Name: standardized data acquisition for neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging of the substantia nigra
Uploaded: 2021-09-08T13:00:00
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Horga博士得到了NIMH的支持（R01-MH114965，R01-MH117323）。Wengler博士得到了NIMH的支持（F32-MH125540）。

注意：为制定此协议而进行的研究是根据纽约州精神病学研究所机构审查委员会指南（IRB #7655）进行的。扫描一名受试者以记录协议视频，并获得书面知情同意。有关此协议中使用的MRI扫描仪的详细信息，请参阅 材料表 。
1. 磁共振成像采集参数
<ol><li>准备使用具有以下参数的3D磁化制备的快速采集梯度回波（MPRAGE）序列获取高分辨率T1w图像：空间分辨率= 0.8 x 0...

多巴胺能系统在健康的认知和神经精神疾病中起着至关重要的作用。开发可用于重复研究 体内多 巴胺能系统的无创方法对于开发具有临床意义的生物标志物至关重要。此处描述的协议提供了获取SN的高质量NM-MRI图像的分步说明，包括NM-MRI体积的放置和质量控制检查，以确保可用数据。
尽管在其他地方已经讨论了用于分析NM-MRI数据的详细协议，但为了完整起见，我们简?...

神经黑色素 （NM） 是一种深色色素，存在于黑质 （SN） 和腔规则位点 （LC） 的去甲肾上腺素能神经元中1，2。NM由胞质多巴胺和去甲肾上腺素的铁依赖性氧化合成，并储存在体细胞3的自噬液泡中。它首先出现在 2-3 岁左右的人类中，并在1，4，5 岁时累积。
在SN和LC神经元的含NM的液泡内，NM与铁形成复合物。这些NM-铁配合物是顺磁性的，允许使用磁共振成像（MRI）对NM进行无创可视化6，7。可以可视化 NM 的 MRI 扫描称为 NM 敏感 MRI （NM-MRI），并使用直接或间接磁化转移效应来提供高 NM 浓度区域（例如 SN）与周围白质之间的对比度8，9。
磁化转移对比是大分子结合的水质子（被磁化转移脉冲饱和）与周围自由水质子之间相互作用的结果。在NM-MRI中，据信NM-铁配合物的顺磁性缩短了周围自由水质子的T1 ，从而减少了磁化转移效应，因此NM浓度较高的区域在NM-MRI扫描中出现高强度10。相反，SN周围的白质具有高大分子含量，导致较大的磁化转移效应，因此这些区域在NM-MRI扫描上出现低信号，从而在SN和周围白质之间提供高对比度。
在SN中，NM-MRI可以提供多巴胺能细胞丢失的标志物11和多巴胺系统功能12。这两个过程与几种神经精神疾病有关，并得到了大量临床和临床前工作的支持。例如，在精神分裂症中广泛观察到多巴胺功能异常;使用正电子发射断层扫描（PET）的体内研究表明纹状体多巴胺释放增加13，14，15，16和多巴胺合成能力增加17，18，19，20，21，22.此外，尸检研究表明，精神分裂症患者的基底神经节23 和 SN24，25 中的酪氨酸羟化酶（参与多巴胺合成的限速酶）水平升高。
一些研究调查了多巴胺能细胞丢失的模式，特别是在帕金森病中。验尸研究表明，SN的色素多巴胺能神经元是帕金森病神经变性的主要部位26，27，虽然帕金森病中的SN细胞丢失与正常衰老中的细胞损失无关28，但它与疾病的持续时间相关29.与大多数研究多巴胺能系统的方法不同，NM-MRI的非侵入性，成本效益和无电离辐射使NM-MRI成为多功能生物标志物30。
本文中描述的NM-MRI方案旨在提高NM-MRI的受试者内和受试者间可重复性。该协议可确保SN的完全覆盖，尽管NM-MRI扫描在下-上方向的覆盖范围有限。该协议使用矢状面、冠状面和轴向三维 （3D） T1 加权 （T1w） 图像，应遵循这些步骤以实现正确的切片堆叠放置。本文中概述的方案已在多项研究中使用31，32，并经过了广泛的测试。Wengler等人完成了一项关于该协议可靠性的研究，其中每个参与者在多天内获取两次NM-MRI图像32。类内相关系数表明，该方法对于基于感兴趣区域（ROI）和体素分析的测试重测可靠性以及图像中的高对比度表现出色。

<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

多巴胺能系统在健康的认知（例如，奖励学习和不确定性）和神经精神疾病（例如，帕金森病和精神分裂症）中起着至关重要的作用。神经黑色素是多巴胺合成的副产物，积聚在黑质的多巴胺能神经元中。神经黑色素敏感磁共振成像（NM-MRI）是一种测量这些多巴胺能神经元中神经黑色素的非侵入性方法，可直接测量黑质中多巴胺能细胞丢失和多巴胺功能的代理测量。尽管NM-MRI已被证明可用于研究各种神经精神疾病，但它受到下-上方向的有限视野的挑战，导致意外排除部分黑质可能导致数据丢失。此外，该领域缺乏用于获取NM-MRI数据的标准化协议，这是促进大规模多站点研究和临床转化的关键步骤。该协议描述了一步一步的NM-MRI体积放置程序和在线质量控制检查，以确保获得覆盖整个黑质的高质量数据。

图4 显示了一名没有精神或神经系统疾病的28岁女性参与者的代表性结果。NM-MRI方案通过遵循 图1中概述的方案步骤2确保SN的完全覆盖，并通过遵循协议的步骤3确保NM-MRI图像令人满意。可以看到SN与NM浓度可忽略不计的相邻白质区域（即脑壳）之间的出色对比度。采集后立即检查这些图像，以确保SN的适当覆盖并检查伪影。由于SN的完全覆盖没有任何伪影?...

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

该协议显示了如何获取黑质的神经黑色素敏感磁共振成像数据。

黑质神经黑色素敏感磁共振成像的标准化数据采集

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

该协议提出了第一个标准化和高度详细的分步程序，用于获取神经黑色素敏感的MRI。这将使该领域能够直接比较不同地点的数据，并结合样本来验证广义生物标志物。该技术使用详细的放置程序和质量控制检查来最大程度地减少数据丢失。该技术将促进开发和验证神经精神疾病生物标志物所需的大规模研究，特别是用于诊断帕金森病。回顾神经解剖学的基本概念很有用，例如允许人们定向的大脑不同平面和位置的术语，同时在扫描仪控制台上检查大脑图像。首先获取最大 1 毫米各向同性体素大小的高分辨率 T1 加权或 T1W 图像，该图像沿前连合、后连合或 AC-PC 线和中线对齐。采集后，立即使用兼容软件在线重新格式化，对高分辨率T1W图像进行对齐。加载 AC-PC 对齐的 T1W 图像的矢状面、冠状面和轴向视图，并确保存在描述每个显示切片位置的参考线。接下来，目视检查重新格式化图像的矢状切片，以识别显示中脑和丘脑之间最大分离的矢状面图像。使用矢状面直观地识别冠状平面，描绘出中脑的最前方。在冠状图像中，目视识别勾勒出第三心室下侧的轴向平面。在矢状图像上，将NM-MRI体积的上边界与先前确定的轴向平面对齐。然后，将NM-MRI体积的上边界沿上级方向移动三毫米。同样，将NM-MRI体积与轴向和冠状图像中的中线对齐，并获取NM-MRI图像。通过确保图像覆盖整个黑质或SN，对采集的NM-MRI图像进行质量控制检查。确认SN在中央图像中可见，但在NM-MRI体积的最优越或最差的图像中不可见。如果 NM-MRI 图像未通过初步质量控制检查，请重复 T1 加权采集、NM-MRI 放置程序和采集。接下来，目视检查采集的NM-MRI扫描的每个切片以检查是否有伪影。检查是否有穿过SN和周围白质的伪影。寻找信号强度的突然变化，其线性模式不尊重正常的解剖边界。应保留带有血管伪影的NM-MRI图像，因为这些伪影很可能始终存在。如果伪影是由于参与者的头部运动或模棱两可的，请复制NM-MRI体积放置并重新获取NM-MRI图像。重新采集后，如果文物仍然存在，请继续处理这些图像，因为它们可能是生物的，而不是运动的结果。该协议确保以逐步方式完全覆盖SN的令人满意的NM-MRI图像。在采集图像的初始质量检查中，SN在最优越的切片中可见，表明没有实现SN的完全覆盖。由于存在血管引起的伪影、运动引起的伪影或模糊的伪像，图像未通过第二次质量检查。在代表性分析中，显示了从最劣到最优的NM-MRI图像。在图像上，可以看到SN与没有神经黑色素浓度的相邻白质区域之间的出色对比度。该程序可确保以可靠和可重复的方式获取高质量的神经黑色素敏感MRI数据。这些数据可用于非侵入性研究神经退行性疾病中的多巴胺细胞损失。

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

多鼠神经解剖学磁共振成像

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科研

神经科学

High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

高分辨率人类中脑功能磁共振成像方法

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

在黑质和腹侧被盖区多巴胺调控的综合性能分析

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

磁共振波谱的用途，用于对初级运动皮层新陈代谢双半球经颅电刺激效果的测量工具一

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

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高分辨率<em&gt;在体内</em&gt;使用3T磁共振成像手动分割协议为人类海马子字段

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

高分辨率结构磁共振人类皮质下的成像<I&gt;在体内</I&gt;与死亡

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

脑缺血中风发作时间估计的磁共振成像协议

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

用光学分馏塔和标准显微镜设备对小鼠黑质多巴胺能神经元数的视学估计

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

扩散张量磁共振成像在慢性脊髓压迫中的应用

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

使用自动图像分析对啮齿动物模型的亚斯坦蒂娅尼格拉多巴明神经元密度进行半定量测定

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