Informacija

Kako obrada T1 slika utječe na traktografiju nakon registracije DWI na T1?

Kako obrada T1 slika utječe na traktografiju nakon registracije DWI na T1?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Trenutno vjerujem da registriranje (usklađivanje) difuzno ponderiranih slika (DWI) prema slikama T1 omogućuje samo da DWI ima osnovu za parcelaciju, a inače ne daje mnogo informacija. Koliko ja znam, izgradnja traka od vlakana koristi samo informacije izvedene iz DWI slika, tako da svaka manipulacija snimljena T1 slikama tijekom njezine obrade (npr. Kroz osnovni cjevovod slobodnog surfera) ne bi trebala utjecati na konačne traktove koje dobijete, niti na njihovu mjere FA -frakcijske anizotropije- ili MD -medijalne difuzivnosti- na primjer.

Je li takva pretpostavka točna? Mislim da možda griješim jer mora postojati druga točka za registraciju DWI do T1 osim dopuštanja parcelacije mozga, ali jednostavno ne mogu shvatiti o čemu se radi.


Uvod

Početkom 19. stoljeća Louis-Pierre Gratiolet koristio je fiksaciju i disekciju mozga za identifikaciju i opis optičkog zračenja (OR) (Leuret & Gratiolet, 1839). Ovaj važan rad pokazao je da su retinalni signali slani u lokalizirana područja korteksa. Ovo mjerenje podržalo je teoriju funkcionalne specijalizacije senzorne obrade u mozgu, što je u suprotnosti s uvriježenim vjerovanjem u to vrijeme da je veliki mozak ekvipotentan (Schmahmann & Pandya, 2006).

OR ostaje važna tema za neuro-anatomska istraživanja. Mjerenje svojstava putova bijele tvari od retine do korteksa u živom ljudskom mozgu imat će mnoge koristi za razumijevanje vizualnih performansi i invaliditeta. Osim toga, postojao je veliki interes za dokumentiranje specifičnog puta koji slijedi OR kad izlazi iz lateralne geniculatne jezgre (LGN) i odlazi do kalkarinske pukotine u stražnjoj kori. Zanimanje je zbog široko korištenih neurokirurških intervencija koje uključuju resekciju prednjeg temporalnog režnja (Yasargil, T üre, & Yasargil, 2004.). Resekcije prednjeg temporalnog režnja izvode se iz nekoliko razloga, uključujući tumore i lezije (Choi, Rubino, Fernandez-Miranda, Abe, & Rhoton, 2006. Peltier, Travers, Destrieux, & Velut, 2006.), arteriovenske malformacije (Kikuta et al., 2006. Okada i sur., 2007.), te epileptička žarišta (Choi i sur., 2006. Ebeling & Reulen, 1988. Krolak-Salmon i sur., 2000. Peltier i sur., 2006. Powell i sur., 2005. Rubino , Rhoton, Tong, & Oliveira, 2005. Sincoff, Tan, & Abdulrauf, 2004. Taoka i sur., 2005. Yasargil i sur., 2004.). Dio OR izlazi iz LGN -a i prolazi u prednji temporalni režanj prije nego što se vrati u stražnji korteks (slika 1). Ovo područje OR -a, nazvano Meyerova petlja (Meyer, 1907.), prenosi signale koji predstavljaju cijelo kontralateralno gornje vidno polje izbjegavajući oštećenje Meyerove petlje od ključne je važnosti za očuvanje ovog dijela pacijentovog vidnog polja.

Izloženo optičko zračenje (virtualna bolnica). Mozak, gledano odozdo, pripremljen je Klinglerovom tehnikom disekcije vlakana. Meyerova petlja, prednji nastavak u sljepoočni režanj, označena je strelicama.

Mjesto Meyerove petlje je promjenjivo, a njezin prednji položaj varira čak 1 cm između pojedinaca (Ebeling & Reulen, 1988.). Dakle, identificiranje njegove lokacije kod pojedinih pacijenata ima značajnu vrijednost u predhirurškom planiranju. Trenutno DTI-FT nudi jedinu neinvazivnu metodu za mjerenje tijeka tragova bijele tvari in vivo. Identifikacija OR-a, a posebno dio petlje Meyer ’s, dobio je značajnu pažnju zajednice DTI-FT (Behrens, Johansen-Berg i sur., 2003 Catani, Jones, Donato, & Ffytche , 2003 Ciccarelli i sur., 2005 Conturo i sur., 1999 Kikuta i sur., 2006 Okada i sur., 2007 Powell i sur., 2005 Taoka i sur., 2005 Yamamoto, Yamada, Nishimura, & Kinoshita, 2005 ). Unatoč određenom uspjehu, procjene DTI-FT-a imaju poteškoća u identificiranju OR, a posebno Meyer-ovog dijela petlje (Miller, 2005. Powell i sur., 2005. Yamamoto i sur., 2005.).

Ovaj rad koristi algoritam ConTrack (Sherbondy, Dougherty, Ben-Shachar, Napel, & Wandell, 2008) za identifikaciju OR. Ovaj algoritam locira ključne OR ILI orijentire na položajima koji odgovaraju onima izvedenim pomoću visokokvalitetnih metoda disekcije (Ebeling & Reulen, 1988). Konačno, koristeći procjene zdrave populacije, dokumentiramo uzdužne i radijalne karakteristike difuzije duž cijelog toka optičkog zračenja.


Rezultati

Međupredmetna prostorna normalizacija u simuliranim skupovima podataka

Kako bi se istražilo koja je značajka slike točnija s obzirom na osnovne podatke tenzora, FA razlika između normaliziranih slika i slike istinitosti tla izračunata je za svaki voksel. Kao što se može vidjeti sa slike 2, točnost razlike FA bila je najniža u FAnormaliziran (Slika 2A), međuprodukt u T1normaliziran (Slika 2B), a najveća u hFAnormaliziran (Slika 2C) preciznost FA razlika također je otkrila uređene razlike tako da FAnormaliziran & lt T1normaliziran & lt hFAnormaliziran (Slika 2E – G). Histogrami su dodatno potvrdili ove rezultate, koji su bili statistički značajni (slika 2D, H, jednosmjerna ANOVA, str & lt 10 −10).

Rezultati apsolutne vrijednosti FA razlike. (A,B i C) su točnost razlike FA između slike temeljne istine i normalizirane slike dobivene korištenjem FA slike, T1 vagane slike i hFA slike kao značajke. (E,Ž i G) su vrijednosti preciznosti FA razlike između slike temeljne istine i normalizirane slike, koja je dobivena korištenjem FA slike, T1 vagana slika i hFA slika kao značajka. U (D) i (H), prikazuju se histogrami relativnog broja moždanih voksela koji odgovaraju različitim točnostima i preciznostima FA -a.

Osim toga, kako bi se istražilo koja je značajka slike osjetljivija s obzirom na informacije o orijentaciji tenzorske slike, također je izračunata OVL razlika između 3 predloška i slike istinite slike za svaki voksel. Kao što se može vidjeti sa slike 3, točnost OVL -a bila je najveća u FAnormaliziran (Slika 3A), međuprodukt u T1normaliziran (Slika 3B), a najniža u hFAnormaliziran (Slika 3C) preciznost OVL -a također je otkrila uređene razlike takve da je FAnormaliziran & gt T1normaliziran & gt hFAnormaliziran (Slika 3E – G). Histogrami su dodatno potvrdili ove rezultate, koji su bili statistički značajni (slika 3D, H, jednosmjerna ANOVA, str & lt 10 −10).

Rezultati preklapanja parova vlastitih vrijednosti i vlastitih vektora. (A,B i C) su točnost razlike u OVL -u između slike temeljne istine i normalizirane slike koje su dobivene korištenjem FA slike, T1 vagane slike i hFA slike kao značajke. (E,Ž i G) su preciznosti razlike OVL -a između slike temeljne istine i normalizirane slike, koje su dobivene korištenjem FA slike, T1 vagane slike i hFA slike kao slike značajke. U (D) i (H), prikazuju se histogrami relativnog broja moždanih voksela koji odgovaraju različitim vrijednostima točnosti i preciznosti OVL -a.

Uključen je neovisni skup podataka o replikaciji kako bi se replicirali i potvrdili značajni nalazi. U našem istraživanju, izračunavanje FA razlike i OVL za neovisni skup podataka o replikaciji imalo je slične rezultate.

Međupredmetna prostorna normalizacija u stvarno izmjerenim skupovima podataka

Kao što se može vidjeti iz slike 4 (A), veća srednja vrijednost corrFA bila je prisutna u FAnormaliziran nego u T1normaliziran a manja srednja vrijednost corrFA bila je prisutna u hFAnormaliziran. U parnoj usporedbi 3 predloška, ​​FAnormaliziran pokazao najveći postotak voksela s niskim AI (slika 4B), niskim DTED (slika 4C), niskim DVED (slika 4D), visokim COH (slika 4E) i visokim OVL (slika 4F) i minimalni postotak voksela s visokim AI (slika 4B), visokim DTED (slika 4C), visokim DVED (slika 4D), niskim COH (slika 4E) i niskim OVL (slika 4F). U međuvremenu, histogram T1normaliziran i hFAnormaliziran otkrio prijelaz T1normaliziran & gt hFAnormaliziran (Slika 4A – F) (jednosmjerna ANOVA, str & lt 10 −10).

Histogrami relativnog broja moždanih voksela koji odgovaraju različitim vrijednostima unakrsne korelacije FA (corrFA) (A), kut primarnih vlastitih vektora (AI) (B), euklidska udaljenost tenzora (DTED) (C), euklidska udaljenost devijatornih tenzora (DVED) (D), koherentnost primarnih vlastitih vektora (COH) (E) i preklapanje parova vlastitih vrijednosti i vlastitih vektora (OVL) (Ž) za FAnormaliziran (crvena krivulja), hFAnormaliziran (zelena krivulja) i T1normaliziran (plava krivulja).

Kao što se može vidjeti iz tablica 1-6, srednja vrijednost corrFA (tablica 1), OVL (tablica 2) i COH (tablica 3) u ROI -ima bijele tvari za 3 predloška otkrila je prijelazni FAnormaliziran & gt T1normaliziran & gt hFAnormaliziran (str & lt 10 −10). Naprotiv, srednji DTED (tablica 4), DVED (tablica 5) i AI (tablica 6) u ROI -ima bijele tvari za 3 predloška otkrili su prijelaz FAnormaliziran & lt T1normaliziran & lt hFAnormaliziran (jednosmjerna ANOVA, str & lt 10 −10). Oni su bili sličniji rezultatima evaluacije u stvarno izmjerenim skupovima podataka.

Vizualizacija praćenja vlakana

Rezultati praćenja vlakana u ALIC, EC, fornix, GCC, PLIC, SCC, CST, SLF i IFOF bili su slični po duljini vlakana i rijetkosti. Slika 5 prikazuje primjere praćenja vlakana na mjestima sjemena za CST i IFOF. Snop vlakana koji je rekonstruiran iz FApredložak (Slike 5A, 6A), T1predložak (Slike 5B i 6B) i hFApredložak (Slike 5C i 6C) vizualno su bile prilično slične. Međutim, za simulirane skupove podataka FApredložak imao najgušće putove bijele tvari (slika 7A) od T1predložak (Slika 7B) i hFApredložak (Slika 7C) u rezultatima traktografije CG. hFApredložak (Slika 7C) imala je najrijeđe putove bijele tvari. S druge strane, rezultati traktografije za CG različitih predložaka u stvarno izmjerenim skupovima podataka dodatno su potvrdili ove rezultate koji su prikazani na slici 8.

Rezultati praćenja vlakana na sjemenskim mjestima IFOF -a za FApredložak (gore), hFApredložak (ispod) i T1predložak (sredina) vizualizirano u (A,B).

Rezultat praćenja vlakana na početnim mjestima CST za FApredložak (gore), hFApredložak (ispod) i T1predložak (sredina) vizualizirano u (A,B).

Rezultat praćenja vlakana na sjemenkama CG za FApredložak (gore), hFApredložak (ispod) i T1predložak (sredina) koji je konstruiran simuliranim skupovima podataka i vizualiziran u (AC).

Rezultat praćenja vlakana na sjemenkama CG za FApredložak (lijevo), hFApredložak (desno) i T1predložak (sredina) koji je konstruiran pomoću stvarno izmjerenih skupova podataka i vizualiziran je u (AC).

Osjetljivost i specifičnost duž vlakana

Za usporedbu među skupinama srednje vrijednosti FA vlakana corpus callosum, nije bilo značajne razlike u vrijednosti FA između muške i ženske grupe koja koristi T1 sliku ili hFA sliku kao značajnu sliku. Dok se FA slika koristila kao značajna slika, spolna razlika u FA vrijednosti mogla se pronaći u corpus callosumu (str = 0,043) (slika 9A). U međuvremenu, ROC za razlikovanje muške i ženske skupine iznosio je 0,56 za hFA sliku, 0,61 za T1 sliku i 0,7 za FA sliku (slika 9B).

Rezultati spolnih razlika i klasifikacija. U (A), prikazuje se okvirni okvir srednje FA koja je izračunata primjenom metode procjene prosječno za trakt. ROC krivulja i AUC za procjenu dijagnoze spolne razlike metodom procjene prosječno za trakt prikazane su u (B). U (C), lokalni trakt vlakana koji odražava spolnu razliku vizualizira se pomoću analize grupe uzduž trakta. ROC krivulja i AUC za procjenu dijagnoze spolne razlike pomoću analize uzduž trakta prikazane su u (D).

Za usporedbu u vokselima, nisu pronađeni značajni rezultati na slici T1 i hFA. Štoviše, morfološka razlika WM -a u vrijednosti FA mogla bi se pronaći u desnom kalozumu tijela pomoću TABS metode kada se FA koristi kao značajka slike (str & lt 0,05, FWE korekcija, slika 9C). Lokalne vrijednosti FA koje imaju značajnu razliku u vlaknima corpus callosum ekstrahirane su kao klasifikacijska značajka, a ROC krivulja pokazala je dobre dijagnostičke performanse kako je prikazano na slici 9 (AUC = 0,83).


Nailaženje na pogreške pomoću 5ttgen fsl ¶

Sljedeće poruke o pogrešci često su uočene iz 5ttgen fsl skripte:

Poruke o pogreškama koje se mogu pronaći u datotekama dnevnika u privremenom direktoriju skripte uključuju:

Sve ove različite poruke odnose se na činjenicu da ova skripta koristi FSL-ov PRVI alat za eksplicitno segmentiranje podkortikalnih struktura sive tvari, ali ovaj proces segmentacije nije uspješan u svim okolnostima. Štoviše, postoje posebni detalji u vezi s implementacijom FIRST alata koji čine neugodnim da skripta 5ttgen fsl` pozove ovaj alat i na odgovarajući način otkrije je li segmentacija uspješna.

Čini se da je primarni izvor ovog problema korištenje FSL -ovog alata za flert za registraciju slike T1 na DWI -ima prije pokretanja 5ttgen fsl -a. Iako je to u skladu s rekommentacijom u dokumentaciji Anatomsko-ograničena traktografija (ACT), postoji nenamjerna posljedica izvođenja ovog koraka registracije posebno s alatom za flert prije 5ttgen fsl. Uz zadanu upotrebu, flert neće samo _registrirati_ T1 sliku u DWI -ove, već će i _pregledati_ T1 u vokselsku mrežu DWI -a, uvelike smanjujući njezinu prostornu rezoluciju. To može imati popratni učinak tijekom subkortikalne segmentacije prema FIRST: Mreža voksela je toliko gruba da je nemoguće pronaći bilo koje voksele koji su u potpunosti inkapsulirani površinom koja odgovara segmentiranoj strukturi, što rezultira pogreškom unutar FIRST skripte .

Ako je to slučaj, jako se preporučuje slika T1 ne biti ponovno uzorkovani na DWI voxel mrežu nakon registracije ne samo za gore spomenuto pitanje, već i zato što je ACT izričito osmišljen tako da u potpunosti iskoristi veću prostornu rezoluciju slike T1. Ako će se flert još uvijek koristiti za registraciju, rješenje je uputiti flert da pruži matrica transformacije, umjesto prevedene & amp; uzorkovane slike:

Tu bi se matricu transformacije tada trebalo primijeniti na sliku T1 na način koji utječe samo na transformaciju pohranjenu u zaglavlju slike, a ne ponovo uzorkujte sliku u novu mrežu voksela:

Ako slika T1 dostavljena 5ttgen fsl-u _ nije_ pogrešno smanjena u uzorku, ali se problemi ipak pojavljuju u PRVOM koraku, drugo moguće rješenje je prvo dobiti točnu ekstrakciju mozga, a zatim pokrenuti 5ttgen fsl pomoću opcije-premasked. To rezultira registracijskim korakom FIRST-a na temelju slike predloška izvađenog iz mozga, što u nekim slučajevima može učiniti proces robusnijim.

Za sva daljnja pitanja, preostale su samo sljedeće preporuke:

  • Istražite privremene datoteke koje se generiraju u privremenom direktoriju skripte, osobito PRVE datoteke dnevnika i potražite bilo kakve naznake uzroka kvara.
  • Pokušajte pokrenuti FSL skriptu run_first_all izravno na izvornoj slici T1. Ako ovo uspije, moglo bi se koristiti daljnje istraživanje kako bi se točno utvrdilo koje se slike mogu uspješno segmentirati, a koje ne. Ako se to ne dogodi, možda će biti potrebno eksperimentirati s opcijama naredbenog retka dostupnim u skripti run_first_all.

Tehnička razmatranja za vrhunski DWI

Eho-Planarni DWI

Prednosti Single-Shot Echo-Planar DWI-a.

Budući da čak i minimalno masovno kretanje pacijenata tijekom stjecanja DWI -a može zamagliti učinke mnogo manjeg mikroskopskog kretanja vode zbog difuzije, za uspješan klinički DWI neophodni su ultra brzi sekvenci snimanja. Najčešće se difuzijsko snimanje izvodi tehnikama snimanja spin-echo single-shot echo-planar imaging (SS-EPI). Izraz "pojedinačni snimak" znači da je cijela 2D slika formirana od jednog radio-frekvencijskog impulsa uzbude. Slike se mogu dobiti u djeliću sekunde, pa se artefakt fiziološke srčane i respiratorne pulsacije te kretanja pacijenata uvelike smanjuje, uključujući kretanje između akvizicija s različitim usmjerenjima gradijenata osjetljivih na difuziju. Još jedna prednost SS-EPI-a je relativno visok SNR po jedinici vremena skeniranja. To je osobito važno za DWI jer gradijenti difuzije pri visokim b-vrijednostima uzrokuju značajan gubitak intenziteta signala (jednadžba 2 u Dijelu I 1), stoga je DWI više ograničen SNR-om od konvencionalnog MR snimanja, poput T2-ponderiranog snimanja. Zbog brzine i visoke učinkovitosti SNR-a pri preuzimanju SS-EPI, DWI je bio među najkraćim nizovima u tipičnom protokolu snimanja mozga, za što je obično potrebno samo 1-2 minute. To je vrlo korisno za primjene kao što je snimanje hiperakutnim udarom, u kojem je vremenski okvir za MR snimanje vrlo kratak. Neosjetljivost na kretanje SS-EPI znači da DWI često može proizvesti dijagnostičke rezultate u bolesnika koji nemaju suradnju, kod kojih su svi drugi nizovi previše degradirani da bi bili korisni.

Nedostaci SS-EPI DWI.

Međutim, ograničenja SS-EPI-a uključuju nisku prostornu razlučivost, zamagljujuće učinke raspada T2* i raspadanja T2 koji se javljaju tijekom čitanja slike te osjetljivost na artefakte zbog Nyquistovog duha, kemijskog pomaka, nehomogenosti magnetskog polja i učinaka lokalne osjetljivosti. S trenutnim hardverskim i softverskim ograničenjima za MR snimanje, tehnika pojedinačnog snimanja ograničava veličinu matrice za tipični 2D DWI na 128 × 128, što je mnogo manje od one za standardne T1 i T2 ponderirane skenove, koji mogu imati veličine matrice 256 × 192 ili veći. Zamućivanje T2-ponderiranog i T2*ponderiranog kontrasta još je jedan nedostatak pristupa pojedinačnog snimanja, što se događa i u brzom spin-ehu s jednim snimkom (SS-FSE) i polu-Fourierovim jednokratnim turbo spin-ehom (HASTE ) sekvence zbog njihovih produženih duljina eho-vlaka. Nyquistov duh artefakt je specifičan za EPI, jer proizlazi iz činjenice da EPI prelazi k-prostor u suprotnim smjerovima na izmjeničnim odjecima.Pogreške u fazi intenziteta signala MR snimanja iz izvora, poput kemijskog pomaka masti i vode, mogu uzrokovati preklapanje druge slike "duha" na izvornu sliku, pri čemu se slika duha pomiče za polovicu FOV-a u fazi -smjer kodiranja. Zbog fenomena Nyquistovog duha, kemijski pomak može biti posebno problematičan u DWI -u. Srećom po snimanje glave, područja koja sadrže masnoće obično su ograničena na tjeme, orbite i koštanu srž kalvarija, uključujući i bazu lubanje. Ti se artefakti minimiziraju frekvencijski selektivnim impulsima zasićenja masti ugrađenim u SS-EPI sekvencu. Možda su najgori artefakti svojstveni SS-EPI-u, osobito na visokim poljima od 3T ili većima, oni iz nehomogenosti magnetskog polja, prvenstveno uzrokovani razlikama lokalne osjetljivosti među susjednim strukturama. To često dovodi do izrazitih izobličenja i pada intenziteta signala u blizini šupljina ispunjenih zrakom, poput paranazalnih i mastoidnih sinusa, osobito u bazi lubanje i stražnjoj jami, ograničavajući osjetljivost DWI-a sa SS-EPI-om u tim područjima.

Optimiziranje SS-EPI DWI: b-vrijednosti.

Kao što je prethodno pregledano (jednadžba 5, dio 11), za kliničke b-vrijednosti u rasponu od 0–1000 s/mm 2, samo su 2 različite b-vrijednosti potrebno izmjeriti kako bi se procijenio ADC: 1 pri vrlo niskim b- vrijednost (ili nula), a druga pri visokoj b-vrijednosti. Stjecanje DWI -ja pri dodatnim srednjim vrijednostima b suvišno je. Visoka b-vrijednost od 1000 s/mm 2 postala je standard za klinički DWI. Mozak novorođenčadi i dojenčadi ima mnogo duže vrijeme opuštanja T2 i mnogo veće vrijednosti ADC-a od onih odraslih 2-5 pa je uobičajena praksa koristiti manje difuzijsko ponderiranje, na primjer, b = 600 s/mm 2 za nedonoščad i b = 700 s/mm 2 za novorođenčad i dojenčad mlađu od 1 godine. Zlatno pravilo je da bi optimalna b-vrijednost pomnožena s ADC-om tkiva koje se istražuje trebala biti blizu 1.

Optimiziranje SS-EPI DWI: Gradijenti.

Jedan od najvažnijih hardverskih čimbenika koji utječe na kvalitetu DWI -a je gradijentna izvedba skenera za snimanje MR -om, kako za gradijente difuzije, tako i za gradijente očitavanja EPI -a. Jači i brži gradijenti omogućuju jače difuzijsko ponderiranje u kraćem vremenskom razdoblju, kao i smanjenje vremena potrebnog za formiranje EPI slike. To omogućuje stjecanje DWI -a pri kraćoj TE, što poboljšava SNR i smanjuje geometrijske artefakte iskrivljavanja od učinaka osjetljivosti. Čvrstoća gradijenta često se mjeri u militelasima po metru. Brzina prebacivanja nagiba naziva se "brzina nagiba" i mjeri se u militelasima po metru po milisekundi. Veće gradijentne amplitude i brzine nagiba poželjne su za DWI. Međutim, postoje ograničenja američke Uprave za hranu i lijekove (FDA) o maksimalnoj brzini kojom se magnetsko polje može promijeniti, tehnički nazvana dB/dt. Gradijentna izvedba koja premašuje federalne dB/dt smjernice riskira stimulaciju perifernih živaca zbog inducirane električne struje, što može dovesti do nehotičnih kontrakcija skeletnih mišića. Viši pacijenti bili bi vjerojatnije zahvaćeni zbog duljeg trajanja perifernih živaca. Svi klinički MR skeneri za snimanje zadovoljavaju sigurnosne smjernice FDA za dB/dt granice. Trenutna generacija MR snimača s maksimalnom amplitudom gradijenta 40–80 mT/m i maksimalnom brzinom nagiba od 150–200 mT/m po milisekundi omogućuje DWI s boljom anatomskom vjernošću od starijih MR sustava snimanja. Neki noviji skeneri za snimanje MR -om opremljeni su još jačim i bržim gradijentima koji imaju smanjeni FOV, kako bi ostali unutar dB/dt smjernica, te su prikladni za snimanje glave, ali ne i za snimanje kralježnice ili tijela. Osim maksimalne amplitude i brzine nagiba, drugi važan faktor je radni ciklus gradijenta, koji se može ograničiti ograničenjima grijanja. Veći radni ciklusi omogućuju stjecanje više 2D difuzijski ponderiranih presjeka u danom TR. Suvremeni MR sustavi za snimanje imaju vodeno hlađene nagibe s većim radnim ciklusima od starijih sustava, koji omogućuju brži DWI.

Kako gradijenti postaju sve snažniji, mogu pogoršati probleme poput vrtložnih struja i mehaničkih vibracija. Sve zavojnice s gradijentom snimanja MR-a samozaštitne su kako bi se spriječile vrtložne struje, a to su zaostala magnetska polja inducirana prebacivanjem gradijenta koja traju i nakon isključivanja gradijenata. Međutim, samozaštita nije primjerena za veliku amplitudu i brzi početak i pomak gradijenata osjetljivih na difuziju pri visokim b-vrijednostima. Vrtložne struje uzrokuju 3 različite vrste artefakata slike u DWI -ju: skaliranje, pomak i smicanje. 6 “Skaliranje” se odnosi na proširenje ili smanjenje DWI -ja. "Pomicanje" opisuje pomak slike duž smjera kodiranja faze (slika 1). "Smicanje" označava pomicanje slike u suprotnim smjerovima s lijeve i desne strane. Stoga su za DWI potrebne dodatne strategije kompenzacije vrtložnih struja. Većina DWI sekvenci sada koristi bipolarne gradijente difuzije, koji imaju pozitivne i negativne režnjeve za poništavanje vrtložnih struja. 7 Druga mogućnost dostupna na trenutnoj generaciji MR skenera za snimanje su dvostruko refokusirani spin-echo (TRSE) ili dvostruki spin-echo (DSE) difuzijski ponderirani nizovi, koji koriste 2 uzastopna radiofrekvencijska impulsa za refokusiranje, svaki s parom bipolarnih gradijenata difuzije kako bi se dalje razbilo vrijeme nastajanja i opadanja vrtložnih struja. 8 Međutim, ove sekvence mogu neznatno povećati TE, što smanjuje SNR i povećava artefakte osjetljivosti. Također je pokazano da sekvence TRSE/DSE dramatično povećavaju mehaničke vibracije pri 3T. 9 Ove nedostatke treba odvagnuti u odnosu na štetne učinke vrtložnih struja pri odlučivanju hoće li se koristiti opcija TRSE/DSE.

Pomicanje DWI -a zbog vrtložnih struja. A, The b = 0 s/mm 2 slika s ocrtanim sučeljem mozak-CSF (žuto). B, Odgovarajući DWI s istim obrisom (crveno), nepromijenjenog položaja u usporedbi s A, prikazuje pomak mozga sprijeda, najlakše se vidi na rubovima ventrikula i na zatiljnim režnjevima. C, Još jedan DWI s gradijentom difuzije usmjerenim u drugom smjeru nego u B pokazuje različit stupanj prednjeg pomaka.

Gradijenti difuzije dovoljno su snažni da prodrmaju čitav MR skener za snimanje i njegovu platformu. Ove mehaničke vibracije mogu se prenijeti na pacijenta i uzrokovati karakteristične artefakte u DWI (slika 2). Sustavno proučavanje vibracija izazvanih gradijentima kodiranja difuzije pokazalo je da se one jako povećavaju s b-vrijednošću. 9 Može se očekivati ​​da će teži pacijenti biti manje pogođeni jer bi njihova težina učinkovitije prigušila vibracije, međutim, ovo 3T istraživanje pokazalo je da bi se kretanje moglo povećati s većom težinom na stolu za pacijente. Napredak u dizajnu gradijenta i stabilizaciji magneta može pomoći u ublažavanju ovih artefakata vibracija.

Kombinirana slika DWI -a prikazuje izražene artefakte na prednjim temporalnim režnjevima i oko gornjeg vrha malog mozga (crne linije) zbog mehaničkih vibracija.

Optimiziranje SS-EPI DWI: višekanalne zavojnice i paralelno snimanje.

Nove višekanalne zavojnice s faznim nizom s glavnim radijskim frekvencijama s boljim karakteristikama SNR-a od standardnih radio-frekvencijskih zavojnica s kavezom za glavu također su poboljšale DWI, što je tehnika ograničena SNR-om. Za razliku od zavojnica glave kaveza za ptice, koje imaju relativno ujednačenu osjetljivost u cijelom volumenu snimanja, zavojnice s faznim nizom imaju bolju osjetljivost na periferiji volumena nego u sredini. Stoga je dobitak SNR -a veći u kori velikog mozga nego u središnjim strukturama mozga, poput talamusa. Osim boljeg ukupnog SNR-a, još jedna prednost zavojnica s faznim nizom je njihov više nezavisnih prijemnih kanala, koji omogućuju paralelno snimanje na modernim sustavima za snimanje MR-om, koji su opremljeni za rukovanje paralelnim tokovima podataka. 10,11

Paralelne tehnike snimanja, kao što su kodiranje osjetljivosti (SENSE), tehnika kodiranja prostorne osjetljivosti niza (ASSET) i generalizirana autokalibrirajuća djelomično paralelna akvizicija (GRAPPA), sve se mogu koristiti za skraćivanje duljine eho-niza EPI-a (slike 3 i 4). ublažavanje artefakata geometrijskog iskrivljavanja uzrokovanih osjetljivošću i smanjenje zamućenja kontrasta slike T2 i T2* koji se javlja kod proširenih vlakana odjeka EPI. 12,13 Štoviše, zbog kraćeg očitanja, TE se može smanjiti. Ovo smanjenje ima učinak poboljšanja SNR-a i daljnjeg smanjenja osjetljivosti i artefakata izvan rezonancije, kao i prolaska T2 (slike 3 i 4). Ova značajna poboljšanja povećavaju se s faktorom ubrzanja koji se koristi u paralelnom snimanju, ali se moraju uravnotežiti s većim gubitkom SNR -a pri većem ubrzanju. S trenutnim dizajnom radiofrekvencijskih zavojnica s 8 do 12 kanala, faktori ubrzanja 2–3 su optimalni. 14–16 Čak i pri 1,5T, pokazalo se da i SENSE i GRAPPA s dvostrukim ubrzanjem poboljšavaju subjektivnu kvalitetu DTI slike i objektivna mjerenja DTI parametara u usporedbi s akvizicijom DTI bez paralelnog snimanja. 16

Dijagrami impulsnog slijeda pokazuju prednosti paralelnog snimanja za DWI. Pri faktoru ubrzanja R = 2, duljina eho-vlaka za pojedinačno snimanje EPI-a je samo upola manja. To se odražava u kraćem vremenu očitavanja (tacq) i omogućuje da se odjek odjeka bolje centrira na vrhuncu spin-eha, poboljšavajući SNR, smanjujući zamućenje kontrasta T2 i T2* i smanjujući artefakte izvan rezonancije koji uzrokuju geometrijska izobličenja. Kraće vrijeme očitavanja također omogućuje smanjenje TE, daljnje poboljšanje SNR -a i smanjenje geometrijskih izobličenja. Međutim, upotreba paralelnog snimanja rezultira intrinzičnim gubitkom SNR -a koji može nadoknaditi gore spomenute dobitke SNR -a. RF označava radio-frekvenciju.

Paralelno snimanje poboljšava geometrijska izobličenja uzrokovana osjetljivošću i zamućenje kontrasta T2 i T2* u 3T DWI izvedeno s jednim snimkom eho-planarne sekvence. A, The b = 1000 s/mm 2 DWI slika snimljena na 3T bez paralelnog snimanja prikazuje iskrivljavanje mosta i prednjih temporalnih režnjeva. Postoji i praznina intenziteta signala sa susjednim područjima nagomilavanja intenziteta signala u temporalnim režnjevima. To su tipični artefakti na koje nailazi 3T ssEPI DWI zbog učinaka osjetljivosti iz susjednih mastoidnih sinusa ispunjenih zrakom i sfenoidnog sinusa. B, The b = 1000 s/mm 2 2 3T DWI slika snimljena na istoj aksijalnoj razini s paralelnim snimanjem ASSET-a (R = 2) pokazuje smanjeno rano skraćivanje mostova i smanjenje izobličenja i izobličenja intenziteta signala u temporalnim režnjevima. Tu je i ublažavanje zamućenja kontrasta, što se smatra poboljšanom definicijom pukotina i folija malog mozga, kao i boljom diferencijacijom sivo-bijele tvari u zatiljnim režnjevima.

Paralelno snimanje još je korisnije za poboljšanje jačih artefakata osjetljivosti na EPI koji se javljaju na 3T 14 i apsolutno je bitno na 7T, 17 čime se omogućuje DWI visokog polja i ultra-visokog polja s vrhunskom kvalitetom slike (slika 5). Nasuprot tome, veća jakost polja omogućuje veće faktore ubrzanja za paralelno snimanje jer kraće valne duljine radiofrekvencije, zajedno s većim brojem prijemnika u faznom nizu, poboljšavaju sposobnost rekonstrukcije slika s manje koraka kodiranja faze, a da pri tome ne dođe do neprihvatljivog gubitka SNR. 18–20 Stoga visoko ubrzani SS-EPI s visokim polja s 16, 32 ili čak većim brojem elemenata zavojnice može biti obećavajući put za poboljšanje DWI-a.

3T naspram 7T DTI sa 36 smjerova kodiranja difuzije na b = 3000 s/mm 2 i 2,0 × 2,0 × 2,0 mm izotropne rezolucije voksela. Smjerno kodirane FA karte u boji na aksijalnoj razini snopova cinguluma i kalozalne pruge prikazane su za 3T (A) i za 7T (B) kod zdravog odraslog volontera. Oba skenera bila su opremljena s nagibima od 40 mT/m i 8-kanalnim glavnim zavojnicama s faznim nizom, a upotrijebljeno je paralelno snimanje ASSET-a s faktorom ubrzanja 2. Koriste se standardne konvencije DTI boja, pri čemu crvena predstavlja orijentaciju lijevo-desno vlakna, zelena predstavlja anteroposteriornu, a plava predstavlja kraniokaudalnu. S ovom kombinacijom visoke prostorne razlučivosti i vrlo jakog difuzijskog ponderiranja, 3T slika izgleda zrnato zbog neadekvatnog SNR -a. Međutim, s identičnim parametrima skeniranja, dodatni SNR na 7T daje sliku veće kvalitete. Paralelno snimanje bitno je za SS-EPI na ultra visokom polju za borbu protiv artefakata povećane osjetljivosti, kao i gubitka intenziteta signala i zamućenja kontrasta zbog kraćih vremena opuštanja T2 i T2*.

Međutim, paralelno snimanje također može uvesti nove vrste artefakata u DWI. Uobičajeni problem s metodama koje djeluju u domeni slike, kao što su SENSE i ASSET, je rasklapanje artefakata. Slike koje dobije svaki element prijemnika u višekanalnom nizu zamjenjuju se (tj. Imaju omotače) zbog svog malog FOV -a. Paralelne tehnike snimanja u domeni slike funkcioniraju tako da se te slike raspleću i kombiniraju u cjelovitu FOV sliku. Međutim, i SENSE i ASSET zahtijevaju kalibracijsko skeniranje obavljeno prije DWI -a radi procjene profila osjetljivosti svakog od elemenata zavojnice. Ovo kalibracijsko skeniranje obično je prikupljanje gradijentne jeke ponderirane gustoćom protona, koja nema geometrijska izobličenja uzrokovana osjetljivošću uobičajena za SS-EPI. Stoga kalibracija može biti netočna u područjima iskrivljavanja na DWI-u, osobito na visokim poljima u kojima su geometrijska izobličenja izraženija, što dovodi do pogrešaka u paralelnoj rekonstrukciji slike koje se pojavljuju kao duhovi u smjeru kodiranja faze.

Rasklopljeni artefakti koji proizlaze iz orbita mogu biti posebno pretjerani u DWI izvedenom s SENSE -om ili ASSET -om (slika 6) i mogu se zamijeniti s lezijama. 21 Mogu se ukloniti pojasom zasićenja preko orbita ili upotrebom impulsa za oporavak inverzije oslabljenog u tekućini zajedno s DWI-om, iako bi potonja otopina dovela do značajnog gubitka SNR-a. Kretanje pacijenta između kalibracijskog skeniranja i snimanja DWI -a također može dovesti do artefakata, stoga je preporučljivo izvesti DWI odmah nakon kalibracijskog skeniranja, bez ikakvih interventnih sekvenci. GRAPPA nema ovu posebnu vrstu rasklapajućeg artefakta jer djeluje u k-prostor umjesto domene slike, a također i zbog toga što je autokalibrirano (tj. kalibracijsko skeniranje ugrađeno je u samu DWI akviziciju). Međutim, s GRAPPA -om se mogu pojaviti druge vrste pogrešaka pri rekonstrukciji, koje mogu biti manje predvidljive.

Rasklapanje artefakata sa globusa u DWI-u ubrzanom ASSET-om. A, The b = 0 s/mm 2 slika dobivena na 3T s ASSET faktorom ubrzanja R = 2 prikazuje artefakte koji se odvijaju iz iskrivljenih globusa visokog intenziteta signala koji se pojavljuju kao tamne trake u zatiljnim područjima (crne strelice), kao i svijetla traka u prednjem lijevom temporalnom režnju (crni vrh strijele). B, Artefakti koji se odvijaju nisu vidljivi na kombiniranoj DWI slici jer globusi sadrže tekućinu s visokom difuzijom pa je intenzitet signala globusa potisnut gradijentima difuzije. C, Međutim, artefakti koji se odvijaju ponovno su vidljivi na ADC karti (bijele strelice i vrh strijele) jer b = 0 s/mm 2 potrebna je slika za izračun ADC -a (jednadžba 5, dio I 1).

Druga metoda za smanjenje duljine eho-vlaka SS-EPI je djelomično-Fourierovo kodiranje k-prostor. Zbog konjugirane simetrije samo polovica k-prostor zapravo treba mjeriti, a o drugoj polovici se može zaključiti. Time se SS-EPI eho vlak prepolovljuje, što ima iste prednosti kao i paralelno snimanje s faktorom ubrzanja 2. Interakcija između djelomično-Fourierova kodiranja i paralelnog snimanja složena je, a njihov zajednički učinak na kvalitetu DWI i DTI ima detaljno su istražili Jaermann i sur. 15 koji su preporučili optimalni faktor ubrzanja od približno 2 u kombinaciji s 60% djelomično-Fourierovim kodiranjem za 3T akvizicije pri b = 1000 s/mm 2.

Alternative SS-EPI DWI.

Druge sekvence impulsa također su primijenjene na difuzijsko snimanje, uključujući varijante brzog spin-echo (FSE) ili turbo spin-echo snimanja, višestruki EPI, spiralno snimanje i linijsko skeniranje. Za izvođenje DWI-a mogu se koristiti metode pojedinačnog snimanja, osim SS-EPI, poput SS-FSE ili HASTE. Budući da su to također brze sekvence, dijele relativni imunitet na masovno kretanje pacijenata poput SS-EPI, ali nemaju ni približno toliko osjetljivosti ili artefakte kemijskog pomaka. Iz tog razloga, oni mogu predstavljati dobru alternativu SS-EPI u regijama u kojima su osjetljivost ili učinci kemijskog pomaka osobito duboki, poput kralježnice ili vrata. 22,23 Međutim, SS-FSE i HASTE nisu se pokazali popularnima za DWI mozga zbog niskog SNR-a po jedinici vremena u usporedbi sa SS-EPI, što je rezultiralo duljim vremenom skeniranja.

Metode višestrukog snimanja također imaju znatno smanjene artefakte osjetljivosti u usporedbi sa SS-EPI. Međutim, nisu tako brze kao metode pojedinačnog snimanja, pa ih to također čini i suštinski osjetljivijima na artefakte nastale uslijed masovnog kretanja tijekom stjecanja slike. Artefakti kretanja mogu se poboljšati upotrebom navigacijskih odjeka, osobito u kombinaciji sa srčanim i respiratornim vratima. Jedna od sve popularnijih tehnika za DWI je višesnimni FSE slijed koji se naziva periodično rotirajuće se preklapajuće paralelne linije s poboljšanom rekonstrukcijom (PROPELLER), koji neprestano preispituje središte k-prostor (tj. samo-navigacija) za ublažavanje artefakata kretanja bez potrebe za otvaranjem. 24 Pokazalo se da ovo poboljšava otkrivanje malih akutnih infarkata, osobito u bazi lubanje i u stražnjoj jami, gdje SS-EPI ima najveća izobličenja uzrokovana osjetljivošću. 25,26 Međutim, PROPELLER nije pretekao SS-EPI za rutinski DWI mozga, vjerojatno zbog znatno dužeg vremena skeniranja.

Daljnja poboljšanja brzine, poput novije razvijene sekvence Turboprop, 27 mogu nastaviti smanjivati ​​ovaj jaz. Štoviše, slična samostalna navigacija k-prostorna putanja može se primijeniti na multishot EPI kako bi se dobila željena kombinacija visokog SNR -a po jedinici vremena i artefakata smanjene osjetljivosti. Ova nova tehnika naziva se PROPELLER EPI 28 i može se dodatno poboljšati paralelnim snimanjem. 29 Alternativno, paralelno snimanje može se izravno ugraditi u višestruki EPI za poboljšanu kvalitetu DWI-a bez gubitka učinkovitosti SNR-a u usporedbi sa SS-EPI-om u tu svrhu. Utvrđeno je da GRAPPA proizvodi manje artefakata izvan rezonancije i gibanja od SENSE-a. 30


BDP – Često postavljana pitanja

Što se tiče stavke #9, mogu li uvesti podatkovne datoteke nakon prethodne obrade s FSL -om & #8211, to bi uključivalo BET, korekcije vrtložne struje, registraciju u standardni prostor, TBSS, DTIFIT, BEDPOSTX itd. Čuo sam sjajne stvari o mozgu i htio bih jako ga volim koristiti.Ako postoji odgovarajući način za pripremu izlaznih podataka iz cjevovoda za predprocesiranje FSL -a kako bi odgovarao upotrebi BDP -a, možete li me uputiti na upute?
Ljubazno hvala,
Jon

Oprosti na zakašnjelom odgovoru.

Ovisi za koje komponente želite FSL i za koje komponente želite BDP.

Od stvari koje ste naveli, predložio bih samo pokretanje korekcije vrtložne struje, a zatim možete koristiti taj izlaz iz FSL -a kao ulaz za BDP.

Jesu li bvektori nakon ko-regije difuzijskog prostora u T1 prostor preorijentirani razmjerno stupnju deformacije?

Jesu li bvektori preusmjereni nakon ko-regije difuzijskog prostora u T1 prostor proporcionalno stupnju deformacije?

Prilikom prijenosa difuzijskih podataka u T1-prostor, b-vektori se preorijentiraju pomoću izračunatog krutog preslikavanja između prostora. Nekruta EPI deformacija (koristi se za ispravljanje izobličenja) difuzijskih podataka ne utječe na smjerove kodiranja difuzije, stoga se ne koristi za preorijentaciju b-vektora.

Upravo sam shvatio da su Bhushan i sur. (2012) je vaš rukopis, jako cool, uživao sam čitajući ga! Zanima me znati jer ne razumijem baš sve u tome … obzirom da se u mojoj trenutnoj situaciji transformacija veličine voksela koja ide od većeg DWI (1x1x2mm) do manjeg T1 (1x1x1mm) praktički udvostručuje rezoluciju u ravnini DWI -a, stvara li interpolacija u biti nove difuzne podatke koji prije nisu postojali? Ako je tako, kako to čini? (žao mi je što znam da je to nejasno pitanje, ali možda postoji papir na koji biste me mogli uputiti?). Pretpostavljam da ne duplicira podatke u jednom 2 mm DWI presjeku u dva 1 mm T1 kriška, zar ne?

Pitam se ovo jer sam uvijek prethodno radio traktografiju i analizu u izvornom difuzijskom prostoru, pa sam znatiželjan znati kako će to učiniti u izvornom T1 prostoru. Možda postoje neki posebni nedostaci ili kompromisi? No čak i ako je tako, imam tako loše izobličenje u ovim dwi podacima (i nemam kartu polja niti dvostruko prikupljanje), pa mislim da će metoda BrainSuite ’s donijeti značajno poboljšanje.

je li u redu ako ispravljam svoje dwi slike za vrtložne struje u FSL-u, rotiram bvecs s fdt_rotate_bvecs.sh (FSL skripta), a zatim taj izlaz (vrtložen dwi volumen korigirao i rotirao b-vecs) u BS-BDP za daljnju obradu?

Pročitao sam odgovor u ovoj istoj temi koji kaže da se bvecs rotiraju (opet) kada se registriraju na sliku ponderiranu s T1 (.bfc.nii.gz).

Bi li moj cjevovod (FSL- & gtBS) predprocesiranja pretpostavio bilo kakav problem? Hvala!!


Talamokortikalna povezanost i mikrostrukturne promjene u kongenitalnoj i kasnoj sljepoći.

Postoje jaki dokazi da je okcipitalni korteks kod slabovidnih ljudi podvrgnut masovnoj cross-modalnoj reorganizaciji i obrađuje senzorne informacije iz drugih modaliteta osim vida (za pregled, vidjeti [1]). Međutim, nema konsenzusa o tome jesu li ti cross-modalni odgovori posredovani strukturnim promjenama u kortikokortikalnoj ili talamokortikalnoj povezanosti [2, 3] ili kombinacijom oba [4].

Talamus čini važan relej između osjetnog ulaza i moždane kore za sve senzorne modalitete, s izuzetkom njuha. Specijalizirane jezgre unutar talamusa primaju i obrađuju specifičan osjetni ulaz koji se dalje šalje u specijalizirana kortikalna područja putem talamokortikalnih projekcija [5, 6]. U normalnom zdravom ljudskom mozgu, vizualne se informacije prenose iz lateralne genikulatne jezgre (LGN) u primarni vidni korteks putem optičkih zračenja (za pregled vidi Metzger i sur. [7]).

U slijepih osoba, cross-modalni odgovori u zatiljnoj kori mogli bi se potencijalno posredovati preusmjeravanjem informacija iz slušne i somatosenzorne talamičke jezgre u zatiljnu koru putem LGN-a. Iako su i LGN i optičko zračenje smanjene veličine kod kongenitalne sljepoće [8], nevizuelne informacije mogu se prenijeti u vidni korteks kroz optička zračenja [9-12]. To bi impliciralo stvaranje novih ektopičnih veza između talamičke somatosenzorne jezgre i LGN -a, kao što je pokazano u životinjskim modelima sljepoće [13, 14]. Alternativno, nevizuelna okcipitalna aktivacija također se može posredovati jačanjem postojećih kortikokortikalnih veza [15]. Koliko znamo, nijedna studija nije izvijestila o doprinosu talamusa prijenosu nevizuelnih informacija u vidni korteks kod slijepih osoba. Stoga se navodne promjene u talamokortikalnoj povezanosti u slijepom mozgu čovjeka tek trebaju dokazati.

Stoga je cilj ove studije mapiranje talamokortikalne strukturne povezanosti in vivo pomoću traktografije na temelju difuzno ponderiranog snimanja (DWI). Drugi je cilj bio provjeriti mogu li se promjene u unutrašnjoj regionalnoj mikrostrukturi jezgri talamičara dokazati difuzijskim tenzorskim snimanjem (DTI). Usvajanjem metode Behrensa i sur. [16], segmentirali smo talamus u skupine na temelju njihove talamokortikalne povezanosti kako je otkriveno traktografijom na temelju DWI-a i usporedili uzorke strukturne talamokortikalne povezanosti među dobno usklađenim skupinama kongenitalno slijepih (CB), kasno slijepih (LB) i normalnih vida (NS) subjekti kontrole. Utvrdili smo da će se promjene među skupinama u projekcijama talamokortikalne bijele tvari odraziti na promijenjene uzorke talamičke segmentacije te da će te promjene ovisiti o pojavi sljepoće.

2.1. Predmeti i prikupljanje podataka. Ukupno 12 CB (srednja dob 42 [+ ili -] 13 godina), 15 LB (srednja dob 52 [+ ili -] 15 godina, srednji početak sljepoće 16,6 [+ ili -] 8,9 godina) i 15 NS (srednja vrijednost u dobi od 46 [+ ili -] 13 godina) pojedinci su uključeni u istraživanje. Uzrok sljepoće ograničen je na periferno podrijetlo, a isključeni su subjekti s zaostalim vidom. Dansko etičko povjerenstvo za Kopenhagen i Frederiksberg (KF 01 328 723) odobrilo je studiju, a svi sudionici dali su usmeni i pisani informirani pristanak.

Slike magnetske rezonancije (MRI) mozga dobivene su pomoću 3.0 Tesla Siemens Verio skenera s 32-kanalnom zavojnicom (Siemens, Erlangen, Njemačka). Podaci iz iste kohorte studija korišteni su u dvije povezane publikacije [17, 18] pa će stoga biti samo kratko sažeti. Dva skupa podataka DWI-a cijelog mozga (61 aksijalni presjek s izotropnom vokselnom razlučivošću od 2,3 mm) uzastopno su dobiveni pomoću dvostruko refokusirane spin-eho sekvence [19]. Postavke slijeda bile su sljedeće: TE = 89 ms, TR = 11440 ms, Grappa faktor = 2, s 24 referentne linije i 61 jednoliko raspoređenih smjerova s ​​b = 1500 s/[mm 2] i 10 ne-difuzijskih ponderirane slike. U svrhe naknadne obrade, skup je slika koje kodiraju obrnutu fazu bez difuzije ponderirane s istim parametrima snimanja. Za anatomske podatke (TE = 2,32 ms, TR = 1900 ms i kut preokreta = 9 [stupnjeva) pribavljeni su volumeni strukturne slike ponderirane T1 visoke rezolucije s izotropnom rezolucijom voksela od 0,9 mm.

2.2. Predprocesiranje podataka. Za obradu slika koristili smo MATLAB R2012a (MathWorks, Inc., Natick, Massachusetts, SAD) i FSL [20-22]. Artefakti osjetljivosti u sirovim DWI -ima minimizirani su primjenom karte pomaka voksela (VDM). Dvije slike obrnute faze kodiranja b = 0 s/[mm.2] korištene su za procjenu pomaka voksela za VDM, kako je implementirano u FSL-ovom alatu za popunjavanje [20, 23]. Primijenili smo VDM i potpunu afinnu transformaciju za ispravljanje kretanja i vrtložnih struja u DWI -ima pomoću FSL -ovog vrtložnog alata [24], preslikavanjem na izvornu rezoluciju slike pomoću spline interpolacije. Konačno, 61 smjer je preorijentiran slično orijentaciji uvedenoj primijenjenim transformacijama [25]. Slike ponderirane T1 korigirane su zbog gradijentnih nelinearnosti [26].

2.3. Definiranje sjemenskih i ciljnih maski talamusa i korteksa. Kako bi se ispitao uzorak talamokortikalne povezanosti, definirane su maske sjemena i cilja za traktografiju. Ciljane maske dobivene su subjektivnom kortikalnom segmentacijom s FreeSurfer softverom v. 5.3.0 [27, 28] na temelju prosječnih T1-ponderiranih volumena [29]. Kortikalna segmentacija iz FreeSurfera korištena je za definiranje anatomskih regija od interesa pomoću atlasa Desikan-Killiany [30]. Izradili smo pet kortikalnih ciljnih maski koje su korištene za traktografiju, uključujući okcipitalno, temporalno, somatosenzorno/parijetalno-postcentralno, motorno/precentralno i frontalno kortikalno područje. Tablica 1 prikazuje očekivani odnos u smislu povezivanja mozga u normalnom zdravom ljudskom mozgu između pet kortikalnih ciljnih maski i talamičnih regija. Maska sjemena za traktografiju uključivala je sve voksele unutar regije talamusa. Ovo područje također uključuje LGN i MGN kako je definirano u atlasu AAL -a [31]. Maska sjemena je zatim transformirana iz MNI prostora u difuzijski prostor svakog pojedinačnog subjekta za traktografiju. To je učinjeno korištenjem nelinearne registracije iz MNI predloška u strukturni T1-ponderirani prostor slike, a zatim pomoću linearne registracije od T1-ponderirane do nedifuzijske ponderirane slike. Za svaki subjekt ručno je uređena maska ​​talamičkog sjemena kako bi se osigurala odgovarajuća pokrivenost anatomskog područja talamusa. Kortikalne ciljne maske transformirane su od svakog pojedinog subjekta u prostoru FreeSurfera kroz strukturne slike ponderirane s T1 do difuzijskog prostora svakog pojedinog subjekta kroz FA sliku. Transformacije su izvedene pomoću registracijskih alata FreeSurfer i FSL v. 5.0 [20-22, 32, 33].

2.4. Talamokortikalna segmentacija temeljena na traktografiji. Na temelju unaprijed obrađenih DWI-a, upotrijebili smo FSL-ov bedpostx alat za procjenu smjerova s ​​više vlakana unutar svakog voksela mozga koristeći model loptice i dva štapa [34, 35] kao funkciju distribucije orijentacije vlakana za kasniju traktografiju. Za segmentaciju talamija temeljenu na traktografiji koristili smo postupak traktografije i grupiranja koji je dostupan u FSL-u i standardnim postavkama [16]. Prvo i u izvornom prostoru, probabilistička traktografija izvedena je za svaki voksel u maski talamičkog sjemena (5000 strujanja po vokselu) i za svaku od pet kortikalnih ciljnih maski. Traktografija se izvodila zasebno na svakoj hemisferi, a maska ​​za isključenje srednjeg sagitalnog područja osigurala je isključenje transhemisferičnih veza. Zatim je na rezultatima traktografije primijenjen pristup tvrdog grupiranja "pronađi najveći" FSL-a za segmentiranje talamusa u pet skupina, što odgovara obrascu povezivanja traktografije sa svakom od pet kortikalnih ciljnih maski. Za svakog pojedinca traktografijom su dobivene informacije o sjemenu do cilja o povezanosti sjemena sa svakom pojedinačnom ciljnom maskom. Na temelju ovih podataka, najveće grupiranje pronalazi svaki voxel unutar talamusa dodjeljuje klasi s najvećim brojem povezivanja. Dodatno smo upotrijebili informacije o sjemenu do cilja kao marker jačine veze između talamusa i svake kortikalne ciljne maske predstavljene brojem povezanosti unutar svakog voksela talamusa normaliziranog ukupnim brojem struja. Na kraju, kako bi se izdvojilo područje od interesa unutar pojedinačnih projekcija talamokortikalne bijele tvari između talamusa i svake kortikalne ciljne maske, traktografija je provedena od talamusa do svake pojedinačne ciljne maske, koristeći preostale kortikalne maske kao maske za isključenje.

2.5. Volumeni i DTI-izvedeni indeksi cijelih talamusnih i talamičkih klastera. Ukupni volumen talamija procijenjen je u izvornom prostoru na temelju slika ponderiranih s Tl. Volumen svakog klastera procijenjen je u prostoru izvorne difuzne slike na temelju pet segmentacija klastera. Volumen svakog grozda normaliziran je ukupnim volumenom talamija. Primjenom modela difuzijskog tenzora na prethodno obrađene DWI-e, indeksi frakcijske anizotropije (FA) i srednje difuzivnosti (MD) izvedeni iz DTI-a ekstrahirani su za svaki voksel, a srednja vrijednost izračunata je za cijeli talamus i svaku pojedinačnu skupinu.

2.6. Mikrostrukturne značajke talamokortikalnih projekcija bijele tvari. Regije od interesa unutar projekcija bijele tvari od talamusa do svake kortikalne ciljne maske ekstrahirane su iz traktografije pragom. Prag od 40% najvećeg broja struja koji povezuju talamus i cilj postavljen je tako da se usredotoči na područje jezgre trakta, to jest, obično smješteno u središnjoj liniji trakta, uklanjajući lažne struje. Nadalje, osigurali smo da nema preklapanja između projekcija bijele tvari zadržavajući samo struje unutar trakta koji su imali najveću snagu spoja. MD i FA su ekstrahirani kako bi se izračunala srednja vrijednost svakog voksela u ovoj regiji jezgre od interesa za svaku projekciju bijele tvari.

2.7. Statističke analize. Na temelju našeg prethodnog izvješća o smanjenju volumena talamija u kongenitalno slijepih ispitanika [8], primijenili smo jednostrani t-test pod pretpostavkom nejednake varijance među skupinama kako bismo provjerili razlike između skupina u ukupnom volumenu talamija na razini značajnosti p & lt 0,05. Jednosmjerna ANOVA primijenjena je za ispitivanje razlika u volumenu pojedinog klastera, ispravljajući višestruke usporedbe metodom Bonferroni.

Koristili smo sličnu jednosmjernu ANOVA-u za ispitivanje ukupnih grupnih razlika mikrostrukturnih indeksa izvedenih iz DTI-a unutar cijelog talamusa i talamičnih klastera na razini značajnosti p & lt 0,05. Grupa i klaster bili su glavni učinci, dok je "grupa x klaster" bila interakcija od interesa. Post hoc t-testovi s dva uzorka korišteni su za procjenu razlika između svake skupine i klastera, prilagođavajući se za višestruko testiranje. Isti postupak primijenjen je za ispitivanje statističkih razlika u MD i FA u pet projekcija bijele tvari iz svakog talamičkog grozda. Za sve varijable korišten je Leveneov test za provjeru homogenosti varijance prije primjene ANOVA -e.

3.1. Segmentacija Thalamusa temeljena na povezivanju. Segmentacija talamusa temeljena na povezivanju rezultirala je s pet skupina. Slika 1 prikazuje uzorak talamičke segmentacije i odgovarajuće kortikalne ciljne maske u normalnoj vidnoj kontroli. Okcipitalna nakupina (svijetloplava) sastojala se uglavnom od LGN -a koji se projicira u primarni vidni korteks. Vremenska talamična skupina (tamnoplava) uključivala je uglavnom MGN, ali i pulvinar, koji se projicira u okcipitalna, tjemena i temporalna područja. Želimo istaknuti da zbog bliske anatomske blizine LGN -a i MGN -a u metatalamusu i preklapajućih talamičkih projekcija, metoda grupiranja vjerojatno neće potpuno odvojiti ove male strukture. Osjetna talamična skupina (crvena) uključivala je lateralnu jezgru i ventralnu stražnju te ventralnu lateralnu jezgru talama koja se projicira na stražnje parijetalno i postcentralno kortikalno područje. Motorna nakupina (zelena) prekrivala je prednju trbušnu jezgru koja izlazi na predcentralne, ali i superiorne čeone kortekse. Frontalna nakupina (žuta) uključivala je prednju jezgru i mediodorzalnu jezgru, koje projiciraju prema gornjim frontalnim i prefrontalnim područjima.

Segmentacija talamusa na temelju strukturne talamokortikalne povezanosti rezultirala je sličnim nakupinama u svim skupinama (slika 2). Slika 2 (a) prikazuje primjer uzorka talamičke segmentacije za subjekta CB, LB i NS, dok slika 2 (b) prikazuje šipkastu oznaku markera jačine veze, predstavljenu kao normalizirano sjeme prema cilju, za svaki talamokortikalnih projekcija. Nije bilo značajne grupne razlike u snazi ​​veze. Stoga nismo mogli potvrditi svoju hipotezu da bi sljepoća bila povezana s razlikama u talamokortikalnoj povezanosti u odnosu na normalno vidljive kontrole. Konkretno, nismo pronašli povećanje snage povezivanja između okcipitalnog korteksa i jezgri somatosenzorne i slušne projekcije. Za sve je skupine okcipitalna skupina bila vrlo mala, a snaga veze bila je znatno niža u usporedbi s onom za ostale skupine (slika 2 (b)). U nekoliko je slučajeva okcipitalna nakupina nadjačana većim projekcijama iz obližnjih regija, što dovodi do toga da nema okcipitalne skupine koja koristi najveću segmentaciju (broj slučajeva prisutnosti okcipitalne skupine za svaku skupinu: CB: lijevo 5/ 12, desno 3/12 subjekata LB: lijevo 8/15, desno 2/15 subjekata NS: lijevo 9/12, desno 9/15 subjekata).

3.2. Talamički volumen i mikrostruktura. Ukupni volumen talamija, korigiran za intrakranijalni volumen mozga, bio je značajno manji kod kongenitalno slijepih (lijevo/desno: 6206 [+ ili -] 702 [mm3] 3/6460 [+ ili -] 763 [mm3] , p = 0,033 i 0,027, odn.) i kasno slijepi (lijevo/desno: 6059 [+ ili -] 578 [mm 3]/6419 [+ ili -] 659 [mm 3], p = 0,002 i 0,008, odnosno) pojedinaca u usporedbi s vidljivim kontrolama (lijevo/desno: NS: 6661 [+ ili -] 439 [mm3]/7014 [+ ili -] 603 [mm3]). Analiza MD i FA unutar ukupne maske talamusa (uključujući svih pet klasteriziranih regija) pokazala je značajnu grupnu razliku u FA za lijevi (F = 10,69, p & lt 0,0005) i desni (F = 12,17, p & lt 0,0005) talamus. Post hoc testovi otkrili su da je smanjen FA u CB (lijevo i desno: [p.scr.] & Lt 0,0005) i LB (lijevo: [p.sr.korr.] & Lt 0,02 desno: [p.sub.corr.] & lt 0,03) uzrokovalo je razliku. Analiza svakog talamičkog klastera pokazala je da se smanjeni FA nalazi u temporalnoj, senzornoj i frontalnoj skupini (Tablica 2). Nisu pronađene razlike u MD unutar ukupne maske talamusa ili u bilo kojem od nakupina.

3.3. Mikrostrukturna svojstva unutar Thalamokortikalnih projekcija. Slika 3 pokazuje da je pet projekcija talamokortikalne bijele tvari izgledalo vizualno slično u sve tri skupine te da je optičko zračenje ostalo prisutno u skupinama CB i LB, unatoč nepostojanju vizualnog unosa (slika 3, prvi stupac). Indeksi MD i FA izvađeni unutar svakog od pet područja interesa za projekciju bijele tvari pokazali su značajnu grupnu razliku u FA za okcipitalno (lijevo: F = 14,47, p & lt 0,0001 desno: F = 25,19, p & lt 0,0001) i vremensko (lijevo : F = 7,58, p & lt 0,05 desno: F = 7,19, p & lt 0,05) talamokortikalne projekcije. Post hoc testovi otkrili su smanjeni FA u CB i LB u odnosu na NS skupinu (okcipitalno lijevo/desno: [p.scr.] & Lt 0,0001 temporalno lijevo/desno: [p.sr.cr.] & Lt 0,05). Razlika među skupinama također je pronađena u MD za okcipitalnu (lijevo: F = 3,88, p & lt 0,05 desno: F = 4,54, p & lt 0,05) i vremensku (lijevo: F = 3,65, p & lt 0,05 desno: F = 3,66 , p & lt 0,05) projekcije talamske bijele tvari. Post hoc testovi otkrili su da je ta razlika među skupinama uzrokovana povećanjem MD-a, ali samo u LB skupini u odnosu na NS skupinu (vizualno lijevo/desno: [p.sub.corr.] & Lt 0,05 vremenski lijevo/desno: [ p.scr.] <0,05).U CB skupini nije pronađena razlika u MD u usporedbi s NS skupinom. Vrijednosti FA i MD unutar svake projekcije bijele tvari prikazane su u tablici 3.

Ovdje predstavljamo grupiranje talamusa temeljeno na povezivanju koje se temelji na tvrdoj segmentaciji između unaprijed definiranih kortikalnih područja i talamusa u slijepih i slabovidnih osoba. Nismo pronašli dokaze za promjene u talamokortikalnoj povezanosti, što je pokazano tehnikama histološkog praćenja u studijama na životinjama (vidi [14]). Budući da in vivo traktografija temeljena na DWI-u preslikava veće snopove vlakana i nema specifičnosti i osjetljivosti prema suptilnim snopovima aksona, ovi rezultati ne isključuju mogućnost postojanja suptilnih talamokortikalnih prestrojavanja povezanih sa sljepoćom. Međutim, analiza mikrostrukturnih indeksa dobivenih DTI-om otkrila je regionalne promjene u mikrostrukturi talamija. Obje slijepe skupine pokazale su smanjene regionalne vrijednosti FA u odnosu na normalne vidljive kontrole u talamičkim skupinama koje su bile povezane s temporalnom, somatosenzornom i frontalnom korom. To ukazuje da je sljepoća povezana sa strukturnim promjenama unutar talamusa i sugerira moguću reorganizaciju uzorka talamokortikalne povezanosti koji nije zabilježen traktografijom. Također smo otkrili smanjenje FA u talamookcipitalnim i talamotemporalnim projekcijama. Nadalje, kasno slijepi, ali ne i urođeno slijepi, sudionici su dodatno pokazali povećani MD u tim traktima u usporedbi s normalnom kontrolom. Međutim, te mikrostrukturne promjene nisu bile dovoljno velike da se odraze na rezultate talamokortikalne povezanosti temeljene na traktografiji. Predlažemo da promjene u mikrostrukturnom okruženju nisu izravan pokazatelj reorganizacije talamija, već da odražavaju neuroplastični učinak talamičnih projekcija koje reagiraju na funkcionalnu promjenu. Međutim, potrebne su posebne funkcionalne studije koje bi podržale ovaj strukturno-funkcionalni odnos kod slijepih osoba.

4.1. Kako nevizuelne informacije dopiru do vizualnog korteksa? Funkcionalna reorganizacija vizualno lišenog ljudskog mozga mogla bi se podržati ili razotkrivanjem već postojećih talamičkih projekcija ili razvojem novih veza. Promjene u talamokortikalnoj povezanosti mogu biti povezane s vezama iz nevizuelnih jezgri talamija koje šalju nove aksonske kolaterale prenoseći nevizuelni tok informacija u vizualni korteks. Unatoč potpunom nedostatku aferentnog vizualnog unosa, geniculokalkarinski put ostaje relativno pošteđen [11,12,36,37]. Podaci iz ove studije potvrđuju da je povezanost između talamusa i zatiljnog korteksa kod ljudi očuvana u kongenitalno slijepih osoba, o čemu svjedoči odsutnost grupnih razlika u stražnjim talamičkim grozdovima i optičko zračenje normalnog izgleda pri vizualnom pregledu. Budući da urođeno slijepi pojedinci nikada nisu imali nikakvo vizualno iskustvo, čini se vjerojatnim da se geniculokalkarinski trakt održava u životu putem prenošenja nevizuelnih osjetnih informacija u potiljnu koru, što je sada opće prihvaćeno (vidi [38] za pregled). Na primjer, Bridge i sur. [12] izvijestili su o smanjenju FA optičkog zračenja, ali sugerirali normalnu povezanost, procijenjenu kroz broj traktografskih strujanja (tj. Jačinu povezivanja) od talamusa do primarnog vidnog korteksa u šest anoftalmičkih subjekata. Koristeći anatomsko mapiranje povezivanja (ACM) i DTI, također smo prethodno izvijestili o smanjenoj FA unutar optičkog zračenja u istim slijepim skupinama, dok je ACM uglavnom smanjen unutar slenija i sredine tijela corpus callosum [18]. Retrogradna studija ubrizgavanja tragača u primarni vizualni korteks rano obostrano enukleiranih oposusa izvijestila je o očuvanju normalne povezanosti, ali i o novim kortikokortikalnim i talamokortikalnim vezama [14]. Autori su sugerirali da vizualno zaostala zatiljna kora prima ulaze iz različitih nevizuelnih jezgri talamija povezanih sa somatosenzornim, slušnim (vidi također [39]) i motoričkim funkcijama. Hrčci i tvor, kod kojih je okcipitalna kora ablirana pri rođenju, ostavljajući oči i optički trakt netaknutima, pokazuju preslagivanje talamičkih unutarnjih uzoraka povezivanja [40]. Anatomske studije praćenja na ovim životinjama pokazale su da MGN postaje zahvaćen projekcijama mrežnice te da neuroni unutar slušne kore sada također reagiraju na vizualne podražaje. Ono što je važno, ponovno ožičene životinje mogu koristiti svoj slušni korteks za obavljanje vizualnih zadataka (za pregled vidi [38, 41]). Takve talamičke preustrojbe mogle bi rezultirati suptilnim pomakom na granici između jezgri talamija koje projicira u slušna i vizualna područja, pri čemu projekcije iz MGN -a prodiru u LGN ili pulvinarnu jezgru, preusmjeravajući tako slušne informacije u vizualni korteks. Druge studije su također izvijestile o sličnom mehanizmu kada somatosenzorna jezgra talamija (VB) prima projekcije iz retine [41]. VB neuroni u ponovno ožičenih životinja projiciraju se u somatosenzorni korteks i reagiraju na vizualnu stimulaciju [41].

Korištenjem analize talamičke mreže temeljene na traktografiji nismo pronašli dokaze za pomak granica granica talamičkih nakupina, niti za promjenu talamokortikalne povezanosti per se. Međutim, naši nalazi smanjenja FA unutar nekoliko grozdova talamusa ukazuju na promjenu u mikrostrukturnoj raspodjeli vlakana povezanih unutar talamusa, što je vjerojatno povezano s promjenom unutarnje povezanosti između nakupina. Prethodno smo izvijestili o ukupnom volumetrijskom smanjenju talamusa, kao i nekoliko njegovih pododjela na temelju atlasa kod kongenitalno slijepih ispitanika [8,11,41]. Sadašnji podaci potvrđuju i proširuju ove nalaze pokazujući da se slična volumetrijska smanjenja događaju kod kasno slijepih osoba.

Smanjenje veličine talamusa, a posebno LGN -a, paralelno je sa životinjskim modelima rane deprivacije vida, enukleacije ili kortikalnih lezija. Na primjer, rana kortikalna ablacija svih vidnih kortikalnih područja u majmuna dovodi do uvelike smanjenog dLGN -a koji je još uvijek slojevit i metabolički aktivan [42, 43].

4.2. Veza između funkcionalne i strukturne reorganizacije: metodološka ograničenja. Literatura o životinjama i ljudima o vizualnoj deprivaciji daje ključne elemente da subkortikalni mehanizmi igraju važnu ulogu u reorganizaciji talamofugalnih projekcija [38,41]. U životinjskim modelima, subkortikalna preuređenja dovode do preusmjeravanja slušnih i somatosenzornih ulaza u dLGN [13,14, 41]. Koristeći dinamičku uzročno -modelirajuću analizu podataka fMRI čovjeka, Klinge i sur. [44] zalažu se za povećanje kortikokortikalne povezanosti, podupirući hipotezu o povećanoj funkcionalnoj povezanosti između primarnog slušnog i primarnog vidnog korteksa, za razliku od povećane talamokortikalne povezanosti. Postoje i dokazi o povećanoj kortikokortikalnoj povezanosti primarnog somatosenzornog i okcipitalnog korteksa kod kongenitalne sljepoće ljudi, što pokazuju transkranijalna magnetska stimulacija (TMS) [15], kombinirana TMS i pozitronska emisiona tomografija [45] i studije magnetoencefalografije [4]. Bihevioralne i slikovne studije pomoću senzornog supstitucijskog uređaja koji prevodi vizualne informacije u elektrotaktilnu stimulaciju također su pokazale povećanu kortikokortikalnu povezanost između primarnog somatosenzornog i primarnog vidnog korteksa [3,15]. Međutim, jačanje kortikokortikalne povezanosti ne isključuje mogućnost da se također mogu dogoditi promjene u talamokortikalnoj povezanosti, a dvije vrste promjena povezivanja mogu postojati zajedno. Zanimljivo je da smo uočili mikrostrukturne promjene duž nekih talamokortikalnih veza, sugerirajući da su se dogodile promjene povezane s povezivanjem, ali ne na razini odraženoj u talamokortikalnoj povezanosti otkrivenoj traktografijom.

Otkrili smo razliku u srednjoj FA unutar projekcija okcipitalne i vremenske bijele tvari u obje skupine slijepih ispitanika. Iako smo područje interesa ograničili na jezgru traktata za analizu vokselom, razlike u srednjoj FA mogu biti uzrokovane modulacijom makroskopskih učinaka, poput savijanja, ukrštanja i širenja aksona [46]. Makrostrukturni učinci kao oblik i volumen trakta mogu zamagliti stvarne razlike u mikroskopskoj anizotropiji [47] u slijepih osoba.

Odabrali smo metodu ograničene talamokortikalne segmentacije, temeljenu na pet unaprijed definiranih kortikalnih područja koja su povezana s različitim jezgrama talame. Iako je segmentacija s pet klastera dala robusne talamičke skupine, ona je grupirala nekoliko jezgri talamija u jednu zajedničku skupinu, što je otežavalo razlikovanje vizualne, slušne i somatosenzorne povezanosti. Nadalje, pristup pronalaženja najvećeg pristupa je pristup grubog grupiranja koji ne uzima u obzir manje vjerojatne veze u konačnoj segmentaciji. Međutim, pristup "pronađi najveći" temelji se na analizi "sjemena do cilja", u kojoj se svakom vokselu daje broj prema vjerojatnosti da se taj voksel dodijeli određenoj kortikalnoj maski. Ovaj pristup grupnog grupisanja ne dopušta ispitivanje potencijalnih reorganizacija unutar korteksa. Modulacija talamokortikalnih projekcija također se može odraziti na kortikalnoj razini kroz unutarnje promjene kortikokortikalne povezanosti. Alternativno, mogla bi se koristiti neograničena metoda grupiranja, kao što je grupiranje fc-sredstava. Naši istraživački rezultati korištenjem ove neograničene metode (podaci nisu prikazani) pokazuju da je pet klastera dobar izbor koji podržava korištenu ograničenu metodu [16, 48, 49]. Međutim, neograničeno grupiranje daje bučne rezultate, čime se dovodi u pitanje robusna definicija talamičnih grozdova. Različiti izvori mogu pridonijeti bučnim rezultatima grupisanja, na primjer, usmjeravanjem pojednostavljenja unutar voksela sive tvari. Budući da podkortikalna područja sive tvari, kao i talamus, imaju nisku anizotropiju, to uvodi fluktuacije u pojednostavljivanju traktografije sve dok ne dosegnu površinu talamusa i uđu u traktove bijele tvari. Ove fluktuacije mogu unijeti lažno pozitivne rezultate, kao i lažne negativne, osobito finije detaljne traktove, pa se stoga uglavnom sustavi bruto trakta pouzdano procjenjuju traktografijom [50, 51]. Kada koristimo ograničeno grupiranje s fiksnim kortikalnim regijama, smanjujemo šum, ali po cijenu gubitka finijih podataka o povezivanju. Međutim, kako bi se podržala robusnost finijih detalja praćenja, to jest tragova bijele tvari koji se sastoje od manjeg broja strujanja, podaci se moraju nadopuniti rezultatima studija praćenja na životinjama i prevesti na čovjeka u kombinaciji s Klinglerovom disekcijom [52, 53] .

Ovdje smo predstavili segmentaciju talamusa temeljenu na povezivanju u pet skupina i pokazali razlike u DTI indeksima unutar talamusa u kongenitalnoj i kasnoj sljepoći. Ovi rezultati ukazuju na sveukupno očuvanje strukturne talamokortikalne povezanosti, ali ukazuju na to da je do reorganizacije došlo na razini jezgri talamusa. Međutim, promjene u DTI indeksima ipak su se pojavile u nekim od talamokortikalnih projekcija, ali nisu utjecale na cjelokupnu strukturnu talamokortikalnu mrežu kako je otkriveno traktografijom. Odsustvo makrostrukturnih promjena moglo bi se objasniti kombinacijom načina rada traktografije i kvalitete slike (tj. Signal-šum i razlučivost slike). Korištenje MRI visokog polja na 7 tesla moglo bi pružiti prikladniji alat za detaljno istraživanje obrasca povezivanja unutar talamusa i korteksa u senzornoj deprivaciji.

Autori izjavljuju da ne postoje sukobljeni interesi u vezi s objavljivanjem ovog rada.

Ovaj su rad podržali Zaklada Lundbeck (Grant br. 3156-50-28667 R. Kupersa i Grant br. R59 A5399 [Grant izvrsnosti u mapiranju, modulaciji i pojačavanju modeliranja kontrole postupaka] HR Siebner) i Dansko vijeće za neovisna istraživanja, medicinske znanosti (Grant br. 09-063392, 0602-01340B za M. Ptita).

[1] R. Kupers i M. Ptito, "Uvidi iz tame: ono što nas je proučavanje sljepoće naučilo o strukturi i funkciji mozga", Progress in Brain Research, vol. 192, str. 17-31, 2011.

[2] D. Bavelier i H. J. Neville, "Cross-modalna plastičnost: gdje i kako?" Nature Reviews Neuroscience, vol. 3, br. 6, str. 443-452, 2002.

[3] M. Ptito, S. M. Moesgaard, A. Gjedde i R. Kupers, "Cross-modalna plastičnost otkrivena elektrotaktilnom stimulacijom jezika kod kongenitalno slijepih", Brain, vol. 128, ne. 3, str. 606-614, 2005.

[4] A. A. Ioannides, L. Liu, V. Poghosyan i sur., "MEG otkriva brzi put od somatosenzornog korteksa do okcipitalnih područja putem stražnjeg parijetalnog korteksa kod slijepog subjekta," Frontiers in Human Neuroscience, 2013.

[5] R. Nieuwenhuys, J. Voogd i C. van Huijzen, Ljudski središnji živčani sustav, Springer, Berlin, Njemačka, 3. izdanje, 1988. godine.

[6] DG Amaral, "Funkcionalna organizacija percepcije i kretanja", u Principles of Neural Science, ER Kandel, JH Schwartz, TM Jessel, SA Siegelbaum i AJ Hudspeth, Eds., Pp. 356-369, McGraw-Hill Medicina, 5. izdanje, 2013.

[7] CD Metzger, YD Van der Werf i M. Walter, "Funkcionalno mapiranje jezgri talamija i njihova integracija u kortiko-strijatalne-talamo-kortikalne petlje snimanjem ultra visoke rezolucije-od anatomije životinja do snimanja in vivo u ljudi, "Frontiers in Neuroscience, sv. 7, članak 24, 2013.

[8] L. Cecchetti, E. Ricciardi, G. Handjaras, R. Kupers, M. Ptito i P. Pietrini, "Urođena sljepoća utječe na diencefalne, ali ne i mezencefalne strukture u ljudskom mozgu," Mozgalna struktura i funkcija, sv. 221, br. 3, str. 1465-1480, 2016.

[9] U. Noppeney, K. J. Friston, J. Ashburner, R. Frackowiak i C. J. Price, "Rana vizualna deprivacija izaziva strukturnu plastičnost u sivoj i bijeloj tvari", Current Biology, vol. 15, br. 13, str. R488-R490, 2005.

[10] W.-J. Pan, G. Wu, C.-X. Li, F. Lin, J. Sun i H. Lei, "Progresivna atrofija u optičkom putu i vidnom korteksu rano slijepih Kineza: studija magnetske rezonancije zasnovane na vokselu", NeuroImage, vol. 37, ne. 1, str. 212-220, 2007.

[11] M. Ptito, F. C. G. Schneider, O. B. Paulson i R. Kupers, "Promjene vizualnih puteva u kongenitalnoj sljepoći", Experimental Brain Research, vol. 187, br. 1, str. 41-49, 2008.

[12] H. Bridge, A. Cowey, N. Ragge i K. Watkins, "Studije snimanja kongenitalne anoftalmije otkrivaju očuvanje arhitekture mozga u" vizualnom "korteksu," Mozak, sv. 132, br. 12, str. 3467-3480, 2009.

[13] J. Hyvarinen, L. Hyvarinen i I. Linnankoski, "Modifikacija tjemena parijetalne asocijacije i funkcionalna sljepoća nakon binokularne deprivacije kod mladih majmuna", Experimental Brain Research, vol. 42, br. 1, str. 1-8, 1981.

[14] S. J. Karlen, D. M. Kahn i L. Krubitzer, "Rano sljepilo rezultira abnormalnim kortikokortikalnim i talamokortikalnim vezama", Neuroscience, vol. 142, br. 3, str. 843-858, 2006.

[15] R. Kupers, A. Fumal, AM De Noordhout, A. Gjedde, J. Schoenen i M. Ptito, "Transkranijalna magnetska stimulacija vidnog korteksa izaziva somatotopski organiziranu kvaliju kod slijepih ispitanika", Zbornik Nacionalne akademije znanosti Sjedinjenih Američkih Država, sv. 103, br. 35, str. 13256-13260, 2006.

[16] T. E. J. Behrens, H. Johansen-Berg, M. W. Woolrich i sur., "Neinvazivno mapiranje veza između ljudskog talamusa i korteksa pomoću difuzijskog snimanja", Nature Neuroscience, vol. 6, ne. 7, str. 750-757, 2003.

[17] N. L. Reislev, R. Kupers, H. R. Siebner, M. Ptito i T. B. Dyrby, "Slijepoća mijenja mikrostrukturu ventralnog, ali ne i dorzalnog vizualnog toka", Struktura i funkcija mozga, sv. 221, br. 6, str. 2891-2903, 2016.

[18] N. L. Reislev, T. B. Dyrby, H. R. Siebner, R. Kupers i M. Ptito, "Istodobna procjena promjena bijele tvari u mikrostrukturi i povezanosti u slijepom mozgu," Neural Plasticity, vol. 2016, ID članka 6029241, 12 stranica, 2016.

[19] T. G. Reese, O. Heid, R. M. Weisskoff i V. J. Wedeen, "Smanjenje izobličenja uzrokovanog vrtložnom strujom u difuzijskoj MRI pomoću dvostruko refokusiranog spin eha", Magnetic Resonance in Medicine, vol. 49, br. 1, str. 177-182, 2003.

[20] S. M. Smith, M. Jenkinson, M. W. Woolrich i sur., "Napredak u analizi i implementaciji funkcionalne i strukturne MR slike kao FSL", NeuroImage, vol. 23, ne. 1, str. S208-S219, 2004.

[21] M. W. Woolrich, S. Jbabdi, B. Patenaude i sur., "Bayesova analiza podataka o neuroslikama u FSL -u", NeuroImage, sv. 45, ne. 1, str. S173-S186, 2009.

[22] M. Jenkinson, C. F. Beckmann, T. E. J. Behrens, M. W. Woolrich i S. M. Smith, "FSL", NeuroImage, sv. 62, br. 2, str. 782-790, 2012.

[23] J. L. R. Andersson, S. Skare i J. Ashburner, "Kako ispraviti distorzije osjetljivosti u spin-eho eho-planarnim slikama: primjena na difuzijsko tenzorsko snimanje", NeuroImage, vol. 20, ne. 2, str. 870-888, 2003.

[24] J. L. R. Andersson i S. N. Sotiropoulos, "Integrirani pristup korekciji za učinke izvan rezonancije i kretanje subjekta u difuzijskom MR snimanju", NeuroImage, vol. 125, str. 1063-1078, 2015.

[25] D. C. Alexander, C. Pierpaoli, P. J. Basser i J. C. Gee, "Prostorne transformacije slika difuzijske tenzorske magnetske rezonancije", IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 20, ne. 11, str. 1131-1139, 2001.

[26] J. Jovicich, S. Czanner, D. Greve i sur., "Pouzdanost u višeslojnim strukturnim MRI studijama: učinci korekcije gradijentne nelinearnosti na fantomske i ljudske podatke", NeuroImage, vol. 30, ne. 2, str. 436-443, 2006.

[27] A. M. Dale, B. Fischl i M. I. Sereno, "Kortikalna površinska analiza: I. Segmentacija i rekonstrukcija površine", NeuroImage, sv. 9, br. 2, str. 179-194, 1999. godine.

[28] B. Fischl, M. I. Sereno i A. M. Dale, "Kortikalna površinska analiza: II. Inflacija, spljoštavanje i površinski koordinatni sustav", NeuroImage, sv. 9, br. 2, str. 195-207,1999.

[29] M. Reuter, H. D. Rosas i B. Fischl, "Vrlo točna inverzna dosljedna registracija: robustan pristup", NeuroImage, sv. 53, ne. 4, str. 1181-1196, 2010.

[30] R. S. Desikan, F. Segonne, B. Fischl i sur., "Automatizirani sustav označavanja za podjelu moždane kore čovjeka na MRI snimkama u interesantna područja temeljena na giralima", NeuroImage, vol. 31, ne. 3, str. 968-980, 2006.

[31] N. Tzourio-Mazoyer, B. Landeau, D. Papathanassiou i sur., "Automatsko anatomsko označavanje aktivacija u SPM-u pomoću makroskopske anatomske parcelacije MNI MRI mozga s jednim subjektom", NeuroImage, vol. 15, br. 1, str. 273-289, 2002.

[32] M. Jenkinson i S. Smith, "Globalna metoda optimizacije za robusnu afinu registraciju slika mozga", Medical Image Analysis, vol. 5, br. 2, str. 143-156, 2001.

[33] M.Jenkinson, P. Bannister, M. Brady i S. Smith, "Poboljšana optimizacija za robusnu i točnu linearnu registraciju i korekciju pokreta moždanih slika", NeuroImage, vol. 17, ne. 2, str. 825-841, 2002.

[34] T. E. J. Behrens, M. W. Woolrich, M. Jenkinson i sur., "Karakterizacija i širenje nesigurnosti u difuzno ponderiranom MR snimanju", Magnetic Resonance in Medicine, vol. 50, ne. 5, str. 1077-1088, 2003.

[35] T. E. J. Behrens, H. J. Berg, S. Jbabdi, M. F. S. Rushworth i M. W. Woolrich, "Vjerojatna difuzijska traktografija s više orijentacija vlakana: što možemo dobiti?" NeuroImage, sv. 34, br. 1, str. 144-155, 2007.

[36] N. Shu, Y. Liu, J. Li, Y. Li, C. Yu i T. Jiang, "Izmijenjena anatomska mreža u ranom sljepoći otkrivena difuzijskom tenzorskom traktografijom", PLoS ONE, sv. 4, br. 9, ID članka e7228, 2009.

[37] D. Wang, W. Qin, Y. Liu, Y. Zhang, T. Jiang i C. Yu, "Promijenjeni integritet bijele tvari u urođenih i kasno slijepih osoba", Neural Plasticity, vol. 2013, ID članka 128236, 8 stranica, 2013.

[38] R. Kupers i M. Ptito, "Kompenzacijska plastičnost i međumodalna reorganizacija nakon rane vizualne deprivacije", Neuroznanost i biobehavioralni pregledi, sv. 41, str. 36-52, 2014.

[39] L. K. Laemle, N. L. Strominger i D. O. Carpenter, "Cross-modalna inervacija primarnog vidnog korteksa slušnim vlaknima u kongenitalno anoftalmičkih miševa", Neuroscience Letters, vol. 396, br. 2, str. 108-112, 2006.

[40] M. Ptito, J.-F. Giguere, D. Boire, D. O. Frost i C. Casanova, "Kad slušni korteks postane vizualan", Progress in Brain Research, vol. 134, str. 447-458, 2001.

[41] S. Desgent i M. Ptito, "Kortikalni GABAergički interneuroni u cross-modalnoj plastičnosti nakon ranog sljepila", Neural Plasticity, vol. 2012, ID članka 590725, 20 stranica, 2012.

[42] D. Boire, H. Theoret i M. Ptito, "Vizualni putevi nakon cerebralne hemisferektomije", Napredak u istraživanju mozga, sv. 134, str. 379-397, 2001.

[43] M. Ptito, M. Herbin, D. Boire i A. Ptito, "Neuralne osnove zaostalog vida u hemicorticectomized majmuna", Progress in Brain Research, vol. 112, str. 385-404, 1996.

[44] C. Klinge, F. Eippert, B. Roder i C. Biichel, "Kortikokortikalne veze posreduju primarnim odgovorima vidne kore na slušnu stimulaciju slijepih", Journal of Neuroscience, vol. 30, ne. 38, str. 12798-12805, 2010.

[45] G. F. Wittenberg, K. J. Werhahn, E. M. Wassermann, P. Herscovitch i L. G. Cohen, "Funkcionalna povezanost između somatosenzornog i vizualnog korteksa kod rano slijepih ljudi", European Journal of Neuroscience, vol. 20, ne. 7, str. 1923-1927, 2004.

[46] S. N. Jespersen, H. Lundell, C. K. S0nderby i T. B. Dyrby, "Orijentacijski invarijantne metrike prividne ekscentričnosti odjeljka iz difuzijskih eksperimenata s gradijentom s dvostrukim impulsnim poljem", NMR u Biomedicini, sv. 26, ne. 12, str. 1647-1662, 2013.

[47] S. B. Vos, D. K. Jones, B. Jeurissen, M. A. Viergever i A. Leemans, "Utjecaj složene arhitekture bijele tvari na srednju difuzivnost u difuzijskoj tenzorskoj MRI ljudskog mozga", NeuroImage, vol. 59, ne. 3, str. 2208-2216, 2012.

[48] ​​H. Johansen-Berg, T. E. J. Behrens, E. Sillery i sur., "Funkcionalno-anatomska validacija i individualne varijacije segmentacije humanog talamusa temeljene na difuzijskoj traktografiji", Cerebralni korteks, sv. 15, br. 1, str. 31-39, 2005.

[49] D. Zhang, A. Z. Snyder, J. S. Shmony, M. D. Fox i M. E. Raichle, "Neinvazivno mapiranje funkcionalne i strukturne povezanosti ljudskog talamokortikalnog sustava", Korteks mozga, sv. 20, ne. 5, str. 1187-1194, 2010.

[50] T. B. Dyrby, L. V. S0gaard, G. J. Parker i sur., "Validacija in vitro probabilističke traktografije", NeuroImage, sv. 37, ne. 4, str. 1267-1277, 2007.

[51] C. Thomas, F. Q. Ye, M. O. Irfanoglu i sur., "Anatomska točnost moždanih veza izvedenih iz difuzne MRI traktografije inherentno je ograničena", Zbornik Nacionalne akademije znanosti Sjedinjenih Američkih Država, sv. 111, br. 46, str. 16574-16579, 2014.

[52] G. M. Innocenti, T. B. Dyrby, K. W. Andersen, E. M. Rouiller i R. Caminiti, "Ukrštena projekcija na striatum u dvije vrste majmuna i kod ljudi: bihevioralni i evolucijski značaj", Cerebralna kora, 2016.

[53] J. Hau, S. Sarubbo, J. C. Houde i sur., "Ponovno pregledavanje ljudskog uncinatnog fasciculusa, njegovih podkomponenti i asimetrija s traktografijom na temelju stabljike i validacijom mikrodisekcije," Struktura i funkcija mozga, 2016.

N. H. Reislev, (1) T. B. Dyrby, (1,2) H. R. Siebner, (1,3) H. Lundell, (1) M. Ptito, (4,5) i R. Kupers (5,6,7)

(1) Danski istraživački centar za magnetsku rezonanciju, Centar za funkcionalno i dijagnostičko snimanje i istraživanje, Sveučilišna bolnica u Kopenhagenu Hvidovre, Hvidovre, Danska

(2) Odsjek za primijenjenu matematiku i računarstvo, Tehničko sveučilište u Danskoj, Kongens Lyngby, Danska

(3) Odjel za neurologiju, Sveučilišna bolnica u Kopenhagenu Bispebjerg, Kopenhagen, Danska

(4) Laboratorij za neuropsihijatriju, Psihijatrijski centar Kopenhagen, Kopenhagen, Danska

(5) Optometrijska škola, UniversitedeMontreal, Montreal, QC, Kanada

(6) BRAINlab, Danski centar za medicinu spavanja, Rigshospitalet, Odjel za kliničku neurofiziologiju Sveučilišta u Kopenhagenu, Kopenhagen, Danska

(7) Odjel za radiologiju i biomedicinsko snimanje, Sveučilište Yale, 300 Cedar Street, New Haven, CT 06520, SAD Korespodenciju treba uputiti na N. H. Reislev [email protected]

Primljeno 24. studenog 2016. revidirano 2. veljače 2017. Prihvaćeno 19. veljače 2017. Objavljeno 13. ožujka 2017. godine

Akademski urednik: Jiawei Zhou

Naslov: Slika 1: Pronađite najveću segmentaciju talamusa u pet nakupina i njihove odgovarajuće kortikalne ciljne maske u NS subjekta (x = 52, y = 48, z = 28). Okcipitalna skupina 1 (svijetloplava), temporalna skupina 2 (tamno plava), somatosenzorna postcentralna skupina 3 (crvena), motorna predcentralna skupina 4 (zelena) i frontalna skupina 5 (žuta). Desni dio slike prikazuje shematsku ilustraciju talamokortikalne povezanosti označenu bojom.

Naslov: Slika 2: (a) Pronađite najveću segmentaciju unutar talamusa u sudionika CB, LB i NS. (b) Grafički prikaz jačine talamokortikalne povezanosti za lijevi i desni talamus za sve subjekte CB, LB i NS. 7-osa predstavlja marker jačine veze između talamusa i svake kortikalne ciljne maske, mjereno sjemenom do ciljanog broja povezanosti normaliziranog ukupnim brojem strujnica. Trake pogrešaka označavaju standardnu ​​pogrešku srednje vrijednosti.

Naslov: Slika 3: Primjeri projekcija kortikalne bijele tvari od svakog od pet talamičkih klastera do kortikalnih ciljnih maski u sudionika CB, LB i NS. Kortikalne ciljne maske definirane su iz atlasa Desikan-Killiany koji je isporučen s FreeSurferom, kako je opisano u tablici 1. Traktati su preklopljeni na T1-ponderiranu sliku svakog subjekta i prikazani u kriški najreprezentativnijeg prikaza, aksijalnom ili koronalnom.


Raspodjela vjerojatnosti populacija vlakana na zadanoj orijentaciji.

Shema uzorkovanja q-prostora u obliku sferne ljuske.

Normalizira distribuciju orijentacije vlakana u standardizirani prostor.

Raspodjela vjerojatnosti spin difuzije pri zadanoj orijentaciji.

Shema uzorkovanja u stilu kartezijanske mreže q-prostora.

3D prostor u kojem je vjerojatnost difuzije vrtnji kodirana pomoću gradijenata.

Normalizira funkcije distribucije orijentacije u standardizirani prostor.

Metoda koja rekonstruira funkcije distribucije orijentacije iz podataka sferne ili kartezijanske ljuske.

Metoda koja rekonstruira raspodjele orijentacije vlakana iz podataka sferne ljuske.

Nepristrana metoda normalizacije prostornog prostora koja uklanja učinke međupredmetne anatomske varijabilnosti zbog razlika u veličini i obliku mozga.


Terminologija

Postoji velika zabuna u načinu na koji kliničari i radiolozi upućuju na ograničenje širenja, pri čemu se često čini da obje skupine zapravo ne razumiju na što misle.

Prvi problem je što se izraz "difuzijsko ponderirano snimanje" koristi za označavanje brojnih različitih stvari:

  • izotropna difuzijska karta (ono što će većina radiologa i kliničara nazvati DWI)
  • slijed impulsa koji rezultira generiranjem različitih slika (npr. izotropna karta, b = 0, ADC)
  • općenitiji pojam koji obuhvaća sve difuzijske tehnike, uključujući snimanje difuzijskim tenzorom

Nadalje, postoji i zabuna u pogledu načina na koji se odnosi na abnormalnu ograničenu difuziju. To uvelike proizlazi iz početne popularizacije DWI -a u moždanom udaru, koji je predstavio infarktirano tkivo kao visok signal na izotropnim kartama i opisao ga samo kao "ograničenu difuziju", implicirajući da ostatak mozga nije pokazao ograničenu difuziju, što očito nije točno . Nažalost, ova je stenografija privlačna i rasprostranjenija je nego uporaba preciznije, ali nespretnije "difuzije pokazuje veće ograničenje nego što bi se očekivalo za ovo tkivo".

Da stvar bude gora, mnogi nisu svjesni koncepta sjaja T2, uzroka artefaktički visokog signala na izotropnim kartama, ili ga tumače kao binarnu značajku s doprinosom T2 u signalu koji je ili prisutan ili odsutan kada u stvarnosti uvijek postoji komponentu T2 čak i u područja s pravim ograničenjem difuzije T2.

Mnogo sigurniji i točniji način pozivanja na ograničenje difuzije je sjetiti se da se pozivamo na stvarne vrijednosti prividnog koeficijenta difuzije (ADC) i upotrijebiti riječi poput "regija pokazuje abnormalno niske vrijednosti ADC -a (abnormalno ograničenje difuzije)" ili čak i "visoki signal na izotropnim slikama (DWI) potvrđen je ADC kartama da predstavlja abnormalnu ograničenu difuziju".

Fizika

Za razliku od bitno slobodne difuzije vode koja se čuva u spremniku, difuziju vode unutar moždanog tkiva, na primjer, ometaju prvenstveno granice stanične membrane. Ukupne karakteristike difuzije jednog volumena predstavljaju kombiniranu difuziju vode u brojnim odjeljcima:

  • difuzija unutar unutarstanične tekućine
    • općenito unutar citoplazme
    • unutar organela
    • intersticijske tekućine
    • intravaskularni
    • razne biološke šupljine, npr. ventrikule mozga

    Doprinos svakog od njih ovisit će o tkivu i patologiji. Na primjer, kod akutnog moždanog infarkta vjeruje se da je smanjenje vrijednosti ADC -a rezultat kombinacije vode koja se kreće u unutarstanični odjeljak (gdje njegovu difuziju više ometaju organeli nego u izvanstaničnom prostoru) i rezultirajuće stanične stanice oteklina koja sužava izvanstanični prostor 6. Slični mehanizmi rezultiraju niskim vrijednostima ADC -a u visoko staničnim tumorima (npr. Mali okrugli tumori plavih stanica (npr. Limfom/PNET) i gliomi visokog stupnja (GBM)).

    Što se pojedinačna molekula vode dalje difundira tijekom sekvence, to će biti izloženija promjenjivoj jakosti gradijenta i više će se smanjivati, smanjujući količinu signala koji se vraća. To se događa u mnogo manjem mjerilu od jednog voksela. Jačina ovog učinka (drugim riječima koliko će signal biti oslabljen difuzijom) određena je b vrijednošću.

    Klinička primjena

    Difuzijsko ponderirano snimanje ima važnu ulogu u sljedećim kliničkim situacijama 3-5:

    • rana identifikacija ishemijskog moždanog udara
    • razlikovanje akutnog od kroničnog moždanog udara
    • razlikovanje akutnog moždanog udara od drugih oponašanja moždanog udara
    • diferencijacija epidermoidne ciste od arahnoidne ciste
    • diferencijacija apscesa od nekrotičnih tumora
    • procjena kortikalnih lezija kod Creutzfeldt-Jakobove bolesti (CJD)
    • diferencijacija herpes encefalitisa od difuznih temporalnih glioma
    • procjena opsega difuzne aksonske ozljede
    • stupnjevanje difuznih glioma i meningioma
    • procjena aktivne demijelinizacije
    • stupnjevanje lezija prostate (vidi PIRADS)
    • razlikovanje kolesteatoma i otitisa 9

    MRI sekvenca

    Razvijene su različite tehnike za generiranje difuzijskih karata. Daleko najčešće korištena tehnika oslanja se na spin-eho eho-planarnu sekvencu (SE-EPI), iako su i ne-EPI tehnike (npr. Turbo spin-eho) dostupne i koriste se osobito tamo gdje je tkivo u susjedstvu ili unutar kosti gdje Učinci T2* uzrokuju artefakte, izobličenja i gubitak signala na EPI sekvencama 7,8.

    Opći princip difuzno ponderiranog snimanja

    Temeljna ideja snimanja ponderiranog difuzijom je slabljenje T2* signala na temelju toga koliko se lako molekule vode mogu difundirati u tom području. Što se voda lakše difundira (tj. Što se molekula vode može dalje kretati tijekom slijeda) manje će ostati početni signal T2*. Na primjer, voda unutar cerebrospinalne tekućine (CSF) može se vrlo lako difundirati, pa ostaje vrlo malo signala, a klijetke izgledaju crne. Nasuprot tome, voda unutar moždanog parenhima ne može se kretati tako lako zbog staničnih membrana koje im smetaju, pa je stoga početni T2* signal mozga samo donekle oslabljen. Važna posljedica ovoga je da ako regija mozga ima nula T2* signala, ona ne može, bez obzira na difuzijske karakteristike tog tkiva, prikazati signal na izotropnim difuzno ponderiranim slikama.

    Način na koji se informacije o difuziji izvlače iz tkiva je prvo dobiti sliku ponderiranu s T2* bez slabljenja difuzije. Ovo je poznato kao slika b = 0.

    Zatim se procjenjuje lakoća s kojom se voda može difundirati u različitim smjerovima minimalno su 3 ortogonalna smjera (X, Y i Z) i to ćemo koristiti za ostatak ovog objašnjenja.

    To se postiže primjenom jakog gradijenta simetrično s obje strane impulsa od 180 stupnjeva. Stupanj difuzijskog ponderiranja ovisi prvenstveno o površini pod difuzijskim gradijentima (koja je pak povezana s amplitudom i trajanjem gradijenta) i o intervalu između gradijenata. Kombinacija ovih čimbenika generira vrijednost b. Što je veći broj, to je slabljenje signala povezano s difuzijom izraženije.

    Stacionarne molekule vode dobivaju fazne informacije primjenom prvog gradijenta. Nakon pulsa od 180 stupnjeva, međutim, izloženi su potpuno istom gradijentu (jer nisu promijenili lokaciju) koji poništava sve učinke prvog (budući da su se okrenuli za 180 stupnjeva). Stoga su u vrijeme generiranja odjeka zadržali svoj signal.

    S druge strane, pokretne molekule vode stječu fazne informacije prema prvom gradijentu, ali kako se kreću kada su izložene drugom gradijentu, nisu na istom mjestu i stoga nisu izložene potpuno istom gradijentu nakon 180- stupanj pulsa. Stoga se ne mijenjaju i gube dio signala. Što se dalje mogu kretati, to će se manje uspješno mijenjati, a signal će ostati manje.

    Generiranje izotropnih DWI i ADC karata

    Gore spomenuti proces generira četiri seta slika: sliku T2* b = 0 i tri difuzno ponderirane slike (po jednu za svaki smjer X, Y i Z) s umanjenim signalom T2* ovisno o tome koliko se lako voda može difundirati u tom smjeru.

    Ove se slike tada mogu aritmetički kombinirati za generiranje karata koje nemaju informacije o smjeru (izotropne): izotropne difuzno ponderirane slike (ono što obično nazivamo DWI) i ADC karte.

    Za generiranje izotropnih DWI karata izračunava se geometrijska sredina slika specifičnih za smjer.

    Nasuprot tome, ADC karta povezana je s prirodnim logaritmom (ln) izotropnog DWI podijeljenim početnim signalom T2* (b = 0). Oni se mogu izračunati izravno iz izotropnih DWI slika ili pronalaženjem aritmetičke sredine ADC vrijednosti generirane iz svake karte usmjerene difuzije.


    Kortikospinalna traktografija s morfološkom, funkcionalnom i difuzijskom tenzorskom MRI: usporedna studija četiri deterministička algoritma koji se koriste u kliničkoj rutini

    Snimanje tenzorskim tenzorom difuzije dopušta proučavanje snopova vlakana bijele tvari, međutim, njegovo glavno ograničenje je nedostatak provjere valjanosti anatomskih podataka, osobito u ukrštenim regijama vlakana. Naša je studija imala za cilj usporediti četiri deterministička algoritma traktografije koji se koriste u kliničkoj rutini. Proučavali smo kortikospinalni trakt, snop koji posreduje voljno kretanje. Naše istraživanje nastoji ocijeniti traktografiju koju pružaju algoritmi kroz usporednu analizu stručnjaka neuroradiologa.

    Metode

    Proučavani su podaci magnetske rezonancije od 15 desnorukih dobrovoljaca (30,8 godina). Regije od interesa (ROI) su segmentirane na morfološku i funkcionalnu MRI. Izvršene su difuzno ponderirane slike (15 pravaca), zatim je za svaki voksel procijenjen tenzor. Traktografija kortikospinalnog trakta izvedena je pomoću četiri algoritma za praćenje vlakana. Tri numeričke metode integracije Euler, Runge – Kutta drugog (RK2) i četvrtog reda (RK4), te metoda otklona tenzora (TEND). Provedeno je kvantitativno mjerenje. Kvalitativno vrednovanje provela su dva stručna neuroradiologa koristeći usklađenost Kappa testa.

    Rezultati

    Što se tiče kvantitativnog aspekta, samo RK2 i TEND nisu pokazali značajnu razliku u broju vlakana (str = 0,58). Nije bilo razlike između desne i lijeve strane za svaki algoritam. Što se tiče kvalitativnih aspekata, nedostajalo je vlakana iz ventrolateralnog dijela funkcionalnih ROI -ja. Usporedba stručnih neuroradiologa otkrila je nisku, a ne visoku podudarnost. Algoritam na prvom mjestu bio je RK2 prema preferencijama stručnjaka.

    Zaključci

    Različiti algoritmi korišteni u kliničkoj rutini nisu pokazali realne anatomske snopove. Matematički najrobilniji algoritam nije odabran, niti je algoritam definirao više vlakana. Validacija anatomskih podataka dobivenih traktografijom ostaje izazov.


    Uvod

    Početkom 19. stoljeća Louis-Pierre Gratiolet koristio je fiksaciju i disekciju mozga za identifikaciju i opis optičkog zračenja (OR) (Leuret & Gratiolet, 1839). Ovaj važan rad pokazao je da su retinalni signali slani u lokalizirana područja korteksa. Ovo mjerenje podržalo je teoriju funkcionalne specijalizacije senzorne obrade u mozgu, što je u suprotnosti s uvriježenim vjerovanjem u to vrijeme da je veliki mozak ekvipotentan (Schmahmann & Pandya, 2006).

    OR ostaje važna tema za neuro-anatomska istraživanja. Mjerenje svojstava putova bijele tvari od retine do korteksa u živom ljudskom mozgu imat će mnoge koristi za razumijevanje vizualnih performansi i invaliditeta. Osim toga, postojao je veliki interes za dokumentiranje specifičnog puta koji slijedi OR kad izlazi iz lateralne geniculatne jezgre (LGN) i odlazi do kalkarinske pukotine u stražnjoj kori.Zanimanje je zbog široko korištenih neurokirurških intervencija koje uključuju resekciju prednjeg temporalnog režnja (Yasargil, T üre, & Yasargil, 2004.). Resekcije prednjeg temporalnog režnja izvode se iz nekoliko razloga, uključujući tumore i lezije (Choi, Rubino, Fernandez-Miranda, Abe, & Rhoton, 2006. Peltier, Travers, Destrieux, & Velut, 2006.), arteriovenske malformacije (Kikuta et al., 2006. Okada i sur., 2007.), te epileptička žarišta (Choi i sur., 2006. Ebeling & Reulen, 1988. Krolak-Salmon i sur., 2000. Peltier i sur., 2006. Powell i sur., 2005. Rubino , Rhoton, Tong, & Oliveira, 2005. Sincoff, Tan, & Abdulrauf, 2004. Taoka i sur., 2005. Yasargil i sur., 2004.). Dio OR izlazi iz LGN -a i prolazi u prednji temporalni režanj prije nego što se vrati u stražnji korteks (slika 1). Ovo područje OR -a, nazvano Meyerova petlja (Meyer, 1907.), prenosi signale koji predstavljaju cijelo kontralateralno gornje vidno polje izbjegavajući oštećenje Meyerove petlje od ključne je važnosti za očuvanje ovog dijela pacijentovog vidnog polja.

    Izloženo optičko zračenje (virtualna bolnica). Mozak, gledano odozdo, pripremljen je Klinglerovom tehnikom disekcije vlakana. Meyerova petlja, prednji nastavak u sljepoočni režanj, označena je strelicama.

    Mjesto Meyerove petlje je promjenjivo, a njezin prednji položaj varira čak 1 cm između pojedinaca (Ebeling & Reulen, 1988.). Dakle, identificiranje njegove lokacije kod pojedinih pacijenata ima značajnu vrijednost u predhirurškom planiranju. Trenutno DTI-FT nudi jedinu neinvazivnu metodu za mjerenje tijeka tragova bijele tvari in vivo. Identifikacija OR-a, a posebno dio petlje Meyer ’s, dobio je značajnu pažnju zajednice DTI-FT (Behrens, Johansen-Berg i sur., 2003 Catani, Jones, Donato, & Ffytche , 2003 Ciccarelli i sur., 2005 Conturo i sur., 1999 Kikuta i sur., 2006 Okada i sur., 2007 Powell i sur., 2005 Taoka i sur., 2005 Yamamoto, Yamada, Nishimura, & Kinoshita, 2005 ). Unatoč određenom uspjehu, procjene DTI-FT-a imaju poteškoća u identificiranju OR, a posebno Meyer-ovog dijela petlje (Miller, 2005. Powell i sur., 2005. Yamamoto i sur., 2005.).

    Ovaj rad koristi algoritam ConTrack (Sherbondy, Dougherty, Ben-Shachar, Napel, & Wandell, 2008) za identifikaciju OR. Ovaj algoritam locira ključne OR ILI orijentire na položajima koji odgovaraju onima izvedenim pomoću visokokvalitetnih metoda disekcije (Ebeling & Reulen, 1988). Konačno, koristeći procjene zdrave populacije, dokumentiramo uzdužne i radijalne karakteristike difuzije duž cijelog toka optičkog zračenja.


    Kortikospinalna traktografija s morfološkom, funkcionalnom i difuzijskom tenzorskom MRI: usporedna studija četiri deterministička algoritma koji se koriste u kliničkoj rutini

    Snimanje tenzorskim tenzorom difuzije dopušta proučavanje snopova vlakana bijele tvari, međutim, njegovo glavno ograničenje je nedostatak provjere valjanosti anatomskih podataka, osobito u ukrštenim regijama vlakana. Naša je studija imala za cilj usporediti četiri deterministička algoritma traktografije koji se koriste u kliničkoj rutini. Proučavali smo kortikospinalni trakt, snop koji posreduje voljno kretanje. Naše istraživanje nastoji ocijeniti traktografiju koju pružaju algoritmi kroz usporednu analizu stručnjaka neuroradiologa.

    Metode

    Proučavani su podaci magnetske rezonancije od 15 desnorukih dobrovoljaca (30,8 godina). Regije od interesa (ROI) su segmentirane na morfološku i funkcionalnu MRI. Izvršene su difuzno ponderirane slike (15 pravaca), zatim je za svaki voksel procijenjen tenzor. Traktografija kortikospinalnog trakta izvedena je pomoću četiri algoritma za praćenje vlakana. Tri numeričke metode integracije Euler, Runge – Kutta drugog (RK2) i četvrtog reda (RK4), te metoda otklona tenzora (TEND). Provedeno je kvantitativno mjerenje. Kvalitativno vrednovanje provela su dva stručna neuroradiologa koristeći usklađenost Kappa testa.

    Rezultati

    Što se tiče kvantitativnog aspekta, samo RK2 i TEND nisu pokazali značajnu razliku u broju vlakana (str = 0,58). Nije bilo razlike između desne i lijeve strane za svaki algoritam. Što se tiče kvalitativnih aspekata, nedostajalo je vlakana iz ventrolateralnog dijela funkcionalnih ROI -ja. Usporedba stručnih neuroradiologa otkrila je nisku, a ne visoku podudarnost. Algoritam na prvom mjestu bio je RK2 prema preferencijama stručnjaka.

    Zaključci

    Različiti algoritmi korišteni u kliničkoj rutini nisu pokazali realne anatomske snopove. Matematički najrobilniji algoritam nije odabran, niti je algoritam definirao više vlakana. Validacija anatomskih podataka dobivenih traktografijom ostaje izazov.


    BDP – Često postavljana pitanja

    Što se tiče stavke #9, mogu li uvesti podatkovne datoteke nakon prethodne obrade s FSL -om & #8211, to bi uključivalo BET, korekcije vrtložne struje, registraciju u standardni prostor, TBSS, DTIFIT, BEDPOSTX itd. Čuo sam sjajne stvari o mozgu i htio bih jako ga volim koristiti. Ako postoji odgovarajući način za pripremu izlaznih podataka iz cjevovoda za predprocesiranje FSL -a kako bi odgovarao upotrebi BDP -a, možete li me uputiti na upute?
    Ljubazno hvala,
    Jon

    Oprosti na zakašnjelom odgovoru.

    Ovisi za koje komponente želite FSL i za koje komponente želite BDP.

    Od stvari koje ste naveli, predložio bih samo pokretanje korekcije vrtložne struje, a zatim možete koristiti taj izlaz iz FSL -a kao ulaz za BDP.

    Jesu li bvektori preusmjereni nakon ko-regije difuzijskog prostora u T1 prostor proporcionalno stupnju deformacije?

    Jesu li bvektori preusmjereni nakon ko-regije difuzijskog prostora u T1 prostor proporcionalno stupnju deformacije?

    Prilikom prijenosa difuzijskih podataka u T1-prostor, b-vektori se preorijentiraju pomoću izračunatog krutog preslikavanja između prostora. Nekruta EPI deformacija (koristi se za ispravljanje izobličenja) difuzijskih podataka ne utječe na smjerove kodiranja difuzije, stoga se ne koristi za preorijentaciju b-vektora.

    Upravo sam shvatio da su Bhushan i sur. (2012) je vaš rukopis, jako cool, uživao sam čitajući ga! Zanima me znati jer ne razumijem baš sve u tome … obzirom da se u mojoj trenutnoj situaciji transformacija veličine voksela koja ide od većeg DWI (1x1x2mm) do manjeg T1 (1x1x1mm) praktički udvostručuje rezoluciju u ravnini DWI -a, stvara li interpolacija u biti nove difuzne podatke koji prije nisu postojali? Ako je tako, kako to čini? (žao mi je što znam da je to nejasno pitanje, ali možda postoji papir na koji biste me mogli uputiti?). Pretpostavljam da ne duplicira podatke u jednom 2 mm DWI presjeku u dva 1 mm T1 kriška, zar ne?

    Pitam se ovo jer sam uvijek prethodno radio traktografiju i analizu u izvornom difuzijskom prostoru, pa sam znatiželjan znati kako će to učiniti u izvornom T1 prostoru. Možda postoje neki posebni nedostaci ili kompromisi? No čak i ako je tako, imam tako loše izobličenje u ovim dwi podacima (i nemam kartu polja niti dvostruko prikupljanje), pa mislim da će metoda BrainSuite ’s donijeti značajno poboljšanje.

    je li u redu ako ispravljam svoje dwi slike za vrtložne struje u FSL-u, rotiram bvecs s fdt_rotate_bvecs.sh (FSL skripta), a zatim taj izlaz (vrtložen dwi volumen korigirao i rotirao b-vecs) u BS-BDP za daljnju obradu?

    Pročitao sam odgovor u ovoj istoj temi koji kaže da se bvecs rotiraju (opet) kada se registriraju na sliku ponderiranu s T1 (.bfc.nii.gz).

    Bi li moj cjevovod (FSL- & gtBS) predprocesiranja pretpostavio bilo kakav problem? Hvala!!


    Terminologija

    Postoji velika zabuna u načinu na koji kliničari i radiolozi upućuju na ograničenje širenja, pri čemu se često čini da obje skupine zapravo ne razumiju na što misle.

    Prvi problem je što se izraz "difuzijsko ponderirano snimanje" koristi za označavanje brojnih različitih stvari:

    • izotropna difuzijska karta (ono što će većina radiologa i kliničara nazvati DWI)
    • slijed impulsa koji rezultira generiranjem različitih slika (npr. izotropna karta, b = 0, ADC)
    • općenitiji pojam koji obuhvaća sve difuzijske tehnike, uključujući snimanje difuzijskim tenzorom

    Nadalje, postoji i zabuna u pogledu načina na koji se odnosi na abnormalnu ograničenu difuziju. To uvelike proizlazi iz početne popularizacije DWI -a u moždanom udaru, koji je predstavio infarktirano tkivo kao visok signal na izotropnim kartama i opisao ga samo kao "ograničenu difuziju", implicirajući da ostatak mozga nije pokazao ograničenu difuziju, što očito nije točno . Nažalost, ova je stenografija privlačna i rasprostranjenija je nego uporaba preciznije, ali nespretnije "difuzije pokazuje veće ograničenje nego što bi se očekivalo za ovo tkivo".

    Da stvar bude gora, mnogi nisu svjesni koncepta sjaja T2, uzroka artefaktički visokog signala na izotropnim kartama, ili ga tumače kao binarnu značajku s doprinosom T2 u signalu koji je ili prisutan ili odsutan kada u stvarnosti uvijek postoji komponentu T2 čak i u područja s pravim ograničenjem difuzije T2.

    Mnogo sigurniji i točniji način pozivanja na ograničenje difuzije je sjetiti se da se pozivamo na stvarne vrijednosti prividnog koeficijenta difuzije (ADC) i upotrijebiti riječi poput "regija pokazuje abnormalno niske vrijednosti ADC -a (abnormalno ograničenje difuzije)" ili čak i "visoki signal na izotropnim slikama (DWI) potvrđen je ADC kartama da predstavlja abnormalnu ograničenu difuziju".

    Fizika

    Za razliku od bitno slobodne difuzije vode koja se čuva u spremniku, difuziju vode unutar moždanog tkiva, na primjer, ometaju prvenstveno granice stanične membrane. Ukupne karakteristike difuzije jednog volumena predstavljaju kombiniranu difuziju vode u brojnim odjeljcima:

    • difuzija unutar unutarstanične tekućine
      • općenito unutar citoplazme
      • unutar organela
      • intersticijske tekućine
      • intravaskularni
      • razne biološke šupljine, npr. ventrikule mozga

      Doprinos svakog od njih ovisit će o tkivu i patologiji. Na primjer, kod akutnog moždanog infarkta vjeruje se da je smanjenje vrijednosti ADC -a rezultat kombinacije vode koja se kreće u unutarstanični odjeljak (gdje njegovu difuziju više ometaju organeli nego u izvanstaničnom prostoru) i rezultirajuće stanične stanice oteklina koja sužava izvanstanični prostor 6. Slični mehanizmi rezultiraju niskim vrijednostima ADC -a u visoko staničnim tumorima (npr. Mali okrugli tumori plavih stanica (npr. Limfom/PNET) i gliomi visokog stupnja (GBM)).

      Što se pojedinačna molekula vode dalje difundira tijekom sekvence, to će biti izloženija promjenjivoj jakosti gradijenta i više će se smanjivati, smanjujući količinu signala koji se vraća. To se događa u mnogo manjem mjerilu od jednog voksela. Jačina ovog učinka (drugim riječima koliko će signal biti oslabljen difuzijom) određena je b vrijednošću.

      Klinička primjena

      Difuzijsko ponderirano snimanje ima važnu ulogu u sljedećim kliničkim situacijama 3-5:

      • rana identifikacija ishemijskog moždanog udara
      • razlikovanje akutnog od kroničnog moždanog udara
      • razlikovanje akutnog moždanog udara od drugih oponašanja moždanog udara
      • diferencijacija epidermoidne ciste od arahnoidne ciste
      • diferencijacija apscesa od nekrotičnih tumora
      • procjena kortikalnih lezija kod Creutzfeldt-Jakobove bolesti (CJD)
      • diferencijacija herpes encefalitisa od difuznih temporalnih glioma
      • procjena opsega difuzne aksonske ozljede
      • stupnjevanje difuznih glioma i meningioma
      • procjena aktivne demijelinizacije
      • stupnjevanje lezija prostate (vidi PIRADS)
      • razlikovanje kolesteatoma i otitisa 9

      MRI sekvenca

      Razvijene su različite tehnike za generiranje difuzijskih karata. Daleko najčešće korištena tehnika oslanja se na spin-eho eho-planarnu sekvencu (SE-EPI), iako su i ne-EPI tehnike (npr. Turbo spin-eho) dostupne i koriste se osobito tamo gdje je tkivo u susjedstvu ili unutar kosti gdje Učinci T2* uzrokuju artefakte, izobličenja i gubitak signala na EPI sekvencama 7,8.

      Opći princip difuzno ponderiranog snimanja

      Temeljna ideja snimanja ponderiranog difuzijom je slabljenje T2* signala na temelju toga koliko se lako molekule vode mogu difundirati u tom području. Što se voda lakše difundira (tj. Što se molekula vode može dalje kretati tijekom slijeda) manje će ostati početni signal T2*. Na primjer, voda unutar cerebrospinalne tekućine (CSF) može se vrlo lako difundirati, pa ostaje vrlo malo signala, a klijetke izgledaju crne. Nasuprot tome, voda unutar moždanog parenhima ne može se kretati tako lako zbog staničnih membrana koje im smetaju, pa je stoga početni T2* signal mozga samo donekle oslabljen. Važna posljedica ovoga je da ako regija mozga ima nula T2* signala, ona ne može, bez obzira na difuzijske karakteristike tog tkiva, prikazati signal na izotropnim difuzno ponderiranim slikama.

      Način na koji se informacije o difuziji izvlače iz tkiva je prvo dobiti sliku ponderiranu s T2* bez slabljenja difuzije. Ovo je poznato kao slika b = 0.

      Zatim se procjenjuje lakoća s kojom se voda može difundirati u različitim smjerovima minimalno su 3 ortogonalna smjera (X, Y i Z) i to ćemo koristiti za ostatak ovog objašnjenja.

      To se postiže primjenom jakog gradijenta simetrično s obje strane impulsa od 180 stupnjeva. Stupanj difuzijskog ponderiranja ovisi prvenstveno o površini pod difuzijskim gradijentima (koja je pak povezana s amplitudom i trajanjem gradijenta) i o intervalu između gradijenata. Kombinacija ovih čimbenika generira vrijednost b. Što je veći broj, to je slabljenje signala povezano s difuzijom izraženije.

      Stacionarne molekule vode dobivaju fazne informacije primjenom prvog gradijenta. Nakon pulsa od 180 stupnjeva, međutim, izloženi su potpuno istom gradijentu (jer nisu promijenili lokaciju) koji poništava sve učinke prvog (budući da su se okrenuli za 180 stupnjeva). Stoga su u vrijeme generiranja odjeka zadržali svoj signal.

      S druge strane, pokretne molekule vode stječu fazne informacije prema prvom gradijentu, ali kako se kreću kada su izložene drugom gradijentu, nisu na istom mjestu i stoga nisu izložene potpuno istom gradijentu nakon 180- stupanj pulsa. Stoga se ne mijenjaju i gube dio signala. Što se dalje mogu kretati, to će se manje uspješno mijenjati, a signal će ostati manje.

      Generiranje izotropnih DWI i ADC karata

      Gore spomenuti proces generira četiri seta slika: sliku T2* b = 0 i tri difuzno ponderirane slike (po jednu za svaki smjer X, Y i Z) s umanjenim signalom T2* ovisno o tome koliko se lako voda može difundirati u tom smjeru.

      Ove se slike tada mogu aritmetički kombinirati za generiranje karata koje nemaju informacije o smjeru (izotropne): izotropne difuzno ponderirane slike (ono što obično nazivamo DWI) i ADC karte.

      Za generiranje izotropnih DWI karata izračunava se geometrijska sredina slika specifičnih za smjer.

      Nasuprot tome, ADC karta povezana je s prirodnim logaritmom (ln) izotropnog DWI podijeljenim početnim signalom T2* (b = 0). Oni se mogu izračunati izravno iz izotropnih DWI slika ili pronalaženjem aritmetičke sredine ADC vrijednosti generirane iz svake karte usmjerene difuzije.


      Nailaženje na pogreške pomoću 5ttgen fsl ¶

      Sljedeće poruke o pogrešci često su uočene iz 5ttgen fsl skripte:

      Poruke o pogreškama koje se mogu pronaći u datotekama dnevnika u privremenom direktoriju skripte uključuju:

      Sve ove različite poruke odnose se na činjenicu da ova skripta koristi FSL-ov PRVI alat za eksplicitno segmentiranje podkortikalnih struktura sive tvari, ali ovaj proces segmentacije nije uspješan u svim okolnostima. Štoviše, postoje posebni detalji u vezi s implementacijom FIRST alata koji čine neugodnim da skripta 5ttgen fsl` pozove ovaj alat i na odgovarajući način otkrije je li segmentacija uspješna.

      Čini se da je primarni izvor ovog problema korištenje FSL -ovog alata za flert za registraciju slike T1 na DWI -ima prije pokretanja 5ttgen fsl -a. Iako je to u skladu s rekommentacijom u dokumentaciji Anatomsko-ograničena traktografija (ACT), postoji nenamjerna posljedica izvođenja ovog koraka registracije posebno s alatom za flert prije 5ttgen fsl. Uz zadanu upotrebu, flert neće samo _registrirati_ T1 sliku u DWI -ove, već će i _pregledati_ T1 u vokselsku mrežu DWI -a, uvelike smanjujući njezinu prostornu rezoluciju. To može imati popratni učinak tijekom subkortikalne segmentacije prema FIRST: Mreža voksela je toliko gruba da je nemoguće pronaći bilo koje voksele koji su u potpunosti inkapsulirani površinom koja odgovara segmentiranoj strukturi, što rezultira pogreškom unutar FIRST skripte .

      Ako je to slučaj, jako se preporučuje slika T1 ne biti ponovno uzorkovani na DWI voxel mrežu nakon registracije ne samo za gore spomenuto pitanje, već i zato što je ACT izričito osmišljen tako da u potpunosti iskoristi veću prostornu rezoluciju slike T1. Ako će se flert još uvijek koristiti za registraciju, rješenje je uputiti flert da pruži matrica transformacije, umjesto prevedene & amp; uzorkovane slike:

      Tu bi se matricu transformacije tada trebalo primijeniti na sliku T1 na način koji utječe samo na transformaciju pohranjenu u zaglavlju slike, a ne ponovo uzorkujte sliku u novu mrežu voksela:

      Ako slika T1 dostavljena 5ttgen fsl-u _ nije_ pogrešno smanjena u uzorku, ali se problemi ipak pojavljuju u PRVOM koraku, drugo moguće rješenje je prvo dobiti točnu ekstrakciju mozga, a zatim pokrenuti 5ttgen fsl pomoću opcije-premasked. To rezultira registracijskim korakom FIRST-a na temelju slike predloška izvađenog iz mozga, što u nekim slučajevima može učiniti proces robusnijim.

      Za sva daljnja pitanja, preostale su samo sljedeće preporuke:

      • Istražite privremene datoteke koje se generiraju u privremenom direktoriju skripte, osobito PRVE datoteke dnevnika i potražite bilo kakve naznake uzroka kvara.
      • Pokušajte pokrenuti FSL skriptu run_first_all izravno na izvornoj slici T1. Ako ovo uspije, moglo bi se koristiti daljnje istraživanje kako bi se točno utvrdilo koje se slike mogu uspješno segmentirati, a koje ne.Ako se to ne dogodi, možda će biti potrebno eksperimentirati s opcijama naredbenog retka dostupnim u skripti run_first_all.

      Tehnička razmatranja za vrhunski DWI

      Eho-Planarni DWI

      Prednosti Single-Shot Echo-Planar DWI-a.

      Budući da čak i minimalno masovno kretanje pacijenata tijekom stjecanja DWI -a može zamagliti učinke mnogo manjeg mikroskopskog kretanja vode zbog difuzije, za uspješan klinički DWI neophodni su ultra brzi sekvenci snimanja. Najčešće se difuzijsko snimanje izvodi tehnikama snimanja spin-echo single-shot echo-planar imaging (SS-EPI). Izraz "pojedinačni snimak" znači da je cijela 2D slika formirana od jednog radio-frekvencijskog impulsa uzbude. Slike se mogu dobiti u djeliću sekunde, pa se artefakt fiziološke srčane i respiratorne pulsacije te kretanja pacijenata uvelike smanjuje, uključujući kretanje između akvizicija s različitim usmjerenjima gradijenata osjetljivih na difuziju. Još jedna prednost SS-EPI-a je relativno visok SNR po jedinici vremena skeniranja. To je osobito važno za DWI jer gradijenti difuzije pri visokim b-vrijednostima uzrokuju značajan gubitak intenziteta signala (jednadžba 2 u Dijelu I 1), stoga je DWI više ograničen SNR-om od konvencionalnog MR snimanja, poput T2-ponderiranog snimanja. Zbog brzine i visoke učinkovitosti SNR-a pri preuzimanju SS-EPI, DWI je bio među najkraćim nizovima u tipičnom protokolu snimanja mozga, za što je obično potrebno samo 1-2 minute. To je vrlo korisno za primjene kao što je snimanje hiperakutnim udarom, u kojem je vremenski okvir za MR snimanje vrlo kratak. Neosjetljivost na kretanje SS-EPI znači da DWI često može proizvesti dijagnostičke rezultate u bolesnika koji nemaju suradnju, kod kojih su svi drugi nizovi previše degradirani da bi bili korisni.

      Nedostaci SS-EPI DWI.

      Međutim, ograničenja SS-EPI-a uključuju nisku prostornu razlučivost, zamagljujuće učinke raspada T2* i raspadanja T2 koji se javljaju tijekom čitanja slike te osjetljivost na artefakte zbog Nyquistovog duha, kemijskog pomaka, nehomogenosti magnetskog polja i učinaka lokalne osjetljivosti. S trenutnim hardverskim i softverskim ograničenjima za MR snimanje, tehnika pojedinačnog snimanja ograničava veličinu matrice za tipični 2D DWI na 128 × 128, što je mnogo manje od one za standardne T1 i T2 ponderirane skenove, koji mogu imati veličine matrice 256 × 192 ili veći. Zamućivanje T2-ponderiranog i T2*ponderiranog kontrasta još je jedan nedostatak pristupa pojedinačnog snimanja, što se događa i u brzom spin-ehu s jednim snimkom (SS-FSE) i polu-Fourierovim jednokratnim turbo spin-ehom (HASTE ) sekvence zbog njihovih produženih duljina eho-vlaka. Nyquistov duh artefakt je specifičan za EPI, jer proizlazi iz činjenice da EPI prelazi k-prostor u suprotnim smjerovima na izmjeničnim odjecima. Pogreške u fazi intenziteta signala MR snimanja iz izvora, poput kemijskog pomaka masti i vode, mogu uzrokovati preklapanje druge slike "duha" na izvornu sliku, pri čemu se slika duha pomiče za polovicu FOV-a u fazi -smjer kodiranja. Zbog fenomena Nyquistovog duha, kemijski pomak može biti posebno problematičan u DWI -u. Srećom po snimanje glave, područja koja sadrže masnoće obično su ograničena na tjeme, orbite i koštanu srž kalvarija, uključujući i bazu lubanje. Ti se artefakti minimiziraju frekvencijski selektivnim impulsima zasićenja masti ugrađenim u SS-EPI sekvencu. Možda su najgori artefakti svojstveni SS-EPI-u, osobito na visokim poljima od 3T ili većima, oni iz nehomogenosti magnetskog polja, prvenstveno uzrokovani razlikama lokalne osjetljivosti među susjednim strukturama. To često dovodi do izrazitih izobličenja i pada intenziteta signala u blizini šupljina ispunjenih zrakom, poput paranazalnih i mastoidnih sinusa, osobito u bazi lubanje i stražnjoj jami, ograničavajući osjetljivost DWI-a sa SS-EPI-om u tim područjima.

      Optimiziranje SS-EPI DWI: b-vrijednosti.

      Kao što je prethodno pregledano (jednadžba 5, dio 11), za kliničke b-vrijednosti u rasponu od 0–1000 s/mm 2, samo su 2 različite b-vrijednosti potrebno izmjeriti kako bi se procijenio ADC: 1 pri vrlo niskim b- vrijednost (ili nula), a druga pri visokoj b-vrijednosti. Stjecanje DWI -ja pri dodatnim srednjim vrijednostima b suvišno je. Visoka b-vrijednost od 1000 s/mm 2 postala je standard za klinički DWI. Mozak novorođenčadi i dojenčadi ima mnogo duže vrijeme opuštanja T2 i mnogo veće vrijednosti ADC-a od onih odraslih 2-5 pa je uobičajena praksa koristiti manje difuzijsko ponderiranje, na primjer, b = 600 s/mm 2 za nedonoščad i b = 700 s/mm 2 za novorođenčad i dojenčad mlađu od 1 godine. Zlatno pravilo je da bi optimalna b-vrijednost pomnožena s ADC-om tkiva koje se istražuje trebala biti blizu 1.

      Optimiziranje SS-EPI DWI: Gradijenti.

      Jedan od najvažnijih hardverskih čimbenika koji utječe na kvalitetu DWI -a je gradijentna izvedba skenera za snimanje MR -om, kako za gradijente difuzije, tako i za gradijente očitavanja EPI -a. Jači i brži gradijenti omogućuju jače difuzijsko ponderiranje u kraćem vremenskom razdoblju, kao i smanjenje vremena potrebnog za formiranje EPI slike. To omogućuje stjecanje DWI -a pri kraćoj TE, što poboljšava SNR i smanjuje geometrijske artefakte iskrivljavanja od učinaka osjetljivosti. Čvrstoća gradijenta često se mjeri u militelasima po metru. Brzina prebacivanja nagiba naziva se "brzina nagiba" i mjeri se u militelasima po metru po milisekundi. Veće gradijentne amplitude i brzine nagiba poželjne su za DWI. Međutim, postoje ograničenja američke Uprave za hranu i lijekove (FDA) o maksimalnoj brzini kojom se magnetsko polje može promijeniti, tehnički nazvana dB/dt. Gradijentna izvedba koja premašuje federalne dB/dt smjernice riskira stimulaciju perifernih živaca zbog inducirane električne struje, što može dovesti do nehotičnih kontrakcija skeletnih mišića. Viši pacijenti bili bi vjerojatnije zahvaćeni zbog duljeg trajanja perifernih živaca. Svi klinički MR skeneri za snimanje zadovoljavaju sigurnosne smjernice FDA za dB/dt granice. Trenutna generacija MR snimača s maksimalnom amplitudom gradijenta 40–80 mT/m i maksimalnom brzinom nagiba od 150–200 mT/m po milisekundi omogućuje DWI s boljom anatomskom vjernošću od starijih MR sustava snimanja. Neki noviji skeneri za snimanje MR -om opremljeni su još jačim i bržim gradijentima koji imaju smanjeni FOV, kako bi ostali unutar dB/dt smjernica, te su prikladni za snimanje glave, ali ne i za snimanje kralježnice ili tijela. Osim maksimalne amplitude i brzine nagiba, drugi važan faktor je radni ciklus gradijenta, koji se može ograničiti ograničenjima grijanja. Veći radni ciklusi omogućuju stjecanje više 2D difuzijski ponderiranih presjeka u danom TR. Suvremeni MR sustavi za snimanje imaju vodeno hlađene nagibe s većim radnim ciklusima od starijih sustava, koji omogućuju brži DWI.

      Kako gradijenti postaju sve snažniji, mogu pogoršati probleme poput vrtložnih struja i mehaničkih vibracija. Sve zavojnice s gradijentom snimanja MR-a samozaštitne su kako bi se spriječile vrtložne struje, a to su zaostala magnetska polja inducirana prebacivanjem gradijenta koja traju i nakon isključivanja gradijenata. Međutim, samozaštita nije primjerena za veliku amplitudu i brzi početak i pomak gradijenata osjetljivih na difuziju pri visokim b-vrijednostima. Vrtložne struje uzrokuju 3 različite vrste artefakata slike u DWI -ju: skaliranje, pomak i smicanje. 6 “Skaliranje” se odnosi na proširenje ili smanjenje DWI -ja. "Pomicanje" opisuje pomak slike duž smjera kodiranja faze (slika 1). "Smicanje" označava pomicanje slike u suprotnim smjerovima s lijeve i desne strane. Stoga su za DWI potrebne dodatne strategije kompenzacije vrtložnih struja. Većina DWI sekvenci sada koristi bipolarne gradijente difuzije, koji imaju pozitivne i negativne režnjeve za poništavanje vrtložnih struja. 7 Druga mogućnost dostupna na trenutnoj generaciji MR skenera za snimanje su dvostruko refokusirani spin-echo (TRSE) ili dvostruki spin-echo (DSE) difuzijski ponderirani nizovi, koji koriste 2 uzastopna radiofrekvencijska impulsa za refokusiranje, svaki s parom bipolarnih gradijenata difuzije kako bi se dalje razbilo vrijeme nastajanja i opadanja vrtložnih struja. 8 Međutim, ove sekvence mogu neznatno povećati TE, što smanjuje SNR i povećava artefakte osjetljivosti. Također je pokazano da sekvence TRSE/DSE dramatično povećavaju mehaničke vibracije pri 3T. 9 Ove nedostatke treba odvagnuti u odnosu na štetne učinke vrtložnih struja pri odlučivanju hoće li se koristiti opcija TRSE/DSE.

      Pomicanje DWI -a zbog vrtložnih struja. A, The b = 0 s/mm 2 slika s ocrtanim sučeljem mozak-CSF (žuto). B, Odgovarajući DWI s istim obrisom (crveno), nepromijenjenog položaja u usporedbi s A, prikazuje pomak mozga sprijeda, najlakše se vidi na rubovima ventrikula i na zatiljnim režnjevima. C, Još jedan DWI s gradijentom difuzije usmjerenim u drugom smjeru nego u B pokazuje različit stupanj prednjeg pomaka.

      Gradijenti difuzije dovoljno su snažni da prodrmaju čitav MR skener za snimanje i njegovu platformu. Ove mehaničke vibracije mogu se prenijeti na pacijenta i uzrokovati karakteristične artefakte u DWI (slika 2). Sustavno proučavanje vibracija izazvanih gradijentima kodiranja difuzije pokazalo je da se one jako povećavaju s b-vrijednošću. 9 Može se očekivati ​​da će teži pacijenti biti manje pogođeni jer bi njihova težina učinkovitije prigušila vibracije, međutim, ovo 3T istraživanje pokazalo je da bi se kretanje moglo povećati s većom težinom na stolu za pacijente. Napredak u dizajnu gradijenta i stabilizaciji magneta može pomoći u ublažavanju ovih artefakata vibracija.

      Kombinirana slika DWI -a prikazuje izražene artefakte na prednjim temporalnim režnjevima i oko gornjeg vrha malog mozga (crne linije) zbog mehaničkih vibracija.

      Optimiziranje SS-EPI DWI: višekanalne zavojnice i paralelno snimanje.

      Nove višekanalne zavojnice s faznim nizom s glavnim radijskim frekvencijama s boljim karakteristikama SNR-a od standardnih radio-frekvencijskih zavojnica s kavezom za glavu također su poboljšale DWI, što je tehnika ograničena SNR-om. Za razliku od zavojnica glave kaveza za ptice, koje imaju relativno ujednačenu osjetljivost u cijelom volumenu snimanja, zavojnice s faznim nizom imaju bolju osjetljivost na periferiji volumena nego u sredini. Stoga je dobitak SNR -a veći u kori velikog mozga nego u središnjim strukturama mozga, poput talamusa. Osim boljeg ukupnog SNR-a, još jedna prednost zavojnica s faznim nizom je njihov više nezavisnih prijemnih kanala, koji omogućuju paralelno snimanje na modernim sustavima za snimanje MR-om, koji su opremljeni za rukovanje paralelnim tokovima podataka. 10,11

      Paralelne tehnike snimanja, kao što su kodiranje osjetljivosti (SENSE), tehnika kodiranja prostorne osjetljivosti niza (ASSET) i generalizirana autokalibrirajuća djelomično paralelna akvizicija (GRAPPA), sve se mogu koristiti za skraćivanje duljine eho-niza EPI-a (slike 3 i 4). ublažavanje artefakata geometrijskog iskrivljavanja uzrokovanih osjetljivošću i smanjenje zamućenja kontrasta slike T2 i T2* koji se javlja kod proširenih vlakana odjeka EPI. 12,13 Štoviše, zbog kraćeg očitanja, TE se može smanjiti. Ovo smanjenje ima učinak poboljšanja SNR-a i daljnjeg smanjenja osjetljivosti i artefakata izvan rezonancije, kao i prolaska T2 (slike 3 i 4). Ova značajna poboljšanja povećavaju se s faktorom ubrzanja koji se koristi u paralelnom snimanju, ali se moraju uravnotežiti s većim gubitkom SNR -a pri većem ubrzanju. S trenutnim dizajnom radiofrekvencijskih zavojnica s 8 do 12 kanala, faktori ubrzanja 2–3 su optimalni. 14–16 Čak i pri 1,5T, pokazalo se da i SENSE i GRAPPA s dvostrukim ubrzanjem poboljšavaju subjektivnu kvalitetu DTI slike i objektivna mjerenja DTI parametara u usporedbi s akvizicijom DTI bez paralelnog snimanja. 16

      Dijagrami impulsnog slijeda pokazuju prednosti paralelnog snimanja za DWI. Pri faktoru ubrzanja R = 2, duljina eho-vlaka za pojedinačno snimanje EPI-a je samo upola manja. To se odražava u kraćem vremenu očitavanja (tacq) i omogućuje da se odjek odjeka bolje centrira na vrhuncu spin-eha, poboljšavajući SNR, smanjujući zamućenje kontrasta T2 i T2* i smanjujući artefakte izvan rezonancije koji uzrokuju geometrijska izobličenja. Kraće vrijeme očitavanja također omogućuje smanjenje TE, daljnje poboljšanje SNR -a i smanjenje geometrijskih izobličenja. Međutim, upotreba paralelnog snimanja rezultira intrinzičnim gubitkom SNR -a koji može nadoknaditi gore spomenute dobitke SNR -a. RF označava radio-frekvenciju.

      Paralelno snimanje poboljšava geometrijska izobličenja uzrokovana osjetljivošću i zamućenje kontrasta T2 i T2* u 3T DWI izvedeno s jednim snimkom eho-planarne sekvence. A, The b = 1000 s/mm 2 DWI slika snimljena na 3T bez paralelnog snimanja prikazuje iskrivljavanje mosta i prednjih temporalnih režnjeva. Postoji i praznina intenziteta signala sa susjednim područjima nagomilavanja intenziteta signala u temporalnim režnjevima. To su tipični artefakti na koje nailazi 3T ssEPI DWI zbog učinaka osjetljivosti iz susjednih mastoidnih sinusa ispunjenih zrakom i sfenoidnog sinusa. B, The b = 1000 s/mm 2 2 3T DWI slika snimljena na istoj aksijalnoj razini s paralelnim snimanjem ASSET-a (R = 2) pokazuje smanjeno rano skraćivanje mostova i smanjenje izobličenja i izobličenja intenziteta signala u temporalnim režnjevima. Tu je i ublažavanje zamućenja kontrasta, što se smatra poboljšanom definicijom pukotina i folija malog mozga, kao i boljom diferencijacijom sivo-bijele tvari u zatiljnim režnjevima.

      Paralelno snimanje još je korisnije za poboljšanje jačih artefakata osjetljivosti na EPI koji se javljaju na 3T 14 i apsolutno je bitno na 7T, 17 čime se omogućuje DWI visokog polja i ultra-visokog polja s vrhunskom kvalitetom slike (slika 5). Nasuprot tome, veća jakost polja omogućuje veće faktore ubrzanja za paralelno snimanje jer kraće valne duljine radiofrekvencije, zajedno s većim brojem prijemnika u faznom nizu, poboljšavaju sposobnost rekonstrukcije slika s manje koraka kodiranja faze, a da pri tome ne dođe do neprihvatljivog gubitka SNR. 18–20 Stoga visoko ubrzani SS-EPI s visokim polja s 16, 32 ili čak većim brojem elemenata zavojnice može biti obećavajući put za poboljšanje DWI-a.

      3T naspram 7T DTI sa 36 smjerova kodiranja difuzije na b = 3000 s/mm 2 i 2,0 × 2,0 × 2,0 mm izotropne rezolucije voksela. Smjerno kodirane FA karte u boji na aksijalnoj razini snopova cinguluma i kalozalne pruge prikazane su za 3T (A) i za 7T (B) kod zdravog odraslog volontera. Oba skenera bila su opremljena s nagibima od 40 mT/m i 8-kanalnim glavnim zavojnicama s faznim nizom, a upotrijebljeno je paralelno snimanje ASSET-a s faktorom ubrzanja 2. Koriste se standardne konvencije DTI boja, pri čemu crvena predstavlja orijentaciju lijevo-desno vlakna, zelena predstavlja anteroposteriornu, a plava predstavlja kraniokaudalnu. S ovom kombinacijom visoke prostorne razlučivosti i vrlo jakog difuzijskog ponderiranja, 3T slika izgleda zrnato zbog neadekvatnog SNR -a. Međutim, s identičnim parametrima skeniranja, dodatni SNR na 7T daje sliku veće kvalitete. Paralelno snimanje bitno je za SS-EPI na ultra visokom polju za borbu protiv artefakata povećane osjetljivosti, kao i gubitka intenziteta signala i zamućenja kontrasta zbog kraćih vremena opuštanja T2 i T2*.

      Međutim, paralelno snimanje također može uvesti nove vrste artefakata u DWI. Uobičajeni problem s metodama koje djeluju u domeni slike, kao što su SENSE i ASSET, je rasklapanje artefakata. Slike koje dobije svaki element prijemnika u višekanalnom nizu zamjenjuju se (tj. Imaju omotače) zbog svog malog FOV -a. Paralelne tehnike snimanja u domeni slike funkcioniraju tako da se te slike raspleću i kombiniraju u cjelovitu FOV sliku. Međutim, i SENSE i ASSET zahtijevaju kalibracijsko skeniranje obavljeno prije DWI -a radi procjene profila osjetljivosti svakog od elemenata zavojnice. Ovo kalibracijsko skeniranje obično je prikupljanje gradijentne jeke ponderirane gustoćom protona, koja nema geometrijska izobličenja uzrokovana osjetljivošću uobičajena za SS-EPI. Stoga kalibracija može biti netočna u područjima iskrivljavanja na DWI-u, osobito na visokim poljima u kojima su geometrijska izobličenja izraženija, što dovodi do pogrešaka u paralelnoj rekonstrukciji slike koje se pojavljuju kao duhovi u smjeru kodiranja faze.

      Rasklopljeni artefakti koji proizlaze iz orbita mogu biti posebno pretjerani u DWI izvedenom s SENSE -om ili ASSET -om (slika 6) i mogu se zamijeniti s lezijama. 21 Mogu se ukloniti pojasom zasićenja preko orbita ili upotrebom impulsa za oporavak inverzije oslabljenog u tekućini zajedno s DWI-om, iako bi potonja otopina dovela do značajnog gubitka SNR-a. Kretanje pacijenta između kalibracijskog skeniranja i snimanja DWI -a također može dovesti do artefakata, stoga je preporučljivo izvesti DWI odmah nakon kalibracijskog skeniranja, bez ikakvih interventnih sekvenci. GRAPPA nema ovu posebnu vrstu rasklapajućeg artefakta jer djeluje u k-prostor umjesto domene slike, a također i zbog toga što je autokalibrirano (tj. kalibracijsko skeniranje ugrađeno je u samu DWI akviziciju). Međutim, s GRAPPA -om se mogu pojaviti druge vrste pogrešaka pri rekonstrukciji, koje mogu biti manje predvidljive.

      Rasklapanje artefakata sa globusa u DWI-u ubrzanom ASSET-om. A, The b = 0 s/mm 2 slika dobivena na 3T s ASSET faktorom ubrzanja R = 2 prikazuje artefakte koji se odvijaju iz iskrivljenih globusa visokog intenziteta signala koji se pojavljuju kao tamne trake u zatiljnim područjima (crne strelice), kao i svijetla traka u prednjem lijevom temporalnom režnju (crni vrh strijele). B, Artefakti koji se odvijaju nisu vidljivi na kombiniranoj DWI slici jer globusi sadrže tekućinu s visokom difuzijom pa je intenzitet signala globusa potisnut gradijentima difuzije. C, Međutim, artefakti koji se odvijaju ponovno su vidljivi na ADC karti (bijele strelice i vrh strijele) jer b = 0 s/mm 2 potrebna je slika za izračun ADC -a (jednadžba 5, dio I 1).

      Druga metoda za smanjenje duljine eho-vlaka SS-EPI je djelomično-Fourierovo kodiranje k-prostor. Zbog konjugirane simetrije samo polovica k-prostor zapravo treba mjeriti, a o drugoj polovici se može zaključiti. Time se SS-EPI eho vlak prepolovljuje, što ima iste prednosti kao i paralelno snimanje s faktorom ubrzanja 2.Interakcija između djelomično-Fourierovog kodiranja i paralelnog snimanja složena je, a njihov zajednički učinak na kvalitetu DWI-a i DTI-a detaljno je istražen od strane Jaermann i sur.15, koji su preporučili optimalni faktor ubrzanja od približno 2 u kombinaciji s 60% parcijalnog -Fourierovo kodiranje za 3T akvizicije na b = 1000 s/mm 2.

      Alternative SS-EPI DWI.

      Druge sekvence impulsa također su primijenjene na difuzijsko snimanje, uključujući varijante brzog spin-echo (FSE) ili turbo spin-echo snimanja, višestruki EPI, spiralno snimanje i linijsko skeniranje. Za izvođenje DWI-a mogu se koristiti metode pojedinačnog snimanja, osim SS-EPI, poput SS-FSE ili HASTE. Budući da su to također brze sekvence, dijele relativni imunitet na masovno kretanje pacijenata poput SS-EPI, ali nemaju ni približno toliko osjetljivosti ili artefakte kemijskog pomaka. Iz tog razloga, oni mogu predstavljati dobru alternativu SS-EPI u regijama u kojima su osjetljivost ili učinci kemijskog pomaka osobito duboki, poput kralježnice ili vrata. 22,23 Međutim, SS-FSE i HASTE nisu se pokazali popularnima za DWI mozga zbog niskog SNR-a po jedinici vremena u usporedbi sa SS-EPI, što je rezultiralo duljim vremenom skeniranja.

      Metode višestrukog snimanja također imaju znatno smanjene artefakte osjetljivosti u usporedbi sa SS-EPI. Međutim, nisu tako brze kao metode pojedinačnog snimanja, pa ih to također čini i suštinski osjetljivijima na artefakte nastale uslijed masovnog kretanja tijekom stjecanja slike. Artefakti kretanja mogu se poboljšati upotrebom navigacijskih odjeka, osobito u kombinaciji sa srčanim i respiratornim vratima. Jedna od sve popularnijih tehnika za DWI je višesnimni FSE slijed koji se naziva periodično rotirajuće se preklapajuće paralelne linije s poboljšanom rekonstrukcijom (PROPELLER), koji neprestano preispituje središte k-prostor (tj. samo-navigacija) za ublažavanje artefakata kretanja bez potrebe za otvaranjem. 24 Pokazalo se da ovo poboljšava otkrivanje malih akutnih infarkata, osobito u bazi lubanje i u stražnjoj jami, gdje SS-EPI ima najveća izobličenja uzrokovana osjetljivošću. 25,26 Međutim, PROPELLER nije pretekao SS-EPI za rutinski DWI mozga, vjerojatno zbog znatno dužeg vremena skeniranja.

      Daljnja poboljšanja brzine, poput novije razvijene sekvence Turboprop, 27 mogu nastaviti smanjivati ​​ovaj jaz. Štoviše, slična samostalna navigacija k-prostorna putanja može se primijeniti na multishot EPI kako bi se dobila željena kombinacija visokog SNR -a po jedinici vremena i artefakata smanjene osjetljivosti. Ova nova tehnika naziva se PROPELLER EPI 28 i može se dodatno poboljšati paralelnim snimanjem. 29 Alternativno, paralelno snimanje može se izravno ugraditi u višestruki EPI za poboljšanu kvalitetu DWI-a bez gubitka učinkovitosti SNR-a u usporedbi sa SS-EPI-om u tu svrhu. Utvrđeno je da GRAPPA proizvodi manje artefakata izvan rezonancije i gibanja od SENSE-a. 30


      Rezultati

      Međupredmetna prostorna normalizacija u simuliranim skupovima podataka

      Kako bi se istražilo koja je značajka slike točnija s obzirom na osnovne podatke tenzora, FA razlika između normaliziranih slika i slike istinitosti tla izračunata je za svaki voksel. Kao što se može vidjeti sa slike 2, točnost razlike FA bila je najniža u FAnormaliziran (Slika 2A), međuprodukt u T1normaliziran (Slika 2B), a najveća u hFAnormaliziran (Slika 2C) preciznost FA razlika također je otkrila uređene razlike tako da FAnormaliziran & lt T1normaliziran & lt hFAnormaliziran (Slika 2E – G). Histogrami su dodatno potvrdili ove rezultate, koji su bili statistički značajni (slika 2D, H, jednosmjerna ANOVA, str & lt 10 −10).

      Rezultati apsolutne vrijednosti FA razlike. (A,B i C) su točnost razlike FA između slike temeljne istine i normalizirane slike dobivene korištenjem FA slike, T1 vagane slike i hFA slike kao značajke. (E,Ž i G) su vrijednosti preciznosti FA razlike između slike temeljne istine i normalizirane slike, koja je dobivena korištenjem FA slike, T1 vagana slika i hFA slika kao značajka. U (D) i (H), prikazuju se histogrami relativnog broja moždanih voksela koji odgovaraju različitim točnostima i preciznostima FA -a.

      Osim toga, kako bi se istražilo koja je značajka slike osjetljivija s obzirom na informacije o orijentaciji tenzorske slike, također je izračunata OVL razlika između 3 predloška i slike istinite slike za svaki voksel. Kao što se može vidjeti sa slike 3, točnost OVL -a bila je najveća u FAnormaliziran (Slika 3A), međuprodukt u T1normaliziran (Slika 3B), a najniža u hFAnormaliziran (Slika 3C) preciznost OVL -a također je otkrila uređene razlike takve da je FAnormaliziran & gt T1normaliziran & gt hFAnormaliziran (Slika 3E – G). Histogrami su dodatno potvrdili ove rezultate, koji su bili statistički značajni (slika 3D, H, jednosmjerna ANOVA, str & lt 10 −10).

      Rezultati preklapanja parova vlastitih vrijednosti i vlastitih vektora. (A,B i C) su točnost razlike u OVL -u između slike temeljne istine i normalizirane slike koje su dobivene korištenjem FA slike, T1 vagane slike i hFA slike kao značajke. (E,Ž i G) su preciznosti razlike OVL -a između slike temeljne istine i normalizirane slike, koje su dobivene korištenjem FA slike, T1 vagane slike i hFA slike kao slike značajke. U (D) i (H), prikazuju se histogrami relativnog broja moždanih voksela koji odgovaraju različitim vrijednostima točnosti i preciznosti OVL -a.

      Uključen je neovisni skup podataka o replikaciji kako bi se replicirali i potvrdili značajni nalazi. U našem istraživanju, izračunavanje FA razlike i OVL za neovisni skup podataka o replikaciji imalo je slične rezultate.

      Međupredmetna prostorna normalizacija u stvarno izmjerenim skupovima podataka

      Kao što se može vidjeti iz slike 4 (A), veća srednja vrijednost corrFA bila je prisutna u FAnormaliziran nego u T1normaliziran a manja srednja vrijednost corrFA bila je prisutna u hFAnormaliziran. U parnoj usporedbi 3 predloška, ​​FAnormaliziran pokazao najveći postotak voksela s niskim AI (slika 4B), niskim DTED (slika 4C), niskim DVED (slika 4D), visokim COH (slika 4E) i visokim OVL (slika 4F) i minimalni postotak voksela s visokim AI (slika 4B), visokim DTED (slika 4C), visokim DVED (slika 4D), niskim COH (slika 4E) i niskim OVL (slika 4F). U međuvremenu, histogram T1normaliziran i hFAnormaliziran otkrio prijelaz T1normaliziran & gt hFAnormaliziran (Slika 4A – F) (jednosmjerna ANOVA, str & lt 10 −10).

      Histogrami relativnog broja moždanih voksela koji odgovaraju različitim vrijednostima unakrsne korelacije FA (corrFA) (A), kut primarnih vlastitih vektora (AI) (B), euklidska udaljenost tenzora (DTED) (C), euklidska udaljenost devijatornih tenzora (DVED) (D), koherentnost primarnih vlastitih vektora (COH) (E) i preklapanje parova vlastitih vrijednosti i vlastitih vektora (OVL) (Ž) za FAnormaliziran (crvena krivulja), hFAnormaliziran (zelena krivulja) i T1normaliziran (plava krivulja).

      Kao što se može vidjeti iz tablica 1-6, srednja vrijednost corrFA (tablica 1), OVL (tablica 2) i COH (tablica 3) u ROI -ima bijele tvari za 3 predloška otkrila je prijelazni FAnormaliziran & gt T1normaliziran & gt hFAnormaliziran (str & lt 10 −10). Naprotiv, srednji DTED (tablica 4), DVED (tablica 5) i AI (tablica 6) u ROI -ima bijele tvari za 3 predloška otkrili su prijelaz FAnormaliziran & lt T1normaliziran & lt hFAnormaliziran (jednosmjerna ANOVA, str & lt 10 −10). Oni su bili sličniji rezultatima evaluacije u stvarno izmjerenim skupovima podataka.

      Vizualizacija praćenja vlakana

      Rezultati praćenja vlakana u ALIC, EC, fornix, GCC, PLIC, SCC, CST, SLF i IFOF bili su slični po duljini vlakana i rijetkosti. Slika 5 prikazuje primjere praćenja vlakana na mjestima sjemena za CST i IFOF. Snop vlakana koji je rekonstruiran iz FApredložak (Slike 5A, 6A), T1predložak (Slike 5B i 6B) i hFApredložak (Slike 5C i 6C) vizualno su bile prilično slične. Međutim, za simulirane skupove podataka FApredložak imao najgušće putove bijele tvari (slika 7A) od T1predložak (Slika 7B) i hFApredložak (Slika 7C) u rezultatima traktografije CG. hFApredložak (Slika 7C) imala je najrijeđe putove bijele tvari. S druge strane, rezultati traktografije za CG različitih predložaka u stvarno izmjerenim skupovima podataka dodatno su potvrdili ove rezultate koji su prikazani na slici 8.

      Rezultati praćenja vlakana na sjemenskim mjestima IFOF -a za FApredložak (gore), hFApredložak (ispod) i T1predložak (sredina) vizualizirano u (A,B).

      Rezultat praćenja vlakana na početnim mjestima CST za FApredložak (gore), hFApredložak (ispod) i T1predložak (sredina) vizualizirano u (A,B).

      Rezultat praćenja vlakana na sjemenkama CG za FApredložak (gore), hFApredložak (ispod) i T1predložak (sredina) koji je konstruiran simuliranim skupovima podataka i vizualiziran u (AC).

      Rezultat praćenja vlakana na sjemenkama CG za FApredložak (lijevo), hFApredložak (desno) i T1predložak (sredina) koji je konstruiran pomoću stvarno izmjerenih skupova podataka i vizualiziran je u (AC).

      Osjetljivost i specifičnost duž vlakana

      Za usporedbu među skupinama srednje vrijednosti FA vlakana corpus callosum, nije bilo značajne razlike u vrijednosti FA između muške i ženske grupe koja koristi T1 sliku ili hFA sliku kao značajnu sliku. Dok se FA slika koristila kao značajna slika, spolna razlika u FA vrijednosti mogla se pronaći u corpus callosumu (str = 0,043) (slika 9A). U međuvremenu, ROC za razlikovanje muške i ženske skupine iznosio je 0,56 za hFA sliku, 0,61 za T1 sliku i 0,7 za FA sliku (slika 9B).

      Rezultati spolnih razlika i klasifikacija. U (A), prikazuje se okvirni okvir srednje FA koja je izračunata primjenom metode procjene prosječno za trakt. ROC krivulja i AUC za procjenu dijagnoze spolne razlike metodom procjene prosječno za trakt prikazane su u (B). U (C), lokalni trakt vlakana koji odražava spolnu razliku vizualizira se pomoću analize grupe uzduž trakta. ROC krivulja i AUC za procjenu dijagnoze spolne razlike pomoću analize uzduž trakta prikazane su u (D).

      Za usporedbu u vokselima, nisu pronađeni značajni rezultati na slici T1 i hFA. Štoviše, morfološka razlika WM -a u vrijednosti FA mogla bi se pronaći u desnom kalozumu tijela pomoću TABS metode kada se FA koristi kao značajka slike (str & lt 0,05, FWE korekcija, slika 9C). Lokalne vrijednosti FA koje imaju značajnu razliku u vlaknima corpus callosum ekstrahirane su kao klasifikacijska značajka, a ROC krivulja pokazala je dobre dijagnostičke performanse kako je prikazano na slici 9 (AUC = 0,83).


      Talamokortikalna povezanost i mikrostrukturne promjene u kongenitalnoj i kasnoj sljepoći.

      Postoje jaki dokazi da je okcipitalni korteks kod slabovidnih ljudi podvrgnut masovnoj cross-modalnoj reorganizaciji i obrađuje senzorne informacije iz drugih modaliteta osim vida (za pregled, vidjeti [1]). Međutim, nema konsenzusa o tome jesu li ti cross-modalni odgovori posredovani strukturnim promjenama u kortikokortikalnoj ili talamokortikalnoj povezanosti [2, 3] ili kombinacijom oba [4].

      Talamus čini važan relej između osjetnog ulaza i moždane kore za sve senzorne modalitete, s izuzetkom njuha. Specijalizirane jezgre unutar talamusa primaju i obrađuju specifičan osjetni ulaz koji se dalje šalje u specijalizirana kortikalna područja putem talamokortikalnih projekcija [5, 6]. U normalnom zdravom ljudskom mozgu, vizualne se informacije prenose iz lateralne genikulatne jezgre (LGN) u primarni vidni korteks putem optičkih zračenja (za pregled vidi Metzger i sur. [7]).

      U slijepih osoba, cross-modalni odgovori u zatiljnoj kori mogli bi se potencijalno posredovati preusmjeravanjem informacija iz slušne i somatosenzorne talamičke jezgre u zatiljnu koru putem LGN-a. Iako su i LGN i optičko zračenje smanjene veličine kod kongenitalne sljepoće [8], nevizuelne informacije mogu se prenijeti u vidni korteks kroz optička zračenja [9-12]. To bi impliciralo stvaranje novih ektopičnih veza između talamičke somatosenzorne jezgre i LGN -a, kao što je pokazano u životinjskim modelima sljepoće [13, 14]. Alternativno, nevizuelna okcipitalna aktivacija također se može posredovati jačanjem postojećih kortikokortikalnih veza [15]. Koliko znamo, nijedna studija nije izvijestila o doprinosu talamusa prijenosu nevizuelnih informacija u vidni korteks kod slijepih osoba. Stoga se navodne promjene u talamokortikalnoj povezanosti u slijepom mozgu čovjeka tek trebaju dokazati.

      Stoga je cilj ove studije mapiranje talamokortikalne strukturne povezanosti in vivo pomoću traktografije na temelju difuzno ponderiranog snimanja (DWI). Drugi je cilj bio provjeriti mogu li se promjene u unutrašnjoj regionalnoj mikrostrukturi jezgri talamičara dokazati difuzijskim tenzorskim snimanjem (DTI). Usvajanjem metode Behrensa i sur. [16], segmentirali smo talamus u skupine na temelju njihove talamokortikalne povezanosti kako je otkriveno traktografijom na temelju DWI-a i usporedili uzorke strukturne talamokortikalne povezanosti među dobno usklađenim skupinama kongenitalno slijepih (CB), kasno slijepih (LB) i normalnih vida (NS) subjekti kontrole. Utvrdili smo da će se promjene među skupinama u projekcijama talamokortikalne bijele tvari odraziti na promijenjene uzorke talamičke segmentacije te da će te promjene ovisiti o pojavi sljepoće.

      2.1. Predmeti i prikupljanje podataka. Ukupno 12 CB (srednja dob 42 [+ ili -] 13 godina), 15 LB (srednja dob 52 [+ ili -] 15 godina, srednji početak sljepoće 16,6 [+ ili -] 8,9 godina) i 15 NS (srednja vrijednost u dobi od 46 [+ ili -] 13 godina) pojedinci su uključeni u istraživanje. Uzrok sljepoće ograničen je na periferno podrijetlo, a isključeni su subjekti s zaostalim vidom. Dansko etičko povjerenstvo za Kopenhagen i Frederiksberg (KF 01 328 723) odobrilo je studiju, a svi sudionici dali su usmeni i pisani informirani pristanak.

      Slike magnetske rezonancije (MRI) mozga dobivene su pomoću 3.0 Tesla Siemens Verio skenera s 32-kanalnom zavojnicom (Siemens, Erlangen, Njemačka). Podaci iz iste kohorte studija korišteni su u dvije povezane publikacije [17, 18] pa će stoga biti samo kratko sažeti. Dva skupa podataka DWI-a cijelog mozga (61 aksijalni presjek s izotropnom vokselnom razlučivošću od 2,3 mm) uzastopno su dobiveni pomoću dvostruko refokusirane spin-eho sekvence [19]. Postavke slijeda bile su sljedeće: TE = 89 ms, TR = 11440 ms, Grappa faktor = 2, s 24 referentne linije i 61 jednoliko raspoređenih smjerova s ​​b = 1500 s/[mm 2] i 10 ne-difuzijskih ponderirane slike. U svrhe naknadne obrade, skup je slika koje kodiraju obrnutu fazu bez difuzije ponderirane s istim parametrima snimanja. Za anatomske podatke (TE = 2,32 ms, TR = 1900 ms i kut preokreta = 9 [stupnjeva) pribavljeni su volumeni strukturne slike ponderirane T1 visoke rezolucije s izotropnom rezolucijom voksela od 0,9 mm.

      2.2. Predprocesiranje podataka. Za obradu slika koristili smo MATLAB R2012a (MathWorks, Inc., Natick, Massachusetts, SAD) i FSL [20-22]. Artefakti osjetljivosti u sirovim DWI -ima minimizirani su primjenom karte pomaka voksela (VDM). Dvije slike obrnute faze kodiranja b = 0 s/[mm.2] korištene su za procjenu pomaka voksela za VDM, kako je implementirano u FSL-ovom alatu za popunjavanje [20, 23]. Primijenili smo VDM i potpunu afinnu transformaciju za ispravljanje kretanja i vrtložnih struja u DWI -ima pomoću FSL -ovog vrtložnog alata [24], preslikavanjem na izvornu rezoluciju slike pomoću spline interpolacije. Konačno, 61 smjer je preorijentiran slično orijentaciji uvedenoj primijenjenim transformacijama [25]. Slike ponderirane T1 korigirane su zbog gradijentnih nelinearnosti [26].

      2.3. Definiranje sjemenskih i ciljnih maski talamusa i korteksa. Kako bi se ispitao uzorak talamokortikalne povezanosti, definirane su maske sjemena i cilja za traktografiju. Ciljane maske dobivene su subjektivnom kortikalnom segmentacijom s FreeSurfer softverom v. 5.3.0 [27, 28] na temelju prosječnih T1-ponderiranih volumena [29]. Kortikalna segmentacija iz FreeSurfera korištena je za definiranje anatomskih regija od interesa pomoću atlasa Desikan-Killiany [30]. Izradili smo pet kortikalnih ciljnih maski koje su korištene za traktografiju, uključujući okcipitalno, temporalno, somatosenzorno/parijetalno-postcentralno, motorno/precentralno i frontalno kortikalno područje. Tablica 1 prikazuje očekivani odnos u smislu povezivanja mozga u normalnom zdravom ljudskom mozgu između pet kortikalnih ciljnih maski i talamičnih regija. Maska sjemena za traktografiju uključivala je sve voksele unutar regije talamusa. Ovo područje također uključuje LGN i MGN kako je definirano u atlasu AAL -a [31]. Maska sjemena je zatim transformirana iz MNI prostora u difuzijski prostor svakog pojedinačnog subjekta za traktografiju. To je učinjeno korištenjem nelinearne registracije iz MNI predloška u strukturni T1-ponderirani prostor slike, a zatim pomoću linearne registracije od T1-ponderirane do nedifuzijske ponderirane slike. Za svaki subjekt ručno je uređena maska ​​talamičkog sjemena kako bi se osigurala odgovarajuća pokrivenost anatomskog područja talamusa. Kortikalne ciljne maske transformirane su od svakog pojedinog subjekta u prostoru FreeSurfera kroz strukturne slike ponderirane s T1 do difuzijskog prostora svakog pojedinog subjekta kroz FA sliku. Transformacije su izvedene pomoću registracijskih alata FreeSurfer i FSL v. 5.0 [20-22, 32, 33].

      2.4. Talamokortikalna segmentacija temeljena na traktografiji. Na temelju unaprijed obrađenih DWI-a, upotrijebili smo FSL-ov bedpostx alat za procjenu smjerova s ​​više vlakana unutar svakog voksela mozga koristeći model loptice i dva štapa [34, 35] kao funkciju distribucije orijentacije vlakana za kasniju traktografiju. Za segmentaciju talamija temeljenu na traktografiji koristili smo postupak traktografije i grupiranja koji je dostupan u FSL-u i standardnim postavkama [16]. Prvo i u izvornom prostoru, probabilistička traktografija izvedena je za svaki voksel u maski talamičkog sjemena (5000 strujanja po vokselu) i za svaku od pet kortikalnih ciljnih maski.Traktografija se izvodila zasebno na svakoj hemisferi, a maska ​​za isključenje srednjeg sagitalnog područja osigurala je isključenje transhemisferičnih veza. Zatim je na rezultatima traktografije primijenjen pristup tvrdog grupiranja "pronađi najveći" FSL-a za segmentiranje talamusa u pet skupina, što odgovara obrascu povezivanja traktografije sa svakom od pet kortikalnih ciljnih maski. Za svakog pojedinca traktografijom su dobivene informacije o sjemenu do cilja o povezanosti sjemena sa svakom pojedinačnom ciljnom maskom. Na temelju ovih podataka, najveće grupiranje pronalazi svaki voxel unutar talamusa dodjeljuje klasi s najvećim brojem povezivanja. Dodatno smo upotrijebili informacije o sjemenu do cilja kao marker jačine veze između talamusa i svake kortikalne ciljne maske predstavljene brojem povezanosti unutar svakog voksela talamusa normaliziranog ukupnim brojem struja. Na kraju, kako bi se izdvojilo područje od interesa unutar pojedinačnih projekcija talamokortikalne bijele tvari između talamusa i svake kortikalne ciljne maske, traktografija je provedena od talamusa do svake pojedinačne ciljne maske, koristeći preostale kortikalne maske kao maske za isključenje.

      2.5. Volumeni i DTI-izvedeni indeksi cijelih talamusnih i talamičkih klastera. Ukupni volumen talamija procijenjen je u izvornom prostoru na temelju slika ponderiranih s Tl. Volumen svakog klastera procijenjen je u prostoru izvorne difuzne slike na temelju pet segmentacija klastera. Volumen svakog grozda normaliziran je ukupnim volumenom talamija. Primjenom modela difuzijskog tenzora na prethodno obrađene DWI-e, indeksi frakcijske anizotropije (FA) i srednje difuzivnosti (MD) izvedeni iz DTI-a ekstrahirani su za svaki voksel, a srednja vrijednost izračunata je za cijeli talamus i svaku pojedinačnu skupinu.

      2.6. Mikrostrukturne značajke talamokortikalnih projekcija bijele tvari. Regije od interesa unutar projekcija bijele tvari od talamusa do svake kortikalne ciljne maske ekstrahirane su iz traktografije pragom. Prag od 40% najvećeg broja struja koji povezuju talamus i cilj postavljen je tako da se usredotoči na područje jezgre trakta, to jest, obično smješteno u središnjoj liniji trakta, uklanjajući lažne struje. Nadalje, osigurali smo da nema preklapanja između projekcija bijele tvari zadržavajući samo struje unutar trakta koji su imali najveću snagu spoja. MD i FA su ekstrahirani kako bi se izračunala srednja vrijednost svakog voksela u ovoj regiji jezgre od interesa za svaku projekciju bijele tvari.

      2.7. Statističke analize. Na temelju našeg prethodnog izvješća o smanjenju volumena talamija u kongenitalno slijepih ispitanika [8], primijenili smo jednostrani t-test pod pretpostavkom nejednake varijance među skupinama kako bismo provjerili razlike između skupina u ukupnom volumenu talamija na razini značajnosti p & lt 0,05. Jednosmjerna ANOVA primijenjena je za ispitivanje razlika u volumenu pojedinog klastera, ispravljajući višestruke usporedbe metodom Bonferroni.

      Koristili smo sličnu jednosmjernu ANOVA-u za ispitivanje ukupnih grupnih razlika mikrostrukturnih indeksa izvedenih iz DTI-a unutar cijelog talamusa i talamičnih klastera na razini značajnosti p & lt 0,05. Grupa i klaster bili su glavni učinci, dok je "grupa x klaster" bila interakcija od interesa. Post hoc t-testovi s dva uzorka korišteni su za procjenu razlika između svake skupine i klastera, prilagođavajući se za višestruko testiranje. Isti postupak primijenjen je za ispitivanje statističkih razlika u MD i FA u pet projekcija bijele tvari iz svakog talamičkog grozda. Za sve varijable korišten je Leveneov test za provjeru homogenosti varijance prije primjene ANOVA -e.

      3.1. Segmentacija Thalamusa temeljena na povezivanju. Segmentacija talamusa temeljena na povezivanju rezultirala je s pet skupina. Slika 1 prikazuje uzorak talamičke segmentacije i odgovarajuće kortikalne ciljne maske u normalnoj vidnoj kontroli. Okcipitalna nakupina (svijetloplava) sastojala se uglavnom od LGN -a koji se projicira u primarni vidni korteks. Vremenska talamična skupina (tamnoplava) uključivala je uglavnom MGN, ali i pulvinar, koji se projicira u okcipitalna, tjemena i temporalna područja. Želimo istaknuti da zbog bliske anatomske blizine LGN -a i MGN -a u metatalamusu i preklapajućih talamičkih projekcija, metoda grupiranja vjerojatno neće potpuno odvojiti ove male strukture. Osjetna talamična skupina (crvena) uključivala je lateralnu jezgru i ventralnu stražnju te ventralnu lateralnu jezgru talama koja se projicira na stražnje parijetalno i postcentralno kortikalno područje. Motorna nakupina (zelena) prekrivala je prednju trbušnu jezgru koja izlazi na predcentralne, ali i superiorne čeone kortekse. Frontalna nakupina (žuta) uključivala je prednju jezgru i mediodorzalnu jezgru, koje projiciraju prema gornjim frontalnim i prefrontalnim područjima.

      Segmentacija talamusa na temelju strukturne talamokortikalne povezanosti rezultirala je sličnim nakupinama u svim skupinama (slika 2). Slika 2 (a) prikazuje primjer uzorka talamičke segmentacije za subjekta CB, LB i NS, dok slika 2 (b) prikazuje šipkastu oznaku markera jačine veze, predstavljenu kao normalizirano sjeme prema cilju, za svaki talamokortikalnih projekcija. Nije bilo značajne grupne razlike u snazi ​​veze. Stoga nismo mogli potvrditi svoju hipotezu da bi sljepoća bila povezana s razlikama u talamokortikalnoj povezanosti u odnosu na normalno vidljive kontrole. Konkretno, nismo pronašli povećanje snage povezivanja između okcipitalnog korteksa i jezgri somatosenzorne i slušne projekcije. Za sve je skupine okcipitalna skupina bila vrlo mala, a snaga veze bila je znatno niža u usporedbi s onom za ostale skupine (slika 2 (b)). U nekoliko je slučajeva okcipitalna nakupina nadjačana većim projekcijama iz obližnjih regija, što dovodi do toga da nema okcipitalne skupine koja koristi najveću segmentaciju (broj slučajeva prisutnosti okcipitalne skupine za svaku skupinu: CB: lijevo 5/ 12, desno 3/12 subjekata LB: lijevo 8/15, desno 2/15 subjekata NS: lijevo 9/12, desno 9/15 subjekata).

      3.2. Talamički volumen i mikrostruktura. Ukupni volumen talamija, korigiran za intrakranijalni volumen mozga, bio je značajno manji kod kongenitalno slijepih (lijevo/desno: 6206 [+ ili -] 702 [mm3] 3/6460 [+ ili -] 763 [mm3] , p = 0,033 i 0,027, odn.) i kasno slijepi (lijevo/desno: 6059 [+ ili -] 578 [mm 3]/6419 [+ ili -] 659 [mm 3], p = 0,002 i 0,008, odnosno) pojedinaca u usporedbi s vidljivim kontrolama (lijevo/desno: NS: 6661 [+ ili -] 439 [mm3]/7014 [+ ili -] 603 [mm3]). Analiza MD i FA unutar ukupne maske talamusa (uključujući svih pet klasteriziranih regija) pokazala je značajnu grupnu razliku u FA za lijevi (F = 10,69, p & lt 0,0005) i desni (F = 12,17, p & lt 0,0005) talamus. Post hoc testovi otkrili su da je smanjen FA u CB (lijevo i desno: [p.scr.] & Lt 0,0005) i LB (lijevo: [p.sr.korr.] & Lt 0,02 desno: [p.sub.corr.] & lt 0,03) uzrokovalo je razliku. Analiza svakog talamičkog klastera pokazala je da se smanjeni FA nalazi u temporalnoj, senzornoj i frontalnoj skupini (Tablica 2). Nisu pronađene razlike u MD unutar ukupne maske talamusa ili u bilo kojem od nakupina.

      3.3. Mikrostrukturna svojstva unutar Thalamokortikalnih projekcija. Slika 3 pokazuje da je pet projekcija talamokortikalne bijele tvari izgledalo vizualno slično u sve tri skupine te da je optičko zračenje ostalo prisutno u skupinama CB i LB, unatoč nepostojanju vizualnog unosa (slika 3, prvi stupac). Indeksi MD i FA izvađeni unutar svakog od pet područja interesa za projekciju bijele tvari pokazali su značajnu grupnu razliku u FA za okcipitalno (lijevo: F = 14,47, p & lt 0,0001 desno: F = 25,19, p & lt 0,0001) i vremensko (lijevo : F = 7,58, p & lt 0,05 desno: F = 7,19, p & lt 0,05) talamokortikalne projekcije. Post hoc testovi otkrili su smanjeni FA u CB i LB u odnosu na NS skupinu (okcipitalno lijevo/desno: [p.scr.] & Lt 0,0001 temporalno lijevo/desno: [p.sr.cr.] & Lt 0,05). Razlika među skupinama također je pronađena u MD za okcipitalnu (lijevo: F = 3,88, p & lt 0,05 desno: F = 4,54, p & lt 0,05) i vremensku (lijevo: F = 3,65, p & lt 0,05 desno: F = 3,66 , p & lt 0,05) projekcije talamske bijele tvari. Post hoc testovi otkrili su da je ta razlika među skupinama uzrokovana povećanjem MD-a, ali samo u LB skupini u odnosu na NS skupinu (vizualno lijevo/desno: [p.sub.corr.] & Lt 0,05 vremenski lijevo/desno: [ p.scr.] <0,05). U CB skupini nije pronađena razlika u MD u usporedbi s NS skupinom. Vrijednosti FA i MD unutar svake projekcije bijele tvari prikazane su u tablici 3.

      Ovdje predstavljamo grupiranje talamusa temeljeno na povezivanju koje se temelji na tvrdoj segmentaciji između unaprijed definiranih kortikalnih područja i talamusa u slijepih i slabovidnih osoba. Nismo pronašli dokaze za promjene u talamokortikalnoj povezanosti, što je pokazano tehnikama histološkog praćenja u studijama na životinjama (vidi [14]). Budući da in vivo traktografija temeljena na DWI-u preslikava veće snopove vlakana i nema specifičnosti i osjetljivosti prema suptilnim snopovima aksona, ovi rezultati ne isključuju mogućnost postojanja suptilnih talamokortikalnih prestrojavanja povezanih sa sljepoćom. Međutim, analiza mikrostrukturnih indeksa dobivenih DTI-om otkrila je regionalne promjene u mikrostrukturi talamija. Obje slijepe skupine pokazale su smanjene regionalne vrijednosti FA u odnosu na normalne vidljive kontrole u talamičkim skupinama koje su bile povezane s temporalnom, somatosenzornom i frontalnom korom. To ukazuje da je sljepoća povezana sa strukturnim promjenama unutar talamusa i sugerira moguću reorganizaciju uzorka talamokortikalne povezanosti koji nije zabilježen traktografijom. Također smo otkrili smanjenje FA u talamookcipitalnim i talamotemporalnim projekcijama. Nadalje, kasno slijepi, ali ne i urođeno slijepi, sudionici su dodatno pokazali povećani MD u tim traktima u usporedbi s normalnom kontrolom. Međutim, te mikrostrukturne promjene nisu bile dovoljno velike da se odraze na rezultate talamokortikalne povezanosti temeljene na traktografiji. Predlažemo da promjene u mikrostrukturnom okruženju nisu izravan pokazatelj reorganizacije talamija, već da odražavaju neuroplastični učinak talamičnih projekcija koje reagiraju na funkcionalnu promjenu. Međutim, potrebne su posebne funkcionalne studije koje bi podržale ovaj strukturno-funkcionalni odnos kod slijepih osoba.

      4.1. Kako nevizuelne informacije dopiru do vizualnog korteksa? Funkcionalna reorganizacija vizualno lišenog ljudskog mozga mogla bi se podržati ili razotkrivanjem već postojećih talamičkih projekcija ili razvojem novih veza. Promjene u talamokortikalnoj povezanosti mogu biti povezane s vezama iz nevizuelnih jezgri talamija koje šalju nove aksonske kolaterale prenoseći nevizuelni tok informacija u vizualni korteks. Unatoč potpunom nedostatku aferentnog vizualnog unosa, geniculokalkarinski put ostaje relativno pošteđen [11,12,36,37]. Podaci iz ove studije potvrđuju da je povezanost između talamusa i zatiljnog korteksa kod ljudi očuvana u kongenitalno slijepih osoba, o čemu svjedoči odsutnost grupnih razlika u stražnjim talamičkim grozdovima i optičko zračenje normalnog izgleda pri vizualnom pregledu. Budući da urođeno slijepi pojedinci nikada nisu imali nikakvo vizualno iskustvo, čini se vjerojatnim da se geniculokalkarinski trakt održava u životu putem prenošenja nevizuelnih osjetnih informacija u potiljnu koru, što je sada opće prihvaćeno (vidi [38] za pregled). Na primjer, Bridge i sur. [12] izvijestili su o smanjenju FA optičkog zračenja, ali sugerirali normalnu povezanost, procijenjenu kroz broj traktografskih strujanja (tj. Jačinu povezivanja) od talamusa do primarnog vidnog korteksa u šest anoftalmičkih subjekata. Koristeći anatomsko mapiranje povezivanja (ACM) i DTI, također smo prethodno izvijestili o smanjenoj FA unutar optičkog zračenja u istim slijepim skupinama, dok je ACM uglavnom smanjen unutar slenija i sredine tijela corpus callosum [18]. Retrogradna studija ubrizgavanja tragača u primarni vizualni korteks rano obostrano enukleiranih oposusa izvijestila je o očuvanju normalne povezanosti, ali i o novim kortikokortikalnim i talamokortikalnim vezama [14]. Autori su sugerirali da vizualno zaostala zatiljna kora prima ulaze iz različitih nevizuelnih jezgri talamija povezanih sa somatosenzornim, slušnim (vidi također [39]) i motoričkim funkcijama. Hrčci i tvor, kod kojih je okcipitalna kora ablirana pri rođenju, ostavljajući oči i optički trakt netaknutima, pokazuju preslagivanje talamičkih unutarnjih uzoraka povezivanja [40]. Anatomske studije praćenja na ovim životinjama pokazale su da MGN postaje zahvaćen projekcijama mrežnice te da neuroni unutar slušne kore sada također reagiraju na vizualne podražaje. Ono što je važno, ponovno ožičene životinje mogu koristiti svoj slušni korteks za obavljanje vizualnih zadataka (za pregled vidi [38, 41]). Takve talamičke preustrojbe mogle bi rezultirati suptilnim pomakom na granici između jezgri talamija koje projicira u slušna i vizualna područja, pri čemu projekcije iz MGN -a prodiru u LGN ili pulvinarnu jezgru, preusmjeravajući tako slušne informacije u vizualni korteks. Druge studije su također izvijestile o sličnom mehanizmu kada somatosenzorna jezgra talamija (VB) prima projekcije iz retine [41]. VB neuroni u ponovno ožičenih životinja projiciraju se u somatosenzorni korteks i reagiraju na vizualnu stimulaciju [41].

      Korištenjem analize talamičke mreže temeljene na traktografiji nismo pronašli dokaze za pomak granica granica talamičkih nakupina, niti za promjenu talamokortikalne povezanosti per se. Međutim, naši nalazi smanjenja FA unutar nekoliko grozdova talamusa ukazuju na promjenu u mikrostrukturnoj raspodjeli vlakana povezanih unutar talamusa, što je vjerojatno povezano s promjenom unutarnje povezanosti između nakupina. Prethodno smo izvijestili o ukupnom volumetrijskom smanjenju talamusa, kao i nekoliko njegovih pododjela na temelju atlasa kod kongenitalno slijepih ispitanika [8,11,41]. Sadašnji podaci potvrđuju i proširuju ove nalaze pokazujući da se slična volumetrijska smanjenja događaju kod kasno slijepih osoba.

      Smanjenje veličine talamusa, a posebno LGN -a, paralelno je sa životinjskim modelima rane deprivacije vida, enukleacije ili kortikalnih lezija. Na primjer, rana kortikalna ablacija svih vidnih kortikalnih područja u majmuna dovodi do uvelike smanjenog dLGN -a koji je još uvijek slojevit i metabolički aktivan [42, 43].

      4.2. Veza između funkcionalne i strukturne reorganizacije: metodološka ograničenja. Literatura o životinjama i ljudima o vizualnoj deprivaciji daje ključne elemente da subkortikalni mehanizmi igraju važnu ulogu u reorganizaciji talamofugalnih projekcija [38,41]. U životinjskim modelima, subkortikalna preuređenja dovode do preusmjeravanja slušnih i somatosenzornih ulaza u dLGN [13,14, 41]. Koristeći dinamičku uzročno -modelirajuću analizu podataka fMRI čovjeka, Klinge i sur. [44] zalažu se za povećanje kortikokortikalne povezanosti, podupirući hipotezu o povećanoj funkcionalnoj povezanosti između primarnog slušnog i primarnog vidnog korteksa, za razliku od povećane talamokortikalne povezanosti. Postoje i dokazi o povećanoj kortikokortikalnoj povezanosti primarnog somatosenzornog i okcipitalnog korteksa kod kongenitalne sljepoće ljudi, što pokazuju transkranijalna magnetska stimulacija (TMS) [15], kombinirana TMS i pozitronska emisiona tomografija [45] i studije magnetoencefalografije [4]. Bihevioralne i slikovne studije pomoću senzornog supstitucijskog uređaja koji prevodi vizualne informacije u elektrotaktilnu stimulaciju također su pokazale povećanu kortikokortikalnu povezanost između primarnog somatosenzornog i primarnog vidnog korteksa [3,15]. Međutim, jačanje kortikokortikalne povezanosti ne isključuje mogućnost da se također mogu dogoditi promjene u talamokortikalnoj povezanosti, a dvije vrste promjena povezivanja mogu postojati zajedno. Zanimljivo je da smo uočili mikrostrukturne promjene duž nekih talamokortikalnih veza, sugerirajući da su se dogodile promjene povezane s povezivanjem, ali ne na razini odraženoj u talamokortikalnoj povezanosti otkrivenoj traktografijom.

      Otkrili smo razliku u srednjoj FA unutar projekcija okcipitalne i vremenske bijele tvari u obje skupine slijepih ispitanika. Iako smo područje interesa ograničili na jezgru traktata za analizu vokselom, razlike u srednjoj FA mogu biti uzrokovane modulacijom makroskopskih učinaka, poput savijanja, ukrštanja i širenja aksona [46]. Makrostrukturni učinci kao oblik i volumen trakta mogu zamagliti stvarne razlike u mikroskopskoj anizotropiji [47] u slijepih osoba.

      Odabrali smo metodu ograničene talamokortikalne segmentacije, temeljenu na pet unaprijed definiranih kortikalnih područja koja su povezana s različitim jezgrama talame. Iako je segmentacija s pet klastera dala robusne talamičke skupine, ona je grupirala nekoliko jezgri talamija u jednu zajedničku skupinu, što je otežavalo razlikovanje vizualne, slušne i somatosenzorne povezanosti. Nadalje, pristup pronalaženja najvećeg pristupa je pristup grubog grupiranja koji ne uzima u obzir manje vjerojatne veze u konačnoj segmentaciji. Međutim, pristup "pronađi najveći" temelji se na analizi "sjemena do cilja", u kojoj se svakom vokselu daje broj prema vjerojatnosti da se taj voksel dodijeli određenoj kortikalnoj maski. Ovaj pristup grupnog grupisanja ne dopušta ispitivanje potencijalnih reorganizacija unutar korteksa. Modulacija talamokortikalnih projekcija također se može odraziti na kortikalnoj razini kroz unutarnje promjene kortikokortikalne povezanosti. Alternativno, mogla bi se koristiti neograničena metoda grupiranja, kao što je grupiranje fc-sredstava. Naši istraživački rezultati korištenjem ove neograničene metode (podaci nisu prikazani) pokazuju da je pet klastera dobar izbor koji podržava korištenu ograničenu metodu [16, 48, 49]. Međutim, neograničeno grupiranje daje bučne rezultate, čime se dovodi u pitanje robusna definicija talamičnih grozdova. Različiti izvori mogu pridonijeti bučnim rezultatima grupisanja, na primjer, usmjeravanjem pojednostavljenja unutar voksela sive tvari.Budući da podkortikalna područja sive tvari, kao i talamus, imaju nisku anizotropiju, to uvodi fluktuacije u pojednostavljivanju traktografije sve dok ne dosegnu površinu talamusa i uđu u traktove bijele tvari. Ove fluktuacije mogu unijeti lažno pozitivne rezultate, kao i lažne negativne, osobito finije detaljne traktove, pa se stoga uglavnom sustavi bruto trakta pouzdano procjenjuju traktografijom [50, 51]. Kada koristimo ograničeno grupiranje s fiksnim kortikalnim regijama, smanjujemo šum, ali po cijenu gubitka finijih podataka o povezivanju. Međutim, kako bi se podržala robusnost finijih detalja praćenja, to jest tragova bijele tvari koji se sastoje od manjeg broja strujanja, podaci se moraju nadopuniti rezultatima studija praćenja na životinjama i prevesti na čovjeka u kombinaciji s Klinglerovom disekcijom [52, 53] .

      Ovdje smo predstavili segmentaciju talamusa temeljenu na povezivanju u pet skupina i pokazali razlike u DTI indeksima unutar talamusa u kongenitalnoj i kasnoj sljepoći. Ovi rezultati ukazuju na sveukupno očuvanje strukturne talamokortikalne povezanosti, ali ukazuju na to da je do reorganizacije došlo na razini jezgri talamusa. Međutim, promjene u DTI indeksima ipak su se pojavile u nekim od talamokortikalnih projekcija, ali nisu utjecale na cjelokupnu strukturnu talamokortikalnu mrežu kako je otkriveno traktografijom. Odsustvo makrostrukturnih promjena moglo bi se objasniti kombinacijom načina rada traktografije i kvalitete slike (tj. Signal-šum i razlučivost slike). Korištenje MRI visokog polja na 7 tesla moglo bi pružiti prikladniji alat za detaljno istraživanje obrasca povezivanja unutar talamusa i korteksa u senzornoj deprivaciji.

      Autori izjavljuju da ne postoje sukobljeni interesi u vezi s objavljivanjem ovog rada.

      Ovaj su rad podržali Zaklada Lundbeck (Grant br. 3156-50-28667 R. Kupersa i Grant br. R59 A5399 [Grant izvrsnosti u mapiranju, modulaciji i pojačavanju modeliranja kontrole postupaka] HR Siebner) i Dansko vijeće za neovisna istraživanja, medicinske znanosti (Grant br. 09-063392, 0602-01340B za M. Ptita).

      [1] R. Kupers i M. Ptito, "Uvidi iz tame: ono što nas je proučavanje sljepoće naučilo o strukturi i funkciji mozga", Progress in Brain Research, vol. 192, str. 17-31, 2011.

      [2] D. Bavelier i H. J. Neville, "Cross-modalna plastičnost: gdje i kako?" Nature Reviews Neuroscience, vol. 3, br. 6, str. 443-452, 2002.

      [3] M. Ptito, S. M. Moesgaard, A. Gjedde i R. Kupers, "Cross-modalna plastičnost otkrivena elektrotaktilnom stimulacijom jezika kod kongenitalno slijepih", Brain, vol. 128, ne. 3, str. 606-614, 2005.

      [4] A. A. Ioannides, L. Liu, V. Poghosyan i sur., "MEG otkriva brzi put od somatosenzornog korteksa do okcipitalnih područja putem stražnjeg parijetalnog korteksa kod slijepog subjekta," Frontiers in Human Neuroscience, 2013.

      [5] R. Nieuwenhuys, J. Voogd i C. van Huijzen, Ljudski središnji živčani sustav, Springer, Berlin, Njemačka, 3. izdanje, 1988. godine.

      [6] DG Amaral, "Funkcionalna organizacija percepcije i kretanja", u Principles of Neural Science, ER Kandel, JH Schwartz, TM Jessel, SA Siegelbaum i AJ Hudspeth, Eds., Pp. 356-369, McGraw-Hill Medicina, 5. izdanje, 2013.

      [7] CD Metzger, YD Van der Werf i M. Walter, "Funkcionalno mapiranje jezgri talamija i njihova integracija u kortiko-strijatalne-talamo-kortikalne petlje snimanjem ultra visoke rezolucije-od anatomije životinja do snimanja in vivo u ljudi, "Frontiers in Neuroscience, sv. 7, članak 24, 2013.

      [8] L. Cecchetti, E. Ricciardi, G. Handjaras, R. Kupers, M. Ptito i P. Pietrini, "Urođena sljepoća utječe na diencefalne, ali ne i mezencefalne strukture u ljudskom mozgu," Mozgalna struktura i funkcija, sv. 221, br. 3, str. 1465-1480, 2016.

      [9] U. Noppeney, K. J. Friston, J. Ashburner, R. Frackowiak i C. J. Price, "Rana vizualna deprivacija izaziva strukturnu plastičnost u sivoj i bijeloj tvari", Current Biology, vol. 15, br. 13, str. R488-R490, 2005.

      [10] W.-J. Pan, G. Wu, C.-X. Li, F. Lin, J. Sun i H. Lei, "Progresivna atrofija u optičkom putu i vidnom korteksu rano slijepih Kineza: studija magnetske rezonancije zasnovane na vokselu", NeuroImage, vol. 37, ne. 1, str. 212-220, 2007.

      [11] M. Ptito, F. C. G. Schneider, O. B. Paulson i R. Kupers, "Promjene vizualnih puteva u kongenitalnoj sljepoći", Experimental Brain Research, vol. 187, br. 1, str. 41-49, 2008.

      [12] H. Bridge, A. Cowey, N. Ragge i K. Watkins, "Studije snimanja kongenitalne anoftalmije otkrivaju očuvanje arhitekture mozga u" vizualnom "korteksu," Mozak, sv. 132, br. 12, str. 3467-3480, 2009.

      [13] J. Hyvarinen, L. Hyvarinen i I. Linnankoski, "Modifikacija tjemena parijetalne asocijacije i funkcionalna sljepoća nakon binokularne deprivacije kod mladih majmuna", Experimental Brain Research, vol. 42, br. 1, str. 1-8, 1981.

      [14] S. J. Karlen, D. M. Kahn i L. Krubitzer, "Rano sljepilo rezultira abnormalnim kortikokortikalnim i talamokortikalnim vezama", Neuroscience, vol. 142, br. 3, str. 843-858, 2006.

      [15] R. Kupers, A. Fumal, AM De Noordhout, A. Gjedde, J. Schoenen i M. Ptito, "Transkranijalna magnetska stimulacija vidnog korteksa izaziva somatotopski organiziranu kvaliju kod slijepih ispitanika", Zbornik Nacionalne akademije znanosti Sjedinjenih Američkih Država, sv. 103, br. 35, str. 13256-13260, 2006.

      [16] T. E. J. Behrens, H. Johansen-Berg, M. W. Woolrich i sur., "Neinvazivno mapiranje veza između ljudskog talamusa i korteksa pomoću difuzijskog snimanja", Nature Neuroscience, vol. 6, ne. 7, str. 750-757, 2003.

      [17] N. L. Reislev, R. Kupers, H. R. Siebner, M. Ptito i T. B. Dyrby, "Slijepoća mijenja mikrostrukturu ventralnog, ali ne i dorzalnog vizualnog toka", Struktura i funkcija mozga, sv. 221, br. 6, str. 2891-2903, 2016.

      [18] N. L. Reislev, T. B. Dyrby, H. R. Siebner, R. Kupers i M. Ptito, "Istodobna procjena promjena bijele tvari u mikrostrukturi i povezanosti u slijepom mozgu," Neural Plasticity, vol. 2016, ID članka 6029241, 12 stranica, 2016.

      [19] T. G. Reese, O. Heid, R. M. Weisskoff i V. J. Wedeen, "Smanjenje izobličenja uzrokovanog vrtložnom strujom u difuzijskoj MRI pomoću dvostruko refokusiranog spin eha", Magnetic Resonance in Medicine, vol. 49, br. 1, str. 177-182, 2003.

      [20] S. M. Smith, M. Jenkinson, M. W. Woolrich i sur., "Napredak u analizi i implementaciji funkcionalne i strukturne MR slike kao FSL", NeuroImage, vol. 23, ne. 1, str. S208-S219, 2004.

      [21] M. W. Woolrich, S. Jbabdi, B. Patenaude i sur., "Bayesova analiza podataka o neuroslikama u FSL -u", NeuroImage, sv. 45, ne. 1, str. S173-S186, 2009.

      [22] M. Jenkinson, C. F. Beckmann, T. E. J. Behrens, M. W. Woolrich i S. M. Smith, "FSL", NeuroImage, sv. 62, br. 2, str. 782-790, 2012.

      [23] J. L. R. Andersson, S. Skare i J. Ashburner, "Kako ispraviti distorzije osjetljivosti u spin-eho eho-planarnim slikama: primjena na difuzijsko tenzorsko snimanje", NeuroImage, vol. 20, ne. 2, str. 870-888, 2003.

      [24] J. L. R. Andersson i S. N. Sotiropoulos, "Integrirani pristup korekciji za učinke izvan rezonancije i kretanje subjekta u difuzijskom MR snimanju", NeuroImage, vol. 125, str. 1063-1078, 2015.

      [25] D. C. Alexander, C. Pierpaoli, P. J. Basser i J. C. Gee, "Prostorne transformacije slika difuzijske tenzorske magnetske rezonancije", IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 20, ne. 11, str. 1131-1139, 2001.

      [26] J. Jovicich, S. Czanner, D. Greve i sur., "Pouzdanost u višeslojnim strukturnim MRI studijama: učinci korekcije gradijentne nelinearnosti na fantomske i ljudske podatke", NeuroImage, vol. 30, ne. 2, str. 436-443, 2006.

      [27] A. M. Dale, B. Fischl i M. I. Sereno, "Kortikalna površinska analiza: I. Segmentacija i rekonstrukcija površine", NeuroImage, sv. 9, br. 2, str. 179-194, 1999. godine.

      [28] B. Fischl, M. I. Sereno i A. M. Dale, "Kortikalna površinska analiza: II. Inflacija, spljoštavanje i površinski koordinatni sustav", NeuroImage, sv. 9, br. 2, str. 195-207,1999.

      [29] M. Reuter, H. D. Rosas i B. Fischl, "Vrlo točna inverzna dosljedna registracija: robustan pristup", NeuroImage, sv. 53, ne. 4, str. 1181-1196, 2010.

      [30] R. S. Desikan, F. Segonne, B. Fischl i sur., "Automatizirani sustav označavanja za podjelu moždane kore čovjeka na MRI snimkama u interesantna područja temeljena na giralima", NeuroImage, vol. 31, ne. 3, str. 968-980, 2006.

      [31] N. Tzourio-Mazoyer, B. Landeau, D. Papathanassiou i sur., "Automatsko anatomsko označavanje aktivacija u SPM-u pomoću makroskopske anatomske parcelacije MNI MRI mozga s jednim subjektom", NeuroImage, vol. 15, br. 1, str. 273-289, 2002.

      [32] M. Jenkinson i S. Smith, "Globalna metoda optimizacije za robusnu afinu registraciju slika mozga", Medical Image Analysis, vol. 5, br. 2, str. 143-156, 2001.

      [33] M. Jenkinson, P. Bannister, M. Brady i S. Smith, "Poboljšana optimizacija za robusnu i točnu linearnu registraciju i korekciju pokreta slika mozga", NeuroImage, vol. 17, ne. 2, str. 825-841, 2002.

      [34] T. E. J. Behrens, M. W. Woolrich, M. Jenkinson i sur., "Karakterizacija i širenje nesigurnosti u difuzno ponderiranom MR snimanju", Magnetic Resonance in Medicine, vol. 50, ne. 5, str. 1077-1088, 2003.

      [35] T. E. J. Behrens, H. J. Berg, S. Jbabdi, M. F. S. Rushworth i M. W. Woolrich, "Vjerojatna difuzijska traktografija s više orijentacija vlakana: što možemo dobiti?" NeuroImage, sv. 34, br. 1, str. 144-155, 2007.

      [36] N. Shu, Y. Liu, J. Li, Y. Li, C. Yu i T. Jiang, "Izmijenjena anatomska mreža u ranom sljepoći otkrivena difuzijskom tenzorskom traktografijom", PLoS ONE, sv. 4, br. 9, ID članka e7228, 2009.

      [37] D. Wang, W. Qin, Y. Liu, Y. Zhang, T. Jiang i C. Yu, "Promijenjeni integritet bijele tvari u urođenih i kasno slijepih osoba", Neural Plasticity, vol. 2013, ID članka 128236, 8 stranica, 2013.

      [38] R. Kupers i M. Ptito, "Kompenzacijska plastičnost i međumodalna reorganizacija nakon rane vizualne deprivacije", Neuroznanost i biobehavioralni pregledi, sv. 41, str. 36-52, 2014.

      [39] L. K. Laemle, N. L. Strominger i D. O. Carpenter, "Cross-modalna inervacija primarnog vidnog korteksa slušnim vlaknima u kongenitalno anoftalmičkih miševa", Neuroscience Letters, vol. 396, br. 2, str. 108-112, 2006.

      [40] M. Ptito, J.-F. Giguere, D. Boire, D. O. Frost i C. Casanova, "Kad slušni korteks postane vizualan", Progress in Brain Research, vol. 134, str. 447-458, 2001.

      [41] S. Desgent i M. Ptito, "Kortikalni GABAergički interneuroni u cross-modalnoj plastičnosti nakon ranog sljepila", Neural Plasticity, vol. 2012, ID članka 590725, 20 stranica, 2012.

      [42] D. Boire, H. Theoret i M. Ptito, "Vizualni putevi nakon cerebralne hemisferektomije", Napredak u istraživanju mozga, sv. 134, str. 379-397, 2001.

      [43] M. Ptito, M. Herbin, D. Boire i A. Ptito, "Neuralne osnove zaostalog vida u hemicorticectomized majmuna", Progress in Brain Research, vol. 112, str. 385-404, 1996.

      [44] C. Klinge, F. Eippert, B. Roder i C. Biichel, "Kortikokortikalne veze posreduju primarnim odgovorima vidne kore na slušnu stimulaciju slijepih", Journal of Neuroscience, vol. 30, ne. 38, str. 12798-12805, 2010.

      [45] G. F. Wittenberg, K. J. Werhahn, E. M. Wassermann, P. Herscovitch i L. G. Cohen, "Funkcionalna povezanost između somatosenzornog i vizualnog korteksa kod rano slijepih ljudi", European Journal of Neuroscience, vol. 20, ne. 7, str. 1923-1927, 2004.

      [46] S. N. Jespersen, H. Lundell, C. K. S0nderby i T. B. Dyrby, "Orijentacijski invarijantne metrike prividne ekscentričnosti odjeljka iz difuzijskih eksperimenata s gradijentom s dvostrukim impulsnim poljem", NMR u Biomedicini, sv. 26, ne. 12, str. 1647-1662, 2013.

      [47] S. B. Vos, D. K. Jones, B. Jeurissen, M. A. Viergever i A. Leemans, "Utjecaj složene arhitekture bijele tvari na srednju difuzivnost u difuzijskoj tenzorskoj MRI ljudskog mozga", NeuroImage, vol. 59, ne. 3, str. 2208-2216, 2012.

      [48] ​​H. Johansen-Berg, T. E. J. Behrens, E. Sillery i sur., "Funkcionalno-anatomska validacija i individualne varijacije segmentacije humanog talamusa temeljene na difuzijskoj traktografiji", Cerebralni korteks, sv. 15, br. 1, str. 31-39, 2005.

      [49] D. Zhang, A. Z. Snyder, J. S. Shmony, M. D. Fox i M. E. Raichle, "Neinvazivno mapiranje funkcionalne i strukturne povezanosti ljudskog talamokortikalnog sustava", Korteks mozga, sv. 20, ne. 5, str. 1187-1194, 2010.

      [50] T. B. Dyrby, L. V. S0gaard, G. J. Parker i sur., "Validacija in vitro probabilističke traktografije", NeuroImage, sv. 37, ne. 4, str. 1267-1277, 2007.

      [51] C. Thomas, F. Q. Ye, M. O. Irfanoglu i sur., "Anatomska točnost moždanih veza izvedenih iz difuzne MRI traktografije inherentno je ograničena", Zbornik Nacionalne akademije znanosti Sjedinjenih Američkih Država, sv. 111, br. 46, str. 16574-16579, 2014.

      [52] G. M. Innocenti, T. B. Dyrby, K. W. Andersen, E. M. Rouiller i R. Caminiti, "Ukrštena projekcija na striatum u dvije vrste majmuna i kod ljudi: bihevioralni i evolucijski značaj", Cerebralna kora, 2016.

      [53] J. Hau, S. Sarubbo, J. C. Houde i sur., "Ponovno pregledavanje ljudskog uncinatnog fasciculusa, njegovih podkomponenti i asimetrija s traktografijom na temelju stabljike i validacijom mikrodisekcije," Struktura i funkcija mozga, 2016.

      N. H. Reislev, (1) T. B. Dyrby, (1,2) H. R. Siebner, (1,3) H. Lundell, (1) M. Ptito, (4,5) i R. Kupers (5,6,7)

      (1) Danski istraživački centar za magnetsku rezonanciju, Centar za funkcionalno i dijagnostičko snimanje i istraživanje, Sveučilišna bolnica u Kopenhagenu Hvidovre, Hvidovre, Danska

      (2) Odsjek za primijenjenu matematiku i računarstvo, Tehničko sveučilište u Danskoj, Kongens Lyngby, Danska

      (3) Odjel za neurologiju, Sveučilišna bolnica u Kopenhagenu Bispebjerg, Kopenhagen, Danska

      (4) Laboratorij za neuropsihijatriju, Psihijatrijski centar Kopenhagen, Kopenhagen, Danska

      (5) Optometrijska škola, UniversitedeMontreal, Montreal, QC, Kanada

      (6) BRAINlab, Danski centar za medicinu spavanja, Rigshospitalet, Odjel za kliničku neurofiziologiju Sveučilišta u Kopenhagenu, Kopenhagen, Danska

      (7) Odjel za radiologiju i biomedicinsko snimanje, Sveučilište Yale, 300 Cedar Street, New Haven, CT 06520, SAD Korespodenciju treba uputiti na N. H. Reislev [email protected]

      Primljeno 24. studenog 2016. revidirano 2. veljače 2017. Prihvaćeno 19. veljače 2017. Objavljeno 13. ožujka 2017. godine

      Akademski urednik: Jiawei Zhou

      Naslov: Slika 1: Pronađite najveću segmentaciju talamusa u pet nakupina i njihove odgovarajuće kortikalne ciljne maske u NS subjekta (x = 52, y = 48, z = 28). Okcipitalna skupina 1 (svijetloplava), temporalna skupina 2 (tamno plava), somatosenzorna postcentralna skupina 3 (crvena), motorna predcentralna skupina 4 (zelena) i frontalna skupina 5 (žuta). Desni dio slike prikazuje shematsku ilustraciju talamokortikalne povezanosti označenu bojom.

      Naslov: Slika 2: (a) Pronađite najveću segmentaciju unutar talamusa u sudionika CB, LB i NS. (b) Grafički prikaz jačine talamokortikalne povezanosti za lijevi i desni talamus za sve subjekte CB, LB i NS. 7-osa predstavlja marker jačine veze između talamusa i svake kortikalne ciljne maske, mjereno sjemenom do ciljanog broja povezanosti normaliziranog ukupnim brojem strujnica. Trake pogrešaka označavaju standardnu ​​pogrešku srednje vrijednosti.

      Naslov: Slika 3: Primjeri projekcija kortikalne bijele tvari od svakog od pet talamičkih klastera do kortikalnih ciljnih maski u sudionika CB, LB i NS. Kortikalne ciljne maske definirane su iz atlasa Desikan-Killiany koji je isporučen s FreeSurferom, kako je opisano u tablici 1. Traktati su preklopljeni na T1-ponderiranu sliku svakog subjekta i prikazani u kriški najreprezentativnijeg prikaza, aksijalnom ili koronalnom.


      Raspodjela vjerojatnosti populacija vlakana na zadanoj orijentaciji.

      Shema uzorkovanja q-prostora u obliku sferne ljuske.

      Normalizira distribuciju orijentacije vlakana u standardizirani prostor.

      Raspodjela vjerojatnosti spin difuzije pri zadanoj orijentaciji.

      Shema uzorkovanja u stilu kartezijanske mreže q-prostora.

      3D prostor u kojem je vjerojatnost difuzije vrtnji kodirana pomoću gradijenata.

      Normalizira funkcije distribucije orijentacije u standardizirani prostor.

      Metoda koja rekonstruira funkcije distribucije orijentacije iz podataka sferne ili kartezijanske ljuske.

      Metoda koja rekonstruira raspodjele orijentacije vlakana iz podataka sferne ljuske.

      Nepristrana metoda normalizacije prostornog prostora koja uklanja učinke međupredmetne anatomske varijabilnosti zbog razlika u veličini i obliku mozga.


      Gledaj video: Pregled kičme magnetnom rezonancom, Zdravo Jutro, City Medic, Dr Sandra Banjalić (Kolovoz 2022).