Segmentación y registro de infarto cerebralentes en RMN o TC para mapeo de síntomas de lesiones

El mapeo de lesiones y síntomas es una poderosa herramienta para localizar las funciones cerebrales mediante el estudio de pacientes con lesiones cerebrales. Un paso importante implica el procesamiento de imágenes, incluida la segmentación de lesiones y el registro en el espacio estándar. Este protocolo describe un marco unificado que funciona con todas las modalidades de imagen estructural, proporcionando una salida consistente de lesiones en el espacio estándar para su uso en estudios de mapeo de lesiones-síntomas.

Las lesiones deben transformarse en espacio estándar para permitir comparaciones entre sujetos. El cerebro de cada paciente debe estar alineado espacialmente para corregir las diferencias en el tamaño y la forma del cerebro. Al usar este método, ayuda a ver cómo se debe realizar cada paso, en lugar de seguir solo las instrucciones escritas.

También requiere una buena comprensión de las imágenes cerebrales, lo que hace que una demostración visual sea útil. Este protocolo describe cómo realizar los pasos de procesamiento necesarios para la asignación de lesiones-síntomas. Una vez que los mapas de lesiones se registran en el espacio estándar, se puede realizar un mapeo de lesiones y síntomas en grandes grupos de pacientes.

Cuando todos los mapas de lesiones se transforman en espacio estándar, cada voxel representa la misma región cerebral entre los sujetos. Esto permite realizar análisis estadísticos, por ejemplo, para comprobar si la presencia de una lesión en un voxel determinado está asociada con un déficit cognitivo. Comience por recolectar tomografías computarizadas cerebrales o resonancias magnéticas de pacientes con accidente cerebrovascular isquémico.

La mayoría de los escáneres tienen los escaneos como archivos DICOM que se pueden copiar en un disco duro o servidor. Recopile las variables clínicas en un archivo de datos haciendo filas separadas para cada caso y columnas para cada variable clínica. Para la segmentación de infarto, incluya al menos la fecha del accidente cerebrovascular y la fecha de la toma de imágenes o una variable que indique el intervalo de tiempo entre el accidente cerebrovascular y la imagen.

Para convertir las imágenes DICOM en archivos NIfTI sin comprimir, utilizando la herramienta DICOM-a-NIfTI, escriba el comando que se ve en pantalla aquí en el símbolo del sistema, utilizando la ruta de acceso de la carpeta a los archivos DICOM. Un ejemplo del comando con las rutas de carpeta insertadas se puede ver aquí. Este comando ejecutará el ejecutable, convertirá las imágenes DICOM en la carpeta seleccionada y guardará los archivos NIfTI en esta carpeta.

Por último, organice los archivos NIfTI en una estructura de carpetas conveniente, con una subcarpeta para cada caso, antes de comenzar la segmentación de infarto. En primer lugar, asegúrese de que la exploración se realizó al menos 24 horas después de la aparición de los síntomas del accidente cerebrovascular. De lo contrario, el infarto agudo no será visible en la TC o solo será parcialmente visible, y la exploración no se puede utilizar para la segmentación.

Abra el CT nativo con el software ITK-SNAP seleccionando Archivo y, a continuación, Abrir imagen principal en el menú desplegable. A continuación, haga clic en Examinar y seleccione el archivo para abrir el análisis. Ahora identifique el infarto basado en las características de la imagen.

En primer lugar, tenga en cuenta que los infartos tienen una señal baja en comparación con el tejido cerebral normal. En la etapa aguda, los grandes infartos pueden causar efecto de masa, lo que resulta en desplazamiento de los tejidos circundantes, compresión de ventrículos, desplazamiento de línea media y obliteración de sulci. Puede haber transformación hemorrágica, que es visible como regiones con señal alta dentro del infarto.

En la etapa crónica, el infarto consistirá en un centro hipodenso, cavitado, con una densidad similar al líquido cefalorraquídeo, y un borde menos hipodenso, que representa el tejido cerebral dañado. En el caso de grandes infartos, puede haber agrandamiento ex vacuo de sulci o ventrículos adyacentes. Segmente el tejido cerebral infarto usando el Modo Pincel de la barra de herramientas principal, usando el clic izquierdo para dibujar y haga clic con el botón derecho para borrar.

Alternativamente, utilice el Modo Polígono para colocar puntos de anclaje en los bordes de la lesión, y mantenga presionado el botón izquierdo del ratón mientras mueve el ratón sobre los bordes de la lesión. Una vez conectados todos los puntos, haga clic en Aceptar para rellenar el área delineada. Después de finalizar la segmentación, guárdelo como un archivo NIfTI binario en la misma carpeta que el escaneo haciendo clic en Segmentación y Guardar imagen de segmentación en el menú desplegable, luego guarde la segmentación dándole exactamente el mismo nombre que el escaneo segmentado, con la extensión de la lesión.

En primer lugar, asegúrese de que la exploración DWI se realizó dentro de los siete días de inicio del accidente cerebrovascular. Los infartos son visibles en DWI dentro de varias horas después del inicio del accidente cerebrovascular, y su visibilidad en DWI disminuye gradualmente después de aproximadamente siete días. A continuación, identifique y anote el tejido cerebral infarto basado en la señal alta en DWI y la señal baja en el mapa ADC.

No confunda una señal de difusión alta cerca de interfaces entre el aire y el tejido o el hueso, que son un artefacto comúnmente observado en DWI. En el caso de las imágenes FLAIR, compruebe primero que la exploración se realizó 48 horas después de la aparición de los síntomas del accidente cerebrovascular. En la etapa de hiperaguta, el infarto generalmente no es visible, o los límites exactos no están claros.

A continuación, abra la imagen FLAIR en ITK-SNAP, así como el escaneo ponderado por T1 en una ventana independiente como referencia, si está disponible. En la etapa aguda, el infarto es visible como una lesión hiperintenso algo homogénea, con o sin hinchazón y efecto de masa. Si está disponible, utilice el DWI para diferenciar entre el infarto agudo y las lesiones crónicas, como las hiperintensidades de la materia blanca.

Para registrar imágenes, primero descargue RegLSM y utilice esta herramienta para procesar tomografías computarizadas o cualquier tipo de secuencia de RESONANCIA magnética. El procedimiento de registro se puede ver en la figura que se muestra aquí. A continuación, abra MATLAB Versión 2015a o superior, establezca la carpeta actual en RegLSM y, a continuación, habilite SPM escribiendo addpath seguido del nombre de carpeta para SPM.

A continuación, escriba RegLSM para abrir la interfaz gráfica. Para realizar el registro de un solo caso, seleccione Modo de prueba en el menú desplegable Registro. A continuación, utilice el botón Abrir imagen para seleccionar el escaneo segmentado, la anotación y, opcionalmente, el T1, y seleccione el esquema de registro deseado.

Alternativamente, el modo por lotes se puede utilizar para registrar todos los casos en la carpeta seleccionada. Asegúrese de que RegLSM guardó los parámetros de registro resultantes, los exámenes registrados y el mapa de lesiones registrado en las subcarpetas generadas automáticamente. Ahora, revise los resultados del registro seleccionando Comprobar resultados en la interfaz RegLSM y vaya a la carpeta principal con estos resultados.

Desplácese por el escaneo registrado y utilice el punto de mira para comprobar la alineación con la plantilla MNI152, prestando atención a los puntos de referencia anatómicos reconocibles. Asegúrese de marcar todos los registros con errores en una columna independiente en el archivo de datos creado anteriormente para la corrección manual posterior. Para cualquier mapa de lesiones que necesite corrección, abra la plantilla MNI152 T1 en ITK-SNAP, luego seleccione Abrir segmentación en el menú Segmentación y elija el mapa de lesiones registrado, que se superpondrá a la plantilla.

Además, abra los resultados del registro en una ventana independiente como referencia. Corrija el mapa de lesiones registrado en ITK-SNAP para cualquier tipo de desalineación, utilizando la función de pincel para agregar vóxeles con el botón izquierdo del 110o o eliminar los vóxeles con el botón derecho. Por último, guarde el mapa de lesiones corregidos como un archivo NIfTI en la misma carpeta que el mapa de lesiones no corregidos y, a continuación, guarde la segmentación dándole exactamente el mismo nombre que el mapa de lesiones no corregido, con la extensión de corregida.

Aquí, vemos tomografías computarizadas para un solo paciente. La exploración inicial no se puede utilizar para la segmentación porque el infarto aún no es visible, aunque los mapas de perfusión por TC muestran isquemia. La tomografía computarizada en el sexto día muestra hinchazón del tejido cerebral infarto con ligero cambio de línea media y transformación hemorrágica.

La exploración después de cuatro meses muestra pérdida de tejido cerebral con agrandamiento ex vacuo de ventrículos y sulci cercano. El resultado del registro de la TC en el día seis a la plantilla MNI152 se ve aquí. El algoritmo de registro no compensó insuficientemente el desplazamiento de la línea media y la compresión del ventrículo izquierdo, lo que requería una corrección manual.

Después de la corrección, el mapa de lesiones registrado es una representación precisa del infarto en el espacio nativo y se puede utilizar para el mapeo de lesiones-síntomas. Aquí, vemos la comparación de la secuencia registrada DWI y el infarto registrado correspondiente con la plantilla MNI152. Observe el ligero error en la cabeza del núcleo caudado derecho.

Esto requería una corrección manual de la segmentación en el espacio estándar. Por último, esta figura muestra los resultados del registro de la secuencia de RMN FLAIR el tercer día, que es adecuada y no requiere corrección manual. Este protocolo cubre el proceso de preparación de datos de imágenes para el mapeo de lesiones y síntomas, incluidas directrices prácticas sobre cómo realizar una segmentación precisa del infarto y el registro en una plantilla cerebral.

Los mapas de lesiones se pueden utilizar en estudios de mapeo de lesiones y síntomas para localizar una función cognitiva específica o para utilizar la ubicación de la lesión para predecir el resultado cognitivo en pacientes con accidente cerebrovascular. Este protocolo acelera y armoniza el flujo de trabajo para los estudios de mapeo de lesiones y síntomas, lo que permite a los investigadores realizar grandes estudios multicéncenter, incluyendo cientos a miles de sujetos.