Ultrahøyfelt MR avdekker detaljert struktur av hjernens lillehjernen

Lillehjernen, et lite område av hjernen som ligger på baksiden av hodet, er i stor grad ansvarlig for motorisk kontroll, i tillegg til å være involvert i atferd og kognisjon. Det spiller også en rolle i ulike sykdomsprosesser, som for eksempel multippel sklerose (MS), som forårsaker omfattende demyelinisering i lillehjernen. Men til tross for dens betydning, har strukturen til lillehjernen ikke blitt fullstendig undersøkt på grunn av den utilstrekkelige oppløsningen av strøm. in vivo bildeteknikker.

Nøkkelhindringen er at cortex som dekker lillehjernen består av ekstremt tett foldede lag av vev og krever høyoppløselig bildebehandling for å fullt ut visualisere og studere dens anatomi. Nå har forskere ved Spinoza Center for Neuroimaging i Nederland har utviklet en metode for å avbilde de cerebellare kortikale lagene ved hjelp av en kraftig 7 T MR-skanner, som beskriver teknikken i Radiologi.

Første forfatter Nikos Priovoulos og kolleger modifiserte to MR-pulssekvenser som avbilder den kortikale overflaten og de intrakortikale lagene, for å oversette det høye signal-til-støyforholdet på 7 T MRI til høy romlig oppløsning. Ved også å kompensere for bevegelse, genererte de bilder med opptil 200 μm oppløsning, med en klinisk anvendelig skannetid på mindre enn 20 min.

For studien deres avbildet forskerne friske deltakere i en 7.0 T MR-skanner. For å avbilde lagene i cerebellar cortex brukte de en T2*-vektet hurtig lavvinkelbilde (FLASH) sekvens med et 210 × 210 × 15 mm synsfelt (FOV) og en voxelstørrelse på 0.19 × 0.19 × 0.5 mm. De brukte denne skanningen, som bare dekker en del av hjernebarken, for å avbilde ni motiver.

Med en så liten voxelstørrelse kan ufrivillig bevegelse begrense den effektive romlige oppløsningen. For å bekjempe dette flettet forskerne FLASH-sekvensen med fettbilder av hele hodet, som de brukte til å estimere og korrigere for bevegelse. Hos fire deltakere som gjennomgikk skanninger både med og uten dette trinnet, forbedret potensiell bevegelseskorreksjon bildeskarphet og bevarte funksjoner med høy oppløsning.

Den bevegelseskorrigerte FLASH skanner visualiserte indre og ytre lagstrukturer i cerebellar cortex for alle deltakere. Forskerne foreslår at disse representerer det dype, jernrike granulære laget og det mindre nevronalt tette overfladiske molekylære laget, som viser forskjeller i magnetisk følsomhet ved 7.0 T. De bemerker at cerebellare lag påvirkes forskjellig i sykdommer som MS, og dermed evnen. å observere individuelle lag kan gi verdifulle diagnostiske markører.

"I MS spiller lillehjernen en viktig rolle," forklarer Priovoulos i en pressemelding. «MS-pasienter har motoriske lesjoner, som betyr at de har skader på nervecellene som er involvert i bevegelse. Basert på tidligere funn vet vi spesifikt for MS at vi kan dra nytte av høyoppløselig bildebehandling i lillehjernen."

Utfolding av lillehjernen

Forskerne brukte også 7 T MR for å visualisere hele lillehjernen hos ni friske deltakere. Her brukte de en magnetiseringsforberedt 2 hurtig gradient-ekko (MP2RAGE) sekvens med en 210 × 120 × 60 mm FOV og en voxelstørrelse på 0.4 mm³. De brukte den samme fettnavigatoren for bevegelseskorreksjon.

Den bevegelseskorrigerte MP2RAGE skanner oppløste cerebellare anatomiske trekk ned til individuelle folia – de små foldene i den kortikale overflaten. Teamet, ledet av Wietske van der Zwaag, merk at nedsampling av dataene for å matche nåværende toppmoderne MR-anskaffelser reduserte synligheten til disse funksjonene.

Den høye romlige oppløsningen til bildene gjorde det mulig for forskerne å brette ut den cerebellare kortikale overflaten til et kontinuerlig ark. Dette gjorde dem i stand til å beregne kliniske mål som kortikale overflateareal og tykkelse, og undersøke sykdomsrelaterte faktorer som myelinsensitive T1-verdier.

Estimert median cerebellar cortical overflateareal var 949 cm² (176 %–759 % større enn tidligere bildebehandlingsbasert in vivo estimater) og median cerebellar cortical tykkelse var 0.88 mm, i samsvar med ex vivo rapporter og fire til fem ganger tynnere enn dagens bildebaserte in vivo estimater.

Mens de fleste deltakerne i studien var unge (median alder på 36), inkluderte teamet to eldre forsøkspersoner (57 og 62 år). MR-bilder av disse deltakerne viste synlig kortikal tynning i lillehjernen ved visuell inspeksjon og lavere cerebellar kortikal tykkelse og grå substans T1-verdier enn i den yngre kohorten.

"Dette er første gang vi kan se den menneskelige lillehjernen direkte i levende mennesker, med så mange detaljer," sier Priovoulos. "Vi kan gjøre dette spesifikt fordi vi har en veldig høyfeltsmagnet (som er dyr og vanskelig å bygge) og også bevegelseskorreksjon, fordi folk har en tendens til å bevege seg under skanningene."

Ultrahøyfelt MR sporer multippel skleroseprogresjon

Priovoulos, van der Zwaag og PhD-student Emma Brouwer jobber nå med å gjøre MR-signalet i lillehjernen mer pålitelig. "Bølgelengden til MR-signalet ved 7 T er sammenlignbar med den menneskelige hodestørrelsen, og dette gjør ofte signalet i lillehjernen inhomogent," forteller Priovoulos Fysikkens verden. "For å takle dette prøver vi å kombinere oppsettet vårt med flere radiofrekvensproduserende spoler for å optimalisere signalgenereringen. Utfordringen er å gjøre det mens du fortsatt holder skannelengden kort og oppsettet kan oversettes til klinikken."

Forskerne bruker allerede 7 T MR-tilnærmingen for å skanne pasienter med MS. De ønsker også å bruke den til å bedre forstå cerebellar ataksi, en muskelkontrollsykdom. Ved siden av bruker de funksjonell 7 T-avbildning, sammen med cerebellar anatomisk rekonstruksjon, for å undersøke cerebellar funksjonelle responser i detalj og utforske rollen til cerebellum i menneskers helse og sykdom.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/ultrahigh-field-mri-uncovers-detailed-structure-of-the-brains-cerebellum/