50NS071675 (موريس K. مركز يودال التميز البحثي في ​​مرض باركنسون في معهد فينشتاين للأبحاث الطبية) إلى DE من المعهد الوطني للاضطرابات العصبية والسكتة الدماغية. المحتوى هو فقط من مسؤولية الكتاب ولا تمثل بالضرورة وجهة النظر الرسمية للمعهد الوطني للاضطرابات العصبية والسكتة الدماغية أو المعاهد الوطنية للصحة. لم الكفيل لا تلعب دورا في تصميم الدراسة، وجمع وتحليل وتفسير البيانات، كتابة التقرير أو في قرار تقديم الورقة للنشر.

1. جمع البيانات وتجهيزها <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يمكن تطبيق طريقة SSM / PCA إلى صور مجلد واحد تم الحصول عليها من مصادر وطرائق مختلفة. على وجه التحديد، لتصوير PET في الموقع من عملية التمثيل الغذائي، وإعداد التتبع النويدات المشعة المناسبة مثل [18</s...

نموذج SSM / PCA قدم أصلا من قبل مولر وآخرون. تطورت 01-03 أبريل في تقنية واضحة وقوية لتحليل البيانات تصوير الأعصاب. ومع ذلك، كانت هناك غموض في تطبيق هذه المنهجية التي حاولنا توضيح هنا وفي المنشورات السابقة 5-7،10. وقد تم تناول بعض هذه القضايا في النص ولكن اكد مج...

وقد درس الاضطرابات العصبية على نطاق واسع باستخدام التقنيات التي تعريب وتحديد شذوذ في استقلاب الدماغ وكذلك الأساليب غير استنتاجي أن دراسة التفاعلات الإقليمية 17. الاستراتيجيات التحليلية متعدد المتغيرات التي تعتمد على البيانات مثل تحليل المكون الرئيسي (PCA) 1،2،4،18 وتحليل عنصر المستقلة (ICA) 19،20، وكذلك التقنيات تحت إشراف مثل المربعات الجزئية الأقل (PLS) 21 والاتجاهات ترتيبي الكنسي variates تحليل (أورط / CVA) 22 يمكن أن تكشف عن أنماط مميزة أو &quot;شبكات&quot; من النشاط المترابطة. أساسيات الإجراءات متعدد المتغيرات، ولا سيما نموذج subprofile تحجيم (SSM) 1،2،4-6،18 وقد وصفت سابقا في إن الرب 3. وقد تم تطوير هذا النهج القائم على الشراكة والتعاون في الأصل لدراسة العلاقات التغاير وظيفية غير طبيعية بين مناطق الدماغ في حالة استقرار الصور مجلد واحد من تدفق الدم في الدماغ والتمثيل الغذائي ACQuired في حالة الراحة من طرائق مثل PET وSPECT الذي يحمل خصائص عالية إشارة إلى الضجيج. أنماط SSM بأمراض محددة هي المؤشرات الحيوية التصوير التي تعكس الاختلافات العامة في تضاريس الإقليمية في المرضى مقارنة مع 7،16 مواضيع عادية، وربما تعكس عملية شبكة واحدة أو استيعاب عدة وظائف غير طبيعية معقدة 23. وترتبط الأيضية التغاير شبكات الدماغ مع نمط القيم التعبير (عشرات الموضوع) يمكن أن تميز بين الجماعات العادي والمرض وتوفير التدابير القائمة على الشبكة التي ترتبط تقييمات السريرية من شدة المرض. عادة، زيادة درجات الموضوع لهذه الأنماط مع تطور المرض، وربما حتى قبل أن يعبر ظهور الأعراض 14،24. في الواقع، وقد اتسمت المؤشرات الحيوية المتعلقة بالشبكة المرض لعلاج الاضطرابات العصبية مثل مرض باركنسون 10 (PD)، مرض هنتنغتون 25 (HD)، ومرض الزهايمر 8 </سوب&gt; (AD). الأهم من ذلك، كما تم تحديد تصاميم الأيض المرتبطة المرض لشاذة اضطرابات الحركة مثل الشلل الارتعاشي متعددة ضمور نظام (MSA) والشلل التدريجي فوق النووي (PSP). وقد استخدمت هذه الأنماط في الحفل عن التشخيص التفريقي للأفراد مع مشابهة سريريا متلازمات &quot;نظرة على حد سواء&quot; 12،13،26. في المقابل، نموذجي طرق حيد المتغير القائم على فوكسل الرنين المغناطيسي الوظيفي تقييم أهمية الاختلافات بين المرضى والضوابط في مجموعات الدماغ معزولة. وفي الآونة الأخيرة، تم تطوير أساليب لقياس التوصيلية وظيفية بين مناطق الدماغ تعريف بتنوع 27-29. ويقتصر هذا التعريف للاتصال وظيفي لموضوع والمنطقة التفاعلات وينحرف محددة من SSM / PCA المفهوم الأصلي الذي يشير إلى الترابط مستعرضة من توزيعها مكانيا المناطق الجوهرية شبكة الدماغ 1،2،23،30. لصالحها، ومنصات التصوير بالرنين المغناطيسيإعادة تركيبها بسهولة، وهي متاحة على نطاق واسع، غير الغازية وعادة ما تتطلب أقصر وقت المسح من طرائق التصوير المشع التقليدية مثل PET أو SPECT مما أدى إلى تصاعد المنهجيات المحتملة وصفها في المؤلفات الحديثة. ومع ذلك، توفر الناتجة إشارات الرنين المغناطيسي الوظيفي التي تعتمد على الوقت التدابير غير المباشرة من النشاط العصبي المحلية 31،32. تم الخوارزميات التحليلية المعقدة عموما يعملون محدودة بسبب حجم كبير من مجموعات البيانات، والضجيج الفسيولوجية الكامنة في إشارات الرنين المغناطيسي الوظيفي، فضلا عن التباين الشديد في نشاط الدماغ التي تربط بين الموضوعات والمناطق 19،23. على الرغم من معلومات مثيرة للاهتمام بشأن تنظيم الدماغ ويمكن الاستدلال على ذلك من خصائص &quot;الشبكات&quot; الرنين المغناطيسي الوظيفي، فإنها لم تكن مستقرة بما فيه الكفاية لاستخدامها المؤشرات الحيوية المرض موثوق بها. وعلاوة على ذلك، وتصاميم شبكة الناتجة لا تساوي بالضرورة إلى تلك التي تم تحديدها باستخدام منهجيات التصوير وظيفية أنشئت مثل SSM / PCA. عن اله جزء الاكبر، وصرامة عبر المصادقة على تصاميم الرنين المغناطيسي الوظيفي مما أدى كان مفتقدا مع أمثلة قليلة من نجاح التطبيق إلى الأمام من أنماط مستمدة في بيانات المسح المحتملين من الحالات واحدة. ميزة من تحليل التباين المشترك PCA يكمن في قدرتها على التعرف على أهم مصادر الاختلاف في البيانات القليلة الأولى المكونات الرئيسية لكنها غير فعالة إذا كانت المتجهات الذاتية بارزة تمثل عوامل الضجيج العشوائي بدلا من الاستجابة شبكة الجوهرية الفعلية. فقط من خلال تحديد المتجهات الذاتية القليلة الأولى، والتي تحد من تلك التي تظهر فروق ذات دلالة إحصائية في درجات السيطرة المريض مقابل العادية، ونحن يقلل كثيرا من تأثير العناصر الضوضاء. ومع ذلك، من أجل النهج الأساسي وصفها هنا، فإن هذه التدابير قد لا تكون كافية لتوليد المقدرات قوية في مجموعة بيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي نموذجي مع استثناء من طرائق موضح أدناه. وبالتالي، ونظرا للعلاقة مستقرة المباشر للز الإقليميةالأيض lucose والنشاط متشابك 33، وقد تم تطبيق هذه المنهجية أساسا لتحليل البيانات بقية الدولة PET FDG. ومع ذلك، نظرا لأن تدفق الدم الدماغي (البرازيلي) ويقترن ارتباطا وثيقا النشاط الأيضي في حالة الراحة 10،11،34، 35،36 SPECT وأكثر الشرياني مؤخرا وضع العلامات تدور (ASL) أساليب التصوير بالرنين المغناطيسي 37،38 نضح، وقد استخدمت لتقييم النشاط الأيضي غير طبيعية في حالات فردية. قلت ذلك، واشتقاق موثوقة أنماط التباين المكاني مع الرنين المغناطيسي الوظيفي يستريح الدولة (rsfMRI) كما لوحظ سابقا يست مباشرة 31،32. وحتى مع ذلك، فقد كشفت SSM / PCA تحليل أولي للبيانات rsfMRI من المرضى PD والضابطة حددت بعض homologies الطبوغرافية بين أنماط الأمراض ذات الصلة باستخدام طرائق اثنين، PET والسعة من تقلبات منخفضة التردد (ALFF) من BOLD الرنين المغناطيسي الوظيفي 39،40 . وأخيرا، نلاحظ أيضا أن هذا النهج قد تم تطبيقها بنجاح في فوكسل القائم على مورفومترى (VBM) بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي 41،42، وكشف عن أنماط التباين المكاني المميزة المرتبطة بفقدان حجم المرتبط بالعمر وزيادة في مقارنات من VBM وأنماط ASL في الموضوعات نفسها 43. العلاقة بين SSM / PCA تصاميم التباين المكاني وشبكات الدماغ مماثلة تم تحديدها باستخدام أساليب تحليلية مختلفة ومنصات التصوير هو موضوع التحقيق الجاري.

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>Name of Equipment</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalog Number</td>
 <td>Comments</td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Image Acquisition </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>PET Scanner</td>
 <td>GE Medical Systems</td>
 <td>GE Advance</td>
 <td>Any PET, PET/CT and PET/MRI Scanners from GE, Siemens and Philips </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>PC Workstations</td>
 <td>Lenovo</td>
 <td>Any</td>
 <td><a href="http://www.lenovo.com/us/en/" target="_blank">http://www.lenovo.com/us/en/</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Radiopharmaceuticals </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>[18F]-fluorodeoxyglucose</td>
 <td>Feinstein Institute for Medical Research</td>
 <td>Routine Production</td>
 <td>Also distributed by Cardinal Health <a href="http://www.cardinal.com/" target="_blank">http://www.cardinal.com/</a> </td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Software </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>ScanVP</td>
 <td>Feinstein Institute for Medical Research</td>
 <td>Version 5.9.1, Version 6.2, To be released</td>
 <td><a href="http://www.feinsteinneuroscience.org/" target="_blank">www.feinsteinneuroscience.org</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>SPM</td>
 <td>The UCL Institute of Neurology</td>
 <td>spm99-spm8</td>
 <td><a href="http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm" target="_blank">http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Windows</td>
 <td>Microsoft</td>
 <td>Any</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Matlab</td>
 <td>Mathworks</td>
 <td>Matlab Version 7.0, 7.3</td>
 <td><a href="http://www.mathworks.com/" target="_blank">http://www.mathworks.com/</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>JMP</td>
 <td>SAS</td>
 <td>Version 5</td>
 <td><a href="http://www.jmp.com/" target="_blank">http://www.jmp.com/</a></td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

identification of disease-related spatial covariance patterns using neuroimaging data

نموذج subprofile تحجيم (SSM) 1-4 هو خوارزمية متعدد المتغيرات القائمة على PCA أن يحدد المصادر الرئيسية للتباين في المريض ومراقبة مجموعة بيانات الصورة الدماغ بينما رفض مكونات أقل (الشكل 1). تطبيقها مباشرة على البيانات التغاير فوكسل تلو فوكسل من الصور تعدد الوسائط ثابت للدولة، وهو كامل مجموعة صورة المجموعة يمكن أن تخفض إلى بضعة أنماط التباين مستقلة خطيا كبيرا وعشرات موضوع المقابلة. كل نمط، ووصف مجموعة subprofile ثابتة (GIS)، هو المكون الرئيسي متعامد الذي يمثل شبكة توزيعها مكانيا من ظيفيا مناطق الدماغ مترابطة. تتم إزالة آثار العددية المتوسط ​​العالمي الكبيرة التي يمكن أن تحجب المساهمات أصغر شبكة محددة من قبل تحويل لوغاريتمي المتأصلة ويعني توسيط البيانات 2،5،6. موضوعات التعبير عن كل من هذه الأنماط إلى درجة متغير يمثله النتيجة العددية البسيطة التي يمكن أن ترتبط مع كلين مستقلةواصف كال أو البسيخومتري 7،8. باستخدام تحليل الانحدار اللوجستي من عشرات الموضوع (أي القيم التعبير نمط)، يمكن اشتقاق معاملات خطي إلى الجمع بين مكونات رئيسية متعددة في أنماط التباين المكاني ذات الصلة مرض واحد، أي شبكات مركب مع تحسن التمييز من المرضى من الأشخاص الخاضعين للمراقبة صحية 5،6. عبر التحقق من صحة ضمن مجموعة الاشتقاق يمكن القيام بها باستخدام تقنيات اختزال التمهيد 9. يتم تأكيد التحقق من صحة إلى الأمام بسهولة عن طريق تقييم نقاط مباشرة من أنماط مشتقة في مجموعات البيانات المحتملين 10. بمجرد التحقق من صحة، وأنماط الأمراض ذات الصلة يمكن أن تستخدم لتسجيل المرضى الفردية فيما يتعلق عينة مرجعية ثابتة، وغالبا مجموعة من المواضيع الصحية التي تم استخدامها (مع مجموعة المرض) في الاشتقاق نمط الأصلي 11. هذه القيم موحدة يمكن بدوره أن تستخدم للمساعدة في التشخيص التفريقي 12،13 وتقييم المرضآثار التقدم والعلاج على مستوى الشبكة 7،14-16. نقدم مثالا لتطبيق هذه المنهجية إلى FDG PET بيانات من مرضى الشلل الرعاش والضوابط العادية باستخدام برنامجنا في المنزل لاستخلاص نمط التباين سمة العلامات البيولوجية للمرض.

تطبيق بسيط من متعدد المتغيرات SSM / PCA التحليل لاستخلاص نمط العلامات البيولوجية لتصوير الأعصاب PD هو موضح أدناه. PET FDG الصور من عشرة المشخصة سريريا المرضى PD (6M/4F، 59y ± 7Y SD) لمدة المريضة متغير (9Y ± 5Y SD) وعشرة من السن والجنس المتطابقة الضوابط العادية (6M/4F، 58y ± 7Y SD) تم تحليلها باس?...

Watch this Scientific Journal Video about Identification of Disease-related Spatial Covariance Patterns using Neuroimaging Data at JoVE.com

Identification of Disease-related Spatial Covariance Patterns using Neuroimaging Data

وقد استخدمت تقنيات متعدد المتغيرات بما في ذلك تحليل المكون الرئيسي (PCA) لتحديد أنماط بصمات التغير الإقليمي في صور الدماغ الوظيفية. وقد وضعنا خوارزمية لتحديد المؤشرات الحيوية شبكة استنساخه لتشخيص الاضطرابات العصبية، وتقييم تطور المرض، وتقييم موضوعي لآثار العلاج في المرضى من السكان.

تحديد الأمراض ذات الصلة أنماط التباين المشترك المكانية باستخدام بيانات تصوير الأعصاب

The scaled subprofile model (SSM)1-4 is a multivariate PCA-based algorithm that identifies major sources of variation in patient and control group brain ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Identification and Isolation of Slow-Dividing Cells in Human Glioblastoma Using Carboxy Fluorescein Succinimidyl Ester (CFSE)

Identification and Isolation of Slow-Dividing Cells in Human Glioblastoma Using Carboxy Fluorescein Succinimidyl Ester CFSE

تحديد وعزل بطيئة تقسيم الخلايا في الإنسان عن طريق ورم أرومي دبقي كربوكسي فلوريسئين Succinimidyl استر (CFSE)

Tumor heterogeneity represents a fundamental feature supporting tumor robustness and presents a central obstacle to the development of therapeutic ...

Identification of Sleeping Beauty Transposon Insertions in Solid Tumors using Linker-mediated PCR

Identification of Sleeping Beauty Transposon Insertions in Solid Tumors using Linker-mediated PCR

تحديد<em&gt; الجمال النائم</em&gt; الإدراج ينقول في الأورام الصلبة باستخدام رابط بوساطة PCR

Genomic, proteomic, transcriptomic, and epigenomic analyses of human tumors indicate that there are thousands of anomalies within each cancer genome ...

Detection of Architectural Distortion in Prior Mammograms via Analysis of Oriented Patterns

Detection of Architectural Distortion in Prior Mammograms via Analysis of Oriented Patterns

الكشف عن تشويه المعمارية في تصوير الثدي بالأشعة السينية قبل<em&gt; عبر</em&gt; تحليل أنماط الموجه

We demonstrate methods for the detection of architectural distortion in prior mammograms of interval-cancer cases based on analysis of the orientation of ...

Using Continuous Data Tracking Technology to Study Exercise Adherence in Pulmonary Rehabilitation

باستخدام تقنية مستمر تعقب البيانات لدراسة ممارسة الالتزام في التأهيل الرئوي

Pulmonary rehabilitation (PR) is an important component in the management of respiratory diseases. The effectiveness of PR is dependent upon adherence to ...

Microarray-based Identification of Individual HERV Loci Expression: Application to Biomarker Discovery in Prostate Cancer

تحديد القائمة على ميكروأري من الفردية هيرفي الامكنه التعبير: التطبيق على العلامات البيولوجية ديسكفري في سرطان البروستاتا

The prostate-specific antigen (PSA) is the main diagnostic biomarker for prostate cancer in clinical use, but it lacks specificity and sensitivity, ...

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

في فيفو تتبع من تطوير وذمة والأمراض الوعائية الوعائية في نموذج من الملاريا الدماغية التجريبية باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي

Cerebral malaria is a sign of severe malarial disease and is often a harbinger of death. While aggressive management can be life-saving, the detection of ...

High-Throughput Analysis of Optical Mapping Data Using ElectroMap

تحليل عالي الإنتاجية لبيانات الخرائط البصرية باستخدام الخريطة الكهربائية

Optical mapping is an established technique for high spatio-temporal resolution study of cardiac electrophysiology in multi-cellular preparations. Here we ...

Virtual Reality Tools for Assessing Unilateral Spatial Neglect: A Novel Opportunity for Data Collection

أدوات الواقع الافتراضي لتقييم الإهمال المكاني من جانب واحد: فرصة جديدة لجمع البيانات

Unilateral spatial neglect (USN) is a syndrome characterized by inattention to or inaction in one side of space and affects between 23-46% of acute stroke ...

Detection and Removal of Tooth-Colored Composite Resin Using the Fluorescence-Aided Identification Technique

الكشف عن الراتنج المركب بلون الأسنان وإزالته باستخدام تقنية تحديد الهوية بمساعدة التألق

The detection and removal of tooth-colored filling materials is a major challenge for every dentist. The Fluorescence-aided Identification Technique (FIT) ...

Visualization of Metabolites Identified in the Spatial Metabolome of Traditional Chinese Medicine Using DESI-MSI

تصور المستقلبات المحددة في الأيض المكاني للطب الصيني التقليدي باستخدام DESI-MSI

The medicinal use of traditional Chinese medicine is mainly due to its secondary metabolites. Visualization of the distribution of these metabolites has ...