Høj opløsning<em> In vivo</em> Manuel Segmentering Protokol for humant hippocampus Underfelter Brug 3T Magnetic Resonance Imaging

Hippocampus er en udbredt undersøgt medial tindingelappen struktur, der er forbundet med episodisk hukommelse, rumlig navigation og andre kognitive funktioner ^10,31. Dets rolle i neurodegenerative og neuropsykiatriske lidelser, såsom Alzheimers sygdom, skizofreni og bipolar lidelse er veldokumenteret ^{4,5,18,24,30.} Målet med dette manuskript er at give yderligere detaljer til den manuelle segmentering protokol offentliggjort tidligere ³⁴ for humane hippocampus delfelter på høj opløsning magnetisk resonans (MR) billeder erhvervet ved 3T. Derudover vil videokomponenten ledsager denne manuskript yde yderligere bistand til forskere, der ønsker at gennemføre protokollen på deres egne datasæt.

Hippocampus kan opdeles i underfelter baseret på cytoarchitectonic observerede forskelle i histologisk fremstillede post mortem-prøver ^12,22. Sådanne post mortem prøver definerer Ground sandhed for identifikation og undersøgelse af hippocampus delfelter; Men præparater af denne art kræver særlige færdigheder og udstyr til farvning, og er begrænset af tilgængeligheden af fikseret væv, især i syge populationer. In vivo imaging har den fordel af et meget større pulje af emner og præsenterer også mulighed for føl- up undersøgelser og observere ændringer i populationer. Selv om det er påvist, at signalintensiteter i T2-vægtede ex vivo MR-billeder afspejler celledensitet ^13, er det stadig vanskeligt at identificere enighed om grænser mellem underfelter udelukkende med MR-signal intensiteter. Som sådan er der blevet udviklet en række forskellige metoder til at identificere histologi-plan detalje på MR-billeder.

Nogle grupper har gjort en indsats for at genopbygge og digitalisere histologiske datasæt og derefter bruge disse rekonstruktioner sammen med billedet registrering teknikker til at lokalisere hippocampus delfelt neuroanatnomi på in vivo-MR ^{1,2,8,9,14,15,17,32.} Selv om dette er en effektiv teknik til kortlægning en version af den histologiske jorden sandheden direkte på MR-billeder, er vanskelige at gennemføre rekonstruktioner af denne art. Projekter som disse er begrænset af tilgængeligheden af intakte mediale tidsmæssige lap prøver, histologiske teknikker, datatab under histologisk behandling, og de ​​grundlæggende morfologiske uoverensstemmelser mellem faste og i hjerner vivo. Andre grupper har brugt high-field scannere (7T eller 9.4T) i et forsøg på at erhverve in vivo eller ex vivo billeder med en lille nok (0,20-0,35 mm isotrop) voxelstørrelsen at visualisere rumligt lokaliseret forskelle i billedets kontrast, der bruges til udlede grænser mellem delfelter ^35,37. Selv ved 7T-9.4T og med sådan en lille voxel størrelse, ikke er synlige de cytoarchitectonic karakteristika hippocampus underfelter. Som sådan har manuelle segmentering protokoller blevet udviklet, som enpproximate de kendte histologiske grænser på MR-billeder. Disse protokoller bestemmer underfelt grænser ved at fortolke lokale forskelle billede kontrast og definerer geometriske regler (såsom lige linjer og vinkler) i forhold til synlige strukturer. Selv billeder taget ved en høj feltstyrke er i stand til at tilbyde detaljeret indblik i hippocampus delfelter, høj-field scannere er endnu ikke almindelige i kliniske eller forskning indstillinger, så 7T og 9.4T protokoller øjeblikket har begrænset anvendelighed. Tilsvarende protokoller er blevet udviklet til billeder, der er indsamlet på 3T og 4T scannere ^{11,20,21,23,24,25,28,33.} Mange af disse protokoller er baseret på billeder med sub-1 mm voxels voxel dimensioner i koronale fly, men har store skive tykkelser (0,8-3 mm) ^{11,20,21,23,25,28,33} eller store inter-slice afstande ^20,28, som begge medfører en væsentlig bias i målingen estimering af mængder af de enkelte underfelter. Derudover har mange af de eksisterende 3T protokollerudelukke delfelter i hele eller en del af det hippocampus hoved eller hale ^20,23,25,33 eller ikke give detaljerede segmenteringer af vigtige substrukturer (dvs. kombinere GD med CA2 / CA3 eller omfatter ikke strata radiatum / lacunosum / moleculare af CA) ^{11,20,21,23,24,25,28,33.} Der er derfor et behov på området for en detaljeret beskrivelse af en protokol, der kan pålideligt identificere relevante delfelter i hele hovedet, krop og hale af hippocampus, der er baseret på en scanner almindeligt tilgængelige i kliniske og forskningsmæssige indstillinger. Der arbejdes i øjeblikket i gang med Hippocampal Underfelter Group (www.hippocampalsubfields.com) for at harmonisere hippocampus underfelt segmentering proces mellem laboratorier, var magen til et eksisterende harmonisering indsats for hele hippocampus segmentering ^6, og et indledende dokument sammenligner 21 eksisterende protokoller for nylig offentliggjort ³⁸ . Arbejdet fra denne gruppe vil yderligere belyse optimal segmentering procerer.

Dette håndskrift indeholder detaljerede skriftlige og video instruktioner til pålidelig gennemførelse af hippocampus underfelt segmentering protokol tidligere beskrevet af Winterburn og kolleger ^{34 om} høj opløsning 3T MR-billeder. Protokollen er blevet implementeret på fem billeder af raske kontrolpersoner for hele hippocampus og fem hippocampus delfelter (CA1, CA2 / CA3, CA4 / tandede gyrus, strata radiatum / lacunosum / moleculare og subiculum). Disse segmenterede billeder er tilgængelige for offentligheden online (cobralab.ca/atlases/Hippocampus). Protokollen og de segmenterede billeder vil være nyttigt for grupper, der ønsker at studere nærmere hippocampus neuroanatomi i MR-billeder.