病変症状マッピングに対するMRIまたはCTに関する脳梗塞セグメンテーションと登録

病変-症状のマッピングは、脳病変患者を研究することによって脳機能を局所化するための強力なツールです。重要なステップは、病変セグメンテーションや標準空間への登録を含む画像処理を含みます。このプロトコルは、すべての構造イメージングモダリティで動作する統一されたフレームワークを記述し、病変-症状マッピング研究で使用するための標準的な空間での病変の一貫した出力を提供する。

病変は、被験者間の比較を可能にするために標準空間に変換する必要があります。各患者の脳は、脳の大きさと形状の違いを修正するために空間的に整列する必要があります。この方法を使用している間は、書面による指示に従うのではなく、各ステップがどのように実行されるべきかを確認するのに役立ちます。

また、脳の画像をよく理解する必要があり、視覚的なデモンストレーションが役立ちます。このプロトコルは、病変-症状のマッピングに必要な処理手順を実行する方法を説明します。病変マップが標準空間に登録されると、患者の大規模なグループに対して病変症状のマッピングを行うことができる。

すべての病変マップが標準空間に変換されると、各ボクセルは被験者間で同じ脳領域を表します。これにより、統計分析を行い、例えば、特定のボクセルにおける病変の存在が認知障害に関連しているかどうかをテストすることができます。虚血性脳卒中患者の脳CTまたはMRIスキャンを収集することから始めます。

ほとんどのスキャナは、ハードディスクまたはサーバーにコピーできるDICOMファイルとしてスキャンを行っています。各ケースと各臨床変数の列ごとに別々の行を作成することにより、データ ファイル内の臨床変数を収集します。梗塞セグメンテーションの場合、少なくとも脳卒中の日付と画像の日付または脳卒中と画像の間の時間間隔を示す変数を含む。

DICOM イメージを非圧縮の NIfTI ファイルに変換するには、DICOM から NIfTI へのコマンド を使用して、コマンド プロンプトで、DICOM ファイルへのフォルダー パスを使用して、画面上に表示されるコマンドを入力します。フォルダパスを挿入したコマンドの例を以下に示します。このコマンドは、実行可能ファイルを実行し、選択したフォルダー内の DICOM イメージを変換し、このフォルダーに NIfTI ファイルを保存します。

最後に、梗塞のセグメンテーションを開始する前に、各ケースのサブフォルダを持つ便利なフォルダ構造でNIfTIファイルを整理します。まず、脳卒中症状発症後少なくとも24時間はスキャンを行った。それ以外の場合、急性梗塞はCT上では見えないか、部分的にしか見えないため、スキャンはセグメンテーションには使用できません。

ITK-SNAP ソフトウェアを使用してネイティブ CT を開くには、[ファイル]を選択し、ドロップダウン メニューから [メイン イメージを開く] を選択します。次に、[参照] をクリックし、スキャンを開くファイルを選択します。ここで、画像特性に基づいて梗塞を特定します。

まず、梗塞は正常な脳組織に比べて低いシグナルを持っている点に注意してください。急性期では、大きな梗塞が大量の効果を引き起こし、周囲の組織の変位、心室の圧迫、正中シフト、スルチの義務化を引き起こす可能性があります。梗塞内のシグナルが高い領域として見える出血性変換が可能です。

慢性段階では、梗塞は、脳脊髄液と同様の密度を有する低密度のキャビテーション中心と、損傷した脳組織を表す低密度リムの少ないで構成される。大きな梗塞の場合、隣接するスルチまたは心室のエクス・バクオ拡大が可能である。メインツールバーのペイントブラシモードを使用して梗塞した脳組織をセグメント化し、左クリックで描画し、右クリックして消去します。

または、多角形モードを使用して、病変の境界にアンカーポイントを配置し、マウスの左ボタンを押したまま、病変の境界上にマウスを移動させます。すべてのポイントが接続されたら、[許可]をクリックして、線分が表示された領域を塗りつぶします。セグメンテーションが終了したら、ドロップダウンメニューからセグメンテーションとセグメンテーション画像の保存をクリックして、スキャンと同じフォルダにバイナリNIfTIファイルとして保存し、セグメント化されたスキャンとまったく同じ名前を付けて、病変の拡張子を付けてセグメンテーションを保存します。

まず、DWIスキャンが脳卒中発症から7日以内に行われたことを確認します。梗塞は脳卒中発症後数時間以内にDWIで見られ、DWIの視認性は約7日後に徐々に低下する。次に、DWI上の高い信号とADCマップ上の低信号に基づいて梗塞した脳組織を同定し、コメント化する。

DWIで一般的に観測される人工物である空気と組織または骨の間のインターフェースの近くで高拡散信号を間違えないでください。FLAIRイメージングの場合、まず脳卒中症状発症後48時間経過後にスキャンが行われたことを確認します。超急性期では、梗塞は通常見えないか、正確な境界が不明である。

次に、ITK-SNAP で FLAIR イメージを開き、T1 加重スキャンを別のウィンドウで開いて参照します (可能な場合)。急性期では、梗塞は、腫脹および質量効果の有無にかかわらず、やや均質な過強症病変として見える。もし利用可能であれば、DWIを使用して、急性梗塞と慢性病変(白熱性高強度など)を区別します。

画像を登録するには、まずRegLSMをダウンロードし、このツールを使用してCTスキャンまたはあらゆる種類のMRIシーケンスを処理します。登録手順は、ここに示す図で見ることができます。次に、MATLAB バージョン 2015a 以降を開き、現在のフォルダーを RegLSM に設定し、addpath と SPM のフォルダー名を続けて入力して SPM を有効にします。

次に、RegLSM と入力してグラフィックインターフェイスを開きます。1 つのケースに対して登録を実行するには、[登録] ドロップダウン メニューの [テスト モード] を選択します。次に、[画像を開く] ボタンを使用して、セグメント化されたスキャン、注釈、および必要に応じて T1 を選択し、希望の登録スキームを選択します。

または、バッチ モードを使用して、選択したフォルダ内のすべてのケースを登録できます。RegLSM が、自動的に生成されたサブフォルダーに、結果の登録パラメーター、登録されたスキャン、および登録された病変マップを保存したことを確認します。次に、RegLSM インターフェイスで [結果の確認] を選択して登録結果を確認し、これらの結果を含むメイン フォルダーを参照します。

登録されたスキャンをスクロールし、クロスヘアを使用して MNI152 テンプレートの位置合わせを確認し、認識可能な解剖学的ランドマークに注意を払います。失敗したすべての登録は、前に作成したデータ ファイルの別の列にマークし、その後の手動修正を行います。修正が必要な病変マップの場合は、ITK-SNAP で MNI152 T1 テンプレートを開き、セグメンテーション メニューから [セグメントを開く] を選択し、テンプレートにオーバーレイする登録済み病変マップを選択します。

また、登録結果を別のウィンドウで開いて参照してください。ブラシ機能を使用して、右クリックでボクセルを追加するか、右クリックでボクセルを削除して、ITK-SNAPに登録された病変マップを修正します。最後に、修正された病変マップを修正されていない病変マップと同じフォルダにNIfTIファイルとして保存し、修正されていない病変マップとまったく同じ名前を付けてセグメンテーションを保存します。

ここでは、単一の患者に対するCTスキャンを見ます。CT灌流マップは虚血を示しているにもかかわらず、梗塞はまだ見えないため、最初のスキャンはセグメンテーションには使用できません。6日目のCTは、わずかな正中シフトと出血性変換を伴う梗塞性脳組織の腫脹を示す。

4ヶ月後のスキャンは、心室および近くのスルチの排泄物の拡大による脳組織の喪失を示す。6日目のCTをMNI152テンプレートに登録した結果をここに見る。登録アルゴリズムは、正中シフトと左心室の圧縮を補い不十分にし、手動修正が必要であった。

補正後、登録病変マップは、天然空間における梗塞の正確な表現であり、病変症状のマッピングに使用することができる。ここでは、登録されたDWI配列と対応する登録梗塞とMNI152テンプレートとの比較を見る。右のコーデート核の頭にわずかな誤差があることに注意してください。

これには、標準空間におけるセグメンテーションの手動修正が必要でした。最後に、この図は、3日目のMRI FLAIRシーケンスの登録結果を示しています。このプロトコルは、正確な梗塞セグメンテーションを行う方法と脳テンプレートへの登録を行う方法についての実践的なガイドラインを含む、病変-症状のマッピングのための画像データを準備するプロセスをカバーしています。

病変マップは、特定の認知機能を局所化したり、脳卒中患者の認知結果を予測するために病変位置を使用するために病変-症状マッピング研究で使用することができる。このプロトコルは、病変-症状マッピング研究のワークフローを加速し、調和させ、研究者が数百から数千人の被験者を含む大規模な多施設研究を行うことを可能にする。