Summary
Proporcionamos un protocolo detallado para un método estandarizado de evaluación y cuantificación del nervio óptico mediante resonancia magnética, utilizando una secuencia de imágenes ampliamente disponible y software de acceso abierto para el análisis de imágenes. Seguir este protocolo estandarizado proporcionaría datos significativos para la comparación entre diferentes pacientes y diferentes estudios.
Abstract
La evaluación del nervio óptico es un aspecto importante del diagnóstico y seguimiento del glaucoma. Este proyecto describe un protocolo para una metodología unificada de evaluación y cuantificación transversal del nervio óptico utilizando 3 T MRI para la adquisición de imágenes y el software Fiji de ImageJ para la cuantificación del procesamiento de imágenes. La adquisición de imágenes se realizó mediante resonancia magnética de 3 T, con las instrucciones adecuadas para que el paciente asegurara la fijación recta durante la imagen. Se utilizó una secuencia suprimida de grasa ponderada en T2. Un corte coronal tomado 3 mm detrás del globo y perpendicular al eje del nervio óptico debe cargarse en el software. Utilizando la función umbral, se selecciona y cuantifica el área de materia blanca del nervio óptico, eliminando así el sesgo de medición inter-individual. También describimos los límites normales para el área transversal del nervio óptico según la edad, basándonos en la literatura publicada anteriormente. Se utilizó el protocolo descrito para evaluar el nervio óptico de un paciente con sospecha de glaucoma. Se encontró que el área de la sección transversal del nervio óptico estaba dentro de los límites normales, un hallazgo confirmado aún más a través de la tomografía de coherencia óptica del nervio óptico.
Introduction
El glaucoma es una neuropatía óptica que se considera la causa más común de ceguera irreversible1. A pesar de ello, todavía es poco conocido en cuanto a su fisiopatología y diagnóstico, sin una única referencia estándar para establecer el diagnóstico2. Según el National Institute for Health and Care Excellence (NICE), el diagnóstico de glaucoma primario de ángulo abierto (POAG) requiere la evaluación de múltiples dominios, incluida la evaluación del disco óptico en el examen del fondo de vista o la tomografía de coherencia óptica (OCT), la evaluación del campo visual y la medición de la presión intraocular 3. La idea detrás del diagnóstico de glaucoma es establecer la presencia de neuropatía óptica progresante, que se puede hacer cuantitativamente en OCT4. En este sentido, la resonancia magnética también se puede utilizar para la evaluación del nervio óptico y la cuantificación de su área de materia blanca5,pero para que esto sea clínicamente significativo, el protocolo utilizado en la cuantificación de la materia blanca del nervio óptico debe estandarizarse. Además, un protocolo también debe acomodar la variación inter-individual, un factor que podría afectar la precisión en diferentes enfermedades6.
La evaluación del nervio óptico en el glaucoma se evalúa de manera óptima a través de imágenes oftálmicas, incluida la OCT, donde se evalúa la parte más anterior del nervio óptico (por ejemplo, el disco óptico). Por otro lado, el uso de la resonancia magnética para la evaluación del nervio óptico generalmente evalúa la parte retrobulbar del nervio óptico a varias distancias del globo. Varios estudios encontraron una fuerte correlación entre la evaluación del disco óptico mediante OCT y la RM7,8. Sin embargo, todavía no existe un protocolo unificado para la evaluación y cuantificación del nervio óptico en la resonancia magnética. El delineamiento del borde del nervio óptico en la resonancia magnética se ha utilizado para cuantificar su área de sección transversal5. Sin embargo, este método tiene una considerable variabilidad entre evaluadores, ya que debe ser realizado por un evaluador experimentado y requiere un tiempo considerable para delinear. El objetivo del proyecto actual era proporcionar un protocolo para una metodología unificada para la evaluación y cuantificación de la sección transversal del nervio óptico utilizando 3 T MRI para la adquisición de imágenes y el software Fiji de ImageJ para el procesamiento y cuantificación de imágenes.
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Protocol
El siguiente estudio fue aprobado por el comité de investigación y la junta de revisión institucional del Hospital de la Universidad de Jordania. El siguiente protocolo describirá la técnica de imagen utilizada para adquirir imágenes de resonancia magnética, seguida del procesamiento de imágenes y la cuantificación del nervio óptico utilizando el software de Fiji.
1. Adquisición de imágenes por resonancia magnética
NOTA: La adquisición de imágenes por RMN se realizó utilizando una resonancia magnética de 3 Tesla (3 T) para realizar una secuencia de supresión de grasa ponderada en T2 multiplanar(Tabla de materiales).
- Explique completamente el examen al paciente. Los siguientes incluyen instrucciones y explicaciones que deben mencionarse al paciente.
- Explique al paciente que tendrá que cambiarse de ropa y usar una bata especial para la obtención de imágenes.
- Haga que los pacientes se quiten cualquier delineador de ojos desgastado, ya que puede producir artefactos (especialmente a 3 T) debido a la conductividad eléctrica del pigmento de óxido de titanio.
- Asegúrese de que el paciente no tenga ninguna contraindicación para realizar imágenes por resonancia magnética9:
- Pregúntele al paciente sobre cualquier material metálico, que podría incluir máscaras faciales, piercings, extremidades artificiales, implantes dentales magnéticos, clips de aneurisma de la arteria cerebral.
- Pregúntele al paciente acerca de los cuerpos extraños intraoculares metálicos. Para esto, pregúntele al paciente si ha soldado sin el equipo de protección adecuado.
- Pregúntele al paciente sobre cualquier dispositivo implantable que pueda ser incompatible con la resonancia magnética, incluidos los marcapasos y las bombas de insulina, los analgésicos o las bombas de quimioterapia. Además de esto, los implantes cocleares / implante de oído, los sistemas de neuroestimulación implantables, los sistemas de neuroestimulación implantables, los catéteres con componentes metálicos, están contraindicados.
- Pregúntele al paciente sobre el cuerpo extraño metálico que queda dentro de su cuerpo. Esto incluye balas, perdigones de escopeta y metralla de metal.
- Pregúntele al paciente sobre cualquier clip quirúrgico o suturas de alambre, reemplazo articular o prótesis, filtro de vena cava inferior (IVC), prótesis ocular, stents o dispositivo intrauterino.
- Pregúntele al paciente si se ha hecho un tatuaje en las últimas 6 semanas.
- Pregúntele al paciente si se ha sometido a un procedimiento de colonoscopia en las últimas ocho semanas.
- Debido al espacio confinado de la máquina de resonancia magnética, pregúntele al paciente si tiene claustrofobia.
NOTA: Se puede encontrar dificultad con pacientes con alto índice de masa corporal (IMC).
- Explique al paciente que se espera que el examen tome 15 minutos, donde el paciente debe permanecer quieto.
- Después de completar las instrucciones y asegurarse de que el paciente comprenda completamente el examen, obtenga un consentimiento firmado.
- Durante la adquisición de imágenes de resonancia magnética, coloca al paciente en depino en la máquina de resonancia magnética y fija en un objetivo recto durante la obtención de imágenes sin ningún movimiento de la cabeza. Para los pacientes con mala agudeza visual, utilice un estímulo sonoro para optimizar la fijación. Los métodos más completos para la fijación implican cerrar un ojo, el uso de un objetivo de fijación centralmente en forma de una pantalla LCD que cambia de color y el uso de lubricantes oculares.
- Asegúrese de que el paciente sea consciente de que hay un botón de compresión que se puede presionar si necesita algo mientras está en la máquina de resonancia magnética. Si bien se puede usar una bobina de cabeza, una bobina ocular y una bobina orbitaria pueden ser más adecuadas para imágenes oftálmicas.
- Introduzca los siguientes parámetros para la adquisición de imágenes: Una secuencia de supresión de grasa ponderada en T2 (TR = 3000 milisegundos; TE = 90 milisegundos; TE = 100; campo de visión = 16 cm×16 cm; matriz = 296*384; espesor de la rebanada = 3 mm; espacio en rodajas = 0,3 mm). La imagen final analizada fue una imagen coronal oblicua a 3 mm detrás del globo. Es importante tener en cuenta que, si bien la secuencia de supresión de grasa ponderada en T2 se usa generalmente para imágenes del nervio óptico, se pueden usar otras secuencias, incluida la imagen de eco de espín rápido T2.
- Tome un corte coronal del nervio óptico ortogonal (es decir, perpendicular) al nervio 3 mm posterior al globo. Utilice imágenes de exploración en los planos sagital transversal y oblicuo para garantizar la dirección óptima del nervio óptico y el posicionamiento de la unión nervio-globo óptico.
- Evaluar la calidad de la fijación de la mirada por la distribución del CSF alrededor del nervio óptico, donde debe distribuirse uniformemente alrededor del nervio óptico con un grosor casi igual en todos los lados.
- Repita el proceso para obtener imágenes del nervio óptico para el otro lado.
2. Análisis de imágenes
- Descargue el paquete de procesamiento de imágenes de Fiji desde (https://imagej.net/Fiji).
- Cargue la imagen coronal del nervio óptico en el software ImageJ Fiji para su análisis haciendo clic en Archivo en la barra de menú, seguido del botón Abrir. Elija la imagen coronal que se procesará. Transfiera las imágenes al software de Fiji sin perder la calidad de la imagen durante la transferencia, ya que la pérdida de calidad de la imagen dará lugar a resultados de análisis de imágenes poco fiables.
- Estandarice la escala especificando el número de píxeles por unidad de longitud dibujando una línea recta en la escala del mapa. A continuación, elija Establecer escala en la barra de menús Analizar. Especifique la longitud de la línea tal como aparece en la escala del mapa con la unidad adecuada de longitud (es decir, principalmente mm).
- Convierta la imagen en una escala de grises mediante el menú de imagen y, a continuación, elija Tipo y 8 bits.
- Cuantificar el rango de intensidad de los píxeles de materia blanca.
- Uso de la herramienta de selección lasso (Plugin | Segmentación | Herramienta Lazo ),seleccione un área suficiente de materia blanca, asegurándose de no incluir el área de materia gris durante la selección. Descubrimos que un área total de materia blanca seleccionada de alrededor de 1000 píxeles es suficiente. Utilice la herramienta Analizar y medir para cuantificar el área seleccionada.
- Muestre la herramienta Histograma del menú Analizar, que muestra la distribución de la intensidad de los píxeles en el área de materia blanca seleccionada. Haga clic en el cuadro En vivo para asegurarse de que el histograma evalúa el área seleccionada. El gráfico en el histograma debe mostrar una distribución normal de la intensidad.
- Calcule el rango de intensidad de la materia blanca de la siguiente manera:
Límite inferior = intensidad media - (3* desviación estándar)
Límite superior = intensidad media + (3* desviación estándar) - Abra la herramienta Umbral en el menú Imagen, seguido de la función Ajustar. Especifique el rango calculado a partir del paso anterior. Marque solo la función de fondo oscuro y especifique la anotación en blanco y negro B&W de la lista desplegable y, a continuación, haga clic en Aplicar. Aparecerá la máscara para la materia blanca presente dentro del disco óptico.
- Uso de la herramienta de selección lasso (Plugin | Segmentación | Herramienta Lazo ),seleccione el área negra que representa el disco óptico.
- Utilice la función Medir de la barra de menús Analizar, que calculará el área marcada por la función umbral en mm.
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Representative Results
La relación copa-disco para un paciente masculino de 30 años que se presentó para un examen oftalmológico de chequeo fue de 0,8(Figura 1A),lo cual es sospechoso y podría sugerir glaucoma. Al realizar una tomografía de coherencia óptica para el grosor de la capa de fibra nerviosa, encontramos que el grosor del nervio estaba dentro de los límites normales para la edad (Figura 1B). El paciente fue programado para una resonancia magnética de órbita, donde se ordenó un corte coronal para la evaluación del nervio óptico y se realizó de acuerdo con el protocolo mencionado anteriormente.
Se obtuvo un corte coronal por resonancia magnética, 3 mm detrás del disco óptico. La intensidad media de la materia blanca fue de 94,372 (DE 7,085), lo que dio lugar a un rango de intensidad de la materia blanca de:
Límite inferior = 94.372 - 21.255 = 73.117
Límite superior = 94.372 + 21.255 = 115.627
La Figura 2 muestra la imagen coronal (Figura 2A), la imagen coronal después de aplicar el umbral de materia blanca utilizando los límites superior e inferior calculados (Figura 2B), y la materia blanca del nervio óptico para la cuantificación (Figura 2C). El área de sección transversal para la materia blanca del nervio óptico izquierdo fue de 6,9 mm 2 (0,069 cm2),que se encuentra dentro de los límites normales para su edad, como se muestra en la Tabla 1.
Figura 1:Imagen del fondo de fondo que muestra una alta relación copa-disco, lo que podría sugerir glaucoma(A). Una tomografía de coherencia óptica para la capa de fibra nerviosa (NFL) que muestra una NFL dentro de los límites normales (B). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Imagen de resonancia magnética suprimida de grasa ponderada coronal T2 obtenida perpendicularmente al nervio óptico 3 mm detrás del disco óptico (A). El mismo corte coronal después de aplicar un rango de umbral precalculado (B). Materia blanca del nervio óptico (C). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Estudiar | Tamaño de la muestra | Edad (Años) | Área de sección transversal media (mm2) | Secuencia de imágenes |
| Bäuerle, 2013. 10 | 15 | Media (DE) 24,5 ± 0,8 | 5,69 ± 0,77 | Secuencia de eco de giro turbo (TSE) ponderada en T2 |
| Wang 2012. 11 | 21 | Media (DE) 51,6±12,0 | 5,03 ± 0,35 | Secuencia de eco de giro rápido de recuperación rápida ponderada por T2 (FRFSE) |
| Weigel, 2006. 12 | 32 | Media (rango) 25 (22–39) | 5,7 ± 0,6 | Secuencia de eco de giro turbo (TSE) ponderada en T2 |
| Yiannakas, 2013. 13 | 8 | Media (rango) 31 (29–33) | 6.2 (1.3) | Suprimido de grasa T2 |
| Al-Haddad, 2018. 14 | 211 | Mediana (intercuartílico) 8.6 (3.9–13.3) | 4.0 ± 0.20 * | Secuencia de recuperación de inversión ponderada en T1 |
| *Calculado utilizando el diámetro del nervio óptico proporcionado. | ||||
La Tabla 1 muestra el rango normal del diámetro de la sección transversal del nervio óptico utilizando resonancia magnética de 3 mm del globo, según lo encontrado por estudios anteriores.
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Discussion
Se describió un protocolo para evaluar y cuantificar la materia blanca del nervio óptico que podría utilizarse para la evaluación de pacientes con glaucoma. El protocolo utiliza secuencias de imágenes ampliamente disponibles para la adquisición de imágenes, y utiliza el software de código abierto Fiji para el análisis de imágenes. Estandarizamos los parámetros de imagen que anteriormente se encontró que eran más precisos y altamente reproducibles en la adquisición de imágenes del nervio óptico, incluyendo pedir al paciente que fijara en línea recta, usando T2 con secuencia de supresión de grasa y capturando el área de sección transversal 3 mm detrás del globo. Además, describimos un método detallado de análisis de imágenes que elimina la segmentación manual y corrige la variabilidad de la señal entre los pacientes. La importancia de este protocolo es que elimina la variación en la segmentación de la región de interés (ROI) por parte del radiólogo, que suele ser la principal fuente de error en la valoración del nervio óptico en la RM12. Si bien se intentaron proporcionar datos normativos para el área de sección transversal del nervio óptico con la Tabla 1,se necesitan datos adicionales utilizando el protocolo estándar descrito para el uso y la comparación en entornos clínicos. Tales datos deben acomodar diferentes grupos de edad debido a la variación de edad en el tamaño del nervio óptico, como se muestra en la Tabla 1. Tal variación no es evidente entre los géneros15,pero recientemente se sugirió que estaba presente para el error refractivo16.
Estudios previos aplicaron diferentes metodologías para la cuantificación de la materia blanca del nervio óptico, y utilizaron principalmente el software presente en su estación de trabajo para el análisis de imágenes. Los estudios iniciales sobre la evaluación del nervio óptico adoptaron un enfoque de cuantificación basado en el área transversal, utilizando la segmentación manual por técnicos o radiólogos12,17. Wang et al. también utilizaron la segmentación manual del área de la sección transversal del nervio óptico a diferentes distancias del globo para la correlación con OCT 11. Omodaka et al. utilizaron el área de sección transversal promedio en el corte coronal y la longitud del nervio óptico desde el disco hasta el quiasma óptico en el corte axial a través de la anotación manual para extraer indicadores del nervio óptico para la correlación con OCT8. A pesar de estar correlacionado con la OCT, la reproducibilidad de este método podría no producir la precisión requerida para la evaluación longitudinal del nervio óptico. Ramli et al. cuantificaron el volumen del nervio óptico a través de la segmentación manual de la señal isointensa en todas las secciones axiales 5,un enfoque que podría pasar por alto la materia del nervio óptico no capturada por las propias secciones axiales, el error humano durante la segmentación manual de la imagen, o incluso en la determinación de la longitud del nervio óptico que se incluirá en la evaluación de cuantificación.
Si bien diferentes estudios utilizaron la evaluación del área de sección transversal del nervio óptico, difirieron en la distancia de las mediciones del globo. Wang et al. evaluaron 3 mm, 9 mm y 15 mm detrás del globo, y encontraron que la evaluación transversal de 3 mm tenía la correlación más alta con la presión intraocular11. Bäuerle et al. analizaron la reproducibilidad de la evaluación del nervio óptico en la resonancia magnética a 3 mm y 5 mm detrás del globo, y encontraron una buena evaluación para ambos casos10. Lagrèze et al. midieron el área de sección transversal de 5 mm, 10 mm y 15 mm detrás del globo y encontraron que la evaluación de la sección transversal fue más precisa en el área de sección transversal de 5 mm en comparación con las mediciones más alejadas del globo17. En este protocolo, utilizamos una resonancia magnética de 3 T para la adquisición de imágenes, donde previamente se encontró que su uso en la evaluación del nervio óptico era superior a la resonancia magnética de 1,5 T18,19. La resonancia magnética de 7 T cada vez más utilizada también podría proporcionar resultados superiores, pero también requerirá sus valores normativos. Con respecto a la secuencia de resonancia magnética utilizada, utilizamos la secuencia de supresión de grasa T2, principalmente debido a su amplia disponibilidad y su capacidad inherente para delinear el nervio óptico que rodea el CSF después de eliminar la grasa intraconal circundante. Estudios anteriores utilizaron otras secuencias con resultados confiables, incluida la secuencia de eco turbo de un solo disparo (HASTE) de medio Fourier y la secuencia7,12de imágenes de tensor de difusión (DTI), que podrían no estar ampliamente disponibles.
Un aspecto importante a considerar durante la adquisición de imágenes es asegurarse de que el paciente se fije en un objetivo recto, ya que la fijación en un objetivo no recto durante la obtención de imágenes producirá una cuantificación no precisa del nervio óptico12. La fijación en la OCT es monocular en un objetivo cercano, lo que requiere que el paciente tenga una buena agudeza visual en el ojo para ser evaluado para ver el objetivo cercano con un ojo, mientras que para la resonancia magnética el objetivo está más lejos, la fijación es binocular y requiere menos demandas visuales. Sin embargo, la fijación aún podría ser un problema para los pacientes que tienen un alto error de refracción o mala visión. Si bien el uso de la resonancia magnética para evaluar y seguir a los pacientes con glaucoma podría no ser factible en presencia de técnicas de imagen más simples y de bajo costo, incluida la OCT, la RMN puede ser útil en situaciones especiales en las que la OCT no proporciona datos concluyentes, o la OCT en sí no se puede obtener, como en presencia de opacidad medial ocular significativa. Además, el protocolo descrito se puede utilizar cuando la resonancia magnética está justificada en casos de neuropatía óptica inexplicable para excluir causas secundarias20,21.
Una de las principales limitaciones de este protocolo es la incapacidad de evaluar a los pacientes que no pueden fijarse adecuadamente, incluidos los pacientes con mala agudeza visual en ambos ojos. En este sentido, el uso de estímulos sonoros mejorará la calidad de la fijación durante la adquisición de imágenes22. Además, como nueva metodología, se necesitan estudios futuros para representar los valores normales para las áreas transversales basadas en resonancia magnética para la materia blanca del nervio óptico. La importancia de establecer valores normales se ve aún más enfatizada por el hecho de que el nervio óptico también está compuesto por una cantidad significativa de tejido conectivo23,un tejido que no tiene capacidades funcionales similares a las fibras nerviosas. Si bien la cuantificación del grosor de la capa de fibra del nervio óptico en la OCT podría proporcionar una falsa impresión de tejido nervioso remanente debido a la inclusión del tejido conectivo en el proceso de cuantificación24, tal impresión falsa no está presente en este método de cuantificación basado en resonancia magnética. Los artefactos de movimiento también pueden provocar desenfoque en las imágenes, especialmente al movimiento ocular durante el examen. Si bien debe evitarse durante las imágenes, establecer el rango de materia blanca reducirá el impacto de tales artefactos en la precisión de la cuantificación de la materia blanca del nervio óptico, ya que los cambios causados por el artefacto de movimiento en la materia blanca cerebral son casi como la materia blanca del nervio óptico.
La principal fortaleza del protocolo actual es la eliminación de las diferencias inter-individuales durante la cuantificación del nervio óptico, incluso cuando es realizada por médicos o técnicos no especializados. Además, utilizó un software de código abierto ampliamente disponible para el análisis de imágenes. Si bien no es factible hacer una resonancia magnética dedicada para la cuantificación del nervio óptico, especialmente en presencia de la OCT, se recomienda realizar este protocolo durante la resonancia magnética realizada para otros fines, incluida la exclusión de causas secundarias de neuropatía óptica y glaucoma.
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Disclosures
Todos los autores declaran no tener conflicto de intereses.
Acknowledgments
Nos gustaría agradecer a Faris Haddad y Hasan El-Isa por su importante contribución en la filmación y desarrollo de videos.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Magnetic resonance imaging (MRI) machine | Siemens Magnetom Verio | N/A | 3T MRI scanner |
References
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