Hög upplösning<em> In Vivo</em> Manuell segmente Protocol for Human hippocampus delområden Använda 3T Magnetic Resonance Imaging

Hippocampus är en allmänt studerat mediala temporalloben struktur som är associerad med episodiska minnet, rumslig navigering och andra kognitiva funktioner ^10,31. Dess roll i neurodegenerativa och neuropsykiatriska störningar, såsom Alzheimers sjukdom, schizofreni och bipolär sjukdom är väldokumenterad ^{4,5,18,24,30.} Målet med detta manuskript är att ge ytterligare detaljer till den manuella segmente protokollet tidigare ³⁴ publicerats för mänskliga hippocampus delområden på högupplösta magnetresonans (MR) bilder som förvärvats på 3T. Dessutom kommer videokomponenten som åtföljer detta manuskript ge ytterligare stöd till forskare som vill genomföra protokollet på sina egna datamängder.

Hippocampus kan delas in i delfält baserat på cytoarchitectonic skillnader som observerats i histologiskt framställda efter slakt provstycken ^12,22. Sådana obduktionsprover definiera ground sanning för identifiering och studier av hippocampus delområden; Men förberedelserna av detta slag kräver specialiserad kompetens och utrustning för färgning, och begränsas av tillgången på fasta vävnad, speciellt i sjuka populationer. In vivo imaging har fördelen av en mycket större grupp av patienter, och även ger möjlighet till föl- upp studier och observera förändringar i befolkningen. Även om det har visat sig att signalintensiteter i T2-viktade ex vivo MR-bilder speglar cellulär densitet ^13, är det fortfarande svårt att identifiera obestridda gränserna mellan delområden enbart med hjälp av MR signalintensiteter. Som sådan, har ett antal olika metoder för att identifiera histologi-nivå detalj MR-bilderna tagits fram.

Vissa grupper har gjort ansträngningar för att återuppbygga och digitalisera histologiska dataset och sedan använda dessa rekonstruktioner tillsammans med bildregistreringstekniker för att lokalisera hippocampus delfältet neuroanatomy på de ^{vivo-MR-1,2,8,9,14,15,17,32.} Även om detta är en effektiv teknik för avbildning av en version av den histologiska marken sanningen direkt på MR-avbilder, rekonstruktioner av detta slag är svåra att genomföra. Projekt som dessa begränsas av tillgången på intakta mediala temporalloben exemplar, histologiska tekniker, dataförlust under histologiska behandling och de grundläggande morfologiska inkonsekvenser mellan fasta och in vivo hjärnor. Andra grupper har använt hög fält skannrar (7T eller 9.4T) i ett försök att förvärva in vivo eller ex vivo bilder med en tillräckligt liten (0,20 till 0,35 mm isotrop) voxel storlek för att visualisera spatialt lokaliserade skillnader i bildkontrast som används för att sluta gränserna mellan delområden ^35,37. Även vid 7T-9.4T och med en så liten voxel storlek, cytoarchitectonic egenskaperna hos hippocampus delområden är inte synliga. Som sådan har manuella segmenteprotokoll utvecklats som enpproximate kända histologiska gränser på MR-bilder. Dessa protokoll bestämmer delfält gränser genom att tolka lokala bildkontrastskillnader och definiera geometriska regler (t.ex. raka linjer och vinklar) i förhållande till synliga strukturer. Även bilder tagna på en hög fältstyrka kan erbjuda detaljerad inblick i hippocampus delfält, hög fält skannrar är ännu inte vanliga i kliniska eller forskningsmiljöer, så 7T och 9.4T protokoll för närvarande har begränsad användbarhet. Liknande protokoll har utvecklats för bilder som samlats in på 3T och 4T skannrar ^{11,20,21,23,24,25,28,33.} Många av dessa protokoll baserar sig på bilder med sub-1mm voxels voxel dimensioner i frontalplanet, men har stora skiva tjocklekar (0,8-3 mm) ^{11,20,21,23,25,28,33} eller stora inter-slice avstånd ^20,28, vilka båda resulterar i en betydande mätfel i uppskattningen av volymerna av de enskilda delområden. Dessutom har många av de befintliga 3T protokollenutesluta delområden i hela eller delar av hippocampus huvud eller svans ^20,23,25,33 eller inte ge detaljerade segmenteringar av viktiga strukturer (dvs kombinera GD med CA2 / CA3 eller inte omfattar strata radiatum / lacunosum / moleculare av CA) ^{11,20,21,23,24,25,28,33.} Det finns därför ett behov inom området för en detaljerad beskrivning av ett protokoll som tillförlitligt kan identifiera relevanta delområden i hela huvudet, kroppen och svansen av hippocampus som är baserad på en skanner allmänt tillgänglig i kliniska och forskningsmiljöer. Insatser pågår för närvarande av hippocampus delområden Group (www.hippocampalsubfields.com) att harmonisera hippocampus delfältet segmenteringsprocessen mellan laboratorierna, som liknar en befintlig harmoniseringsansträngning för hela hippocampus segmentering ^6, och en initial papper jämföra 21 befintliga protokoll publicerades nyligen ³⁸ . Arbetet i denna grupp kommer att ytterligare belysa optimal segmente förfaranden.

Detta manuskript ger detaljerade skriftliga och videoinstruktioner för ett tillförlitligt genomförande av hippocampus delfältet segmente protokoll som tidigare beskrivits av Winter och kollegor ^{34 på} högupplösta 3T MR-bilder. Protokollet har genomförts på fem bilder av friska kontroller för hela hippocampus och fem hippocampus delområden (CA1, CA2 / CA3, CA4 / dentate gyrus, strata radiatum / lacunosum / moleculare och subiculum). Dessa segmenterade bilder är tillgängliga för allmänheten på nätet (cobralab.ca/atlases/Hippocampus). Protokollet och de segmenterade bilder kommer att vara användbart för grupper som vill studera närmare hippocampus neuroanatomi i MR-bilder.