Name: diffusion tensor magnetic resonance imaging in the analysis of neurodegenerative diseases
Uploaded: 2013-07-28T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in the Analysis of Neurodegenerative Diseases at JoVE.com

أجزاء من هذا العمل، أي دراسة حول مراقبة الجودة وتصحيح للاتجاهات التدرج في تطبيق تالف لبيانات المرضى الذين يعانون من اضطرابات فرط الحركة، ودعمت من قبل الشبكة الأوروبية HD (EHDN مشروع 070). تم الحصول على فحوصات الرنين المغناطيسي في هذه الدراسة معينة كجزء من لندن موقع TRACK-HD الفوج.

أساليب التحليل: قبل وتحليل نتائج العمل مهمة بروتوكول التالية هي تحليل خصائص نشر voxelwise ضمن مساحات المادة البيضاء والتي يمكن أن تكون - ويرجع ذلك إلى كشف voxelwise - سواء الخواص أو متباين الخواص، مما أدى إلى انتشار التنسورات استرخاء أو مفل...

لا يمكن أن يتحقق في المتوسط ​​بين موضوع زارة التجارة والصناعة البيانات فيما يتعلق سعة الانتشار (عن طريق استخدام المعلومات FA) واتجاه الانتشار (استنادا إلى FT)، على التوالي. في المتوسط ​​من FA خرائط يسمح للمقارنة إحصائية للجماعات الموضوع من قبل WBSS وTFAS. هذا الإطار المنه?...

نشر الموترة التصوير في الدماغ البشري تتكون هذه المسألة (WM) مساحات بيضاء في الجهاز العصبي المركزي من المحاور المزدحمة بالسكان بالإضافة إلى أنواع مختلفة من دبق عصبي وغيرها من المجموعات الصغيرة من الخلايا. غشاء محور عصبي وكذلك ألياف البروتين الانحياز بشكل جيد ضمن محور عصبي يقيد عمودي نشر المياه إلى التوجه الألياف، مما يؤدي إلى انتشار المياه متباين الخواص في الدماغ WM 1. الأغماد المايلين حول محاور عصبية يمكن أن تسهم أيضا في تباين لكلا داخل وخارج الخلية الماء 2. ويمكن الكشف عن الوصف الكمي للتباين هذا من قبل نشر الموترة التصوير (DTI). زارة التجارة والصناعة تنتج صورا للأنسجة مرجحة مع الخصائص المجهرية المحلية من نشر المياه. للكثافات صورة في كل موقف هي الموهن، اعتمادا على قوة واتجاه ما يسمى التدرج نشر المغناطيسي (ممثلة فيذات القيمة ب)، وكذلك على البنية المجهرية المحلية التي جزيئات الماء منتشر 3، ومعامل الانتشار D، قيمة العددية: <img alt="المعادلة 1" fo:src="/files/ftp_upload/50427/50427eq1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50427/50427eq1.jpg" /> ومع ذلك، في ظل وجود تباين في WM ونشرها لم يعد من الممكن تتميز معامل عددي واحد، ولكن يتطلب موتر <img alt="المعادلة 3" fo:src="/files/ftp_upload/50427/50427eq3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50427/50427eq3.jpg" /> الذي يصف في أول تقدير تقريبي التنقل الجزيئية على طول كل اتجاه، والعلاقة بين هذه الاتجاهات 4. ويتسبب تباين نشرها أساسا من التوجه من مساحات الألياف في WM ويتأثر معالمه الصغرى والهيكلية الكلية. من الميزات المجهرية، منظمة intraaxonal يبدو أن من أعظم تأثير على تباين نشرها، إلى جانب كثافة الأليافالثانية التعبئة الخلية، ودرجة تكون الميالين، وقطر الألياف الفردية. على نطاق والعيانية، التباين في توجهات كل مساحات WM في فوكسل التصوير يؤثر درجته من تباين 5. في القياسات زارة التجارة والصناعة التقليدية، أبعاد فوكسل هي بالترتيب من ملليمتر. وهكذا، فإن فوكسل يحتوي دائما على المعلومات بلغ متوسط ​​جزيئات الماء داخل وحدة التخزين التي تغطي عادة الكشف عن العديد من المحاور وكذلك جزيئات الماء المحيطة بها. وعلى الرغم من هذه البيئة متعددة الاتجاهات، DTI حساسة للاتجاه أكبر المحور الرئيسي الذي ينسجم مع اتجاه محور عصبي الغالبة، أي مساهمة محور عصبي يسيطر على إشارة المقاسة 2. يوفر زارة التجارة والصناعة نوعين من المعلومات حول الخاصية من نشر المياه: أولا، مدى التوجه نحو مستقل من نشر تباين 5 والثانية، والاتجاه السائد للنشر المياه في ايماجvoxels ه، أي التوجه نشر 6. ومن المفترض أن البروتوكولات الحالية لتوفير إطار من تقنيات تحليل زارة التجارة والصناعة لمقارنة كمية من الجماعات الموضوع على مستوى المجموعة، كما هو مبين في ما يلي. الكمي لخصائص نشر - تحليل المعلمات ويمكن قياس عناصر موتر متماثل من قبل التدرجات نشرها على طول لا يقل عن ستة اتجاهات غير متداخلة وغير متحد المستوى بحيث ب (المعادلة 1) أصبح موتر، مما أدى إلى تخفيف إشارة <img alt="المعادلة 2" fo:src="/files/ftp_upload/50427/50427eq2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50427/50427eq2.jpg" /> هذه المعادلة يتطلب المحاسبة عن التفاعلات الممكنة بين التصوير والتدرجات نشر التي يتم تطبيقها في الاتجاهات المتعامدة (مصطلحات الصليب)، وحتى بين التدرجات التصوير التي يتم تطبيقهافي الاتجاهات المتعامدة 4. والموترة نشر المرتبة الثانية <img alt="المعادلة 3" fo:src="/files/ftp_upload/50427/50427eq3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50427/50427eq3.jpg" /> يمكن دائما diagonalized ترك ثلاثة عناصر فقط غير صفرية على طول قطري الرئيسي للموتر، أي القيم الذاتية ( <img alt="المعادلة 4" fo:src="/files/ftp_upload/50427/50427eq4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50427/50427eq4.jpg" /> ). والقيم الذاتية تعكس شكل أو تكوين الإهليلجي. يتم وصف العلاقة الرياضية بين إحداثيات الرئيسية للالإهليلجي والإطار المختبرية التي أجراها المتجهات الذاتية <img alt="المعادلة 5" fo:src="/files/ftp_upload/50427/50427eq5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50427/50427eq5.jpg" /> وبما أن هناك العديد من التحديات في عرض البيانات موتر، وقد اقترح مفهوم مجسمات القطع الناقص نشر 3. وEigendiffusivities هذه هتمثل llipsoids معاملات ذات بعد واحد نشر في الاتجاه الرئيسي للdiffusivities من المتوسط، أي المحور الرئيسي للالإهليلجي يمثل الاتجاه الرئيسي في نشر فوكسل الذي يتزامن مع اتجاه الألياف، في حين أن الانحراف من الإهليلجي يوفر معلومات حول درجة تباين والتماثل لها. ولذلك، تباين مقاييس نشر مثل تباين كسور (FA) يمكن تعريف 7. <img alt="معادلة 6" fo:src="/files/ftp_upload/50427/50427eq6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50427/50427eq6.jpg" /> <img alt="المعادلة 7" fo:src="/files/ftp_upload/50427/50427eq7highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50427/50427eq7.jpg" /> هو المتوسط ​​الحسابي لجميع القيم الذاتية. نهج إضافية لاستخدام الاتجاه الرئيسي للالموترة نشرها لمعالجة اتصال WM من الدماغ، والمقابلة لtractography approaCH الذي لديه نية للتحقيق في أي أجزاء من الدماغ ترتبط مع بعضها البعض. على افتراض أن توجه عنصرا رئيسيا في نشر الموترة يمثل التوجه للمساحات محور عصبي المهيمنة، يتم توفير مجال ناقلات 3-D في كل النواقل التي تمثل التوجه الألياف. حاليا، هناك العديد من الطرق المختلفة لإعادة بناء مساحات WM التي يمكن تقسيمها إلى نوعين: ويستند الفئة الأولى على خوارزميات اكثار خط باستخدام معلومات موتر المحلية لكل خطوة من الألياف المسالك نشر 2،8،9. ويستند الفئة الثانية على تقليل الطاقة العالمية إلى العثور على المسار بقوة الأكثر ملاءمة بين منطقتين WM، مما أدى إلى نهج الإحصاءات المكانية القائمة على المسالك (TBSS) 10 والتي تم استخدامها في خوارزميات أخرى مثل الإحصاءات تباين كسور tractwise (TFAS - أنظر نص البروتوكول، القسم 2.4). التحول في موقف التجسيميارض فضاء كما هو الحال في غيرها من وسائل التصوير بالرنين المغناطيسي المتقدمة، وزارة التجارة والصناعة والقائم على دراسات FT في سياق السريرية متابعة الهدف النهائي لتصنيف التشكل في الدماغ المريض الفرد من أجل تسهيل عملية التشخيص يعتمد على بعض التمييز متري 11. هي دراسات على مستوى المجموعة الأكثر ملاءمة إذا من المفترض أن يكون بسبب الأضرار التي لواحد أو أكثر من مجالات محددة في الدماغ أو شبكة تشريحي عصبي محددة النمط الظاهري السريرية المشتركة. هنا، في المتوسط ​​من النتائج للمواد الدراسية المختلفة هو مفيد من أجل تقييم الأنماط الشائعة من التعديلات المجهرية. كل فرد لديه الدماغ على أن يتم تحويلها إلى الفضاء التجسيمي بحيث، في الخطوة الثانية، حيث بلغ متوسطها الحسابي للنتائج على مستوى فوكسل تلو فوكسل هو ممكن. تطبيع المكانية سمح لعلم الحساب في المتوسط ​​من النتائج التي تم الحصول عليها من مواضيع مختلفة من أجل تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) وإجراء المقارنة بين عينات من المرضى وتابعسيادة القانون والأمن من أجل تحليل التشريح المرضي الحسابية من اضطراب محددة، مثل مرض الاعصاب الذي يرتبط مع التكلف نظام محددة في الدماغ. اقترح نهج في وقت مبكر من التطبيع إلى الفضاء التجسيمي موحدة بنسبة 12 خوارزمية التحول إلى أطلس القياسية التي تنطوي على تحديد مختلف المعالم الدماغ وتوسيع تدريجي من الأرباع الدماغ. في الوقت الحاضر، فإن معظم MRI حزم متقدمة لتحليل البيانات استخدام تطبيع للمعهد مونتريال العصبية (MNI) الفضاء التجسيمي 13. لهذا التحول، تم تطوير خوارزميات تسجيل الدماغ شبه والآلي باستخدام قوالب محددة الدراسة 14،15. في زارة التجارة والصناعة، اهتماما خاصا لابد من الانتباه إلى الحفاظ على المعلومات اتجاهي أثناء عملية التطبيع 16،17. تطبيق التحولات المكانية إلى صور DT-MR التي مطلوبة من أجل تطبيع المكانيةمن مجموعات من مجموعات البيانات، على النقيض من الصور العددية تزييفها، معقدة بسبب حقيقة أن DTS تحتوي على معلومات توجهي الذي يتأثر مرة أخرى عن طريق التحول. يجب حساب هذا التأثير لمن أجل التأكد من صحة التشريحية للصورة تتحول. هنا، يتم عرض تقنيات لتطبيق التحولات أفيني إلى مجموعات البيانات زارة التجارة والصناعة. تطبيق زارة التجارة والصناعة لأمراض الدماغ المقارنة بين طولية زارة التجارة والصناعة البيانات يتطلب المواءمة / تسجيل البيانات موضوع واحد بين بعضها البعض. في هذا السياق، والمحافظة على المعلومات اتجاهي ضروري (أي دوران الموترة نشرها خلال التحولات أفيني). وقد تم الإبلاغ عن التطبيقات الممكنة لاضطرابات الاعصاب سابقا (مثلا 18،19). وقد أنشئت زارة التجارة والصناعة كأداة فنية غير الغازية قوية للتحقيق في الجسم الحي neuropathology من WM مساحات العصبية (مثل 11،20،21،22). المقاييس الكمية المستندة زارة التجارة والصناعة من عملية الانتشار، مثل كرة القدم، وبالفعل ثبت أن تكون علامات حساسة لدراسة مجموعة واسعة من الأمراض WM، مثل السكتة الدماغية 20، التصلب المتعدد 23، الضموري الجانبي التصلب 24، 25، مرض الزهايمر 26 ، والعديد من الاضطرابات الأخرى WM 27،28. بالإضافة إلى ذلك، زارة التجارة والصناعة مع FT يمكن استخدامها لتحديد مساحات WM 23. هذا الأسلوب، في حين لا يزال ليس في الاستخدام السريري الروتيني، والناشئة باعتبارها أداة قوية لتقييم حالة شذوذ مسار محدد في الأمراض العصبية. ضمن مساحات المحددة، ومختلف المؤشرات الكمية المستمدة من التصوير بالرنين المغناطيسي زارة التجارة والصناعة والاستحواذ إضافية (مثل الصور T2 المرجحة و / أو نقل مغنطة (MT) التصوير) التي هي coregistered تشريحيا إلى البيانات زارة التجارة والصناعة يمكن قياسها. بموجب هذه الوثيقة، يمكن أن يكون كل مؤشر calculانبعاث العوادم بوصفها وظيفة من موقف داخل الجهاز، مشيرا إلى المؤامرات التي تصور التباين المكاني لمحات المسالك. في ما يلي، بالاشعة زارة التجارة والصناعة الإنسان التي أجريت على 1.5 استخدمت تسلا MRI-الماسحات الضوئية (سيمنز الطبية، الاحتفالات، ألمانيا) للتحقيق إمكانات تقنيات تحليل مختلف للكشف عن تشوهات المادة البيضاء في مجموعات المرضى وكذلك في الأفراد. بعد التأكد من جودتها الآلي للقضاء على أحجام الحركة تالف وحدات التخزين مع أنواع أخرى من الأعمال الفنية، وإجراءات تحليل نتائج العمل الموحد إعداد البيانات للتحليل زارة التجارة والصناعة على التوالي. سوف يتضح النهج تحليل مختلف في ما يلي، على سبيل المثال أول الدماغ كله، استنادا الإحصاءات المكانية (WBSS)، في المرتبة الثانية، FT، و، Tractwise الاحصائيات تباين كسور الثالث (TFAS). WBSS هو الأسلوب الذي يعمل في القياس لقياس الأشكال القائم على فوكسل (VBM) والتي عادة ما يعرف باسم قياس الأشكال القائم على فوكسل / الإحصاءات المتعلقة زارة التجارة والصناعة البيانات (VBM / زارة التجارة والصناعة) <eم&gt;. VBM هو الأسلوب الذي تدير أصلا على النقيض من الصور حيث يكون هناك اختلاف التباين في مسح منفصل ليتم حلها في حين WBSS هو الأسلوب الذي يستخدمه مقارنة voxelwise من معلمة المادية. لذا، على الرغم مماثلة حسابيا، والمصطلحات التي يتم التفريق WBSS وVBM سيتم استخدامها في ما يلي.

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>MR scanner</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Siemens 1.5 T Magnetom Symphony</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>analysis software </td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>TIFT - Tensor Imaging and Fiber Tracking</td>
 </tr>
 </tbody>
 </table>

diffusion tensor magnetic resonance imaging in the analysis of neurodegenerative diseases

توفر نشر الموترة التصوير (DTI) تقنيات المعلومات على العمليات المجهرية من المادة البيضاء الدماغية (WM) في الجسم الحي. تم تصميم التطبيقات الحالية للتحقيق في خلافات في أنماط مشاركة WM في أمراض مختلفة في الدماغ، والاضطرابات العصبية وخاصة، عن طريق استخدام التحليلات زارة التجارة والصناعة في مختلف مقارنة مع الضوابط الملائمة. يتم تنفيذ تحليل البيانات زارة التجارة والصناعة بطريقة VARIATE، أي مقارنة voxelwise من المقاييس الإقليمية نشر القائمة على اتجاه مثل تباين كسور (FA)، جنبا إلى جنب مع تتبع الألياف (FT) يرافقه الاحصائيات تباين كسور tractwise (TFAS) على مستوى المجموعة من أجل لتحديد الاختلافات في هياكل الاتحاد الانجليزي على طول WM، الذي يهدف إلى تعريف الأنماط الإقليمية للتعديلات WM على مستوى المجموعة. التحول إلى فضاء معيار التجسيمي هو شرط أساسي للدراسات مجموعة ويتطلب بيانات وافية وتجهيز للحفاظ دبالتبعية المتبادلة بين irectional. تظهر التطبيقات الحالية النهج التقنية الأمثل لهذه المحافظة على المعلومات الكمية والاتجاه خلال تطبيع المكانية في تحليل البيانات على مستوى المجموعة. على هذا الأساس، يمكن تطبيق تقنيات FT إلى مجموعة بيانات متوسط ​​من أجل تحديد المعلومات المقاييس على النحو المحدد من قبل FT. بالإضافة إلى ذلك، تطبيق الأساليب زارة التجارة والصناعة، أي الاختلافات في FA-الخرائط بعد المحاذاة التجسيمي، في تحليل طولية في أساس الموضوع الفردية تكشف عن معلومات حول تطور الاضطرابات العصبية. ويمكن الحصول على مزيد من تحسين الجودة على أساس النتائج زارة التجارة والصناعة خلال تجهيزها من قبل تطبيق القضاء للرقابة من الاتجاهات التدرج مع مستويات الضوضاء العالية. في ملخص، يستخدم زارة التجارة والصناعة لتحديد WM التشريح المرضي متميزة من أمراض الدماغ المختلفة عن طريق الجمع بين كامل تحليل زارة التجارة والصناعة القائم على الدماغ والقائم على المسالك.

1. QC وتصحيح للاتجاهات التدرج في تطبيق تالف لبيانات المرضى الذين يعانون من اضطرابات فرط الحركة كمثال لتأثير تطبيق مراقبة الجودة وحجم الاستبعاد لاحقة (ونتيجة لذلك من تصحيح للتلف GD)، ويبين الشكل 8 اختلافات في الدماغ الإحصاءا?...

Watch this Scientific Journal Video about Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in the Analysis of Neurodegenerative Diseases at JoVE.com

Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in the Analysis of Neurodegenerative Diseases

نشر الموترة التصوير (DTI) يخدم أساسا كأداة القائم على التصوير بالرنين المغناطيسي لتحديد<em&gt; في الجسم الحي</em&gt; المجهرية للدماغ والعمليات المرضية بسبب الاضطرابات العصبية داخل المادة البيضاء الدماغية. التحليلات المستندة زارة التجارة والصناعة السماح للتطبيق لأمراض الدماغ سواء على مستوى المجموعة والبيانات في موضوع واحد.

نشر الموترة التصوير بالرنين المغناطيسي في تحليل أمراض الاعصاب

Diffusion tensor imaging (DTI) techniques provide information on the microstructural processes of the cerebral white matter (WM) in vivo. The present ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Magnetic Resonance Derived Myocardial Strain Assessment Using Feature Tracking

الرنين المغناطيسي المشتقة عضلة القلب عن طريق تقييم سلالة ميزة تتبع

Purpose: An accurate and practical method to measure parameters like strain in myocardial tissue is of great clinical value, since it has been shown, that ...

Probing the Brain in Autism Using fMRI and Diffusion Tensor Imaging

تحقق في الدماغ باستخدام الرنين المغناطيسي الوظيفي في التوحد وإنتشار العضلة الشادة التصوير

Newly emerging theories suggest that the brain does not function as a cohesive unit in autism, and this discordance is reflected in the behavioral ...

High Content Screening in Neurodegenerative Diseases

فحص محتوى عالية في أمراض الاعصاب

The functional annotation of genomes, construction of molecular networks and novel drug target identification, are important challenges that need to be ...

The Use of Primary Human Fibroblasts for Monitoring Mitochondrial Phenotypes in the Field of Parkinson's Disease

استخدام الخلايا الليفية الإنسان الأساسية لرصد نمط ظاهري الميتوكوندريا في مجال مرض باركنسون

Parkinson's disease (PD) is the second most  common movement disorder and affects 1% of people over the age of 60 1. Because ageing is  the most important ...

Tracking the Mammary Architectural Features and Detecting Breast Cancer with Magnetic Resonance Diffusion Tensor Imaging

تتبع الثديية الميزات المعمارية والكشف عن سرطان الثدي مع الرنين المغناطيسي التصوير إنتشار العضلة الشادة

Breast cancer is the most common cause of cancer among women worldwide. Early detection of breast cancer has a critical role in improving the quality of ...

Quantitative Magnetic Resonance Imaging of Skeletal Muscle Disease

الكمي التصوير بالرنين المغناطيسي من مرض العضلات والهيكل العظمي

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of ...

Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

في وقت واحد التصوير PET / MRI خلال الماوس الدماغي نقص الأكسجة-نقص التروية

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics ...

Cardiac Magnetic Resonance Imaging at 7 Tesla

القلب التصوير بالرنين المغناطيسي في 7 تسلا

CMR at an ultra-high field (magnetic field strength B0&#160;&#8805; 7 Tesla) benefits from the signal-to-noise ratio (SNR) advantage inherent at higher ...

Phase Contrast Magnetic Resonance Imaging in the Rat Common Carotid Artery

مرحلة التباين صور الرنين المغناطيسي في الشريان السباتي المشترك الفئران

Phase contrast magnetic resonance imaging (PC-MRI) is a noninvasive approach that can quantify flow-related parameters such as blood flow. Previous ...

Cardiac Magnetic Resonance for the Evaluation of Suspected Cardiac Thrombus: Conventional and Emerging Techniques

الرنين المغناطيسي القلبي لتقييم الجلطات القلبية المشتبه بها: التقنيات التقليدية والناشئة

We present the conventional cardiac magnetic resonance (CMR) protocol for evaluating a suspected thrombus and highlight emerging techniques.&#160;The ...