Ultrakorkean kentän MRI paljastaa aivojen pikkuaivojen yksityiskohtaisen rakenteen

Pikkuaivot, pieni aivojen alue, joka sijaitsee pään takaosassa, on suurelta osin vastuussa moottorin ohjauksesta, samoin kuin osallistumisesta käyttäytymiseen ja kognitioon. Sillä on myös rooli erilaisissa sairausprosesseissa, kuten esimerkiksi multippeliskleroosissa (MS), joka aiheuttaa laajaa demyelinaatiota pikkuaivokuoressa. Mutta tärkeydestä huolimatta pikkuaivojen rakennetta ei ole täysin tutkittu virran riittämättömän resoluution vuoksi. in vivo kuvantamistekniikat.

Keskeinen este on se, että pikkuaivoa peittävä aivokuori koostuu erittäin tiukasti taittuneista kudoskerroksista ja vaatii korkearesoluutioista kuvantamista sen anatomian täydelliseksi visualisoimiseksi ja tutkimiseksi. Nyt tutkijat Spinozan neurokuvantamiskeskus Alankomaissa ovat kehittäneet menetelmän pikkuaivojen aivokuoren kerrosten kuvaamiseksi käyttämällä tehokasta 7 T MRI-skanneria, joka kuvaa tekniikkaa Radiologia.

Ensimmäinen kirjoittaja Nikos Priovoulos ja kollegat muuttivat kahta MRI-pulssisekvenssiä, jotka kuvaavat aivokuoren pintaa ja aivokuorensisäisiä kerroksia, muuntamaan 7 T MRI:n korkean signaali-kohinasuhteen korkeaksi spatiaaliseksi resoluutioksi. Kompensoimalla myös liikettä, ne tuottivat jopa 200 μm:n resoluution kuvia, joiden kliinisesti käyttökelpoinen skannausaika oli alle 20 minuuttia.

Tutkimustaan ​​varten tutkijat kuvasivat terveitä osallistujia 7.0 T MRI-skannerilla. Pikkuaivokuoren kerrosten kuvaamiseen he käyttivät T2*-painotettua nopeaa matalakulmakuvaa (FLASH) 210 × 210 × 15 mm:n näkökentällä (FOV) ja vokselikokolla 0.19 × 0.19 × 0.5 mm. He käyttivät tätä skannausta, joka kattaa vain osan pikkuaivokuoresta, yhdeksän kohteen kuvaamiseen.

Näin pienellä vokselikoolla tahaton liike voi rajoittaa tehokasta spatiaalista resoluutiota. Tämän torjumiseksi tutkijat lomittivat FLASH-sekvenssin koko pään rasvakuvilla, joita he käyttivät arvioimaan ja korjaamaan liikettä. Neljässä osallistujassa, joille tehtiin skannaus sekä tämän vaiheen kanssa että ilman sitä, mahdollinen liikkeenkorjaus paransi kuvan terävyyttä ja säilytti korkearesoluutioiset ominaisuudet.

Liikekorjattu FLASH skannaa visualisoituja sisä- ja ulkokerrosrakenteita pikkuaivokuoressa kaikille osallistujille. Tutkijat ehdottavat, että nämä edustavat syvää, runsaasti rautaa sisältävää rakeista kerrosta ja hermosolujen vähemmän tiheää pinnallista molekyylikerrosta, joilla on eroja magneettisessa herkkyydessä 7.0 T:ssa. He huomauttavat, että pikkuaivojen kerrokset vaikuttavat eri tavalla MS-taudin kaltaisissa sairauksissa. yksittäisten kerrosten tarkkaileminen voisi tarjota arvokkaita diagnostisia markkereita.

"MS-taudissa pikkuaivoilla on tärkeä rooli", Priovoulos selittää lehdistötiedotteessa. "MS-potilailla on motorisia vaurioita, mikä tarkoittaa, että heillä on vaurioita liikkumiseen osallistuvissa hermosoluissa. Aiempien löydösten perusteella tiedämme erityisesti MS-taudin osalta, että voisimme hyötyä korkearesoluutioisesta kuvantamisesta pikkuaivoissa."

Pikkuaivojen avaaminen

Tutkijat käyttivät myös 7 T MRI:tä visualisoidakseen koko pikkuaivot yhdeksällä terveellä osallistujalla. Tässä he käyttivät magnetisoinnilla valmistettua 2 nopeaa gradienttikaikua (MP2RAGE) -sekvenssiä, jossa oli 210 × 120 × 60 mm FOV ja vokselikoko 0.4 mm.³. He käyttivät samaa rasvanavigaattoria liikkeen korjaamiseen.

Liikekorjattu MP2RAGE skannaa selkeitä pikkuaivojen anatomisia piirteitä yksittäisiin lehtiin – aivokuoren pinnan pieniin poimuihin saakka. Joukkue, jota johtaa Wietske van der ZwaagHuomaa, että tietojen pienentäminen vastaamaan nykyisiä huippuluokan MRI-hankintoja heikensi näiden ominaisuuksien näkyvyyttä.

Kuvien korkea spatiaalinen resoluutio antoi tutkijoille mahdollisuuden avata laskennallisesti pikkuaivojen aivokuoren pinta jatkuvaksi levyksi. Tämän ansiosta he pystyivät laskemaan kliiniset mitat, kuten aivokuoren pinta-alan ja paksuuden, ja tutkimaan sairauteen liittyviä tekijöitä, kuten myeliiniherkkiä T1-arvoja.

Arvioitu pikkuaivokuoren mediaanipinta-ala oli 949 cm² (176–759 % suurempi kuin aikaisempi kuvantaminen in vivo arviot) ja pikkuaivojen aivokuoren paksuuden mediaani oli 0.88 mm ex vivo raportteja ja neljästä viiteen kertaa ohuempi kuin nykyinen kuvantamispohjainen in vivo arvioi.

Vaikka suurin osa tutkimukseen osallistuneista oli nuoria (mediaani-ikä 36), ryhmässä oli kaksi vanhempaa henkilöä (57- ja 62-vuotiaat). Näiden osallistujien MR-kuvat osoittivat näkyvää aivokuoren ohenemista pikkuaivoissa silmämääräisessä tarkastelussa ja pienemmät pikkuaivokuoren paksuus ja harmaan aineen T1-arvot kuin nuoremmalla kohortilla.

"Tämä on ensimmäinen kerta, kun voimme tarkastella ihmisen pikkuaivoja suoraan elävissä ihmisissä näin yksityiskohtaisesti", Priovoulos sanoo. "Voimme tehdä tämän nimenomaan, koska meillä on erittäin korkeakenttämagneetti (joka on kallis ja vaikea rakentaa) ja myös liikkeenkorjaus, koska ihmiset yleensä liikkuvat skannauksen aikana."

Ultrahigh-field MRI seuraa multippeliskleroosin etenemistä

Priovoulos, van der Zwaag ja tohtoriopiskelija Emma Brouwer työskentelevät nyt tehdäkseen pikkuaivojen MRI-signaalista luotettavamman. "MRI-signaalin aallonpituus 7 T:ssä on verrattavissa ihmisen pään kokoon ja tämä tekee usein signaalista pikkuaivoissa epähomogeenisen", Priovoulos kertoo. Fysiikan maailma. "Tämän ratkaisemiseksi yritämme yhdistää laitteistomme useisiin radiotaajuutta tuottaviin keloihin signaalin tuotannon optimoimiseksi. Haasteena on tehdä se niin, että skannauspituus on kuitenkin lyhyt ja asetukset voidaan kääntää klinikalle."

Tutkijat soveltavat jo 7 T MRI -lähestymistapaa MS-potilaiden skannaukseen. He haluavat myös käyttää sitä ymmärtääkseen paremmin pikkuaivojen ataksiaa, lihasten hallintasairautta. Lisäksi he käyttävät toiminnallista 7T-kuvausta sekä pikkuaivojen anatomista rekonstruktiota tutkiakseen pikkuaivojen toiminnallisia vasteita yksityiskohtaisesti ja tutkiakseen pikkuaivojen roolia ihmisten terveydessä ja sairauksissa.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/ultrahigh-field-mri-uncovers-detailed-structure-of-the-brains-cerebellum/