The authors acknowledge the following funding sources, the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), the Dorothy Pitts Research Fund (NG), and the Nicky and Thor Eaton Research Fund. The authors acknowledge Kevin DeSimone, and Aman Goyal and for their knowledge in MRI acquisition and analysis expertise.

1. משתתף ולאחר מות מוח הסט-אפ הערה: כל התמונות נרכשו באמצעות סורק MRI T 3 עם סליל ראש 32 ערוצים וכל סריקת MRI בוצע ב RT, כ -20 מעלות צלזיוס. כל המשתתפים היו תקין בידיים ונתנו בכתב הסכמה מדעת. כל משתתף היה במצב הבריאותי טוב ללא היסטוריה של הפרעות נוירולוגיות. פרוטוקול הניסוי אושר ועוקב אחר ההנחיות של ועדת ביקורת משתתפי יורק אדם האוניברסיטה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בקש מכל משתתף למלא ולחתום על טופס הסכמת מטופל המפרט הנחיות בטיחות MRI ופרוטוקול נוירו-ההדמיה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכל משתתף, למקם את אטמי אוזניים בכל אוזן ולאבטח את ראשם עם כריות כדי למזער תנועת ראש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להדמיה של מוח שלאחר מוות, לוודא המוח קבוע לפני הדמייה והוא נמצא בתוך שקית או מיכל שמתאים בתוך הראש-סליל MRI. מניחים את המוח שלאחר המוות בראש-הסליל עם Z- הציר שלה (מעולה למפל אבניםerior) מיושר עם נשא של הסורק. גזע המוח (האחורית) צריך להתמודד לקראת מרגלות מיטת הסורק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את ידי כרית ואקום סביב המוח שלאחר המוות לתמיכה נוספת. </li></ol> 2. לוקליזציה וקביעת תת-הקליפה&quot; הערה: התלמוס הוא מבנה אונות כפול ממוקם בסמוך למרכז המוח ממוקם בין המוח התיכון וקליפת המוח. ממוקם בתוך התלמוס הגב, LGN האנושי הוא מבנה קורטיקליים קטן המשתרע מרבי של ~ 10 מ&quot;מ. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להירשם משתתף חדש, לפתוח את תוכנת ההדמיה MRI ולחץ על כרטיסיית המטופל בפינה השמאלית העליונה. לאחר מכן לחץ על רישום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא את פרטי החולה המתאימים, ולאחר מכן לחץ על כרטיסיית הבחינה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להשיג סריקת Localizer, לחץ על כרטיסיית הבחינה Explorer כדי ליצור פרוטוקול חדש. שים לב לחלון ההגדרה על המסך, לחץ על הכרטיסייה שגרתית, ולהזין את הפרמטרים הבאים: רכישהשניות זמן 28, מטריצת רכישה 160 × 160, פרוסה 1, גודל voxel איזוטרופיים 1.6 מ&quot;מ עובי, FOV = 260 מ&quot;מ, שלב FoV = 100%, רזולוציה פרוסה = 69%, שלב שלב ופורסים חלקי פורייה = 6/8, TR = 3.15 ms, TE = 1.37 אלפיות שניים, פליפ זווית = 8 מעלות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כיסוי תיבת בחירת פרוסה משמשת לרכישת תמונות PD על Localizer מכסות את הגרעינים קורטיקליים בתלמוס, כמו גם סביב מבנים (איור 4). </li></ol> 3. פרמטרים מבניים ברזולוציה גבוהה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור פרוטוקול חדש לקבלת סריקות משוקללת PD ברזולוציה גבוהה. בחלון ההגדרה על המסך, לחץ על הכרטיסייה שגרתית, ולהזין את הפרמטרים הבאים בכיוון העטרה: זמן רכישה 179 שניות, מטריצת רכישה 512 × 512, 0.3 גודל voxel × 0.3 × 1 מ&quot;מ 3, TR = 3.25 שניות , TE = 32 אלפיות שני, זווית להעיף = 120 °, רכישת נתח משולבת, FoV לקרוא = 160 מ&quot;מ, FoV שלב = 100%, הדמיה מקבילה (גראפה) עםגורם האצת 2. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש ברצף הד ספין טורבו, עם אורך הד רכבת של 5. ההד הראשון ב 32 אלפיות השניים הוא ההד היעיל לרצף הזה. להפחית את רוחב הפס (BW) ל, 40 הרץ / פיקסל המינימום אפשרי, על מנת למקסם את יחס האות לרעש. כדי להפחית את משך סריקה, לבחור 18 פרוסות, כל 1 מ&quot;מ עבה, עם FOV = 160 מ&quot;מ. לוח זה מספק מספיק כיסוי של אזורים קורטיקליים של עניין. הערה: לזיהוי אמין של מבנים קורטיקליים, לרכוש 5 ריצות עם הפרמטרים לעיל. משך הסריקה הכולל הוא רק ~ 15 דק &#39;(איור 5). שומן רווי-לא הועסק. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בהדמיה של מוח שלאחר מוות, זיהוי אמין של מבנים קורטיקליים ניתן להבחין בסריקה אחת בלבד עם משך הזמן הכולל של רק ~ 3 דקות הבאות באותו פרוטוקול הסריקה כמו ב3.1 (איור 6). </li></ol> ניתוח 4. תמונה הערה: כדי לנתח את נתוני ה- MRI, להשתמש FMRIB זמין באופן חופשי שלספריית תוכנת חבילה (FSL) זמינה להורדה ב( <a href="https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/">https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/).</a> <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח חלון מסוף, ולהמיר את קבצי DICOM גלם מהסורק לכל PD נפח לפורמט ניפטי עם DICOM לממיר ניפטי. מספר שהם זמינים באופן חופשי להורדה (לדוגמא., <a href="https://www.nitrc.org/projects/mricron">Https://www.nitrc.org/projects/mricron).</a> בשורת הפקודה, הקלד dcm2nii אחרי הספרייה של כל ריצת תמונה משוקללת PD. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחלון מסוף לקבל את הפרמטרים של סריקת PD המקורית. הקלד fslinfo בשורת הפקודה ואחרי סריקת PD בפורמט ניפטי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור ברזולוציה גבוהה תמונה ריקה יעד נפח שיש פעמיים את הרזולוציה וחצי גודל voxel ניתנו על ידי הפרמטרים מfslinfo מסריקת PD המקורית. סדר תשומות נתונים לפקודה זו הוא כדלקמן: fslcreatehd &lt;xsize&gt; &lt;ysize&gt; &lt;zגודל&gt; &lt;tsize&gt; &lt;xvoxsize&gt; &lt;yvoxsize&gt; &lt;zvoxsize&gt; &lt;tr&gt; &lt;xorigin&gt; &lt;yorigin&gt; &lt;zorigin&gt; &lt;סוג הנתונים&gt; &lt;headername&gt; הערה: לדוגמא, אם סריקת PD המקורית עם הפרמטרים הבאים כמתואר ב3.1 נאספות (כלומר, 512 × 512 מטריצה, 18 פרוסה, 0.3 גודל × 0.3 × 1 מ&quot;מ 3 voxel, TR = 3.25 ים), הקלד את השורה הבאה לתוך חלון הפקודה: 1024 1024 36 1 0.15 0.15 0.5 3.25 0 0 0 4 blankhr.nii.gz fslcreatehd </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את השינוי באמצעות מטריצת זהות. הקלד בכל תכנית עורך טקסט קובץ טקסט שנשמר כ&#39;identity.mat &#39;שנראה כך: 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בפקודה לפלרטט להחיל את השינוי, upsampling כל משוקללת ריצת PD מקורית להכפיל את הרזולוציה הכוללת של 512 למטריצה ​​1024, ולקצץ בחצים את גודל voxel בכל ממד וכתוצאה מכך ברזולוציה של 0.15 × 0.15× 0.5 מ&quot;מ 3. בחלון מסוף לכל PD נפח, הקלד את הפקודה הבאה לפלרטט שינוי השמות המקוריים ותפוקה לטווח: לפלרטט -interp sinc -in originalPD.nii.gz -ref blankhr.nii.gz -applyxfm -init identity.mat אאוט פרטי highresPD.nii.gz הערה: איפה originalPD.nii.gz היא מקור עוצמת הקול, blankhr.nii.gz היא הרזולוציה הפלט הרצויה, וhighresPD.nii.gz הוא שמו של פלט הנפח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעביר את כל התמונות ברזולוציה הגבוהה לתיקייה חדשה, ולנווט אליו בחלון מסוף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכל משתתף, לשרשר את כל תמונות PD upsampled לקובץ 4D יחיד באמצעות fslmerge. בחלון סוג מסוף: fslmerge -t concat_highresPD * .nii.gz הערה: זה יוצר קובץ בשם 4D concat_highresPD.nii.gz. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תנועה לתקן את הקובץ בשרשור באמצעות mcflirt 10. כלי זה מאפשר לרישום אוטומטי חזק ליניארי (affine) תמונות מוח היתר ובין-מודאלי. בחרתיקון 4 שלבים, אשר מנצל אינטרפולציה sinc (פנימי) כמו לעבור אופטימיזציה נוספת לדיוק רב יותר. בחלון סוג מסוף: mcflirt -in concat_highresPD אאוט הפרטי mcf_concat_highresPD.nii.gz -stages 4 -plots הערה: זה יוצר קובץ בשם 4D mcf_concat_highresPD.nii.gz. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבסוף, ליצור 3D מתכוון fslmaths תמונה באמצעות. בחלון סוג מסוף: fslmaths mcf_concat_highresPD.nii.gz -Tmean mean_highresPD.nii.gz הערה: זה יוצר קובץ בשם 3D mean_highresPD.nii.gz שהוא באיכות גבוהה </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דמיין את התמונה ברזולוציה גבוהה תוצאה הסופית 3D באמצעות פקודת fslview. בספרייה של איפה התמונה שלך היא, הקלד את הפקודה הבאה בחלון מסוף: fslview mean_highresPD.nii.gz. &quot; </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק פרופילי עוצמת ROIs בשאלה. צור את ההחזר על ההשקעה באמצעות fslview (זה יכול להיות קו אנכי נמשך על פני אזור של LGN לדוגמא). בfslview לטעון את תמונת PD ברזולוציה הגבוהה. לחץ על כרטיסיית הכלים,לאחר מכן לחץ על כרטיסיית תמונה אחת כדי להגדיל את התמונה לציור ROIs. לאחר מכן, לחץ על הכרטיסייה הקובצת ולאחר מכן בכרטיסייה יצירת מסכה. צייר קו בהחזר על ההשקעה של עניין. שמור את ההחזר על ההשקעה על ידי לחיצה על קובץ, ולאחר מכן כשמורה. חזור על מסכות קו לאזורים מרובים בהחזר על ההשקעה עבור השוואות עוצמה וROIs אחרות בשאלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בפקודת 3dmaskdump של AFNI לנתח את עוצמת התמונה המתקבלת. בספרייה של איפה התמונות הן, השתמשו בפקודה הבאה בחלון מסוף כדי לחלץ את עוצמות תמונה ומיקום (ניתן כresult_mask.txt) של מסכת ROI שלך: 3dmaskdump -o result_mask.txt -noijk -xyz -mask ROI_linemask.nii.gz PDaverage_image.nii.gz </li></ol>

<ol>
	<li>Devlin, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliable+identification+of+the+auditory+thalamus+using+multi-modal+structural+analyses.">Reliable identification of the auditory thalamus using multi-modal structural analyses.</a> NeuroImage. 30 (4), 1112-1120 (2006).</li><li>Fellner, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=True+proton+density+and+T2-weighted+turbo+spin-echo+sequences+for+routine+MRI+of+the+brain.">True proton density and T2-weighted turbo spin-echo sequences for routine MRI of the brain.</a> Neuroradiology. 36 (8), 591-597 (1994).</li><li>Schumann, C. M., Buonocore, M. H., Amaral, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+imaging+of+the+post-mortem+autistic+brain.">Magnetic resonance imaging of the post-mortem autistic brain.</a> J Autism Dev Disord. 31 (6), 561-568 (2001).</li><li>Tovi, M., Ericsson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurements+of+T1+and+T2+over+time+in+formalin-fixed+human+whole-brain+specimens.">Measurements of T1 and T2 over time in formalin-fixed human whole-brain specimens.</a> Acta Radiol. 33 (5), 400-404 (1992).</li><li>Fujita, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lateral+geniculate+nucleus:+anatomic+and+functional+identification+by+use+of+MR+imaging.">Lateral geniculate nucleus: anatomic and functional identification by use of MR imaging.</a> Am J Neuroradiol. 22 (9), 1719-1726 (2001).</li><li>Bridge, H., Thomas, O., Jbabdi, S., Cowey, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+connectivity+after+visual+cortical+brain+damage+underlie+altered+visual+function.">Changes in connectivity after visual cortical brain damage underlie altered visual function.</a> Brain. 131 (6), 1433-1444 (2008).</li><li>Gupta, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atrophy+of+the+lateral+geniculate+nucleus+in+human+glaucoma+detected+by+magnetic+resonance+imaging.">Atrophy of the lateral geniculate nucleus in human glaucoma detected by magnetic resonance imaging.</a> Br J Opthalmol. 93 (1), 56-60 (2009).</li><li>Dai, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+lateral+geniculate+nucleus+atrophy+with+3T+MR+imaging+and+correlation+with+clinical+stage+of+glaucoma.">Assessment of lateral geniculate nucleus atrophy with 3T MR imaging and correlation with clinical stage of glaucoma.</a> Am J Neuroradiol. 32 (7), 1347-1353 (2011).</li><li>McKetton, L., Kelly, K. R., Schneider, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abnormal+lateral+geniculate+nucleus+and+optic+chiasm+in+human+albinism.">Abnormal lateral geniculate nucleus and optic chiasm in human albinism.</a> J Comp Neurol. 522 (11), 2680-2687 (2014).</li><li>Jenkinson, M., Bannister, P., Brady, M., Smith, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+optimization+for+the+robust+and+accurate+linear+registration+and+motion+correction+of+brain+images.">Improved optimization for the robust and accurate linear registration and motion correction of brain images.</a> NeuroImage. 17 (2), 825-841 (2002).</li><li>Dietrich, O., Raya, J. G., Reeder, S. B., Reiser, M. F., Schoenberg, S. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+signal-to-noise+ratios+in+MR+images:+influence+of+multichannel+coils,+parallel+imaging,+and+reconstruction+filters.">Measurement of signal-to-noise ratios in MR images: influence of multichannel coils, parallel imaging, and reconstruction filters.</a> J Magn Reson Imaging. 26 (2), 375-385 (2007).</li><li>Andrews, T. J., Halpern, S. D., Purves, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlated+size+variations+in+human+visual+cortex,+lateral+geniculate+nucleus,+and+optic+tract.">Correlated size variations in human visual cortex, lateral geniculate nucleus, and optic tract.</a> J Neurosci. 17 (8), 2859-2868 (1997).</li><li>Pfefferbaum, A., Sullivan, E. V., Adalsteinsson, E., Garrick, T., Harper, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postmortem+MR+imaging+of+formalin-fixed+human+brain.">Postmortem MR imaging of formalin-fixed human brain.</a> NeuroImage. 21 (4), 1585-1595 (2004).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

מחקר זה מתאר פרוטוקול מותאם ברכישה וטכניקת ניתוח כדי להשיג תמונות משוקללים PD ברזולוציה גבוהה של אזורים קורטיקליים. מספר הפרמטרים סריקה נבדק ושונה עם המשמעותי ביותר הנוגעים לגודל מטריצה, גודל voxel, ורוחב פס כדי להגדיל את יחס האות לרעש ולהקטין את מספר הרכישות, שלב קריטי...

מטרתו של מחקר זה הייתה לבחון את גבולות הרזולוציה של MRI המבני בהעדר הרעש הפיזיולוגי. צפיפות תמונות משוקללת (PD) פרוטון נרכשו במוח שלאחר המוות במשך זמן רב (שני ~ 24 מפגשי שעות) כדי לקבוע את המספר המזערי של תמונות שהיו צריך להיות רשומים וממוצע כדי לפתור את המבנים קורטיקליים. לשם השוואה, תמונות משוקללים PD היו גם רכשו בחיים בני אדם על פני מספר המפגשים. בפרט, המטרה הייתה לבדוק אם זה יהיה אפשרי בתרחיש הטוב ביותר במקרה לפתור את כל שש שכבות בודדות של LGN האדם, שהם כ 1 מ&quot;מ עובי (איור 1). <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53309/53309fig1.jpg" /> איור 1. שכבות רוחב האדם הברכיתיים גרעין. סכמטי של מבנה עלעלי של LGN. המגנוסלולריים שכבות (M) מורכבות מעצבית גדולותגודל תא וצפיפות תאים קטן יותר כי הם אחראים לפתרון קווי המתאר תנועה וכמובן (שכבות 1-2, מתואר כאפור כהה). שכבות הפרווסלולריים (P) מורכבות מגודל קטן יותר תאים עצביים וצפיפות תאים גדולה יותר, שאחראים לפתרון עדין צורה וצבע (שכבות 4-6, מתואר כאפור בהיר). בר סולם של 1 מ&quot;מ. איור המבוסס על 12 LGN האדם המוכתם. רזולוציה מרחבית בMRI משופר בעת גודל המטריצה ​​הוא גדל, וכאשר שדה-ראייה (FOV) ועובי פרוסה הם ירדו. עם זאת, רזולוציה מוגברת מקטינה את יחס האות לרעש (SNR), שהוא פרופורציונלי לvoxel הנפח. יחס האות לרעש הוא גם פרופורציונלית לשורש הריבועי של מספר המדידות. בבני אדם חיים, אם כי ניתן לרכוש מספר רב של תמונות על פני מספר פגישות הדמיה נפרדות, הרזולוציה האולטימטיבית היא מוגבלת על ידי רעש פיסיולוגי, כגון נשימה, פעימות דם ותנועת הראש. גָבוֹהַ-resolution (voxels 0.35 מ&quot;מ במטוס) PD סריקות משוקללים נרכשו. סריקות PD לשפר ניגוד אפור ולבן בתלמוס 1, ולגרום לתמונות שלמזער השפעות 2 T 1 ו- T. התמונה שלה תלויה בצפיפות של פרוטונים בצורה של מים ומולקולות גדולים כמו חלבונים ושומן בהדמית הנפח. המספרים מוגברים של פרוטונים בתוצאות רקמות באות בהירה בתמונה בשל המרכיב גבוה יותר של אורכי המגנטיזציה 2. סריקות משוקללות PD נאספו מכיוון שהם מספקים ניגודיות גבוהה יותר של מבנים קורטיקליים עם רקמה הסובבת. ניגודים אחרים, כגון T1- ותמונות T2 המשוקלל לגרום לקושי בהתוויית מבנים קורטיקליים כמו LGN בשל יחס ניגודיות לרעש קטן יותר, כפי שנקבע על ƒ 1,3. כמו כן, מחקרים קודמים מצאו כי תמונות משוקללות PD של פורמלין קבועים מוח פוסט-מורטם resulteד בהבדלי ניגודיות גבוהים יותר בין חומר אפור ולבן בהשוואה לT1- ותמונות T2 המשוקלל שעוצמות תמונת חומר אפורות והלבנות דומות 3,4. גורמי biophysical הבסיסיים יכולים להסביר הבדלים אלה. T1 (אורך) וT2 (רוחבי) פעמים הרפיה של פרוטוני מימן תלויות איך מהלכי מים בתוך הרקמה. Fixatives כגון עבודת פורמלין על ידי חלבוני קישור צולבים. ההבדלים בין ניידות מים מופחתים בין סוגים שונים של רקמות כאשר fixatives משמש. לעומת זאת רקמת T1 מופחת נצפה לאחר קיבוע, ואילו ההבדלים בצפיפות היחסית של פרוטונים בתוך רקמות מוח גדלו עם קיבעון, מתן ניגוד בידול טוב יותר 3, 4. מחקרים קודמים זיהו LGN בסריקות משוקלל PD באמצעות 1.5 T 5,6,7, ולאחר 3 T סורק 8,9. זה קריטי כדי לקבל סריקות אלה כדי להיות מסוגלים להתוות את היקף מדויקLGN. כדי לשמור על כיסוי מלא של הגרעינים קורטיקליים, 18 פרוסות משוקללות PD נתקבלו בתלמוס. כל כרך מחדש נדגמו לפעמיים מטריצת החלטת 1024, (גודל 0.15 מ&quot;מ במטוס voxel), בשרשור, תנועת תיקון וממוצע לייצר תמונת 3D ברזולוציה גבוהה של מבנים קורטיקליים. המספר האופטימלי של תמונות PD נדרשות למרשם הפרוסה הבא היה 5, צמצום זמן סריקה פחות מ 15 דקות בבני אדם חיים. רק 1 תמונת PD נדרשה לסמן בבירור אזורים קורטיקליים במוח שלאחר המוות, צמצום זמן סריקה פחות מ 3 דקות (איור 2 ו -3). דגימת מוח כל-קבוע פורמלין שלאחר המוות נסרקה מאישה שמתו מדום לב-ריאה בגיל 82 שנים. סקירה של רשומות רפואיות גילתה שיש לה: מחלת ריאות חסימתית כרוני, אנגינה, מעקף משולש ניתוח 8 שנים שקדמו למותו, סרטן הרחם שטופל בכריתת רחם7 שנים שקדמו למוות, היפרליפידמיה, גלאוקומה, וניתוח קטרקט. דגימת המוח שלאחר המוות הייתה טבילה-קבועה ב 10% ניטראלי שנאגרו פורמלין לפחות 3 שבועות על 4 מעלות המוח שלאחר המוות C.The נסרקה עם אותו פרוטוקול ההדמיה, כמו גם עם פרמטרים אחרים במהלך שעות רבות להשוואות איכות תמונה . רק הפרמטרים האופטימליים יתוארו לפרוטוקול.

<table><tbody><tr><td>Magnetom Trio 3T&amp;nbsp; MRI</td><td>Siemens (Erlangen, Germany).</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vacuum cushion hand</td><td>Siemens</td><td>Mat No: 4765454</td><td>Manufactured by: Johannes-Stark-Stk. 8 D-92224 Amberg</td></tr></tbody></table>

high-resolution structural magnetic resonance imaging of the human subcortex in vivo and postmortem

המוקד של מחקר זה היה לבחון את גבולות הרזולוציה של MRI המבני של מוח שלאחר המוות בהשוואה לחיים מוח אנושי. הרזולוציה של MRI המבני in vivo מוגבל סופו של דבר על ידי רעש פיסיולוגי, כוללים פעימה, נשימה ותנועת הראש. למרות חומרת ההדמיה ממשיכה להשתפר, זה עדיין קשה כדי לפתור מבנים בקנה מידת המילימטר. לדוגמא, סינפסה הראייה העיקרית מסלולים חושיים בגרעין הברך הצדי (LGN), ממסר חזותי וגרעין שליטה בתלמוס, כי בדרך כלל מאורגן בשש שכבות המשקפת רציף. מחקרי הדמייה לא הצליחו להבחין באופן מהימן שכבות אלה בשל גודלם הקטן, כי הם פחות מ 1 מ&quot;מ עובי. מגבלת הפתרון של MRI המבני, במוח שלאחר המוות נבדקה מספר רב של תמונות באמצעות ממוצע במשך זמן רב (~ 24 שעות). המטרה הייתה לבדוק אם ניתן היה לפתור את l הבודדאיירס של LGN בהעדר הרעש פיסיולוגי. צפיפות פרוטון (PD) 1 רצף דופק משוקלל שימשה עם משתנה רזולוציה ופרמטרים נוספים כדי לקבוע את המספר המזערי של תמונות צורך להיות רשומות בממוצע להבחין LGN ואזורים קורטיקליים אחרים באופן מהימן. התוצאות גם הושוו לתמונות שנרכשו בחיים מוח אנושי. בvivo נושאים נסרקו על מנת לקבוע את ההשפעות נוספות של רעש פיסיולוגי במספר המינימאלי של סריקות PD צריכים להבדיל מבנים קורטיקליים, שימושיים ביישומים קליניים.

ברגע שתת-הקליפה&quot; נקבע בתלמוס, תמונות משוקללים PD נאספות בתוך תיבת בחירת פרוסה (איור 4). יחס האות לרעש משופר על ידי הגדלת מספר הממוצעים בשתי הנתיחה שלאחר המוות ובסריקות vivo. כדי לקבוע את איכות תמונה, יחס האות לרעש מממוצעי סריקה שונים הושוותה על ידי חלוקת ה?...

Watch this Scientific Journal Video about High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem at JoVE.com

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

Here we present a protocol to determine the minimum number images that needed to be registered and averaged to resolve subcortical structures and test whether the individual layers of the LGN could be resolved in the absence of physiological noise.

הדמיית תהודה מגנטית מבנית ברזולוציה גבוהה של תת-הקליפה&quot; האדם<I&gt; In vivo</I&gt; ולאחר המוות

The focus of this study was to test the resolution limits of structural MRI of a postmortem brain compared to living human brains. The resolution of ...

high-resolution-structural-magnetic-resonance-imaging-human-subcortex

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Neuroscience

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

15.3K Views.  York University. Here we present a protocol to determine the minimum number images that needed to be registered and averaged to resolve subcortical structures and test whether the individual layers of the LGN could be resolved in the absence of physiological noise. 

Video: High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end organs. The latter include the lung, RES, and brain and are operative during human immunodeficiency virus type one (HIV-1) infection. Macrophage entry into tissues is notable in areas of active HIV-1 replication and sites of inflammation. In order to assess the potential of macrophages as nanocarriers, superparamagnetic iron-oxide and/or drug laden particles coated with surfactants were parenterally injected into HIV-1 encephalitic mice. This was done to quantitatively assess particle and drug biodistribution. Magnetic resonance imaging (MRI) test results were validated by histological coregistration and enhanced image processing. End organ disease as typified by altered brain histology were assessed by MRI. The demonstration of robust migration of nanoformulations into areas of focal encephalitis provides '"proof of concept" for the use of advanced bioimaging techniques to monitor macrophage migration. Importantly, histopathological aberrations in brain correlate with bioimaging parameters making the general utility of MRI in studies of cell distribution in disease feasible. We posit that using such methods can provide a real time index of disease burden and therapeutic efficacy with translational potential to humans.

Bioimaging methods used to assess cell biodistribution of nanoparticles are applicable for therapeutic and diagnostic monitoring of nanoformulated compounds. The methods described herein are sensitive and specific when assessed by histological coregistration. The methodologies provide a translational pathway from rodent to human applications.

Bioimaging רשום של ננו לניטור האבחון והטיפול

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end ...

Bioengineering

Chronic Imaging of Mouse Visual Cortex Using a Thinned-skull Preparation

In vivo imaging using two-photon laser scanning microscopy (2PLSM) allows the study of living cells and neuronal processes in the intact brain. The technique presented here allows the imaging of the same area of the brain at several time points (chronic imaging) with microscopic resolution allowing the tracking of dendritic spines which are the small structures that represent the majority of postsynaptic excitatory sites in the CNS. The ability to clearly resolve fine cortical structures over several time points has many advantages, specifically in the study of brain plasticity in which morphological changes at synapses and circuit remodeling may help explain underlying mechanisms. In this video and supplementary material, we show a protocol for chronic in vivo imaging of the intact brain using a thinned-skull preparation. The thinned-skull preparation is a minimally invasive approach, which avoids potential damage to the dura and/or cortex, thus reducing the onset of an inflammatory response. When this protocol is performed correctly, it is possible to clearly monitor changes in dendritic spine characteristics in the intact brain over a prolonged period of time.

In this video and supplemental material, we show a protocol for chronic in vivo imaging of the intact brain using a thinned-skull preparation.

הדמיה כרונית של עכבר-Visual Cortex שימוש ההכנה סחוט הגולגולת

In vivo imaging using two-photon laser scanning microscopy (2PLSM) allows the study of living cells and neuronal processes in the intact brain. The ...

High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

Functional MRI (fMRI) is a widely used tool for non-invasively measuring correlates of human brain activity. However, its use has mostly been focused upon measuring activity on the surface of cerebral cortex rather than in subcortical regions such as midbrain and brainstem. Subcortical fMRI must overcome two challenges: spatial resolution and physiological noise. Here we describe an optimized set of techniques developed to perform high-resolution fMRI in human SC, a structure on the dorsal surface of the midbrain; the methods can also be used to image other brainstem and subcortical structures.
High-resolution (1.2 mm voxels) fMRI of the SC requires a non-conventional approach. The desired spatial sampling is obtained using a multi-shot (interleaved) spiral acquisition1. Since, T2* of SC tissue is longer than in cortex, a correspondingly longer echo time (TE ~ 40 msec) is used to maximize functional contrast. To cover the full extent of the SC, 8-10 slices are obtained. For each session a structural anatomy with the same slice prescription as the fMRI is also obtained, which is used to align the functional data to a high-resolution reference volume.
In a separate session, for each subject, we create a high-resolution (0.7 mm sampling) reference volume using a T1-weighted sequence that gives good tissue contrast. In the reference volume, the midbrain region is segmented using the ITK-SNAP software application2. This segmentation is used to create a 3D surface representation of the midbrain that is both smooth and accurate3. The surface vertices and normals are used to create a map of depth from the midbrain surface within the tissue4.
Functional data is transformed into the coordinate system of the segmented reference volume. Depth associations of the voxels enable the averaging of fMRI time series data within specified depth ranges to improve signal quality. Data is rendered on the 3D surface for visualization.
In our lab we use this technique for measuring topographic maps of visual stimulation and covert and overt visual attention within the SC1. As an example, we demonstrate the topographic representation of polar angle to visual stimulation in SC.

This article describes techniques to perform high-resolution functional magnetic resonance imaging with 1.2 mm sampling in human midbrain and subcortical structures using a 3T scanner. Use of these techniques to resolve topographic maps of visual stimulation in the human superior colliculus (SC) is given as an example.

ברזולוציה גבוהה תהודה מגנטית פונקציונלית שיטות המוח התיכון האדם

Functional MRI (fMRI) is a widely used tool for non-invasively measuring correlates of human brain activity. However, its use has mostly been focused upon ...

In vivo Imaging of Deep Cortical Layers using a Microprism

We present a protocol for in vivo imaging of cortical tissue using a deep-brain imaging probe in the shape of a microprism.  Microprisms are 1-mm in size and have a reflective coating on the hypotenuse to allow internal reflection of excitation and emission light.  The microprism probe simultaneously images multiple cortical layers with a perspective typically seen only in slice preparations.  Images are collected with a large field-of-view (~900 &mu;m).  In addition, we provide details on the non-survival surgical procedure and microscope setup.  Representative results include images of layer V pyramidal neurons from Thy-1 YFP-H mice showing their apical dendrites extending through the superficial cortical layer and extending into tufts.  Resolution was sufficient to image dendritic spines near the soma of layer V neurons.  A tail-vein injection of fluorescent dye reveals the intricate network of blood vessels in the cortex.  Line-scanning of red blood cells (RBCs) flowing through the capillaries reveals RBC velocity and flux rates can be obtained. This novel microprism probe is an elegant, yet powerful new method of visualizing deep cellular structures and cortical function in vivo.

In vivo Imaging of Deep Cortical Layers using a Microprism

Right-angle microprisms inserted into the mouse neocortex allows for deep imaging of multiple cortical layers with a viewpoint typically found in slice. One-millimeter microprisms offer a wide field-of-view (~900 &mu;m) and spatial resolutions sufficient to resolve dendritic spines. We demonstrate layer V neuronal imaging and neocortical vascular imaging using microprisms.

בתחום ההדמיה vivo של שכבות קליפתיים עמוק באמצעות Microprism

We present a protocol for in vivo imaging of cortical tissue using a deep-brain imaging probe in the shape of a microprism.  Microprisms are 1-mm in size ...

Biology

High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging

The human hippocampus has been broadly studied in the context of memory and normal brain function and its role in different neuropsychiatric disorders has been heavily studied. While many imaging studies treat the hippocampus as a single unitary neuroanatomical structure, it is, in fact, composed of several subfields that have a complex three-dimensional geometry. As such, it is known that these subfields perform specialized functions and are differentially affected through the course of different disease states. Magnetic resonance (MR) imaging can be used as a powerful tool to interrogate the morphology of the hippocampus and its subfields. Many groups use advanced imaging software and hardware (&#62;3T) to image the subfields; however this type of technology may not be readily available in most research and clinical imaging centers. To address this need, this manuscript provides a detailed step-by-step protocol for segmenting the full anterior-posterior length of the hippocampus and its subfields: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus (DG), strata radiatum/lacunosum/moleculare (SR/SL/SM), and subiculum. This protocol has been applied to five subjects (3F, 2M; age 29-57, avg. 37). Protocol reliability is assessed by resegmenting either the right or left hippocampus of each subject and computing the overlap using the Dice&#39;s kappa metric. Mean Dice&#39;s kappa (range) across the five subjects are: whole hippocampus, 0.91 (0.90-0.92); CA1, 0.78 (0.77-0.79); CA2/CA3, 0.64 (0.56-0.73); CA4/dentate gyrus, 0.83 (0.81-0.85); strata radiatum/lacunosum/moleculare, 0.71 (0.68-0.73); and subiculum 0.75 (0.72-0.78). The segmentation protocol presented here provides other laboratories with a reliable method to study the hippocampus and hippocampal subfields in vivo using commonly available MR tools.

High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging

The goal of this manuscript is to study the hippocampus and hippocampal subfields using MRI. The manuscript describes a protocol for segmenting the hippocampus and five hippocampal substructures: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus, strata radiatum/lacunosum/moleculare, and subiculum.

ברזולוציה גבוהה<em&gt; In vivo</em&gt; פרוטוקול פילוח ידני לאדם בהיפוקמפוס תת תחומים באמצעות הדמיה בתהודה מגנטית 3T

The human hippocampus has been broadly studied in the context of memory and normal brain function and its role in different neuropsychiatric disorders has ...

3D Modeling of the Lateral Ventricles and Histological Characterization of Periventricular Tissue in Humans and Mouse

The ventricular system carries and circulates cerebral spinal fluid (CSF) and facilitates clearance of solutes and toxins from the brain. The functional units of the ventricles are ciliated epithelial cells termed ependymal cells, which line the ventricles and through ciliary action are capable of generating laminar flow of CSF at the ventricle surface. This monolayer of ependymal cells also provides barrier and filtration functions that promote exchange between brain interstitial fluids (ISF) and circulating CSF. Biochemical changes in the brain are thereby reflected in the composition of the CSF and destruction of the ependyma can disrupt the delicate balance of CSF and ISF exchange. In humans there is a strong correlation between lateral ventricle expansion and aging. Age-associated ventriculomegaly can occur even in the absence of dementia or obstruction of CSF flow. The exact cause and progression of ventriculomegaly is often unknown; however, enlarged ventricles can show regional and, often, extensive loss of ependymal cell coverage with ventricle surface astrogliosis and associated periventricular edema replacing the functional ependymal cell monolayer. Using MRI scans together with postmortem human brain tissue, we describe how to prepare, image and compile 3D renderings of lateral ventricle volumes, calculate lateral ventricle volumes, and characterize periventricular tissue through immunohistochemical analysis of en face lateral ventricle wall tissue preparations. Corresponding analyses of mouse brain tissue are also presented supporting the use of mouse models as a means to evaluate changes to the lateral ventricles and periventricular tissue found in human aging and disease. Together, these protocols allow investigations into the cause and effect of ventriculomegaly and highlight techniques to study ventricular system health and its important barrier and filtration functions within the brain.

Using MRI scans (human), 3D imaging software, and immunohistological analysis, we document changes to the brain&#8217;s lateral ventricles. Longitudinal 3D mapping of lateral ventricle volume changes and characterization of periventricular cellular changes that occur in the human brain due to aging or disease are then modeled in mice.

3D דוגמנות של רוחב החדרים והיסטולוגית אפיון רקמות סביב חדרי מוח בבני אדם ועכבר

The ventricular system carries and circulates cerebral spinal fluid (CSF) and facilitates clearance of solutes and toxins from the brain. The functional ...

Assessing Cortical Cerebral Microinfarcts on High Resolution MR Images

Cerebral microinfarcts are frequent findings in the post-mortem human brain, and are related to cognitive decline and dementia. Due to their small sizes it is challenging to study them on clinical MRI scans. It was recently demonstrated that cortical microinfarcts can be depicted with MRI scanners using high magnetic field strengths (7T). Based on this experience, a proportion of these lesions is also visible on lower resolution 3T MRI. These findings were corroborated with ex vivo imaging of post-mortem human brain tissue, accompanied by histopathological verification of possible cortical microinfarcts.
Here an ex vivo imaging protocol is presented, for the purpose of validating MR observed cerebral microvascular pathology with histological evaluation. Furthermore, guidelines are provided for the assessment of cortical microinfarcts on both in vivo 7T and 3T MR images. These guidelines provide researchers with a tool to rate cortical microinfarcts on in vivo images of larger patient samples, to further unravel their clinical relevance in cognitive decline and dementia, and establish these lesions as a novel biomarker of cerebral small vessel disease.

A high resolution ex vivo 7T MR imaging protocol is presented, to perform MR-guided histopathological validation of microvascular pathology in post-mortem human brain tissue. Furthermore, guidelines are provided for the assessment of cortical microinfarcts on in vivo 7T as well as 3T MR images.

הערכת Microinfarcts מוחין בקליפת המוח בתמונות ברזולוציה גבוהה MR

Cerebral microinfarcts are frequent findings in the post-mortem human brain, and are related to cognitive decline and dementia. Due to their small sizes ...

Medicine

Large-scale Three-dimensional Imaging of Cellular Organization in the Mouse Neocortex

The mammalian neocortex is composed of many types of excitatory and inhibitory neurons, each with specific electrophysiological and biochemical properties, synaptic connections, and in vivo functions, but their basic functional and anatomical organization from cellular to network scale is poorly understood. Here we describe a method for the three-dimensional imaging of fluorescently-labeled neurons across large areas of the brain for the investigation of the cortical cellular organization. Specific types of neurons are labeled by the injection of fluorescent retrograde neuronal tracers or expression of fluorescent proteins in transgenic mice. Block brain samples, e.g., a hemisphere, are prepared after fixation, made transparent with tissue clearing methods, and subjected to fluorescent immunolabeling of the specific cell types. Large areas are scanned using confocal or two-photon microscopes equipped with large working distance objectives and motorized stages. This method can resolve the periodic organization of the cell type-specific microcolumn functional modules in the mouse neocortex. The procedure can be useful for the study of three-dimensional cellular architecture in the diverse brain areas and other complex tissues.

Here we describe a procedure for tissue clearing, fluorescent labeling, and large-scale imaging of mouse brain tissue which, thereby, enables visualization of the three-dimensional organization of cell types in the neocortex.

הדמיה תלת מימדי בקנה מידה גדול של ארגון הסלולר קליפת העכבר

The mammalian neocortex is composed of many types of excitatory and inhibitory neurons, each with specific electrophysiological and biochemical ...

A Micro-CT-based Method for Characterizing Lesions and Locating Electrodes in Small Animal Brains

Lesion and electrode location verification are traditionally done via histological examination of stained brain slices, a time-consuming procedure that requires manual estimation. Here, we describe a simple, straightforward method for quantifying lesions and locating electrodes in the brain that is less laborious and yields more detailed results. Whole brains are stained with osmium tetroxide, embedded in resin, and imaged with a micro-CT scanner. The scans result in 3D digital volumes of the brains with resolutions and virtual section thicknesses dependent on the sample size (12&#8211;15 and 5&#8211;6 &#181;m&#160;per voxel for rat and zebra finch brains, respectively). Surface and deep lesions can be characterized, and single tetrodes, tetrode arrays, electrolytic lesions, and silicon probes can also be localized. Free and proprietary software allows experimenters to examine the sample volume from any plane and segment the volume manually or automatically. Because this method generates whole brain volume, lesions and electrodes can be quantified to a much higher degree than in current methods, which will help standardize comparisons within and across studies.

This article describes a straightforward method to prepare small animal brains for micro-CT imaging, in which lesions can be quantified and electrodes located with high precision in the context of the whole brain.

שיטה המבוססות על מיקרו-CT אפיון נגעים ואיתור אלקטרודות במוח בעלי חיים קטנים

Lesion and electrode location verification are traditionally done via histological examination of stained brain slices, a time-consuming procedure that ...

Comprehensive Autopsy Program for Individuals with Multiple Sclerosis

We describe a rapid tissue donation program for individuals with multiple sclerosis (MS) that requires scientists and technicians to be on-call 24/7, 365 days a year. Participants consent to donate their brain and spinal cord. Most patients were followed by neurologists at the Cleveland Clinic Mellen Center for MS Treatment and Research. Their clinical courses and neurological disabilities are well-characterized. Soon after death, the body is transported to the MS Imaging Center, where the brain is scanned in situ by 3 T magnetic resonance imaging (MRI). The body is then transferred to the autopsy room, where the brain and spinal cord are removed. The brain is divided into two hemispheres. One hemisphere is immediately placed in a slicing box and alternate 1 cm-thick slices are either fixed in 4% paraformaldehyde for two days or rapidly frozen in dry ice and 2-methylbutane. The short-fixed brain slices are stored in a cryopreservation solution and used for histological analyses and immunocytochemical detection of sensitive antigens. Frozen slices are stored at -80 &#176;C and used for molecular, immunocytochemical, and in situ hybridization/RNA scope studies. The other hemisphere is placed in 4% paraformaldehyde for several months, placed in the slicing box, re-scanned in the 3 T magnetic resonance (MR) scanner and sliced into centimeter-thick slices. Postmortem in situ MR images (MRIs) are co-registered with 1 cm-thick brain slices to facilitate MRI-pathology correlations. All brain slices are photographed and brain white-matter lesions are identified. The spinal cord is cut into 2 cm segments. Alternate segments are fixed in 4% paraformaldehyde or rapidly frozen. The rapid procurement of postmortem MS tissues allows pathological and molecular analyses of MS brains and spinal cords and pathological correlations of brain MRI abnormalities. The quality of these rapidly-processed postmortem tissues (usually within 6 h of death) is of great value to MS research and has resulted in many high-impact discoveries.

Multiple sclerosis is an inflammatory demyelinating disease with no cure. Analysis of brain tissue provides important clues to understanding the pathogenesis of the disease. Here we discuss the methodology and downstream analysis of MS brain tissue collected through a unique rapid autopsy program in operation at the Cleveland Clinic.

שלאחר המוות תוכנית מקיפה עבור אנשים עם טרשת נפוצה

We describe a rapid tissue donation program for individuals with multiple sclerosis (MS) that requires scientists and technicians to be on-call 24/7, 365 ...

הדמיית תהודה מגנטית מבנית ברזולוציה גבוהה של תת-הקליפה" האדם

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video