Name: standardized data acquisition for neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging of the substantia nigra
Uploaded: 2021-09-08T13:00:00
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호르가 박사는 NIMH (R01-MH114965, R01-MH117323)의 지원을 받았습니다. 벵글러 박사는 NIMH (F32-MH125540)의 지원을 받았습니다.

참고 :이 프로토콜을 개발하기 위해 수행 된 연구는 뉴욕 주 정신과 연구소 기관 검토위원회 지침 (IRB # 7655)에 따라 수행되었습니다. 한 명의 피험자를 프로토콜 비디오 녹화를 위해 스캔하고 서면 사전 동의를 얻었습니다. 이 프로토콜에 사용되는 MRI 스캐너에 대한 자세한 내용은 재료 표를 참조하십시오.
1. MRI 획득 매개 변수
<ol><li>다음 매개 변수를 사용하여 3...

도파민 성 시스템은 건강한인지 및 신경 정신병 장애에 중요한 역할을합니다. 생체 내에서 도파민성 시스템을 반복적으로 조사하는 데 사용할 수 있는 비침습적 방법의 개발은 임상적으로 의미 있는 바이오마커의 개발에 매우 중요합니다. 여기에 설명된 프로토콜은 사용 가능한 데이터를 보장하기 위한 NM-MRI 볼륨 배치 및 품질 관리 검사를 포함하여 SN의 고품질 NM-MRI 이미지를 획득하기 위...

뉴로멜라닌(NM)은 흑질질(SN)의 도파민성 뉴런과 유전자좌(LC)의 노르아드레날린성 뉴런에서 발견되는 어두운 색소입니다.1,2. NM은 시토졸 도파민과 노르에피네프린의 철 의존적 산화에 의해 합성되며 소마3의 자가포식 액포에 저장됩니다. 2-3세 경에 인간에게 처음 나타나며 1,4,5세에 축적됩니다.
SN 및 LC 뉴런의 NM 함유 액포 내에서 NM은 철과 복합체를 형성합니다. 이러한 NM-철 복합체는 상자성이므로 자기 공명 영상(MRI)6,7을 사용하여 NM의 비침습적 시각화가 가능합니다. NM을 시각화 할 수있는 MRI 스캔은 NM 민감성 MRI (NM-MRI)로 알려져 있으며 직접 또는 간접 자화 전달 효과를 사용하여 NM 농도가 높은 영역 (예 : SN)과 주변 백질 8,9 간의 대비를 제공합니다.
자화 전달 대비는 거대 분자 결합 물 양성자 (자화 전달 펄스에 의해 포화 됨)와 주변 자유 수 양성자 사이의 상호 작용의 결과입니다. NM-MRI에서, NM-철 복합체의 상자성 성질은 주변 자유수 양성자의T1 을 단축시켜 자화 전달 효과를 감소시켜 NM-MRI 스캔(10)에서 NM 농도가 높은 영역이 초강렬하게 나타나도록 하는 것으로 여겨진다. 반대로, SN을 둘러싼 백질은 고분자 함량이 높기 때문에 자화 전달 효과가 커서 NM-MRI 스캔에서 이러한 영역이 저강도로 나타나 SN과 주변 백질 사이에 높은 대비를 제공합니다.
SN에서, NM-MRI는 도파민성 세포 손실(11) 및 도파민계 기능(12)의 마커를 제공할 수 있다. 이 두 과정은 여러 신경 정신병 적 장애와 관련이 있으며 방대한 임상 및 전임상 작업에 의해 뒷받침됩니다. 예를 들어, 도파민 기능의 이상은 정신 분열증에서 널리 관찰되었습니다. 양전자 방출 단층 촬영 (PET)을 사용한 생체 내 연구에 따르면 선조체 도파민 방출13,14,15,16이 증가하고 도파민 합성 능력이17,18,19,20,21,22 증가했습니다. . 또한, 사후 연구에 따르면 정신 분열증 환자는 기저핵23 및 SN 24,25에서 도파민 합성에 관여하는 속도 제한 효소 인 티로신 하이드 록 실라 제 수치가 증가했습니다.
여러 연구에서 특히 파킨슨 병에서 도파민 성 세포 손실 패턴을 조사했습니다. 사후 연구에 따르면 SN의 색소 도파민 성 뉴런은 파킨슨 병에서 신경 퇴행의 주요 부위이며26,27, 파킨슨 병의 SN 세포 손실은 정상 노화의 세포 손실과 상관 관계가 없지만28, 질병의 지속 기간과 상관 관계가 있습니다 29 . 도파민 성 시스템을 조사하는 대부분의 방법과 달리 비 침습성, 비용 효율성 및 전리 방사선의 부족으로 인해 NM-MRI는 다목적 바이오 마커30입니다.
이 논문에 설명된 NM-MRI 프로토콜은 NM-MRI의 피험자 내 및 피험자 간 재현성을 모두 증가시키기 위해 개발되었습니다. 이 프로토콜은 열등한 우수한 방향의 NM-MRI 스캔의 제한된 적용 범위에도 불구하고 SN의 전체 범위를 보장합니다. 이 프로토콜은 시상, 관상 및 축 3차원(3D) T1 강조(T1w) 이미지를 사용하며 적절한 슬라이스 스택 배치를 달성하기 위해 단계를 따라야 합니다. 이 논문에 요약 된 프로토콜은 여러 연구31,32에서 활용되었으며 광범위하게 테스트되었습니다. Wengler et al. NM-MRI 이미지가 여러 날에 걸쳐 각 참가자에서 두 번 획득 된이 프로토콜의 신뢰성에 대한 연구를 완료했습니다32. 클래스 내 상관 계수는 관심 영역(ROI) 기반 및 복셀와이즈 분석에 대한 이 방법의 우수한 테스트-재테스트 신뢰성과 이미지의 높은 대비를 입증했습니다.

<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

도파민 성 시스템은 건강한인지 (예 : 보상 학습 및 불확실성) 및 신경 정신 장애 (예 : 파킨슨 병 및 정신 분열증)에 중요한 역할을합니다. 뉴로멜라닌은 흑질의 도파민성 뉴런에 축적되는 도파민 합성의 부산물입니다. 뉴로멜라닌 민감성 자기공명영상(NM-MRI)은 이러한 도파민성 뉴런에서 뉴로멜라닌을 측정하는 비침습적 방법으로, 흑질의 도파민성 세포 손실을 직접 측정하고 도파민 기능의 대리 측정을 제공합니다. NM-MRI는 다양한 신경 정신 장애를 연구하는 데 유용한 것으로 나타 났지만, 열등한 우월한 방향의 제한된 시야로 인해 흑질의 일부를 우발적으로 배제하여 데이터가 손실 될 수 있습니다. 또한이 분야에는 대규모 다중 사이트 연구 및 임상 번역을 촉진하는 중요한 단계 인 NM-MRI 데이터 수집을위한 표준화 된 프로토콜이 부족합니다. 이 프로토콜은 전체 흑질에 대한 양질의 데이터 수집을 보장하기 위해 단계별 NM-MRI 볼륨 배치 절차 및 온라인 품질 관리 검사를 설명합니다.

그림 4 는 정신 또는 신경 장애가없는 28 세 여성 참가자의 대표 결과를 보여줍니다. NM-MRI 프로토콜은 그림 1에 설명된 프로토콜의 2단계에 따라 달성된 SN의 완전한 커버리지와 프로토콜의 3단계에 따라 만족스러운 NM-MRI 이미지를 보장합니다. NM 농도가 무시할 수 있는 SN과 이웃 백질 영역(즉, crus cerebri) 사이의 우수한 대비를 볼 수 있습니다. 이러한 이?...

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

이 프로토콜은 흑질의 뉴로멜라닌 민감성 자기공명영상 데이터를 획득하는 방법을 보여준다.

흑질의 뉴로멜라닌 민감성 자기공명영상을 위한 표준화된 데이터 수집

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

이 프로토콜은 신경 멜라닌에 민감한 MRI를 획득하기위한 최초의 표준화되고 매우 상세한 단계별 절차를 제시합니다. 이를 통해 현장은 사이트 간 데이터를 직접 비교하고 샘플을 결합하여 일반화된 바이오마커를 검증할 수 있습니다. 이 기술은 상세한 배치 절차와 품질 관리 검사를 사용하여 데이터 손실을 최소화합니다.이 기술은 신경 정신 장애, 특히 파킨슨 병 진단을 위해 바이오 마커를 개발하고 검증하는 데 필요한 대규모 연구를 촉진 할 것입니다. 스캐너 콘솔에서 뇌 이미지를 검사하면서 방향을 잡을 수 있도록 하는 뇌의 다양한 평면 및 위치에 대한 용어와 같은 신경 해부학의 기본 개념을 검토하는 것이 유용합니다. 전방 교합, 후방 교합 또는 AC-PC 라인과 정중선을 따라 정렬된 최대 1mm 등방성 복셀 크기의 고해상도 T1 강조 또는 T1W 이미지를 획득하여 시작합니다.획득 직후 호환되는 소프트웨어로 온라인 재 포맷을 통해 고해상도 T1W 이미지의 정렬을 수행하십시오. AC-PC 정렬 T1W 이미지의 시상, 관상 및 축 뷰를 로드하고 표시된 각 슬라이스의 위치를 나타내는 참조선이 있는지 확인합니다. 다음으로, 다시 포맷된 이미지의 시상 조각을 육안으로 검사하여 중뇌와 시상 사이의 가장 큰 간격을 보여주는 시상 이미지를 식별합니다.시상 이미지를 사용하여 관상 평면을 시각적으로 식별하여 중뇌의 가장 앞쪽 측면을 묘사합니다. 코로나 이미지에서 세 번째 뇌실의 열등한 측면을 설명하는 축 평면을 시각적으로 식별하십시오. 시상 이미지에서 NM-MRI 볼륨의 상위 경계를 이전에 식별된 축 평면에 맞춥니다.그런 다음 NM-MRI 볼륨의 상위 경계를 상위 방향으로 3mm 이동합니다. 마찬가지로 NM-MRI 볼륨을 축 및 관상 이미지의 정중선에 정렬하고 NM-MRI 이미지를 획득합니다. 획득한 NM-MRI 이미지에 대해 이미지가 전체 흑질 또는 SN을 포함하는지 확인하여 품질 관리 검사를 수행합니다. SN이 중앙 이미지에서 보이지만 NM-MRI 볼륨의 가장 우수하거나 가장 낮은 이미지에서는 보이지 않는지 확인합니다.NM-MRI 이미지가 예비 품질 관리 검사에 실패하면 T1 강조 획득, NM-MRI 배치 절차 및 획득을 반복합니다. 다음으로, 획득한 NM-MRI 스캔의 각 슬라이스를 육안으로 검사하여 아티팩트를 확인합니다. SN과 주변 백질을 통과하는 아티팩트를 확인합니다.정상적인 해부학적 경계를 존중하지 않는 선형 패턴으로 신호 강도의 급격한 변화를 찾으십시오. 혈관에서 생성된 인공물이 있는 NM-MRI 이미지는 이러한 인공물이 항상 존재할 가능성이 높기 때문에 유지해야 합니다. 아티팩트가 참가자의 머리 움직임으로 인한 것이거나 모호한 경우 NM-MRI 볼륨 배치를 복사하고 NM-MRI 이미지를 다시 획득합니다.재획득 시 아티팩트가 남아 있으면 움직임의 결과가 아니라 생물학적 이미지일 수 있으므로 이러한 이미지로 진행하십시오. 이 프로토콜은 단계적으로 SN을 완벽하게 커버하면서 만족스러운 NM-MRI 이미지를 획득하도록 보장합니다. 획득한 이미지의 초기 품질 검사에서 SN은 가장 우수한 슬라이스에서 볼 수 있었으며, 이는 SN의 전체 커버리지가 달성되지 않았음을 나타냅니다.이미지는 혈관에서 발생하는 아티팩트, 움직임으로 인한 아티팩트 또는 모호한 아티팩트가 존재하기 때문에 두 번째 품질 검사에 실패했습니다. 대표 분석에서는 가장 열등한 것부터 가장 우수한 것까지 만족스러운 NM-MRI 이미지가 표시됩니다. 이미지에서 SN과 뉴로멜라닌 농도가 없는 이웃 백질 영역 사이의 우수한 대비를 볼 수 있었습니다.이 절차는 양질의 뉴로멜라닌에 민감한 MRI 데이터가 신뢰할 수 있고 반복 가능한 방식으로 획득되도록 합니다. 상기 데이터는 신경퇴행성 질환에서 도파민 세포 손실을 비침습적으로 조사하는데 사용될 수 있다.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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연구

신경과학

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높은 해상도<em&gt; 생체</em&gt; 3T 자기 공명 영상을 이용하여 인간의 해마 서브 필드에 대한 수동 분할 프로토콜

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인간 Subcortex의 고해상도 구조 자기 공명 영상<I&gt; 생체</I&gt; 및 사후

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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

확산 텐서 만성 척수 압축에서 자기 공명 이미징

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

자동 이미지 분석을 사용하여 설치류 모델의 실질적인 Nigra에서 도파민성 뉴런 밀도의 반정량 측정

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