Клиническая нейроанатомия в сверхвысоком разрешении

Во многих атласах по нейроанатомии мелкие структуры – ядра (скопления серого вещества), слои коры мозга – представлены в виде рисунков, схем или же двухмерных гистологических срезов. Для общего поверхностного понимания этого, возможно, и достаточно, но не для более глубоко изучения. Исследователи из США решили это исправить и создали атлас, основанный на трехмерных наборах данных МРТ посмертного мозга с очень высоким пространственным и контрастным разрешением для одновременной многоплоскостной визуализации сложной нейроанатомии. Работа подробно описана в журнале Frontiers in Neuroanatomy.

Сравнение разрешения на уровне ножек головного мозга на стандартном Т2 FLAIR изображении in vivo на МРТ 3 Tесла (А) и при МРТ-микроскопии (В). Стрелкой обозначены зоны демиелинизации. Сравнение разрешения на уровне ствола мозга при проведении МРТ in vivo на МРТ 7Т и при МРТ-микроскопии (D). Стрелкой обозначен лакунарный инфаркт в области правой ножки мозга. Но точную локализацию поражения (центральный покрышечный тракт) удалось установить только при МРТ-микроскопии. Credit: Timothy M. Shepherd et al. / Frontiers in Neuroanatomy 2020


Нейроанатомия, особенно клинически значимая, довольно сложна для изучения во многом по причине того, что просто не хватает качественных инструментов. Штудирование препаратов мозга не дает заглянуть в мельчайшие структуры, не видимые глазу, а любой атлас, даже подробный гистологический, может «предложить» знакомство с плоскими двухмерными срезами. При этом получить представление о пространственном расположении того или иного ядра довольно затруднительно, что бывает важно в клинике.

Ученые нескольких американских институтов и клиник объединились для того, чтобы создать полноценный трехмерный атлас мозга с очень высоким разрешением, основанный на данных магнитно-резонансной томографии. Сделать такое можно было лишь с анатомическими препаратами. Шесть мозгов фиксировали в растворе формалина в течение четырех недель, а затем визуализировали в МРТ-сканере с напряженностью магнитного поля 3 Тесла. Для этого использовали 64-канальную головную катушку.

Ученые избрали трехмерную T2-взвешенную последовательность с 400-микронным изотропным разрешением (то есть с толщиной среза 0,4 мм). При этом они специальным образом настроили протокол «для микроскопии», так, чтобы по сравнению со стандартным клиническим протоколом достигалось значительное улучшение контрастности изображения. Длительность сканирования составила 7 часов.

Сравнение клинического и исследовательского протокола по различным параметрам сканирования. Credit: Timothy M. Shepherd et al. / Frontiers in Neuroanatomy 2020


Подобная МРТ-микроскопия обеспечила превосходное контрастное разрешение даже небольших ядер и внутренних миелиновых путей внутри базальных ганглиев, таламуса, ствола мозга и мозжечка. Удалось даже визуализировать наличие и видоизменение горизонтальных слоев в коре головного мозга. 3D-наборы данных с изотропным разрешением обеспечили одновременную многоплоскостную визуализацию, позволяя без потери в качестве строить плоскости под любым углом наклона. При клинических протоколах это невозможно сделать с сохранением высокого качества.

Пример МР-изображения с четкой визуализацией шести слоев коры мозга.Credit: Timothy M. Shepherd et al. / Frontiers in Neuroanatomy 2020


Исследователи отмечают, что инструмент доступен в качестве онлайн-ресурса для любых пользователей. Его можно загружать, он доступен для манипуляций и подписей и предназначен для клинической практики, исследований и преподавания, дополняя традиционные гистологические атласы. Причем, это МР-томограммы количественные, то есть каждый пиксель обладает каким-то цифровым значением. Соответственно, изображения поддаются количественной оценке и могут помочь в проверке новых МРТ-протоколов для визуализации структуры мозга in vivo.


Текст: Анна Хоружая

Inner SPACE: 400-Micron Isotropic Resolution MRI of the Human Brain by Timothy M. Shepherd, Michael J. Hoch, Mary Bruno, Arline Faustin, Antonios Papaioannou, Stephen E. Jones, Orrin Devinsky and Thomas Wisniewski in Frontiers inNeuroanatomy. Published March 2020.

https://doi.org/10.3389/fnana.2020.00009

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-ДзенОдноклассниках и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram