Segmentazione e registrazione dell'infarto cerebrale su risonanza magnetica o TC per la mappatura lesioni-sintomo

La mappatura dei sintomi di lesione è un potente strumento per localizzare le funzioni cerebrali studiando i pazienti con lesioni cerebrali. Un passaggio importante prevede l'elaborazione delle immagini, inclusa la segmentazione della lesione e la registrazione nello spazio standard. Questo protocollo descrive un framework unificato che funziona con tutte le modalità di imaging strutturale, fornendo un'uscita coerente di lesioni nello spazio standard per l'uso in studi di mappatura dei sintomi di lesione.

Le lesioni devono essere trasformate in spazio standard per consentire confronti tra soggetti. Il cervello di ogni paziente deve essere allineato spazialmente per correggere le differenze nelle dimensioni e nella forma del cervello. Durante l'utilizzo di questo metodo, aiuta a vedere come deve essere eseguito ogni passaggio, piuttosto che seguire solo le istruzioni scritte.

Richiede anche una buona comprensione delle immagini cerebrali, il che rende utile una dimostrazione visiva. In questo protocollo viene descritto come eseguire i passaggi di elaborazione necessari per la mappatura dei sintomi di lesione. Una volta che le mappe di lesione sono registrate nello spazio standard, la mappatura dei sintomi di lesione può essere eseguita su grandi gruppi di pazienti.

Quando tutte le mappe di lesione vengono trasformate nello spazio standard, ogni voxel rappresenta la stessa regione cerebrale tra i soggetti. Ciò consente di eseguire analisi statistiche, ad esempio, per verificare se la presenza di una lesione in un particolare voxel è associata a un deficit cognitivo. Inizia raccogliendo tac cerebrali o scansioni MRI di pazienti con ictus ischemico.

La maggior parte degli scanner ha le scansioni come file DICOM che possono essere copiati su un disco rigido o un server. Raccogliere le variabili cliniche in un file di dati effettuando righe separate per ogni caso e colonne per ogni variabile clinica. Per la segmentazione infarto, includere almeno la data del tratto e la data di imaging o una variabile che indica l'intervallo di tempo tra ictus e imaging.

Per convertire le immagini DICOM in file NIfTI non compressi, utilizzando lo strumento DICOM-to-NIfTI, digitare il comando presente sullo schermo nel prompt dei comandi, utilizzando il percorso della cartella dei file DICOM. Un esempio del comando con i percorsi delle cartelle inseriti può essere visto qui. Questo comando eseguirà l'eseguibile, convertirà le immagini DICOM nella cartella selezionata e salverà i file NIfTI in questa cartella.

Infine, organizzare i file NIfTI in una comoda struttura di cartelle, con una sottocartella per ogni caso, prima di iniziare la segmentazione infarto. In primo luogo, assicurarsi che la scansione sia stata eseguita almeno 24 ore dopo l'inizio del sintomo dell'ictus. In caso contrario, l'infarto acuto non sarà visibile sulla TC o sarà solo parzialmente visibile e la scansione non può essere utilizzata per la segmentazione.

Aprire il CT nativo utilizzando il software ITK-SNAP selezionando File, quindi Apri immagine principale dal menu a discesa. Quindi fare clic su Sfoglia e selezionare il file per aprire l'analisi. Ora identifica l'infarto in base alle caratteristiche di imaging.

In primo luogo, si noti che gli infarti hanno un segnale basso rispetto al normale tessuto cerebrale. Nello stadio acuto, grandi infarti possono causare effetti di massa, con conseguente spostamento dei tessuti circostanti, compressione dei ventricoli, spostamento della linea mediana e obliterazione dei solfiti. Ci può essere una trasformazione emorragica, che è visibile come regioni con un segnale elevato all'interno dell'infarto.

Nello stadio cronico, l'infarto consisterà in un ipodense, centro cavitato, con una densità simile al liquido cerebrospinale e un bordo meno ipodenso, che rappresenta il tessuto cerebrale danneggiato. In caso di grandi infarti, può esserci un ex vacuo ingrossamento di solci o ventricoli adiacenti. Segmentare il tessuto cerebrale infarinato utilizzando la modalità Pennello dalla barra degli strumenti principale, utilizzando il clic con il pulsante sinistro del mouse per disegnare e fare clic con il pulsante destro del mouse per cancellare.

In alternativa, usate la modalità Poligono per posizionare i punti di ancoraggio ai bordi della lesione e tenere premuto il pulsante sinistro del mouse mentre spostate il mouse sui bordi della lesione. Una volta collegati tutti i punti, fare clic su accetta per riempire l'area delineata. Dopo aver completato la segmentazione, salvarla come file NIfTI binario nella stessa cartella della scansione facendo clic su Segmentazione e Salva immagine segmentazione dal menu a discesa, quindi salvare la segmentazione dandogli esattamente lo stesso nome della scansione segmentata, con l'estensione della lesione.

In primo luogo, assicurarsi che la scansione DWI sia stata eseguita entro sette giorni dall'inizio del tratto. Gli infarti sono visibili su DWI entro diverse ore dall'inizio del tratto e la loro visibilità su DWI diminuisce gradualmente dopo circa sette giorni. Successivamente, identificare e annotare il tessuto cerebrale infarto in base al segnale elevato su DWI e al segnale basso sulla mappa ADC.

Non confondere un segnale ad alta diffusione vicino alle interfacce tra l'aria e il tessuto o l'osso, che sono un artefatto comunemente osservato sulla DWI. Per l'imaging FLAIR, verificare innanzitutto che la scansione sia stata eseguita 48 ore dopo l'inizio del sintomo dell'ictus. Nello stadio iperacuto, l'infarto di solito non è visibile, o i confini esatti non sono chiari.

Aprire quindi l'immagine FLAIR in ITK-SNAP, nonché la scansione ponderata T1 in una finestra separata per riferimento, se disponibile. Nella fase acuta, l'infarto è visibile come una lesione iperintense piuttosto omogenea, con o senza gonfiore ed effetto di massa. Se disponibile, utilizzare il DWI per distinguere tra lesioni acute infarto e croniche, come le ipertensione della materia bianca.

Per registrare le immagini, scaricare prima RegLSM e utilizzare questo strumento per elaborare le scansioni CT o qualsiasi tipo di sequenza di risonanza magnetica. La procedura di registrazione è illustrata nella figura qui mostrata. Aprire quindi MATLAB versione 2015a o successiva, impostare la cartella corrente su RegLSM, quindi abilitare SPM digitando addpath seguito dal nome della cartella per SPM.

Digitare quindi RegLSM per aprire l'interfaccia grafica. Per eseguire la registrazione per un singolo caso, selezionare Modalità test nel menu a discesa Registrazione. Quindi usa il pulsante Apri immagine per selezionare la scansione segmentata, l'annotazione e, facoltativamente, il T1 e selezionare lo schema di registrazione desiderato.

In alternativa, la modalità batch può essere utilizzata per registrare tutti i casi nella cartella selezionata. Assicurarsi che RegLSM abbia salvato i parametri di registrazione risultanti, le scansioni registrate e la mappa delle lesion registrate nelle sottocartelle generate automaticamente. A questo punto, esaminare i risultati della registrazione selezionando Controlla risultati nell'interfaccia RegLSM e passare alla cartella principale con questi risultati.

Scorri la scansione registrata e usa il mirino per verificare l'allineamento al modello MNI152, prestando attenzione ai punti di riferimento anatomici riconoscibili. Assicurarsi di contrassegnare tutte le registrazioni non riuscite in una colonna separata nel file di dati creato in precedenza per la successiva correzione manuale. Per tutte le mappe di lesione che necessitano di correzione, aprire il modello MNI152 T1 in ITK-SNAP, quindi selezionare Segmentazione aperta dal menu Segmentazione e scegliere la mappa di lesione registrata, che si sovrapporrà al modello.

Inoltre, aprire i risultati della registrazione in una finestra separata per riferimento. Correggere la mappa di lesione registrata in ITK-SNAP per qualsiasi tipo di disallineamento, utilizzando la funzione pennello per aggiungere voxel con il pulsante sinistro del mouse o rimuovere i voxel con il pulsante destro del mouse. Infine, salvare la mappa di lesione corretta come file NIfTI nella stessa cartella della mappa di lesione non corretta, quindi salvare la segmentazione dandogli esattamente lo stesso nome della mappa di lesione non corretta, con l'estensione di corretta.

Qui, vediamo scansioni CT per un singolo paziente. La scansione iniziale non può essere utilizzata per la segmentazione perché l'infarto non è ancora visibile, anche se le mappe di perfusione TC mostrano ischemia. La TAC del sesto giorno mostra gonfiore del tessuto cerebrale infarto con leggero spostamento della linea mediana e trasformazione emorragica.

La scansione dopo quattro mesi mostra la perdita del tessuto cerebrale con l'ingrandimento ex vacuo dei ventricoli e dei sulci vicini. Il risultato della registrazione del CT il sesto giorno al modello MNI152 è visto qui. L'algoritmo di registrazione non ha compensato in modo sufficiente lo spostamento della linea mediana e la compressione del ventricolo sinistro, che richiedeva una correzione manuale.

Dopo la correzione, la mappa della lesione registrata è una rappresentazione accurata dell'infarto nello spazio nativo e può essere utilizzata per la mappatura dei sintomi di lesione. Qui, vediamo il confronto della sequenza DWI registrata e del corrispondente infarto registrato con il modello MNI152. Si noti il leggero errore alla testa del nucleo caudato destro.

Ciò richiedeva una correzione manuale della segmentazione nello spazio standard. Infine, questa cifra mostra i risultati della registrazione della sequenza FLAIR MRI il terzo giorno, che è adeguata e non richiede alcuna correzione manuale. Questo protocollo copre il processo di preparazione dei dati di imaging per la mappatura dei sintomi di lesione, incluse linee guida pratiche su come eseguire una segmentazione e una registrazione accurate infarto a un modello cerebrale.

Le mappe di lesione possono essere utilizzate in studi di mappatura dei sintomi di lesione per localizzare una specifica funzione cognitiva o per utilizzare la posizione della lesione per prevedere il risultato cognitivo nei pazienti con ictus. Questo protocollo accelera e armonizza il flusso di lavoro per gli studi di mappatura dei sintomi di lesione, consentendo ai ricercatori di eseguire grandi studi multicentrici tra cui da centinaia a migliaia di soggetti.