סיכונים המוח פילוח ורישום ב-MRI או CT עבור נגעים-מיפוי סימפטום
25 בספטמבר 2019
בתנאי כאן הוא הדרכה מעשית עבור גישה פתוחה, מתוקננת עיבוד תמונה צינור למטרה של נגעים-סימפטום מיפוי. הדרכה צעד אחר צעד מסופק עבור כל שלב עיבוד, מ סיכונים פילוח ידני ב-CT/MRI כדי ההרשמה הבאה לחלל רגיל, יחד עם המלצות ואיורים מעשיים עם מקרים למופת.
מיפוי סימפטום נגע הוא כלי רב עוצמה כדי לוקליזציה תפקודי המוח על ידי לימוד חולים עם נגעים במוח. שלב חשוב כולל עיבוד תמונה, כולל פילוח נגע ורישום לחלל סטנדרטי. פרוטוקול זה מתאר מסגרת מאוחדת הפועלת עם כל שיטות ההדמיה המבנית, ומספקת תפוקה עקבית של נגעים במרחב סטנדרטי לשימוש במחקרי מיפוי סימפטום נגע.
הנגעים חייבים להפוך למרחב סטנדרטי כדי לאפשר השוואות בין נושאים. המוח של כל מטופל חייב להיות מיושר באופן מרחבי כדי לתקן הבדלים בגודל ובצורת המוח. בעת שימוש בשיטה זו, היא מסייעת לראות כיצד יש לבצע כל שלב, במקום לעקוב אחר הוראות בכתב בלבד.
זה גם דורש הבנה טובה של תמונות המוח, מה שהופך הדגמה חזותית שימושית. פרוטוקול זה מתאר כיצד לבצע את שלבי העיבוד הדרושים למיפוי סימפטום נגע. לאחר שמפות ההנעה נרשמות למרחב סטנדרטי, מיפוי סימפטום נגע יכול להתבצע על קבוצות גדולות של חולים.
כאשר כל מפות הנגעים הופכות לחלל סטנדרטי, כל voxel מייצג את אותו אזור במוח על פני נושאים. זה מאפשר ניתוחים סטטיסטיים להתבצע, למשל, כדי לבדוק אם נוכחות של נגע voxel מסוים קשורה עם גירעון קוגניטיבי. התחל על ידי איסוף CT המוח או סריקות MRI של חולים עם שבץ איסכמי.
רוב הסורקים כוללים את הסריקות כקבצי DICOM שניתן להעתיק לדיסק קשיח או לשרת. אסוף את המשתנים הקליניים בקובץ נתונים על-ידי יצירת שורות נפרדות עבור כל מקרה ועמודה עבור כל משתנה קליני. עבור פילוח אוטם, כלול לפחות את תאריך הקו ואת תאריך ההדמיה או משתנה המציין את מרווח הזמן בין קו להדמיה.
כדי להמיר את תמונות DICOM לקבצי NIfTI לא דחוסים, באמצעות הכלי DICOM-to-NIfTI, הקלד את הפקודה שנראתה על המסך כאן בשורת הפקודה, תוך שימוש בנתיב התיקיה לקבצי DICOM. דוגמה לפקודה עם נתיבי התיקיות שנוספו ניתן לראות כאן. פקודה זו תפעיל את קובץ ההפעלה, תמיר את תמונות ה- DICOM בתיקיה שנבחרה ותשמור את קבצי NIfTI בתיקיה זו.
לבסוף, ארגן את קבצי NIfTI במבנה תיקיות נוח, עם תיקיית משנה עבור כל אירוע, לפני תחילת פילוח אוטם. ראשית, להבטיח כי הסריקה בוצעה לפחות 24 שעות לאחר הופעת סימפטום שבץ. אחרת, האוטם החריף לא יהיה גלוי ב- CT או יהיה גלוי רק באופן חלקי, ולא ניתן להשתמש בסריקה לפילוח.
פתח את ה- CT המקורי באמצעות תוכנת ITK-SNAP על-ידי בחירת קובץ ולאחר מכן פתח תמונה ראשית מהתפריט הנפתח. לאחר מכן לחץ על עיון ובחר את הקובץ כדי לפתוח את הסריקה. עכשיו לזהות את האוטם מבוסס על מאפייני הדמיה.
ראשית, שים לב כי אוטמים יש אות נמוך לעומת רקמת המוח נורמלי. בשלב החריף, אוטמים גדולים יכולים לגרום לאפקט מסה, וכתוצאה מכך עקירה של רקמות שמסביב, דחיסה של חדרים, משמרת קו האמצע, והשמדה של sulci. יכול להיות טרנספורמציה מדמם, אשר גלוי כאזורים עם אות גבוה בתוך אוטם.
בשלב הכרוני, האוטם יכלול היפודנס, מרכז cavitated, עם צפיפות דומה כמו הנוזל השדרתי, ושוליים hypodense פחות, המייצג רקמת מוח פגומה. במקרה של אוטמים גדולים, יכולה להיות הגדלת vacuo לשעבר של סולצי או חדרים סמוכים. פלח את רקמת המוח האוטמת באמצעות מצב מברשת צבע מסרגל הכלים הראשי, תוך שימוש בלחיצה שמאלית כדי לצייר ולחץ באמצעות לחצן העכבר הימני כדי למחוק.
לחלופין, השתמש במצב מצולע כדי למקם נקודות עיגון בגבולות ההנעה, והחזק את לחצן העכבר השמאלי תוך כדי הזזת העכבר מעל גבולות ההנעה. לאחר שכל הנקודות מחוברות, לחץ על קבל כדי למלא את האזור עם הקווים. לאחר סיום הפילוח, שמור אותו כקובץ NIfTI בינארי באותה תיקיה שבה נמצא הסריקה על-ידי לחיצה על פילוח ושמור תמונת פילוח מהתפריט הנפתח ולאחר מכן שמור את הפילוח על-ידי מתן שם זהה בדיוק לשם הסריקה המפולגת, עם סיומת הנגע.
ראשית, להבטיח כי סריקת DWI בוצעה בתוך שבעה ימים של הופעת שבץ. אוטמים גלויים ב- DWI תוך מספר שעות לאחר תחילת השבץ, והראות שלהם ב- DWI פוחתת בהדרגה לאחר כשבעה ימים. לאחר מכן, לזהות ולבאר את רקמת המוח אוטם מבוסס על האות הגבוה על DWI ואות נמוך על מפת ADC.
אל תטעו אות דיפוזיה גבוהה ליד ממשקים בין אוויר או רקמה או עצם, שהם חפץ נפוץ שנצפה על DWI. עבור הדמיית FLAIR, בדוק תחילה כי הסריקה בוצעה 48 שעות לאחר הופעת סימפטום שבץ. בשלב ההיפראקוט, האוטם בדרך כלל אינו נראה לעין, או שהגבולות המדויקים אינם ברורים.
לאחר מכן, פתח את תמונת FLAIR ב- ITK-SNAP, כמו גם את הסריקה משוקלל T1 בחלון נפרד לעיון, אם זמין. בשלב החריף, האוטם נראה כמו הנגע היפרינטנס הומוגני במקצת, עם או בלי נפיחות ואפקט מסה. אם זמין, השתמש ב- DWI כדי להבדיל בין אוטם חריף נגעים כרוניים, כגון רגישות יתר של חומר לבן.
כדי לרשום תמונות, הורד תחילה RegLSM ולהשתמש בכלי זה כדי לעבד סריקות CT או כל סוג של רצף MRI. ניתן לראות את הליך הרישום בנתון המוצג כאן. לאחר מכן, פתח את MATLAB גירסה 2015a או גירסה גבוהה יותר, הגדר את התיקיה הנוכחית כ- RegLSM ולאחר מכן הפוך את SPM לזמין על-ידי הקלדת addpath ואחריו שם התיקיה עבור SPM.
לאחר מכן, הקלד RegLSM כדי לפתוח את הממשק הגרפי. כדי לבצע את הרישום עבור אירוע בודד, בחר במצב בדיקה בתפריט הנפתח רישום. לאחר מכן השתמש בלחצן פתח תמונה כדי לבחור את הסריקה עם המקטעים, את הביאור ובאופן אופציונלי את T1, ובחר את ערכת הרישום הרצויה.
לחלופין, ניתן להשתמש במצב אצווה כדי לרשום את כל המקרים בתיקיה שנבחרה. ודא ש- RegLSM שמר את פרמטרי הרישום המתקבלים, את הסריקות הרשומות ואת מפת הנגע הרשומה בתיקיות המשנה שנוצרו באופן אוטומטי. כעת, סקור את תוצאות הרישום על-ידי בחירה באפשרות בדוק תוצאות בממשק RegLSM ודפדף לתיקיה הראשית עם תוצאות אלה.
גלול לאורך הסריקה הרשומה, ולהשתמש crosshair כדי לבדוק את היישור לתבנית MNI152, לשים לב ציוני דרך אנטומיים לזיהוי. הקפד לסמן את כל הרישומים שנכשלו בעמודה נפרדת בקובץ הנתונים שנוצר בעבר לתיקון ידני עוקב. עבור מפות נגע הזקוקות לתיקון, פתח את התבנית MNI152 T1 ב- ITK-SNAP ולאחר מכן בחר פתח פילוח מתפריט פילוח ובחר את מפת ההנעה הרשומה, שתסתעף לתבנית.
כמו כן, פתח את תוצאות הרישום בחלון נפרד לעיון. תקן את מפת הנגעים הרשומה ב- ITK-SNAP עבור כל סוג של חוסר התאמה, באמצעות פונקציית המברשת כדי להוסיף voxels בלחיצה שמאלית או להסיר voxels בלחיצה ימנית. לבסוף, שמור את מפת הנגעים מתוקנת כקובץ NIfTI באותה תיקיה כמו מפת הנגע הלא מתוקנת, ולאחר מכן שמור את הפילוח על-ידי מתן שם זהה בדיוק למפה הנגע הלא מתוקנת, עם סיומת של תיקון.
כאן, אנו רואים סריקות CT לחולה אחד. אין אפשרות להשתמש בסריקה הראשונית לפילוח מכיוון שהאוטם עדיין אינו גלוי, למרות שמפות תווי ה- CT מראות הערכה. CT ביום השישי מראה נפיחות של רקמת המוח אוטם עם משמרת קו האמצע קלה טרנספורמציה מדממת.
הסריקה לאחר ארבעה חודשים מראה אובדן רקמת המוח עם הגדלת vacuo לשעבר של החדרים sulci הסמוך. התוצאה של רישום CT ביום השישי לתבנית MNI152 נראית כאן. אלגוריתם הרישום לא פיצה מספיק על הסטת קו האמצע ודחיסה של החדר השמאלי, אשר דרש תיקון ידני.
לאחר התיקון, מפת ההיתוך הרשומה היא ייצוג מדויק של האוטם במרחב המקומי ובאפשרותך להשתמש בה למיפוי סימפטום נגע. כאן, אנו רואים השוואה של רצף DWI רשום ואת אוטם רשום המתאים עם התבנית MNI152. שים לב לשגיאה הקלה בראש גרעין ה Caudate הימני.
פעולה זו דרשה תיקון ידני של הפילוח בשטח סטנדרטי. לבסוף, נתון זה מציג את תוצאות הרישום של רצף MRI FLAIR ביום השלישי, שהוא מספיק ולא דורש תיקון ידני. פרוטוקול זה מכסה את תהליך הכנת נתוני ההדמיה למיפוי סימפטום נגע, כולל הנחיות מעשיות כיצד לבצע פילוח אוטם מדויק ורישום לתבנית המוח.
ניתן להשתמש במפות ההנעה במחקרי מיפוי סימפטום-נגע כדי לאתר תפקוד קוגניטיבי ספציפי או להשתמש במיקום ההיתוך כדי לחזות תוצאה קוגניטיבית בחולים בשבץ. פרוטוקול זה מאיץ ומחולל הרמוניה בתהליך העבודה למחקרי מיפוי סימפטום-פגיעה, ומאפשר לחוקרים לבצע מחקרים רב-מרכזיים גדולים, כולל מאות עד אלפי נבדקים.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מספק מדריך מעשי למסלול עיבוד תמונות סטנדרטי ובגישה פתוחה למיפוי תסמינים-נגעים (lesion-symptom mapping). הוא כולל מעבר שלב-אחר-שלב על שלבי העיבוד, החל מסגמנטציה ידנית של אוטם ב-CT/MRI ועד לרישום במרחב סטנדרטי, בתוספת המלצות מעשיות והמחשות.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- עיבוד תמונה
- מיפוי נגע-סימפטום
רקע
- מיפוי נגעים-סימפטומים מאתר תפקודי מוח באמצעות חקר מטופלים עם נגעי מוח.
- עיבוד תמונה הוא חיוני לסגמנטציה ורישום מדויקים של נגעים.
- פרוטוקול זה מספק מסגרת מאוחדת עבור שיטות דימות מבניות שונות.
- המרה של נגעים למרחב סטנדרטי מאפשרת השוואות בין נבדקים.
מטרת המחקר
- תיאור של תהליך עבודה (pipeline) סטנדרטי לעיבוד תמונות עבור מיפוי נגעי-סימפטומים.
- מתן הנחיות מעשיות לחוקרים בתחום.
- שיפור העקביות של תוצרי מיפוי הנגעים בין מחקרים שונים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- סגמנטציה ידנית של אוטם בסריקות CT/MRI.
- רישום (Registration) של נגעים למרחב סטנדרטי.
- שימוש במסגרת מאוחדת המיושמת על כל שיטות ההדמיה המבנית.
- דוגמאות ממחישות להדרכה בכל שלב של העיבוד.
תוצאות עיקריות
- הוקם תהליך עבודה (pipeline) סטנדרטי למיפוי נגעים-סימפטומים.
- הושגו פלטים עקביים של נגעים במרחב סטנדרטי.
- המלצות מעשיות משפרות את זרימת העבודה של העיבוד.
- מקרים ממחישים משפרים את ההבנה של השיטות.
מסקנות
- המדריך מספק הנחיה מקיפה למיפוי של נגעים וסימפטומים (lesion-symptom mapping).
- שיטות סטנדרטיות מקלות על השוואות בין נבדקים.
- עזרים חזותיים תומכים בהבנת שלבי עיבוד מורכבים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
סגמנטציה ורישום (Registration) סטנדרטיים של אוטמים מוחיים ב-MRI או CT מאפשרים מיפוי מהימן של קשרים בין נגעים לתסמינים, ובכך מספקים תמיכה ישירה בתיקוף מטרות (Target validation) ובהפחתת סיכונים מכניסטיים במחקר נוירוביולוגי. טרנספורמציה עקבית של נתוני נגעים למרחב סטנדרטי מאפשרת ניתוחים סטטיסטיים בעלי רמת ביטחון גבוהה בין קבוצות נחקרים שונות, ובכך מאיצה תובנות תרגומיות ותיעדוף תיקי פיתוח בגילוי תרופות למערכת העצבים המרכזית (CNS). זרימת עבודה זו מבצעת הרמוניזציה של נתוני הדמיה במחקרי רב-מרכזיים, ובכך משפרת את הביטחון החזוי במחקרי קשר בין ביומרקרים למטרות טיפוליות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר מיקום מדויק של תפקודי מוח באמצעות הקשר בין אתרי נגעים לבין תוצאים קוגניטיביים או התנהגותיים.
- תומכת בהפחתת סיכונים מכנית (de-risking) באמצעות אספקת מיפוי פגיעות כמותי לצורך בדיקת היפותזות.
- מאפשר תיקוף פונקציונלי של המטרה באמצעות פלטי דימות סטנדרטיים וניתנים לשחזור.
- משפר את הביטחון החזוי בקישור בין שיבושים אנטומיים להשפעות פנוטיפיות.
סריקה ופיתוח בדיקות
- מכין מפות נגעים (lesion maps) שעברו תיקוף עבור אנליזות סטטיסטיות ואנליזות של סמנים ביולוגיים (biomarkers) בהמשך התהליך.
- מנstandardizes את נתוני הדימות לצורך הדירות ויכולת השוואה בין מחקרים.
- מאפשר עיבוד בר-התרחבות של קבוצות חולים גדולות לצורך מוכנות לסריקה רובסטית.
- תומך בהערכה כמותית של השפעת הנגע על נקודות סוף תפקודיות.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאים את תוצרי הדימות עם נקודות קצה רלוונטיות למחלה עבור מחקרים של ביומרקרים תרגומיים.
- מבטיח רצף משלב הגילוי ועד לאישור פרה-קלניי באמצעות הרמוניזציה של נתוני דימות.
- מפחית סיכון תרגומי על ידי אפשור אינטגרציה של נתונים רחבת-היקף ממספר מרכזים.
- מספק מסגרת למידול ניבוי של קשרי גומלין בין נגעים לתוצאות.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
שיטה זו משתלבת ברצף השלב שבין הגילוי לשלב הפרה-קליני על ידי הפיכת נתוני דימוי הטרוגניים למפות נגעים סטנדרטיות הניתנות לניתוח, לצורך תיקוף מטרה ומחקר של סמנים ביולוגיים.
- ביולוגיה של הגילוי: תומך בבדיקת היפותזות ובהבהרת מסלולים על ידי מיפוי מיקומי נגעים לתוצאות תפקודיות.
- סריקה: מספק נתוני נגעים כמותיים הניתנים לשחזור לצורך ניתוחים סטטיסטיים בהמשך.
- אנליזה: מאפשר בדיקה סטטיסטית ברמת הווקסל כדי לקשר בין נוכחות נגעים לבין ליקויים קוגניטיביים.
- מחקר תרגומי: מסייע במחקרים רב-מרכזיים ובמחקרים על פני מספר קבוצות לצורך התאמת ביומרקרים.
- שימוש חוזר ארגוני: מספק מסגרת נגישה ופתוחה לשימוש חוזר לצורך מיפוי נגעים עקבי בין מחקרים שונים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית בתיקוף מטרות במערכת העצבים המרכזית (CNS).
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה והרחבה של תהליכי דימות לצורך הדירות ויעילות.
- ערך אסטרטגי: מאפשר קבלת החלטות תקיפות של go/no-go וקידום פורטפוליו יעיל מבחינת הון.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתיעדוף מותאם סיכונים באמצעות שילוב של נקודות קצה כמותיות בדימות.
שיקולים ליישום
- דורש מומחיות בדימות מוחי ובסימון נגעים עבור סגמנטציה מדויקת.
- תלוי בגישה לתוכנות דימות (למשל, ITK-SNAP, RegLSM) ותשתית מחשוב.
- דורש סטנדרטיזציה קפדנית בין צוותים לצורך הרמוניזציה של נתונים ממספר מרכזים.
- ייתכן שיהיה צורך בהתאמה עבור שיטות דימות ופרמטרי רכישה שונים.
- שלבי תיקון ידניים נחוצים במקרים של שגיאות רישום (registration) או עיוותים אנטומיים.
![ללטף הדמיה של Neuroinflammation באמצעות [11ג] DPA-713 במודל של עכברים של שבץ איסכמי](/_next/image?url=https%3A%2F%2Fcloudfront.jove.com%2FCDNSource%2Fteasers%2F57243.jpg%3Fv%3D2026-08-27T14%253A57%253A02.000Z&w=384&q=75)
