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

Bu çalışmanın parçaları, QC ve hiperkinetik bozukluğu olan hastaların verilerine uygulamada bozuk gradyan yönleri için düzeltme üzerinde çalışma yani Avrupa HD ağ (EHDN projesi 070) tarafından desteklenmiştir. Bu belirli çalışmada MRI taramaları Londra sitesi TRACK-HD kohort bir parçası olarak satın alındı.

Analiz Yöntemleri: Ön ve Artişleme Voxelwise algılama nedeniyle - - izotropik ya da anizotropik ya, ilgili vokselleri için yayvan veya yassı difüzyon tensör sonuçlanan aşağıdaki protokol görevi olabilir beyaz cevher yolları içinde voxelwise difüzyon özelliklerini analiz etmektir. Voksel Tensörlerin parametre FA-haritaların hesaplama veya fibertracts belirlenmesi (Şekil 1) ya için kullanılır. Aşağıda gösterildiği gibi ana...

DTG veri denekler arası ortalama sırasıyla difüzyon genliği (FA bilgilerin kullanılması ile) ve yayılma yönü (FT dayalı olarak) ile ilgili olarak elde edilebilir. FA haritaların ortalama WBSS ve TFAS tarafından konu grupların istatistiksel karşılaştırma için izin verir. Bu metodolojik çerçeve arası konu ortalama ve grup karşılaştırma ile DTI tekniklerine giriş yapılıyor. Stereotaksik normalleştirme ve grup düzeyinde FA haritaların karşılaştırılması konu grupları arasındaki farklı...

Insan beyninde difüzyon tensör görüntüleme Merkezi sinir sisteminde beyaz madde (PY) nöroglia yolları ve diğer hücre nüfusu az çeşitli ek olarak yoğun bir şekilde aksonlar oluşur. Bir akson olan aksonal membran hem de iyi hizalanmış protein lifleri beyin WM 1 anizotropik su dağılım yol açan, lif yönelimine dik su dağılım kısıtlar. Aksonlar etrafında miyelin kılıfını da hücre içi ve dışı su 2 her ikisi için de anizotropi katkıda bulunabilir. Bu anizotropi kantitatif açıklaması difüzyon tensör görüntüleme (DTG) tarafından tespit edilebilir. DTI su difüzyon yerel mikro özelliklere sahip ağırlıklı dokuların görüntüler üretir. Her pozisyonda görüntü yoğunlukları (temsil sözde difüzyon manyetik gradyan şiddeti ve yönü ile ilgili olarak, zayıflatılmışb-değeri), hem de su molekülleri 3 yaygın olan, yerel mikro, difüzyon katsayısı D skalar değeri: <img alt="Denklem 1" fo:src="/files/ftp_upload/50427/50427eq1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50427/50427eq1.jpg" /> Bununla birlikte, WM anizotropi varlığında, difüzyon artık tek bir skalar katsayısı ile karakterize edilen, ancak tensör gerektirir <img alt="Denklem 3" fo:src="/files/ftp_upload/50427/50427eq3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50427/50427eq3.jpg" /> İlk yaklaşım bu yönde 4 arasında her yönde ve korelasyon birlikte moleküler hareketlilik anlatılmaktadır. Difüzyon anizotropi özellikle WM lif yolları yönünü neden olur ve mikro-ve macrostructural özellikleri etkilenir. Mikroyapısal özellikleri arasında, intraaxonal organizasyon lif yoğunluğunun yanı sıra, difüzyon anizotropi üzerinde büyük etkisi olduğu görülmektedirnd hücre ambalaj, miyelinasyonun derecesi ve bireysel elyaf çapı. Bir makroskopik ölçekte, bir görüntüleme voksel tüm WM yolları yönde değişkenlik anizotropi 5 derecesi etkiler. Tipik DTI ölçümlerde, voksel boyutları milimetre sıralanmıştır. Bu nedenle, her bir voksel genellikle birkaç akson hem de çevresindeki su molekülleri kapsar tespit hacmi içindeki su moleküllerinin ortalama bilgi içerir. Bu çok yönlü ortama rağmen, DTI baskın aksonal yönüne hizalar en büyük ana ekseni yönünü duyarlı, yani aksonal katkı ölçülen sinyal 2 hakimdir. İlk, difüzyon anizotropi 5 ve ikinci yönünü bağımsız ölçüde, imag su difüzyon baskın yönü: DTI su difüzyon özelliği hakkında iki tür bilgi sağlare vokselleri, difüzyon dizilişi 6 yani. Aşağıdaki belirtildiği gibi mevcut protokoller, grup seviyesinde konu grupları kantitatif karşılaştırılması için DTI analiz teknikleri bir çerçeve sağlamak gerekiyor. Difüzyon özelliklerinin ölçümü - analiz parametreleri B (Denklem 1) Bir tensör olmuştur, böylece simetrik tensörünün elemanları sinyal kaybı ile sonuçlanan, en az altı olmayan doğrudaş ve eş düzlemli olmayan yönleri boyunca difüzyon gradyanlar ile ölçülebilir <img alt="Denklem 2" fo:src="/files/ftp_upload/50427/50427eq2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50427/50427eq2.jpg" /> Bu denklem dik yönde (çapraz açısından) uygulanan ve hatta uygulanan görüntüleme geçişlerini arasında olan görüntüleme ve difüzyon geçişlerini arasındaki olası etkileşimler için muhasebe gerektirirdik yönde 4. İkinci-sıra difüzyon tensör <img alt="Denklem 3" fo:src="/files/ftp_upload/50427/50427eq3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50427/50427eq3.jpg" /> her zaman tensör temel diyagonal boyunca sadece üç sıfır olmayan elemanlar terk köşegenleştirilebilir olabilir, (Özdeğer yani <img alt="Denklem 4" fo:src="/files/ftp_upload/50427/50427eq4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50427/50427eq4.jpg" /> .) Özdeğer elipsoid şekli veya yapılandırma yansıtmaktadır. Elipsoid ve laboratuvar çerçevenin koordinatlar arasındaki matematiksel ilişki özvektörler tarafından açıklanan <img alt="Denklem 5" fo:src="/files/ftp_upload/50427/50427eq5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50427/50427eq5.jpg" /> Tensör veri görüntüleme çeşitli zorluklar olduğu için, difüzyon elipsoitlerin kavramı 3 önerilmiştir. Bu e EigendiffusivitiesElipsoid eksantrikliği ile ilgili bilgi sağlar iken elipsoidin ana ekseni, liflerin yönü ile çakışan voksel temel yayılma yönü temsil llipsoids yani, ortamın difüzyon ana yönde tek boyutlu difüzyon katsayıları temsil anizotropi ve simetri derecesi. Bu nedenle, fraksiyonel anizotropi (FA) olarak difüzyon anizotropi ölçümleri 7 tanımlanabilir. <img alt="Denklem 6" fo:src="/files/ftp_upload/50427/50427eq6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50427/50427eq6.jpg" /> <img alt="Denklem 7" fo:src="/files/ftp_upload/50427/50427eq7highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50427/50427eq7.jpg" /> Tüm Özdeğer ve aritmetik ortalamasıdır. Bir başka yaklaşım traktografi approa tekabül eden, beynin WM bağlantı adresine difüzyon tensörünün ana yön kullanmaktırhangi kanal birbirine bağlı olduğu, beynin bölümleri araştırmak için niyeti. Difüzyon tensör en önemli bileşeni yönünü baskın aksonal yolları yönünü temsil ettiği varsayılarak, her vektör fiber yönü temsil eder, bir 3-D vektör alanı sağlanır. İlk kategori fiber yolu yayılma 2,8,9 her adımı için yerel tensör bilgileri kullanarak hat yayılma algoritmalar dayanmaktadır: Şu anda, iki tip ayrılabilir olabilir WM yolları yeniden inşa etmek farklı yaklaşımlar vardır. İkinci kategori yolu tabanlı mekansal istatistik yaklaşımı ile sonuçlanan iki WM bölge arasındaki enerjik en uygun yolu bulmak için küresel enerji minimizasyonu dayanmaktadır (TBSS) gibi tractwise fraksiyonel anizotropi istatistik (TFAS gibi diğer algoritmalar kullanılmıştır 10 - protokol metni, bkz. Bölüm 2.4).. Stereotaksik standı dönüşümard alanı Diğer gelişmiş MR yöntemleri gibi, bir klinik bağlamda DTI-ve FT-dayalı çalışmalar 11 metrik bazı ayrımcılığa dayalı tanı sürecini kolaylaştırmak için hastanın beyin morfolojisi kategorize nihai hedefi takip. Ortak klinik fenotip bir veya daha fazla beyin alanları veya belirli nöroanatomik ağa hasar nedeniyle olması gerekiyordu, grubun düzeyinde çalışmalar en uygun olan. Burada, farklı konular için sonuçların ortalama mikro değişiklikler ortak kalıpları değerlendirmek için yararlıdır. Her bir beyin, böylece bir ikinci adımda, ortalama aritmetik bir voksel-by-voksel düzeyde sonuç mümkündür stereotaksik uzaya aktarılır zorundadır. Mekansal normalleştirme sinyal-gürültü oranı (SNR) geliştirmek ve hasta numuneleri ve konteynerler bir karşılaştırma yapmak amacıyla farklı hastalardan elde edilen sonuçların aritmetik ortalama müsadeRols belirli bir bozukluğun hesaplama pathoanatomy analiz etmek için, belirli bir beyin sisteminin özenti ile ilişkili bir nörodejeneratif hastalık gibi. 12 tarafından standart bir stereotaksik alana normalleştirme erken yaklaşımı çeşitli beyin yerler ve beyin kadranın parça parça ölçekleme belirlenmesi içeren standart bir atlas bir dönüşüm algoritması önerdi. Günümüzde, gelişmiş MR veri analizi paketleri çoğu Montreal Nöroloji Enstitüsü (MNI) stereotaksik alanı 13 normalleştirme kullanın. Bu dönüşüm için, çalışma belirli şablonları kullanarak yarı otomatik ve otomatik beyin kaydı algoritmaları 14,15 geliştirilmiştir. DTI, özel ilgi normalleşme sürecine 16,17 sırasında yön bilgilerini korumak için çizilecek vardır. DT-MR görüntüleri için mekansal dönüşümlerin uygulanması hangi mekansal normalleşmesi için gereklidirveri setleri koleksiyonları DTS yeniden dönüşümü ile etkilenir yönelim bilgisi içeren gerçeği ile daha da karmaşık çözgü sayısal görsel aksine vardır. Bu etki dönüştürülmüş görüntünün anatomik doğruluğunu sağlamak için dikkate alınması gerekir. Burada, DTI veri setleri için afin dönüşümler uygulamak için teknikleri sunulmaktadır. Beyin hastalıkları DTI Uygulanması Uzunlamasına DTI veri karşılaştırılması aralarında bir konu veri bir uyum / kayıt olunması. Bu bağlamda, yön bilgilerin korunması (afin dönüşümler sırasında difüzyon tensör yani dönme) gereklidir. Nörodejeneratif hastalıklar için olası uygulamalar (örneğin 18,19) daha önce bildirilmiştir. DTI in vivo nöropatoloji araştırmak için güçlü bir non-invaziv teknik araç olarak kurulmuşturWM nöronal yolları ogy (örneğin 11,20,21,22). Difüzyon süreci DTG tabanlı bir miktar ölçümleri, FA, örneğin daha önce, inme 20, multipl skleroz 23, amiyotrofik lateral skleroz, 24, 25, Alzheimer hastalığı 26 olarak WM patolojilerin, geniş bir yelpazede çalışmak için hassas belirteçleri gösterilmiştir ve diğer bazı WM bozuklukları 27,28. Buna ek olarak, FT ile DTG WM yolları 23 tanımlamak için kullanılabilir. Bu teknik, hala rutin klinik kullanımda, nörolojik hastalığı yolu özgü anormalliklerin değerlendirilmesi için güçlü bir araç olarak ortaya çıkmaktadır olmasa da. Tespit yolları içinde, çeşitli kantitatif MRG endeksleri DTI verilere anatomik coregistered olan ölçülebilir ki DTI ve ek satın alma (örneğin, T2 ağırlıklı görüntülerde ve / veya manyetizasyon transfer (MT) görüntüleme) elde edilen. Bu vesile ile, her dizin calcul olabilirsistem profilleri olarak mekansal değişim gösteren araziler atıfta sistemi içinde konumunun bir fonksiyonu olarak ated. 1.5 uygulandı aşağıdaki, insan DTI taramaları Tesla MR-tarayıcılar (Siemens Medical, Erlangen, Almanya) hasta gruplarında hem de bireylerde beyaz cevher anormallikleri tespit etmek için çeşitli analiz tekniklerinin potansiyel araştırmak için kullanılmıştır. Eserler başka türlü hareket bozuk hacimleri ve hacimleri ortadan kaldırılması için otomatik bir kalite kontrol sonra, standart postprocessing işlemleri ardışık analiz için DTI verileri hazırlamak. Farklı analiz yaklaşımlar aşağıdaki gösterildiği, yani mekansal istatistik tabanlı ilk, tüm beyin (WBSS), ikinci, FT, ve üçüncü, Tractwise fraksiyonel anizotropi istatistik (TFAS). Olacak WBSS genellikle DTI verileri (VBM / DTI) üzerinde voksel tabanlı morfometri / istatistik olarak bilinir voksel tabanlı morfometri (VBM) benzer şekilde çalışan bir yöntemdir <em&gt;. VBTM başlangıçta WBSS bir fiziksel parametrenin voxelwise karşılaştırması kullanan bir yöntem ise ayrı olarak tarar kontrast farklılıkları çözülmesi gereken kontrast görüntüleri üzerinde çalışan bir yöntemdir. Algoritmik benzer olsa da, bu nedenle, WBSS ve VBM ayırt bir terminoloji aşağıdaki kullanılacaktır.

<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

Difüzyon tensör görüntüleme (DTG) teknikleri in vivo serebral beyaz cevher (WM) ve mikro süreçleri hakkında bilgi vermek. Mevcut uygulamalar uyumlu kontrollere göre farklı DTI analizler kullanılarak farklı beyin hastalıkları, özellikle nörodejeneratif hastalıkların, WM katılımı desen farklılıkları araştırmak için tasarlanmıştır. DTI veri analizi bir değişken şekilde yapılır, birlikte lif izleme ile bu fraksiyonel anizotropi gibi bölgesel difüzyon yön-tabanlı ölçümleri (FA), (FT) yani voxelwise karşılaştırılması amacıyla grup seviyesinde tractwise fraksiyonel anizotropi istatistik (TFAS) ile birlikte grup seviyesinde WM değişikliklerin bölgesel desen tanımı amaçlayan, WM yapıları birlikte FA farklılıkları tanımlamak için. Bir stereotaksik standart uzaya Dönüşüm grup çalışmaları için bir ön koşuldur ve d korumak için işlem ayrıntılı veri gerektiririrectional arası bağımlılıkları. Mevcut uygulamalar grup seviyesinde veri analizleri mekansal normalleştirme sırasında nicel ve yön bu bilgi korunması için optimize edilmiş teknik yaklaşımlar göstermektedir. Bu temelde, MS teknikleri MS tarafından tanımlanan ölçüm bilgilerini ölçmek amacıyla grubun ortalama veri uygulanabilir. Ayrıca, DTI yöntemlerin uygulanması, bireysel konu bazında bir uzunlamasına analizinde stereotaksik yönlendirmeden sonra FA-haritalarda yani farklılıkları, nörolojik hastalıkların ilerlemesi hakkında bilgi ortaya koymaktadır. DTG tabanlı bir sonuç daha da kalitesinin iyileştirilmesi yüksek gürültü seviyeleri gradyanı ile yönde kontrollü bir eleme uygulanması ile ön işleme sırasında elde edilebilir. Özet olarak, DTG tüm beyin bazlı ve kanal bazlı DTG analizi kombinasyonu, farklı beyin hastalıkları ayrı bir WM pathoanatomy tanımlamak için kullanılır.

1. Hiperkinetik bozukluğu olan QC ve hasta veri uygulama bozulmuş gradyan yönleri için düzeltme QC uygulanması ve sonraki hacim dışlama (bozuk GD için düzeltme bir sonucu olarak) etkisi için bir örnek olarak, Şekil 8 29 premanifest Huntington hastalığı grubu karşılaştırılması için ses dışlama olan ve olmayan tüm beyin temelli mekansal istatistik farklılıklar gösterir 30 yaş ve cinsiyet vs konular kontrolleri uyumlu. Tarama protokolü, 1.5 Tesla Mag...

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

MRI-tabanlı bir araç tespit olarak difüzyon tensör görüntüleme (DTG) temelde hizmet vermektedir<em&gt; In vivo</em&gt; Serebral beyaz cevher içinde nörolojik bozukluklar nedeniyle beyin ve patolojik süreçlerin mikro. DTI tabanlı analizler grup seviyesinde ve tek bir konu veri hem de beyin hastalıkları için uygulama için izin verir.

Nörodejeneratif Hastalıkların Analizi Difüzyon Tensör Manyetik Rezonans Görüntüleme

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

Özellik Takibi Manyetik Rezonans Türetilmiş Miyokard Gerinim Değerlendirmesi

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

FMRI ve Difüzyon Tensör Görüntüleme Otizm Beyin problama

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

Nörodejeneratif Hastalıklar Yüksek İçerik Tarama

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

Parkinson Hastalığı Alanında Mitokondriyal Fenotiplerinin İzleme İlköğretim İnsan Fibroblast Kullanımı

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

Manyetik Rezonans Difüzyon Tensor Görüntüleme ile Meme Mimari Özellikleri İzleme ve algılama Meme Kanseri

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

İskelet Kası Hastalığının kantitatif Manyetik Rezonans Görüntüleme

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

Fare Serebral Hipoksi-iskemi sırasında Eşzamanlı PET / MR Görüntüleme

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

7 Tesla, kardiyak manyetik rezonans görüntüleme

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

Faz kontrast manyetik rezonans görüntüleme sıçan ortak karotis arter

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

Şüpheli kardiyak Trombülerin değerlendirilmesi için kardiyak manyetik rezonans: konvansiyonel ve gelişmekte olan teknikler

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