Published January 10, 2008 | Version v1
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Joint analysis of three-dimensional anatomical and functional data considering the cerebral post mortem imaging in rodents

Description

The recent development of dedicated small animal anatomical (MRI) and functional (micro-PET) scanners has opened up the possibility of performing repeated functional in vivo studies in the same animal as the longitudinal follow-up of cerebral glucose metabolism. However, these systems still suffer technical limitations including a limited sensitivity and a reduced spatial resolution. Hence, autoradiography and histological studies remain the reference and widely used techniques for biological studies in small animals. The major disadvantage of these post mortem imaging techniques is that they require brain tissue sectioning, entailing the production of large numbers (up to several hundreds) of serial sections and the inherent loss of three-dimensional (3D) spatial consistency. The first step towards improving the analysis of this post mortem information was the development of reliable, automated procedures for the 3D reconstruction of the whole brain sections. We first developed an optimized data acquisition from large numbers of post mortem data (2D sections and block-face photographs). Then, we proposed different strategies of 3D reconstruction of the corresponding volumes. We also addressed the histological to autoradiographic sections and to block-face photographs co-registration problem (the photographic volume is intrinsically spatially consistent). These developments were essential for the 3D reconstruction but also enabled the evaluation of different methods of functional data analysis, from the most straightforward (manual delineation of regions of interest) to the most automated (Statistical Parametric Mapping-like approaches for group analysis). Two biological applications were carried out: visual stimulation in rats and cerebral metabolism in a transgenic mouse model of Alzheimer's disease. One perspective of this work is to match reconstructed post mortem data with in vivo images of the same animal. (author)

Abstract (French)

L'emergence de systemes d'imagerie anatomique (IRM) et fonctionnelle (microTEP) haute resolution pour le Rongeur rend aujourd'hui possible la realisation d'etudes in vivo et repetees sur le meme animal, comme par exemple le suivi longitudinal de la consommation de glucose cerebral. Cependant, ces systemes souffrent encore de limitations technologiques telles qu'une sensibilite et une resolution spatiale limitees. Dans ce contexte, l'autoradiographie et l'histologie restent aujourd'hui les techniques de reference les plus largement utilisees pour les etudes sur le petit animal en biologie. L'inconvenient majeur de ces techniques d'imagerie post mortem est qu'elles necessitent la coupe des cerveaux, entrainant la production de centaines de coupes par animal ainsi que la perte de toute coherence tridimensionnelle (3D). La reconstruction d'un volume biologique en 3D a partir de coupes d'autoradiographie ou d'histologie doit permettre d'ameliorer notablement l'exploitation de cette information post mortem et ainsi d'ouvrir de nouvelles perspectives en termes d'analyse de donnees. Apres avoir mis en place des systemes d'acquisition entierement automatises des donnees (coupes 2D et photographies du plan de coupe), nous avons developpe differentes strategies de reconstruction 3D. Nous avons ainsi envisage aussi bien la mise en correspondance anatomo-fonctionnelle que la prise en compte de l'information fournie par les photos (coherence 3D intrinseque au bloc photographique). Ces travaux, indispensables pour la reconstruction 3D, ont ensuite permis d'evaluer differentes methodes d'analyse des donnees fonctionnelles de la plus simple et la plus operateur-dependante (trace de regions d'interet) a la plus automatique (analyse statistique de groupes de type Statistical Parametric Mapping). Deux applications biologiques ont ete etudiees: stimulation visuelle chez le rat et metabolisme chez un modele de souris transgeniques Alzheimer. Une perspective de ce travail est le couplage en 3D des informations obtenues post mortem et acquises in vivo a une echelle macroscopique

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Original title (French)
Exploitation conjointe d'informations anatomiques et fonctionnelles tridimensionnelles pour l'imagerie cerebrale post mortem chez le rongeur

Publishing Information

Imprint Pagination
231 p.
Report number
FRCEA-TH--8394

Optional Information

Notes
156 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS-NKM website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/; Also available from Le Service Commun de la Documentation de l'Universite Paris Sud, Bat 407 - 91405 Orsay Cedex (France)