Hoge-resolutie structurele Magnetic Resonance Imaging van de Human subcortex<I> In Vivo</I> En Postmortem

Het doel van dit onderzoek was om de resolutie grenzen van structurele MRI testen zonder fysiologische ruis. Proton dichtheid (PD) gewogen beelden werden in een postmortem brain verworven gedurende een lange duur (twee ~ 24 uur sessies) om het minimum aantal beelden dat moest worden geaccrediteerd en gemiddeld om de subcorticale structuren lossen. Ter vergelijking werden gewogen PD beelden verwierf ook in levende mensen over een aantal sessies. In het bijzonder was het doel na te gaan of het mogelijk is in een best-case scenario voor alle zes afzonderlijke lagen van de menselijke LGN, die ongeveer 1 mm dik (figuur 1) op te lossen.

Figuur 1. Human corpus geniculatum laterale lagen. Schematische weergave van de gelaagde structuur van de LGN. Magnocellular (M) lagen bestaan ​​uit grotere neuronalecelgrootte en kleinere celdichtheid die verantwoordelijk zijn voor het oplossen van beweging en natuurlijk contouren zijn (lagen 1-2, afgebeeld als donkergrijs). Parvocellulaire lagen (P) bestaan ​​uit kleinere neuronale cellen en grotere celdichtheid die verantwoordelijk zijn voor het oplossen van fijne vorm en kleur (lagen 4-6, afgeschilderd als het licht grijs) zijn. Schaal bar 1 mm. Cijfer gebaseerd op gekleurd menselijk LGN ^12.

Ruimtelijke resolutie in MRI wordt verbeterd wanneer de matrix grootte wordt verhoogd, en wanneer het veld of-view (FOV) en slice dikte zijn verminderd. Echter, hogere resolutie vermindert de signaal-ruisverhouding (SNR), die evenredig is aan het voxel-volume. SNR is ook evenredig met de vierkantswortel van het aantal metingen. In levende mensen, hoewel meerdere beelden op een aantal afzonderlijke beeldvorming sessies kunnen worden verkregen, wordt de uiteindelijke resolutie beperkt door fysiologische ruis, zoals ademhaling, bloedsomloop pulsaties en hoofdbewegingen.

Hoog-Resolutie (0,35 mm in-plane voxels) PD gewogen scans werden verworven. PD scans verbeteren grijze en witte contrast in de thalamus ¹ en leiden tot beelden die T _{1 en} T2 te minimaliseren. Het beeld is afhankelijk van de dichtheid van protonen in de vorm van water en macromoleculen zoals proteïnen en vetten in het beeldvolume. Het toegenomen aantal protonen in een weefsel leidt tot een helderder signaal op het beeld als gevolg van de hogere longitudinale magnetisatie ^2.

PD-gewogen scans werden verzameld, aangezien ze een hoger contrast van subcorticale structuren met het omliggende weefsel. Andere contrasten, zoals T1- en T2-gewogen beelden tot moeilijkheden bij het ​​afbakenen subcorticale structuren zoals de LGN vanwege kleinere contrast-to-noise ratio, bepaald ƒ ^1,3.

Ook eerdere studies bleek dat PD-gewogen beelden van formaline gefixeerde post-mortem hersenen resulted hogere contrastverschillen tussen grijze en witte stof in vergelijking met T1 en T2-gewogen beelden die vergelijkbaar grijze en witte stof beeld intensiteiten ^3,4 had. De achterliggende biofysische factoren kunnen deze verschillen te verklaren. T1 (lengterichting) en T2 (dwars) ontspanning tijden van waterstofprotonen afhangen van hoe het water beweegt binnen het weefsel. Fixatieven zoals formaline werk van cross-linking proteïnen. De verschillen tussen watermobiliteit gereduceerd tussen verschillende weefseltypen als fixeermiddelen gebruikt. Verminderde T1 delen contrast waargenomen na fixatie, terwijl de verschillen in de relatieve dichtheid van protonen in hersenweefsel verhoogd fixatie betere contrast differentiatie ^{3, 4.}

Eerdere studies hebben de LGN die in PD-gewogen scans met behulp van een 1,5 T ^5,6,7, en op 3 T scanner ^8,9. Het is cruciaal om deze scans te kunnen verzamelen nauwkeurig overzicht van de omvang vande LGN. Om een ​​volledige dekking van de subcorticale kernen te behouden, werden 18-PD gewogen plakjes verkregen binnen de thalamus. Elk deel werd opnieuw bemonsterd om tweemaal de matrix 1024, (0,15 mm in-plane voxel grootte), aaneengeschakelde, beweging gecorrigeerd en gemiddeld om een ​​hoge resolutie 3D-beeld van de subcorticale structuren te produceren. Het optimale aantal PD afbeeldingen voor de volgende plak recept was 5, scantijd reduceren tot minder dan 15 min in levende mensen. Slechts 1 beeld PD moest duidelijk afbakenen subcorticale gebieden in postmortem hersenen afneemt scantijd tot minder dan 3 min (figuur 2 en 3).

Een hele formaline gefixeerde postmortem hersenen monster werd afgetast van een vrouw die was overleden aan een hartstilstand op de leeftijd van 82 jaar. Beoordeling van de medische dossiers bleek dat ze had: chronische obstructieve longziekte, angina, drievoudige bypassoperatie 8 jaar voorafgaand aan de dood, baarmoederkanker behandeld met hysterectomie7 jaar voor het overlijden, hyperlipidemie, glaucoom en cataract chirurgie. De postmortem brain monster werd immersie-gefixeerd in 10% neutraal gebufferd formaline gedurende ten minste 3 weken bij 4 ° C. De postmortem hersenen gescand met dezelfde imaging protocol en andere parameters in de loop van vele uren voor het kwaliteitsvergelijkingen . Alleen de geoptimaliseerde parameters zullen worden beschreven voor het protocol.