높은 해상도<em> 생체</em> 3T 자기 공명 영상을 이용하여 인간의 해마 서브 필드에 대한 수동 분할 프로토콜
Summary
The goal of this manuscript is to study the hippocampus and hippocampal subfields using MRI. The manuscript describes a protocol for segmenting the hippocampus and five hippocampal substructures: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus, strata radiatum/lacunosum/moleculare, and subiculum.
Abstract
인간 해마가 넓게 메모리 정상적인 뇌 기능 및 다른 신경 정신 질환에서의 역할과 관련하여 연구되었다 심하게 검토되고있다. 많은 영상 검사는 단일의 일체형 구조로서 신경 해부학 해마 치료 동안, 복잡한 3 차원 형상을 여러 서브 필드로 이루어지는 사실이다. 따라서, 이러한 서브 필드는 특수한 기능을 수행하고 차분 다른 질환 상태의 과정을 통해 영향을받는 것으로 알려져있다. 자기 공명 (MR) 촬상은 해마와 그 서브 필드의 형태를 심문하는 강력한 도구로 사용될 수있다. 많은 그룹이 서브 이미지 고급 이미징 소프트웨어 및 하드웨어 (> 3T)를 사용한다; 그러나 이러한 종류의 기술은 대부분의 연구 및 임상 이미징 센터에서 쉽게 사용하지 못할 수 있습니다. 이러한 요구를 해결하기 위해,이 원고는 전체 전후방 길이를 분할에 대한 자세한 단계별 프로토콜을 제공cornu ammonis (CA) 1, CA2 / CA3, CA4 / 치아 이랑 (dentate gyrus) (DG), 지층 radiatum / lacunosum / moleculare (SR / SL / SM) 및 subiculum : 해마와 그 서브 필드. 이 프로토콜은 다섯 명 (; 나이 29-57, 평균 37. 3 층, 2M)에 적용되었습니다. 프로토콜의 신뢰성은 주사위의 카파 메트릭을 사용하여 중복을 오른쪽 또는 각 과목의 왼쪽 해마를 resegmenting 및 컴퓨팅에 의해 평가된다. 다섯 과목에 걸쳐 주사위의 카파 (범위)를 평균 있습니다 전체 해마, 0.91 (0.90-0.92); (CA1), 0.78 (0.77-0.79); CA2 / CA3, 0.64 (0.56-0.73); CA4 / 치아 이랑 (dentate gyrus), 0.83 (0.81-0.85); 지층 radiatum / lacunosum / moleculare, 0.71 (0.68-0.73); 0.75 (0.72-0.78)를 subiculum. 여기에 제시된 분할 프로토콜은 일반적으로 사용하는 MR 도구를 사용하여 생체 내에서 해마와 해마 서브 필드를 연구하는 신뢰할 수있는 방법으로 다른 실험실을 제공합니다.
Introduction
해마는 일시적인 메모리 공간 탐색 및 다른인지 기능과 관련된 10,31 널리 연구 측두엽 구조이다. 알츠하이머 병, 정신 분열증 및 양극성 장애와 같은 신경 퇴행성 질환 및 신경 정신 질환에서의 역할은 4,5,18,24,30 잘 설명되어 있습니다. 이 원고의 목표는 3T에서 취득 고해상도 자기 공명 (MR) 화상에 인간 해마의 서브 필드에 대해 이전에 34 출판 수동 분할 프로토콜에 부가적인 세부 사항을 제공하는 것이다. 또한,이 원고를 함께 제공되는 비디오 구성 요소는 자신의 데이터 세트에 대한 프로토콜을 구현하고자하는 연구자들에게 추가 지원을 제공 할 것입니다.
해마가에서 조직 학적으로 제조 된 사후 관찰 cytoarchitectonic 차이를 기반으로 서브 필드로 나눌 수는 12, 22을 표본. 이러한 사후 표본 GROU를 정의차 식별 및 해마 서브 필드의 연구에 대한 진실; 이러한 성격의 제제는 염색 기술과 장비를 전문이 필요하며, 특히 질병 개체군에서, 고정 된 조직의 가용성에 의해 제한되어 있지만. 생체 내 이미징 피사체의보다 큰 풀의 이점을 갖고, 또한 follow-위한 기회를 제공 연구 및 인구에서 관찰 변화입니다. 이 T2 강조 생체 MR 이미지에서 그 신호 세기를 도시 하였지만 세포 밀도가 13, 그것이 전적으로 MR 신호 세기를 이용하여 서브 필드 사이에 확실한 경계를 식별하기 위해 여전히 어렵다 반영한다. 이와 같이, MR 영상에 조직학 레벨 세부 사항을 특정하기위한 다른 접근 방법이 개발되어왔다.
일부 그룹은 해마 서브 필드 neuroanat을 지역화하는 재구성과 조직 학적 데이터 세트를 디지털화하고 이미지 등록 기술과 함께이 복원을 사용하기위한 노력을 만들었습니다생체 MR 1,2,8,9,14,15,17,32에 OMY. 이 직접 자기 공명 영상 상 조직 학적 지상 진실의 버전을 매핑하기위한 효과적인 방법이지만,이 자연의 복원을 완료하기 어렵다. 이와 같은 프로젝트는 그대로 내측 측두엽 표본, 조직 학적 기법, 조직 학적 처리 중 데이터 손실, 고정 및 생체 뇌 사이의 기본적인 형태 학적 불일치의 가용성에 의해 제한됩니다. 다른 그룹은 생체 내에서 획득하기위한 노력의 일환으로 높은 필드 스캐너 (7T 또는 9.4T)를 사용하고 또는 전 충분히 작은 (0.20-0.35 mm의 등방성) 복셀 크기의 생체 내 이미지가 공간적으로 사용되는 이미지의 명암 차이를 지역화 시각화 서브 필드 35, 37 사이의 경계를 추론. 심지어 7T-9.4T에서와 같은 작은 복셀 크기, 해마 서브 필드의 cytoarchitectonic 특성은 볼 수 없습니다. 이와 같이, 수동 분할 프로토콜이 개발되어왔다자기 공명 영상에 알려진 조직 학적 경계를 pproximate. 이러한 프로토콜은 로컬 이미지 콘트라스트의 차이를 해석하고 표시 구조물에 대하여 (예를 들면 직선 및 각도 등) 기하학 규칙을 정의하여 서브 필드의 경계를 결정한다. 높은 전계 강도에서 촬영 한 이미지는 해마 서브 필드에 대한 자세한 통찰력을 제공 할 수 있지만 7T와 9.4T 프로토콜이 현재 적용 가능성을 제한하므로, 높은 필드 스캐너, 아직 임상 또는 연구 설정에서 일반적으로하지 않습니다. 비슷한 프로토콜은 3T와 4T 스캐너 11,20,21,23,24,25,28,33에서 수집 된 이미지 개발되었다. 이러한 프로토콜의 대부분은 관상면의 서브 1mm 복셀 복셀 차원 화상에 기초하지만, 큰 조각의 두께 (mm 0.8에서 3 사이) 11,20,21,23,25,28,33 또는 큰 슬라이스 간 거리를 갖는다 각 서브 필드의 양의 추정에서 상당한 바이어스 측정 결과 둘 20,28. 또한, 기존의 프로토콜 3T 많은해마의 머리 또는 꼬리 20,23,25,33의 전부 또는 일부에 서브 필드를 제외하거나 중요한 하부 구조 (즉, CA2 / CA3와 DG를 결합하거나 지층 radiatum / lacunosum / moleculare의 포함되지 않습니다 자세한 세분화를 제공하지 않습니다 CA) 11,20,21,23,24,25,28,33. 신뢰성 및 임상 연구에서 일반적으로 사용되는 설정에 근거 스캐너 해마의 헤드, 바디, 테일 걸쳐 관련 서브 필드를 식별 할 수있는 프로토콜의 상세한 설명을위한 필드에서 필요하다. 노력은 실험실의 해마 서브 필드 분할 프로세스를 조화 해마 서브 필드 그룹 (www.hippocampalsubfields.com)에 의해 현재 진행되고, 전체 해마 분할 6에 대한 기존 조화 노력, 21 기존의 프로토콜을 비교하는 최초의 종이와 유사한 최근 38 출판 되었음 . 이 그룹의 작업은 더 최적의 분할 proce을 해명한다절차들.
이 원고는 안정적으로 고해상도 3T 자기 공명 영상에 윈터와 동료 (34)에 의해 이전에 설명 해마 서브 필드 분할 프로토콜을 구현하기위한 세부 작성 및 비디오 지침을 제공합니다. 이 프로토콜은 전체 해마에 대한 건강한 다섯 이미지와 다섯 해마 서브 필드 (CA1, CA2 / CA3, CA4 / 치아 이랑 (dentate gyrus), 지층 radiatum / lacunosum / moleculare 및 subiculum)에 구현되었습니다. 이 분할 된 이미지는 공공 온라인 (cobralab.ca/atlases/Hippocampus)을 사용할 수 있습니다. 프로토콜과 분할 된 이미지는 자기 공명 영상에서 상세한 해마의 신경 해부학을 공부하고자하는 그룹에 도움이 될 것입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
자기 공명 영상에서 해마 서브 필드 조각은 문헌에 잘 표현된다. 그러나, 기존의 프로토콜이 해마 20,23,33,35의 일부를 제외, 고정 된 이미지 (37)에만 적용, 또는 이미지 수집 35, 37에 대한 매우 높은 필드 스캐너가 필요합니다. 이 원고는 해마의 5 대 구획 (CA1, CA2 / CA3, CA4 / 치아 이랑 (dentate gyrus), SR / SL / SM, 및 subiculum)을 포함하고 구조의 전체 전후방 길이에 걸쳐 분할 프로토?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는, CAMH 재단의 지원을 인정 마이클과 소냐 Koerner에, Kimel 가족, 그리고 폴 E. 핑클 새로운 탐정 촉매 상에 감사하고 싶습니다. 이 프로젝트는 퐁 드 Recherches 상테 퀘벡, 건강 연구의 캐나다 연구소 (CIHR), 자연 과학 및 캐나다, 웨스턴 뇌 연구소, 캐나다 알츠하이머 협회의 공학 연구 협의회, 그리고 마이클 J. 폭스 재단의 지원을 받았다 파킨슨 연구 (MMC),뿐만 아니라 CIHR, 온타리오 정신 건강 재단, NARSAD 및 정신 건강의 국립 연구소 (R01MH099167) (ANV)를 참조하십시오. 저자는 또한 이미지를 획득 지원 Anusha Ravichandran에게 감사의 말씀을 전합니다.
Materials
| Discovery MR750 3T | GE | NA | Or equivalent 3T scanner |
| Minc Tool Kit | McConnell Brain Imaging Center, Montreal Neurological Institute | NA | Open source: http://www.bic.mni.mcgill.ca/ServicesSoftware/ServicesSoftwareMincToolKit |
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