Ultrahøjfelt MR afdækker detaljeret struktur af hjernens lillehjernen

Lillehjernen, et lille område af hjernen placeret bagerst i hovedet, er i høj grad ansvarlig for motorisk kontrol, såvel som at være involveret i adfærd og kognition. Det spiller også en rolle i forskellige sygdomsprocesser, såsom multipel sklerose (MS), for eksempel, der forårsager omfattende demyelinisering i cerebellar cortex. Men på trods af dens betydning er lillehjernens struktur ikke blevet fuldt ud undersøgt på grund af den utilstrækkelige opløsning af strøm in vivo billeddannelsesteknikker.

Den vigtigste hindring er, at cortex, der dækker lillehjernen, omfatter ekstremt tæt foldede lag af væv og kræver billeddannelse i høj opløsning for fuldt ud at visualisere og studere dens anatomi. Nu har forskere ved Spinoza Center for Neuroimaging i Holland har udviklet en metode til at afbilde de cerebellare kortikale lag ved hjælp af en kraftig 7 T MR-scanner, der beskriver teknikken i Radiologi.

Første forfatter Nikos Priovoulos og kolleger modificerede to MRI-pulssekvenser, der afbilder den kortikale overflade og de intrakortikale lag, for at oversætte det høje signal-til-støj-forhold på 7 T MRI til høj rumlig opløsning. Ved også at kompensere for bevægelse genererede de billeder med op til 200 μm opløsning, med en klinisk anvendelig scanningstid på mindre end 20 min.

Til deres undersøgelse afbildede forskerne raske deltagere i en 7.0 T MR-scanner. For at afbilde lagene i cerebellar cortex brugte de en T2*-vægtet hurtig lavvinkeloptagelse (FLASH) sekvens med et 210 × 210 × 15 mm synsfelt (FOV) og en voxelstørrelse på 0.19 × 0.19 × 0.5 mm. De brugte denne scanning, som kun dækker en del af cerebellar cortex, til at afbilde ni motiver.

Med så lille en voxelstørrelse kan ufrivillig bevægelse begrænse den effektive rumlige opløsning. For at bekæmpe dette sammenflettede forskerne FLASH-sekvensen med fedtbilleder af hele hovedet, som de brugte til at estimere og korrigere for bevægelse. Hos fire deltagere, der gennemgik scanninger både med og uden dette trin, forbedrede prospektiv bevægelseskorrektion billedets skarphed og bevarede funktioner i høj opløsning.

Den bevægelseskorrigerede FLASH-scanner visualiserede indre og ydre lagstrukturer i cerebellar cortex for alle deltagere. Forskerne foreslår, at disse repræsenterer det dybe, jernrige granulære lag og det mindre neuronalt tætte overfladiske molekylære lag, som udviser forskelle i magnetisk modtagelighed ved 7.0 T. De bemærker, at cerebellare lag er forskelligt påvirket i sygdomme som MS, og dermed evnen at observere individuelle lag kunne give værdifulde diagnostiske markører.

"I MS spiller lillehjernen en vigtig rolle," forklarer Priovoulos i en pressemeddelelse. ”MS-patienter har motoriske læsioner, hvilket betyder, at de har skader på de nerveceller, der er involveret i bevægelse. Baseret på tidligere resultater ved vi specifikt for MS, at vi kunne drage fordel af højopløsningsbilleddannelse i lillehjernen."

Udfoldning af lillehjernen

Forskerne brugte også 7 T MRI til at visualisere hele lillehjernen hos ni raske deltagere. Her brugte de en magnetiseringsforberedt 2 hurtige gradient-ekko (MP2RAGE) sekvens med en 210 × 120 × 60 mm FOV og en voxelstørrelse på 0.4 mm³. De brugte den samme fedtnavigator til bevægelseskorrektion.

Den bevægelseskorrigerede MP2RAGE scanner opløste cerebellare anatomiske træk ned til individuelle blade – de små folder i den kortikale overflade. Holdet, ledet af Wietske van der Zwaag, bemærk, at nedsampling af dataene for at matche de aktuelle avancerede MRI-optagelser reducerede synligheden af ​​disse funktioner.

Billedernes høje rumlige opløsning gjorde det muligt for forskerne at udfolde den cerebellare kortikale overflade ud fra beregningerne til et kontinuerligt ark. Dette gjorde dem i stand til at beregne kliniske mål såsom corticals overfladeareal og tykkelse og undersøge sygdomsrelaterede faktorer såsom myelinfølsomme T1-værdier.

Det estimerede mediane cerebellare kortikale overfladeareal var 949 cm² (176 %-759 % større end tidligere billedbehandlingsbaseret in vivo skøn) og median cerebellar cortical tykkelse var 0.88 mm, i overensstemmelse med ex vivo rapporter og fire til fem gange tyndere end nuværende billedbehandlingsbaseret in vivo anslår.

Mens de fleste deltagere i undersøgelsen var unge (en medianalder på 36), inkluderede holdet to ældre forsøgspersoner (i alderen 57 og 62). MR-billeder af disse deltagere viste synlig kortikal udtynding i cerebellum ved visuel inspektion og lavere cerebellar cortical tykkelse og grå substans T1 værdier end i den yngre kohorte.

"Det er første gang, vi kan se den menneskelige lillehjernen direkte i levende mennesker med så mange detaljer," siger Priovoulos. "Vi kan gøre dette specifikt, fordi vi har en meget højfeltsmagnet (som er dyr og svær at bygge) og også bevægelseskorrektion, fordi folk har tendens til at bevæge sig under scanningerne."

Ultrahøjfelt MR sporer progression af multipel sklerose

Priovoulos, van der Zwaag og ph.d.-studerende Emma Brouwer arbejder nu på at gøre MR-signalet i lillehjernen mere pålideligt. "Bølgelængden af ​​MR-signalet ved 7 T er sammenlignelig med den menneskelige hovedstørrelse, og dette gør ofte signalet i lillehjernen inhomogent," fortæller Priovoulos. Fysik verden. "For at tackle dette forsøger vi at kombinere vores opsætning med flere radiofrekvensproducerende spoler for at optimere signalgenerering. Udfordringen er at gøre det, mens scanningslængden stadig holdes kort, og opsætningen kan oversættes til klinikken."

Forskerne anvender allerede 7 T MRI-tilgangen til at scanne patienter med MS. De ønsker også at bruge det til bedre at forstå cerebellar ataksi, en muskelkontrolsygdom. Sideløbende bruger de funktionel 7 T-billeddannelse sammen med den cerebellære anatomiske rekonstruktion til at undersøge cerebellar funktionelle responser i detaljer og udforske cerebellums rolle i menneskers sundhed og sygdom.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Kilde: https://physicsworld.com/a/ultrahigh-field-mri-uncovers-detailed-structure-of-the-brains-cerebellum/