MRI o ultrawysokim polu odkrywa szczegółową strukturę móżdżku mózgu

Móżdżek, mały obszar mózgu znajdujący się z tyłu głowy, jest w dużej mierze odpowiedzialny za kontrolę motoryczną, a także bierze udział w zachowaniu i poznaniu. Odgrywa również rolę w różnych procesach chorobowych, takich jak na przykład stwardnienie rozsiane (MS), które powoduje rozległą demielinizację w korze móżdżku. Jednak pomimo swojego znaczenia struktura móżdżku nie została w pełni zbadana z powodu niewystarczającej rozdzielczości prądu in vivo techniki obrazowania.

Główną przeszkodą jest to, że kora pokrywająca móżdżek składa się z niezwykle ciasno pofałdowanych warstw tkanki i wymaga obrazowania o wysokiej rozdzielczości, aby w pełni zwizualizować i zbadać jej anatomię. Teraz naukowcy z Spinoza Centrum Neuroobrazowania w Holandii opracowali metodę obrazowania warstw korowych móżdżku za pomocą potężnego skanera 7 T MRI, opisując technikę w Radiologia.

Pierwszy autor Nikosa Priovoulosa i współpracownicy zmodyfikowali dwie sekwencje impulsów MRI, które obrazują powierzchnię korową i warstwy wewnątrzkorowe, aby przełożyć wysoki stosunek sygnału do szumu 7 T ​​MRI na wysoką rozdzielczość przestrzenną. Kompensując również ruch, wygenerowali obrazy o rozdzielczości do 200 μm, z klinicznie możliwym czasem skanowania krótszym niż 20 minut.

W ramach swoich badań naukowcy obrazowali zdrowych uczestników skanerem MRI 7.0 T. Aby zobrazować warstwy w korze móżdżku, wykorzystali sekwencję szybkich zdjęć pod niskim kątem (FLASH) ważoną T2 * z polem widzenia (FOV) 210 × 210 × 15 mm i rozmiarem woksela 0.19 × 0.19 × 0.5 mm. Wykorzystali ten skan, który obejmuje tylko część kory móżdżku, do zobrazowania dziewięciu osób.

Przy tak małym rozmiarze woksela mimowolny ruch może ograniczyć efektywną rozdzielczość przestrzenną. Aby temu zaradzić, naukowcy przeplotli sekwencję FLASH z obrazami tłuszczu z całej głowy, których użyli do oszacowania i skorygowania ruchu. U czterech uczestników, którzy przeszli skanowanie zarówno z tym krokiem, jak i bez niego, prospektywna korekcja ruchu poprawiła ostrość obrazu i zachowała cechy wysokiej rozdzielczości.

FLASH z korekcją ruchu skanuje zwizualizowane struktury warstwy wewnętrznej i zewnętrznej w korze móżdżku u wszystkich uczestników. Naukowcy sugerują, że reprezentują one głęboką, bogatą w żelazo warstwę ziarnistą i powierzchowną warstwę molekularną o mniejszej gęstości neuronów, które wykazują różnice w podatności magnetycznej przy 7.0 T. Zauważyli, że warstwy móżdżku są różnie dotknięte chorobami takimi jak stwardnienie rozsiane, stąd zdolność obserwacja poszczególnych warstw może dostarczyć cennych markerów diagnostycznych.

„W SM móżdżek odgrywa ważną rolę”, wyjaśnia Priovoulos w oświadczeniu prasowym. „Pacjenci ze stwardnieniem rozsianym mają zmiany motoryczne, co oznacza, że ​​mają uszkodzenia komórek nerwowych biorących udział w ruchu. Na podstawie wcześniejszych ustaleń wiemy, że szczególnie w przypadku stwardnienia rozsianego możemy odnieść korzyści z obrazowania w wysokiej rozdzielczości w móżdżku”.

Rozkładanie móżdżku

Naukowcy wykorzystali również 7 T MRI do wizualizacji całego móżdżku u dziewięciu zdrowych uczestników. Tutaj zastosowali sekwencję szybkiego echa gradientowego (MP2RAGE) przygotowaną przez namagnesowanie z polem widzenia 2 × 210 × 120 mm i wielkością woksela 60, 0.4 mm³. Użyli tego samego grubego nawigatora do korekcji ruchu.

Skany MP2RAGE z korekcją ruchu umożliwiają rozróżnienie cech anatomicznych móżdżku aż do pojedynczych listków – maleńkich fałd na powierzchni korowej. Zespół, prowadzony przez Wietske van der Zwaag, należy zauważyć, że próbkowanie danych w dół w celu dopasowania do aktualnych najnowocześniejszych akwizycji MRI zmniejszyło widoczność tych cech.

Wysoka rozdzielczość przestrzenna obrazów umożliwiła naukowcom obliczeniowe rozwinięcie powierzchni korowej móżdżku w ciągły arkusz. Umożliwiło to obliczenie pomiarów klinicznych, takich jak pole powierzchni i grubość kory, oraz zbadanie czynników związanych z chorobą, takich jak wartości T1 wrażliwe na mielinę.

Oszacowana mediana powierzchni korowej móżdżku wynosiła 949 cmXNUMX² (o 176%–759% większy niż poprzedni model oparty na obrazowaniu in vivo szacunki), a mediana grubości kory móżdżku wynosiła 0.88 mm, zgodnie z ex vivo raporty i cztery do pięciu razy cieńsze niż obecne oparte na obrazowaniu in vivo szacunki.

Podczas gdy większość uczestników badania była młoda (mediana wieku 36 lat), zespół składał się z dwóch starszych osób (w wieku 57 i 62 lat). Obrazy MR tych uczestników wykazały widoczne ścieńczenie kory móżdżku przy oględzinach oraz niższe wartości grubości kory móżdżku i istoty szarej T1 niż w młodszej kohorcie.

„Po raz pierwszy możemy zobaczyć ludzki móżdżek bezpośrednio u żywych ludzi, z tak wieloma szczegółami” – mówi Priovoulos. „Możemy to zrobić, ponieważ mamy magnes o bardzo silnym polu (który jest drogi i trudny do zbudowania), a także korekcję ruchu, ponieważ ludzie mają tendencję do poruszania się podczas skanowania”.

MRI o ultrawysokim polu śledzi postęp stwardnienia rozsianego

Priovoulos, van der Zwaag i doktorantka Emma Brouwer pracują teraz nad zwiększeniem wiarygodności sygnału MRI w móżdżku. „Długość fali sygnału MRI przy 7 T jest porównywalna z rozmiarem ludzkiej głowy, co często powoduje, że sygnał w móżdżku jest niejednorodny” – mówi Priovoulos Świat Fizyki. „Aby temu zaradzić, staramy się połączyć naszą konfigurację z wieloma cewkami wytwarzającymi częstotliwości radiowe, aby zoptymalizować generowanie sygnału. Wyzwanie polega na tym, aby jednocześnie zachować krótką długość skanowania i konfigurację, którą można zastosować w klinice”.

Naukowcy stosują już podejście 7 T MRI do skanowania pacjentów ze stwardnieniem rozsianym. Chcą go również wykorzystać, aby lepiej zrozumieć ataksję móżdżkową, chorobę kontrolującą mięśnie. Oprócz tego używają funkcjonalnego obrazowania 7T wraz z rekonstrukcją anatomiczną móżdżku, aby szczegółowo zbadać reakcje funkcjonalne móżdżku i zbadać rolę móżdżku w zdrowiu i chorobie człowieka.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/ultrahigh-field-mri-uncovers-detailed-structure-of-the-brains-cerebellum/