Name: standardized data acquisition for neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging of the substantia nigra
Uploaded: 2021-09-08T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Standardized Data Acquisition for Neuromelanin-Sensitive Magnetic Resonance Imaging of the Substantia Nigra at JoVE.com

تلقى الدكتور هورغا الدعم من NIMH (R01-MH114965 ، R01-MH117323). تلقى الدكتور فينجلر الدعم من NIMH (F32-MH125540).

ملاحظة: تم إجراء البحث الذي تم إجراؤه لتطوير هذا البروتوكول وفقا لإرشادات مجلس المراجعة المؤسسية لمعهد ولاية نيويورك للطب النفسي (IRB # 7655). تم مسح موضوع واحد لتسجيل فيديو البروتوكول ، وتم الحصول على موافقة خطية مستنيرة. راجع جدول المواد للحصول على تفاصيل حول ماسح التصوير بالرنين ا?...

يلعب نظام الدوبامين دورا حاسما في الإدراك الصحي والاضطرابات العصبية والنفسية. يعد تطوير طرق غير جراحية يمكن استخدامها للتحقيق بشكل متكرر في نظام الدوبامين في الجسم الحي أمرا بالغ الأهمية لتطوير مؤشرات حيوية ذات مغزى سريري. يوفر البروتوكول الموصوف هنا إرشادات خطوة بخطوة للحصول على ص...

Neuromelanin (NM) هو صبغة داكنة موجودة في الخلايا العصبية الدوبامينية في المادة السوداء (SN) والخلايا العصبية النورادرينالية في الموضع الأزرق (LC) 1،2. يتم تصنيع NM عن طريق الأكسدة المعتمدة على الحديد من الدوبامين الخلوي والنورادرينالين ويتم تخزينها في فجوات الالتهام الذاتي في سوما3. يظهر لأول مرة في البشر حوالي 2-3 سنوات من العمر ويتراكم مع سن1،4،5.
داخل الفجوات المحتوية على NM للخلايا العصبية SN و LC ، تشكل NM مجمعات بالحديد. هذه المعقدات NM-iron هي مغناطيسية ، مما يسمح بالتصور غير الجراحي ل NM باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)6,7. تعرف فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي التي يمكنها تصور NM باسم التصوير بالرنين المغناطيسي الحساس ل NM (NM-MRI) وتستخدم إما تأثيرات نقل المغنطة المباشرة أو غير المباشرة لتوفير تباين بين المناطق ذات التركيز العالي ل NM (على سبيل المثال ، SN) والمادة البيضاء المحيطة 8,9.
تباين نقل المغنطة هو نتيجة التفاعل بين بروتونات الماء المرتبطة بالجزيئات الكبيرة (المشبعة بنبضات نقل المغنطة) وبروتونات الماء الحرة المحيطة. في NM-MRI ، يعتقد أن الطبيعة المغناطيسية لمجمعات NM-iron تقصر T1 من بروتونات الماء الحرة المحيطة ، مما يؤدي إلى تقليل تأثيرات نقل المغنطة بحيث تظهر المناطق ذات التركيز العالي NM شديدة الكثافة في فحوصات NM-MRI10. على العكس من ذلك ، تحتوي المادة البيضاء المحيطة ب SN على نسبة عالية من الجزيئات الكبيرة ، مما يؤدي إلى تأثيرات نقل مغنطة كبيرة بحيث تظهر هذه المناطق منخفضة الكثافة في فحوصات NM-MRI ، مما يوفر تباينا عاليا بين SN والمادة البيضاء المحيطة.
في SN ، يمكن أن يوفر التصوير بالرنين المغناطيسي NM-MRI علامة على فقدان خلايا الدوبامين11 ووظيفة نظام الدوبامين12. هاتان العمليتان مناسبتان للعديد من الاضطرابات العصبية والنفسية وتدعمهما مجموعة واسعة من الأعمال السريرية وما قبل السريرية. على سبيل المثال ، لوحظت تشوهات في وظيفة الدوبامين على نطاق واسع في مرض انفصام الشخصية. أظهرت الدراسات التي أجريت في الجسم الحي باستخدام التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) زيادة في إطلاق الدوبامين المخطط13،14،15،16 وزيادة قدرة تخليق الدوبامين17،18،19،20،21،22 . علاوة على ذلك ، أظهرت دراسات ما بعد الوفاة أن مرضى الفصام لديهم مستويات متزايدة من هيدروكسيلاز التيروزين - الإنزيم المحدد للمعدل المتورط في تخليق الدوبامين - في العقد القاعدية23 و SN24,25.
بحثت العديد من الدراسات في أنماط فقدان خلايا الدوبامين ، خاصة في مرض باركنسون. كشفت دراسات ما بعد الوفاة أن الخلايا العصبية الدوبامينية المصطبغة في SN هي الموقع الرئيسي للتنكس العصبي في مرض باركنسون 26,27 ، وأنه في حين أن فقدان خلايا SN في مرض باركنسون لا يرتبط بفقدان الخلايا في الشيخوخة الطبيعية28 ، إلا أنه يرتبط بمدة المرض 29 . على عكس معظم طرق التحقيق في نظام الدوبامين ، فإن عدم التدخل الجراحي والفعالية من حيث التكلفة ونقص الإشعاع المؤين يجعل NM-MRI علامة حيوية متعددة الاستخدامات30.
تم تطوير بروتوكول NM-MRI الموصوف في هذه الورقة لزيادة قابلية استنساخ NM-MRI داخل الموضوع وعبر الموضوع. يضمن هذا البروتوكول تغطية كاملة ل SN على الرغم من التغطية المحدودة لفحوصات NM-MRI في الاتجاه الأدنى الأعلى. يستخدم البروتوكول الصور السهمية والإكليلية والمحورية ثلاثية الأبعاد (3D) T1-weighted (T1w) ، ويجب اتباع الخطوات لتحقيق وضع مكدس الشرائح المناسب. تم استخدام البروتوكول المبين في هذه الورقة في دراسات متعددة31,32 وتم اختباره على نطاق واسع. أكمل Wengler et al. دراسة لموثوقية هذا البروتوكول حيث تم الحصول على صور NM-MRI مرتين في كل مشارك عبر أيام متعددة32. أظهرت معاملات الارتباط داخل الفئة موثوقية ممتازة للاختبار وإعادة الاختبار لهذه الطريقة للتحليلات القائمة على منطقة الاهتمام (ROI) و voxelwise ، بالإضافة إلى التباين العالي في الصور.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3T Magnetic Resonance Imaging</td>
			<td>General Electric</td>
			<td></td>
			<td>GE SIGNA Premier with 48-channel head coil</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

standardized data acquisition for neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging of the substantia nigra

يلعب نظام الدوبامين دورا حاسما في الإدراك الصحي (على سبيل المثال ، مكافأة التعلم وعدم اليقين) والاضطرابات العصبية والنفسية (مثل مرض باركنسون والفصام). الميلانين العصبي هو منتج ثانوي لتخليق الدوبامين الذي يتراكم في الخلايا العصبية الدوبامينية في المادة السوداء. التصوير بالرنين المغناطيسي الحساس للميلانين العصبي (NM-MRI) هو طريقة غير جراحية لقياس الميلانين العصبي في تلك الخلايا العصبية الدوبامينية ، مما يوفر مقياسا مباشرا لفقدان خلايا الدوبامين في المادة السوداء ومقياسا بديلا لوظيفة الدوبامين. على الرغم من أن التصوير بالرنين المغناطيسي NM-MRI قد ثبت أنه مفيد لدراسة الاضطرابات العصبية والنفسية المختلفة ، إلا أنه يواجه تحديا من خلال مجال رؤية محدود في الاتجاه الأدنى والأعلى مما يؤدي إلى فقدان محتمل للبيانات من الاستبعاد العرضي لجزء من المادة السوداء. بالإضافة إلى ذلك ، يفتقر المجال إلى بروتوكول موحد للحصول على بيانات NM-MRI ، وهي خطوة حاسمة في تسهيل الدراسات متعددة المواقع على نطاق واسع والترجمة إلى العيادة. يصف هذا البروتوكول إجراء وضع حجم NM-MRI خطوة بخطوة وفحوصات مراقبة الجودة عبر الإنترنت لضمان الحصول على بيانات عالية الجودة تغطي المادة السوداء بأكملها.

يوضح الشكل 4 النتائج التمثيلية لمشاركة تبلغ من العمر 28 عاما لا تعاني من اضطرابات نفسية أو عصبية. يضمن بروتوكول NM-MRI تغطية كاملة ل SN ، والتي يتم تحقيقها باتباع الخطوة 2 من البروتوكول الموضحة في الشكل 1 ، وصور NM-MRI مرضية باتباع الخطوة 3 من البروتوكول. يمكن رؤية تب?...

Watch this Scientific Journal Video about Standardized Data Acquisition for Neuromelanin-Sensitive Magnetic Resonance Imaging of the Substantia Nigra at JoVE.com

Standardized Data Acquisition for Neuromelanin-Sensitive Magnetic Resonance Imaging of the Substantia Nigra

يوضح هذا البروتوكول كيفية الحصول على بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الحساسة للميلانين العصبي للمادة السوداء.

الحصول على بيانات موحدة للتصوير بالرنين المغناطيسي الحساس للميلانين العصبي للمادة السوداء

The dopaminergic system plays a crucial role in healthy cognition (e.g., reward learning and uncertainty) and neuropsychiatric disorders (e.g., ...

يقدم البروتوكول أول إجراء موحد ومفصل للغاية خطوة بخطوة للحصول على التصوير بالرنين المغناطيسي الحساس للميلانين العصبي. سيسمح ذلك للحقل بمقارنة البيانات مباشرة عبر المواقع ودمج العينات للتحقق من صحة المؤشرات الحيوية المعممة. تستخدم هذه التقنية إجراء تنسيب مفصل وفحوصات مراقبة الجودة لتقليل فقدان البيانات.ستسهل هذه التقنية الدراسات واسعة النطاق اللازمة لتطوير والتحقق من صحة المؤشرات الحيوية في الاضطرابات العصبية والنفسية ، وخاصة لتشخيص مرض باركنسون. من المفيد مراجعة المفاهيم الأساسية في علم التشريح العصبي ، مثل مصطلحات المستويات والمواقع المختلفة للدماغ التي تسمح للمرء بالتوجيه ، أثناء فحص صور الدماغ على وحدة التحكم في الماسح الضوئي. ابدأ بالحصول على صورة عالية الدقة T1 مرجحة أو T1W بحد أقصى واحد من حجم فوكسل الخواص المتناحي الذي يتم محاذاته على طول الخط الأمامي أو الخلفي أو خط AC-PC وخط الوسط.مباشرة بعد الاستحواذ ، قم بإجراء محاذاة صورة T1W عالية الدقة من خلال إعادة التهيئة عبر الإنترنت باستخدام البرنامج المتوافق. قم بتحميل طرق العرض السهمية والإكليلية والمحورية لصورة T1W المحاذية ل AC-PC وتأكد من وجود الخطوط المرجعية التي تصور موقع كل شريحة معروضة. بعد ذلك ، افحص بصريا الشرائح السهمية للصورة المعاد تنسيقها لتحديد الصورة السهمية التي تظهر أكبر فصل بين منتصف الدماغ والمهاد.استخدم الصورة السهمية لتحديد المستوى الإكليلي بصريا ، وتحديد الجانب الأمامي من منتصف الدماغ. في الصورة الإكليلية ، حدد بصريا المستوى المحوري الذي يحدد الجانب السفلي من البطين الثالث. في الصورة السهمية ، قم بمحاذاة الحد العلوي لحجم NM-MRI مع المستوى المحوري المحدد مسبقا.بعد ذلك ، حرك الحد العلوي لحجم NM-MRI ثلاثة ملليمترات في الاتجاه الأعلى. وبالمثل ، قم بمحاذاة حجم NM-MRI مع خط الوسط في الصور المحورية والإكليلية واحصل على صور NM-MRI. قم بإجراء فحوصات مراقبة الجودة على صور NM-MRI المكتسبة من خلال التأكد من أن الصور تغطي المادة السوداء أو SN بأكملها. تأكد من أن SN مرئي في الصور المركزية ، ولكن ليس في الصور الأكثر تفوقا أو الأقل شأنا في حجم NM-MRI.إذا فشلت صور NM-MRI في الفحص الأولي لمراقبة الجودة ، كرر الاستحواذ المرجح T1 ، وإجراء وضع NM-MRI ، والاكتساب. بعد ذلك ، افحص بصريا كل شريحة من فحص NM-MRI المكتسب للتحقق من القطع الأثرية. تحقق من وجود القطع الأثرية التي تمر عبر SN والمادة البيضاء المحيطة.ابحث عن التغييرات المفاجئة في شدة الإشارة بنمط خطي لا يحترم الحدود التشريحية العادية. يجب الاحتفاظ بصور NM-MRI مع القطع الأثرية الناتجة عن الأوعية الدموية ، حيث من المرجح أن تكون هذه القطع الأثرية موجودة دائما. إذا كانت القطع الأثرية ناتجة عن حركة رأس المشاركين أو كانت غامضة ، فانسخ موضع حجم NM-MRI وأعد الحصول على صور NM-MRI.عند إعادة الاستحواذ ، إذا ظلت القطع الأثرية موجودة ، فتابع هذه الصور ، حيث يمكن أن تكون بيولوجية وليست نتيجة للحركة. يضمن البروتوكول الحصول على صور NM-MRI مرضية مع تغطية كاملة ل SN بطريقة تدريجية. في فحص الجودة الأولي للصور التي تم الحصول عليها ، كان SN مرئيا في الشريحة الأكثر تفوقا ، مما يشير إلى عدم تحقيق التغطية الكاملة ل SN.فشلت الصور في فحص الجودة الثاني بسبب وجود قطع أثرية ناتجة عن الأوعية الدموية أو القطع الأثرية الناتجة عن الحركة أو القطع الأثرية الغامضة. في التحليل التمثيلي ، يتم عرض صور NM-MRI المرضية من الأكثر أدنى إلى الأكثر تفوقا. في الصور ، يمكن رؤية تباين ممتاز بين SN ومناطق المادة البيضاء المجاورة مع عدم تركيز الميلانين العصبي.يضمن الإجراء الحصول على بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الحساسة للميلانين العصبي بطريقة موثوقة وقابلة للتكرار. يمكن استخدام البيانات للتحقيق بشكل غير جراحي في فقدان خلايا الدوبامين في الأمراض التنكسية العصبية.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

متعددة الماوس تشريحي عصبي التصوير بالرنين المغناطيسي

The field of mouse phenotyping with magnetic resonance imaging (MRI) is rapidly growing, motivated by the need for improved tools for characterizing and ...

High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

عالية الدقة التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي للطرق الدماغ المتوسط ​​الإنسان

Functional MRI (fMRI) is a widely used tool for non-invasively measuring correlates of human brain activity. However, its use has mostly been focused upon ...

Comprehensive Profiling of Dopamine Regulation in Substantia Nigra and Ventral Tegmental Area

شامل التنميط من لائحة الدوبامين في المادة السوداء والمنطقة الجوفية السقيفية

Dopamine is a vigorously studied neurotransmitter in the CNS. Indeed, its involvement in locomotor activity and reward-related behaviour has fostered five ...

The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex Metabolism

استخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي كأداة لقياس ثنائي نصف الكرة الغربي عبر الجمجمة التحفيز الكهربائي التأثيرات على الابتدائية موتور اللحاء الأيض

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of ...

High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging

High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging

عالية الدقة<em&gt; في فيفو</em&gt; دليل بروتوكول تجزئة للالإنسان الحصين الحقول الفرعية عن طريق التصوير بالرنين المغناطيسي 3T

The human hippocampus has been broadly studied in the context of memory and normal brain function and its role in different neuropsychiatric disorders has ...

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

عالية الدقة الهيكلي التصوير بالرنين المغناطيسي من تحت القشرة الإنسان<I&gt; في فيفو</I&gt; وتشريح الجثث

The focus of this study was to test the resolution limits of structural MRI of a postmortem brain compared to living human brains. The resolution of ...

A Magnetic Resonance Imaging Protocol for Stroke Onset Time Estimation in Permanent Cerebral Ischemia

بروتوكول تصوير بالرنين المغناطيسي لتقدير الوقت بداية السكتة الدماغية الاسكيمية الدماغي الدائمة

MRI provides a sensitive and specific imaging tool to detect acute ischemic stroke by means of a reduced diffusion coefficient of brain water. In a rat ...

Stereological Estimation of Dopaminergic Neuron Number in the Mouse Substantia Nigra Using the Optical Fractionator and Standard Microscopy Equipment

ستيريولوجيكال تقدير عدد الخلايا العصبية تتميز في أسود الدماغ الماوس باستخدام فراكتيوناتور الضوئية ومعدات مجهرية القياسية

In pre-clinical Parkinson&#39;s disease research, analysis of the nigrostriatal tract, including quantification of dopaminergic neuron loss within the ...

Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in Chronic Spinal Cord Compression

التصوير بالرنين المغناطيسي الانتشار في ضغط الحبل الشوكي المزمن

Chronic spinal cord compression is the most common cause of spinal cord impairment in patients with nontraumatic spinal cord damage. Conventional magnetic ...

Semi-Quantitative Determination of Dopaminergic Neuron Density in the Substantia Nigra of Rodent Models using Automated Image Analysis

تحديد شبه كمي لكثافة الخلايا العصبية الدوبامين في Substantia Nigra من نماذج القوارض باستخدام تحليل الصورة الآلي

Estimation of the number of dopaminergic neurons in the substantia nigra is a key method in pre-clinical Parkinson's disease research. Currently, unbiased ...