מאמר שיטה

כימות אזור חתך עצב הראייה על MRI: פרוטוקול חדשני באמצעות תוכנת פיג'י

DOI:

10.3791/62752

⸱

4 בספטמבר 2021

 ,  ,  ,  , 
1Department of Radiology and Nuclear Medicine, The University of Jordan, 2Department of Special Surgery, The University of Jordan, 3Medical student, School of medicine, The University of Jordan

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

סיפקנו פרוטוקול מפורט לשיטה סטנדרטית של הערכה וכימות של עצב הראייה באמצעות MRI, תוך שימוש ברצף הדמיה זמין נרחב ותוכנת גישה פתוחה לניתוח תמונה. בעקבות פרוטוקול מתוקנן זה יספק נתונים משמעותיים להשוואה בין חולים שונים ומחקרים שונים.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הערכת עצב הראייה היא היבט חשוב של אבחון גלאוקומה ומעקב. פרויקט זה מתאר פרוטוקול למתודולוגיה מאוחדת של הערכה וכימות חתך של עצב הראייה באמצעות 3 T MRI לרכישת תמונות ותוכנת פיג'י של ImageJ לכימות עיבוד תמונה. רכישת תמונה בוצעה באמצעות 3 T MRI, עם הוראות מתאימות למטופל כדי להבטיח קיבוע ישר במהלך ההדמיה. נעשה שימוש ברצף מודחק שומן משוקלל T2. יש להעלות לתוכנה חתך קורונל שנלקח 3 מ"מ מאחורי הגלובוס וניצב לציר עצב הראייה. באמצעות פונקציית הסף, אזור החומר הלבן של עצב הראייה נבחר ומכומת, ובכך מבטל הטיית מדידה בין-אישית. תיארנו גם את הגבולות הרגילים לאזור חתך עצב הראייה בהתאם לגיל, בהתבסס על ספרות שפורסמה בעבר. השתמשנו בפרוטוקול המתואר כדי להעריך עצב ראייה של חולה גלאוקומה חשוד. אזור חתך עצב הראייה נמצא בגבולות הנורמליים, ממצא שאושר עוד יותר באמצעות טומוגרפיה קוהרנטית אופטית של עצב הראייה.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

גלאוקומה היא נוירופתיה אופטית הנחשבת לסיבה הנפוצה ביותר לעיוורון בלתי הפיך1. למרות זאת, הוא עדיין מובן היטב מבחינת הפתופיזיולוגיה והאבחון שלו, ללא התייחסות סטנדרטית אחת לביסוס האבחנה2. על פי המכון הלאומי למצוינות בבריאות ובטיפול (NICE) האבחנה של גלאוקומה בזווית פתוחה ראשונית (POAG) דורשת הערכה של תחומים מרובים, כולל הערכת דיסק אופטי על בדיקת פונדוס או טומוגרפיה קוהרנטית אופטית (OCT), הערכת שדה ראייה ומדידת לחץ תוך עיני 3. הרעיון מאחורי אבחון גלאוקומה הוא ביסוס נוכחות של נוירופתיה אופטית מתקדמת, אשר ניתן לעשות כמותית על OCT4. בהקשר זה, MRI יכול לשמש גם להערכה וכימות עצב הראייה של אזור החומר הלבן שלה5, אבל כדי שזה יהיה משמעותי מבחינה קלינית, הפרוטוקול המשמש כימות חומר לבן עצב הראייה צריך להיות מתוקנן. יתר על כן, פרוטוקול צריך להכיל גם וריאציה בין אינדיבידואלית, גורם שעשוי להשפיע על הדיוק במחלות שונות6.

הערכת עצב הראייה בגלאוקומה מוערכת באופן אופטימלי באמצעות הדמיה עיניים, כולל OCT, שם מוערך החלק החלקי ביותר של עצב הראייה (למשל, דיסק אופטי). מצד שני, השימוש ב- MRI להערכת עצב הראייה בדרך כלל מעריך את החלק הרטרובולבר של עצב הראייה במרחקים שונים מהגלובוס. מספר מחקרים מצאו מתאם חזק בין הערכת דיסק אופטי באמצעות OCT ו- MRI7,8. עם זאת, עדיין אין פרוטוקול מאוחד להערכת עצב הראייה וכימות על MRI. תיוג הגבול העצבי האופטי ב-MRI שימש לכימות האזור החתך שלו5. עם זאת, שיטה זו יש שונות בין-שיעור ניכרת, כפי שהוא צריך להיעשות על ידי שיעור מנוסה ודורש זמן רב עבור מתווה. מטרת הפרויקט הנוכחי הייתה לספק פרוטוקול למתודולוגיה מאוחדת להערכה וכימות חתך רוחב של עצב הראייה באמצעות 3 T MRI לרכישת תמונות ותוכנת פיג'י של ImageJ לעיבוד וכימות תמונה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחקר הבא אושר על ידי ועדת המחקר וועדת הביקורת המוסדית של בית החולים אוניברסיטת ירדן. הפרוטוקול הבא יתאר את טכניקת ההדמיה המשמשת לרכישת תמונות MRI, ואחריה עיבוד תמונה וכימות עצב הראייה באמצעות תוכנת פיג'י.

1. רכישת תמונת MRI

הערה: רכישת התמונה MR נעשתה באמצעות MRI 3 טסלה (3 T) כדי לבצע רצף דיכוי שומן משוקלל T2 multiplanar(טבלת חומרים).

  1. הסבר מלא את הבדיקה למטופל. להלן הוראות והסברים שיש להזכיר למטופל.
    1. להסביר למטופל שהם יצטרכו להחליף בגדים וללבוש שמלה מיוחדת להדמיה.
    2. יש חולים להסיר כל אייליינר שחוק כפי שהוא יכול לייצר חפצים (במיוחד ב 3 T) בשל מוליכות חשמלית של פיגמנט תחמוצת טיטניום.
    3. ודא כי לחולה אין התוויות נגד לביצוע הדמיית MRI9:
      1. שאל את המטופל על כל חומרים מתכתיים, אשר עשויים לכלול מסכות פנים, פירסינג, גפיים מלאכותיות, שתלים דנטליים מגנטיים, קליפסים מפרצת בעורק המוח.
      2. שאל את המטופל על גופים זרים תוך עיני מתכתיים. בשביל זה, לשאול את המטופל אם הם ריתכו ללא ציוד מגן מתאים.
      3. שאל את המטופל על כל מכשיר מושתל עשוי להיות לא תואם MRI, כולל קוצבי לב ומשאבות אינסולין, תרופות משכך משכךך, או משאבות כימותרפיה. בנוסף לכך, שתלי שבלול / שתל אוזניים, מערכות גירוי עצבי מושתלות, מערכות גירוי עצבי מושתלות, קטטרים עם רכיבים מתכתיים, כולם התווית.
      4. שאל את המטופל על גוף זר מתכתי שנותר בתוך גופם. זה כולל כדורים, כדורי רובה ציד ורסיסי מתכת
      5. שאל את המטופל על כל קליפים כירורגיים או תפרי תיל, החלפת מפרק או תותבת, מסנן veva הנתון (IVC) נחות, תותבת העין, סטנטים, או התקן תוך רחמי.
      6. שאל את המטופל אם הם עשו קעקוע בשת השבועות האחרונים.
      7. שאל את המטופל אם הוא עבר הליך קולונוסקופיה בשמונת השבועות האחרונים.
      8. בשל המרחב הסגור של מכונת ה- MRI, שאל את המטופל אם יש לו קלסטרופוביה.
        הערה: קושי ניתן למצוא עם חולים בעלי מדד מסת גוף גבוהה (BMI).
    4. להסביר למטופל כי הבדיקה צפויה להימשך 15 דקות, שם המטופל צריך להישאר עדיין.
  2. לאחר השלמת ההוראות וודא שהמטופל מבין את הבחינה במלואה, יש לקבל הסכמה חתומה.
  3. במהלך רכישת תמונת MRI, הניחו את הגופין של המטופל במכונת ה-MRI, והתקבעו על מטרה ישרה במהלך הדמיה ללא כל תנועת ראש. עבור חולים עם חדות ראייה ירודה, השתמש בגירוי קול כדי לייעל את הקיבעון. שיטות מקיפות יותר עבור קיבעון כוללות עוצם עין אחת, שימוש ביעד קיבעון באופן מרכזי בצורה של מסך LCD שמשנה צבעים, ושימוש בסיכה עינית.
  4. ודא כי המטופל מודע לכך שיש כפתור לחיצה שניתן ללחוץ עליו אם הוא זקוק למשהו בזמן שהוא נמצא במכונת ה- MRI. בעוד סליל ראש ניתן להשתמש, סליל העין סליל מסלולית עשוי להיות מתאים יותר הדמיה עיניים.
  5. הזן את הפרמטרים הבאים לרכישת תמונה: רצף דיכוי שומן משוקלל T2 (TR = 3000 אלפיות השניה; TE = 90 אלפיות שניה; TE = 100; שדה הראייה = 16 ס"מ×16 ס"מ; מטריצה = 296*384; עובי פרוסה = 3 מ"מ; מרווח פרוסה = 0.3 מ"מ). התמונה הסופית שנותחה הייתה תמונה קורונית עקשנית 3 מ"מ מאחורי הגלובוס. חשוב לציין כי בעוד רצף דיכוי שומן משוקלל T2 משמש בדרך כלל להדמיה עצב הראייה, רצפים אחרים יכולים לשמש, כולל דימות הד ספין מהיר T2.
  6. קח חתך קורונל של אורתוגונל עצב הראייה (כלומר, מאונך) אל העצב 3 מ"מ אחורי לכדור הארץ. השתמש בתמונות סקאוט במישורי הקשת הבין-רוחביים והאיפטיים כדי להבטיח כיוון אופטימלי של עצב הראייה ומיצוב צומת עצבי הראייה.
  7. להעריך את איכות קיבוע המבט על ידי התפלגות CSF סביב עצב הראייה, שם זה צריך להיות מופץ באופן אחיד סביב עצב הראייה עם עובי כמעט שווה בכל הצדדים.
  8. חזור על התהליך כדי לדמיין את עצב הראייה עבור הצד השני.

2. ניתוח תמונה

  1. הורד חבילת עיבוד תמונה פיג'י מ (https://imagej.net/Fiji).
  2. העלה את התמונה הקוורלית של עצב הראייה לתוכנת ImageJ פיג'י לניתוח על ידי לחיצה על קובץ מתוך שורת התפריטים, ואחריו לחצן פתח. בחר את התמונה קורונל לעיבוד. העבר את התמונות לתוכנת פיג'י מבלי לאבד את איכות התמונה במהלך ההעברה, שכן אובדן איכות התמונה יוביל לתוצאות ניתוח תמונה לא אמינות.
  3. תקן את קנה המידה על-ידי ציון מספר הפיקסלים ליחידת אורך על-ידי ציור קו ישר בסרגל המפה. לאחר מכן בחרו 'קבע קנה מידה' בשורת התפריטים 'נתח'. ציין את אורך הקו כפי שמופיע בסולם המפה עם איחוד האורך הנכון (כלומר, בעיקר מ"מ).
  4. המר את התמונה לגווני אפור באמצעות תפריט התמונה ולאחר מכן בחר אות ו- 8 סיביות.
  5. כימת את טווח העוצמה של פיקסלים של חומר לבן.
    1. שימוש בכלי בחירת לאסו(תוסף | | פילוח הכלי לאסו), בחרו שטח מספיק של חומר לבן, והקפידו לא לכלול אזור חומר אפור במהלך הבחירה. גילינו שמספיק אזור חומר לבן נבחר של כ-1000 פיקסלים. השתמשו בכלי ניתוח ומידה לכימות האזור שנבחר.
  6. הצג את הכלי היסטוגרמה מתפריט ניתוח, המציג את התפלגות עוצמת הפיקסלים באזור החומר הלבן שנבחר. לחץ על התיבה Live כדי לוודא שההיסטוגרמה מעריכה את האזור שנבחר. הגרף על היסטוגרמה צריך להראות התפלגות נורמלית של אינטנסיביות.
  7. חשב טווח עוצמת החומר הלבן באופן הבא:
    גבול תחתון = עוצמת ממוצעת - (3* סטיית תקן)
    גבול עליון = עוצמת ממוצעת + (3* סטיית תקן)
  8. פתחו את הכלי סף מתפריט 'תמונה', ואחריו את הפונקציה 'התאם'. ציין את הטווח המחושב מהשלב הקודם. סמן פונקציית רקע כהה בלבד וציין ביאור בשחור-לבן B&W מרשימת השחרור ולאחר מכן לחץ על החל. המסכה לחומר לבן הנמצאת בתוך הדיסק האופטי תופיע.
  9. שימוש בכלי בחירת לאסו(תוסף | | פילוח הכלי לאסו), בחר את האזור השחור המייצג את הדיסק האופטי.
  10. השתמש בפונקציה Measure בשורת התפריטים 'ניתוח', שתחשב את האזור המסומן בפונקציית הסף ב- mm.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

יחס הכוס לדיסק עבור מטופל בן 30 שהציג לבדיקת עיניים לבדיקה היה 0.8 (איור 1A),שהוא חשוד ועשוי להיות מרמז על גלאוקומה. לאחר ביצוע טומוגרפיה קוהרנטית אופטית לעובי שכבת סיבי עצב, גילינו שעובי העצבים נמצא בגבולות הנורמליים לגיל(איור 1B). החולה תוכנן ל-MRI במסלול, שם הוזמן חתך קורונל להערכת עצב הראייה ובוצע לפי הפרוטוקול הנ"ל.

השגנו חתך MRI קורונל, 3 מ"מ מאחורי הדיסק האופטי. עוצמת החומר הלבן הייתה 94.372 (SD 7.085), מה שגרם לטווח עוצמת החומ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

תיארנו פרוטוקול להערכה וכימות של חומר לבן של עצב הראייה שעשוי לשמש להערכת מטופל גלאוקומה. הפרוטוקול משתמש ברצפי הדמיה זמינים נרחבים לרכישת תמונות, והוא משתמש בתוכנת פיג'י בקוד פתוח לניתוח תמונה. תיקנו את פרמטרי התמונה שנמצאו בעבר כמדויקים ביותר וניתן לשחזור גבוהים ביותר ברכישת תמונת עצב הראייה, כולל לבקש מהמטופל להתקבע ישר קדימה, באמצעות T2 עם רצף דיכוי שומן, ולכידת האזור החתך 3 מ"מ מאחורי הגלובוס. בנוסף, תיארנו שיטת ניתוח תמונה מפורטת שמבטלת פילוח ידני ומתקנת את השתנות האותות בין המטופלים. החשיבות של פרוטוקול זה היא כי ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כל המחברים מצהירים שאין ניגוד אינטרסים.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ברצוננו להודות לפאריס חדד וחסן אל-איסא על תרומתם החשובה בצילומי וידאו ופיתוח.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מכונת הדמיית תהודה מגנטית (MRI)של סימנס סורק MRI מגנטום VerioN/A3T

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Quigley, H. A., Broman, A. T. The number of people with glaucoma worldwide in 2010 and 2020. The British Journal of Ophthalmology. 90 (3), 262-267 (2006).
  2. Weinreb, R. N., Aung, T., Medeiros, F. A. The pathophysiology and treatment of glaucoma: a review. JAMA. 311 (18), 1901-1911 (2014).
  3. Overview | Glaucoma: diagnosis and management | Guidance | NICE. , Available from: https://www.nice.org.uk/guidance/ng81 (2021).
  4. Michelessi, M., et al. Optic nerve head and fibre layer imaging for diagnosing glaucoma. The Cochrane Database of Systematic Reviews. (11), 008803(2015).
  5. Ramli, N. M., et al. Novel use of 3T MRI in assessment of optic nerve volume in glaucoma. Graefe's Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology. 252 (6), 995-1000 (2014).
  6. AlRyalat, S. A., Muhtaseb, R., Alshammari, T. Simulating a colour-blind ophthalmologist for diagnosing and staging diabetic retinopathy. Eye. , 1-4 (2020).
  7. Chang, S. T., et al. Optic Nerve Diffusion Tensor Imaging Parameters and Their Correlation With Optic Disc Topography and Disease Severity in Adult Glaucoma Patients and Controls. Journal of Glaucoma. 23 (8), 513-520 (2014).
  8. Omodaka, K., et al. Correlation of magnetic resonance imaging optic nerve parameters to optical coherence tomography and the visual field in glaucoma. Clinical & Experimental Ophthalmology. 42 (4), 360-368 (2014).
  9. Ghadimi, M., Sapra, A. Magnetic Resonance Imaging Contraindications. StatPearls. , (2021).
  10. Bäuerle, J., Schuchardt, F., Schroeder, L., Egger, K., Weigel, M., Harloff, A. Reproducibility and accuracy of optic nerve sheath diameter assessment using ultrasound compared to magnetic resonance imaging. BMC Neurology. 13 (1), 187(2013).
  11. Wang, N., et al. Orbital Cerebrospinal Fluid Space in Glaucoma: The Beijing Intracranial and Intraocular Pressure (iCOP) Study. Ophthalmology. 119 (10), 2065-2073 (2012).
  12. Weigel, M., Lagrèze, W. A., Lazzaro, A., Hennig, J., Bley, T. A. Fast and Quantitative High-Resolution Magnetic Resonance Imaging of the Optic Nerve at 3.0 Tesla. Investigative Radiology. 41 (2), 83-86 (2006).
  13. Yiannakas, M. C., Toosy, A. T., Raftopoulos, R. E., Kapoor, R., Miller, D. H., Wheeler-Kingshott, C. A. M. MRI Acquisition and Analysis Protocol for In Vivo Intraorbital Optic Nerve Segmentation at 3T. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 54 (6), 4235-4240 (2013).
  14. Al-Haddad, C. E., et al. Optic Nerve Measurement on MRI in the Pediatric Population: Normative Values and Correlations. American Journal of Neuroradiology. 39 (2), 369-374 (2018).
  15. Mncube, S. S., Goodier, M. Normal measurements of the optic nerve, optic nerve sheath and optic chiasm in the adult population. South African Journal of Radiology. 23 (1), 7(2019).
  16. Nguyen, B. N., et al. Ultra-High Field Magnetic Resonance Imaging of the Retrobulbar Optic Nerve, Subarachnoid Space, and Optic Nerve Sheath in Emmetropic and Myopic Eyes. Translational Vision Science & Technology. 10 (2), (2021).
  17. Lagrèze, W. A., et al. Retrobulbar Optic Nerve Diameter Measured by High-Speed Magnetic Resonance Imaging as a Biomarker for Axonal Loss in Glaucomatous Optic Atrophy. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 50 (9), 4223-4228 (2009).
  18. Nielsen, K., et al. Magnetic Resonance Imaging at 3.0 Tesla Detects More Lesions in Acute Optic Neuritis Than at 1.5 Tesla. Investigative Radiology. 41 (2), 76-82 (2006).
  19. Mafee, M. F., Rapoport, M., Karimi, A., Ansari, S. A., Shah, J. Orbital and ocular imaging using 3- and 1.5-T MR imaging systems. Neuroimaging Clinics of North America. 15 (1), 1-21 (2005).
  20. Gala, F. Magnetic resonance imaging of optic nerve. The Indian Journal of Radiology & Imaging. 25 (4), 421-438 (2015).
  21. Gao, K., et al. Optic Nerve Cross-Sectional Area Measurement with High-Resolution, Isotropic MRI in Optic Neuritis (P6.159). Neurology. 84 (14), (2015).
  22. Zou, H., Müller, H. J., Shi, Z. Non-spatial sounds regulate eye movements and enhance visual search. Journal of Vision. 12 (5), 2(2012).
  23. Yang, H., et al. The Connective Tissue Components of Optic Nerve Head Cupping in Monkey Experimental Glaucoma Part 1: Global Change. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 56 (13), 7661-7678 (2015).
  24. Mwanza, J. -C., et al. Retinal nerve fibre layer thickness floor and corresponding functional loss in glaucoma. The British Journal of Ophthalmology. 99 (6), 732-737 (2015).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

MRIImageJMRI T2MRI

מאמרים קשורים