Summary
Fornecemos um protocolo detalhado para um método padronizado de avaliação e quantificação do nervo óptico usando ressonância magnética, utilizando uma sequência de imagens amplamente disponível e software de acesso aberto para análise de imagens. Seguir este protocolo padronizado forneceria dados significativos para comparação entre diferentes pacientes e diferentes estudos.
Abstract
A avaliação do nervo óptico é um aspecto importante do diagnóstico e acompanhamento do glaucoma. Este projeto descreve um protocolo para uma metodologia unificada de avaliação transversal do nervo óptico e quantificação usando 3 T MRI para aquisição de imagens e software Fiji da ImageJ para quantificação de processamento de imagens. A aquisição de imagem foi realizada utilizando-se ressonância magnética 3 T, com instruções adequadas para o paciente garantir a fixação direta durante a imagem. Foi utilizada uma sequência suprimida de gordura t2. Um corte coronal levado 3 mm atrás do globo e perpendicular ao eixo nervoso óptico deve ser carregado para o software. Utilizando a função limiar, a área de matéria branca do nervo óptico é selecionada e quantificada, eliminando assim o viés de medição inter-individual. Também descrevemos os limites normais para a área transversal do nervo óptico de acordo com a idade, com base na literatura publicada anteriormente. Utilizamos o protocolo descrito para avaliar o nervo óptico de um paciente com glaucoma suspeito. A área transversal do nervo óptico foi encontrada dentro dos limites normais, um achado ainda confirmado através de tomografia de coerência óptica do nervo óptico.
Introduction
Glaucoma é uma neuropatia óptica que é considerada a causa mais comum de cegueira irreversível1. Apesar disso, ainda é pouco compreendido em termos de sua fisiopatologia e diagnóstico, sem referência única para estabelecer o diagnóstico2. De acordo com o Instituto Nacional de Excelência em Saúde e Cuidado (NICE), o diagnóstico de glaucoma de ângulo aberto primário (POAG) requer a avaliação de múltiplos domínios, incluindo avaliação de disco óptico em exame de fundus ou tomografia de coerência óptica (OCT), avaliação de campo visual e medição de pressão intraocular 3. A ideia por trás do diagnóstico de glaucoma é estabelecer a presença de neuropatia óptica progressiva, que pode ser feita de forma quantitativa em4de outubro . Nesse sentido, a ressonância magnética também pode ser utilizada para avaliação do nervo óptico e quantificação da sua área de matéria branca5,mas para isso ser clinicamente significativo, o protocolo utilizado na quantificação da matéria branca do nervo óptico precisa ser padronizado. Além disso, um protocolo também deve acomodar a variação inter-individual, fator que pode afetar a precisão em diferentes doenças6.
A avaliação do nervo óptico no glaucoma é avaliada de forma ideal através de imagens oftálmicas, incluindo a OCT, onde a parte mais anterior do nervo óptico (por exemplo, disco óptico) é avaliada. Por outro lado, o uso de ressonância magnética para avaliação do nervo óptico geralmente avalia a parte retrobulbar do nervo óptico a várias distâncias do globo. Vários estudos encontraram uma forte correlação entre a avaliação do disco óptico utilizando OCT e MRI7,8. No entanto, ainda não há um protocolo unificado para avaliação e quantificação do nervo óptico na ressonância magnética. Delinear a borda do nervo óptico na ressonância magnética tem sido usado para quantificar sua área transversal5. No entanto, este método tem uma considerável variabilidade inter-rater, pois precisa ser feito por um rater experiente e requer um tempo considerável para delinear. O objetivo do projeto atual foi fornecer um protocolo para uma metodologia unificada de avaliação transversal do nervo óptico e quantificação usando 3 T MRI para aquisição de imagens e software Fiji da ImageJ para processamento e quantificação de imagens.
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Protocol
O estudo seguinte foi aprovado pelo comitê de pesquisa e pelo conselho de revisão institucional do Hospital da Universidade da Jordânia. O protocolo a seguir descreverá a técnica de imagem usada para adquirir imagens de ressonância magnética, seguida de processamento de imagem e quantificação do nervo óptico usando o software Fiji.
1. Aquisição de imagem de ressonância magnética
NOTA: A aquisição de imagem mr foi feita utilizando uma ressonância magnética de 3 Tesla (3 T) para realizar uma sequência de supressão de gordura multiplanar T2 ponderada(Tabela de Materiais).
- Explique o exame ao paciente. A seguir, estão instruções e explicações que precisam ser mencionadas ao paciente.
- Explique ao paciente que eles precisarão trocar de roupa e usar um vestido especial para imagem.
- Os pacientes removam qualquer delineador desgastado, pois ele pode produzir artefatos (especialmente a 3 T) devido à condutividade elétrica do pigmento de óxido de titânio.
- Certifique-se de que o paciente não tenha nenhuma contraindicação para realizar a ressonância magnética9:
- Pergunte ao paciente sobre quaisquer materiais metálicos, que podem incluir máscaras faciais, piercings, membros artificiais, implantes dentários magnéticos, clipes de aneurisma de artéria cerebral.
- Pergunte ao paciente sobre corpos estranhos intraoculares metálicos. Para isso, pergunte ao paciente se ele soldou sem equipamento de proteção adequado.
- Pergunte ao paciente sobre quaisquer dispositivos implantáveis pode ser incompatível com a ressonância magnética, incluindo marcapassos e bombas de insulina, medicamentos analgésicos ou bombas de quimioterapia. Além disso, implantes cocleares/implante de ouvido, sistemas de neuroestimulação implantável, sistemas de neuroestimulação implantável, cateteres com componentes metálicos, são todos contraindicados.
- Pergunte ao paciente sobre o corpo estranho metálico deixado dentro de seu corpo. Isso inclui balas, balas de espingarda e estilhaços de metal
- Pergunte ao paciente sobre quaisquer clipes cirúrgicos ou suturas de fio, substituição articular ou prótese, filtro de veia cava inferior (IVC), prótese ocular, stents ou dispositivo intrauterino.
- Pergunte ao paciente se eles fizeram uma tatuagem nas últimas 6 semanas.
- Pergunte ao paciente se eles foram submetidos a um procedimento de colonoscopia nas últimas oito semanas.
- Devido ao espaço confinado da máquina de ressonância magnética, pergunte ao paciente se eles têm claustrofobia.
NOTA: Pode-se encontrar dificuldade com pacientes com alto índice de massa corporal (IMC).
- Explique ao paciente que o exame deve levar 15 minutos, onde o paciente precisa ficar parado.
- Após completar as instruções e certificar-se de que o paciente compreende plenamente o exame, obtenha um consentimento assinado.
- Durante a aquisição de imagens de ressonância magnética, coloque o supino do paciente na máquina de ressonância magnética e fixe-se em um alvo reto durante a imagem sem qualquer movimento da cabeça. Para pacientes com baixa acuidade visual, use um estímulo sonoro para otimizar a fixação. Métodos mais abrangentes de fixação envolvem fechar um olho, usar um alvo de fixação centralmente na forma de uma tela LCD que muda de cor e uso de lubrificantes oculares.
- Certifique-se de que o paciente está ciente de que há um botão de aperto que pode ser pressionado se precisar de alguma coisa enquanto estiver na máquina de ressonância magnética. Enquanto uma bobina da cabeça pode ser usada, uma bobina ocular e uma bobina orbital podem ser mais adequadas para imagens oftálmicas.
- Insira os seguintes parâmetros para aquisição de imagem: Uma sequência de supressão de gordura ponderada t2 (TR = 3000 milissegundos; TE = 90 milissegundos; TE = 100; campo de visão = 16 cm×16 cm; matriz = 296 * 384; espessura da fatia = 3 mm; lacuna de fatia = 0,3 mm). A imagem final analisada foi uma imagem coronal oblíqua 3 mm atrás do globo. É importante notar que, embora a sequência de supressão de gordura ponderada t2 seja geralmente usada para imagens de nervo óptico, outras sequências podem ser usadas, incluindo imagem de eco de giro rápido T2.
- Tome um corte coronal do nervo óptico ortogonal (ou seja, perpendicular) para o nervo 3 mm posterior ao globo. Use imagens de reconhecimento nos planos sagital transversal e oblíquo para garantir a direção ideal do nervo óptico e o posicionamento óptico de junção do globo nervoso.
- Avalie a qualidade da fixação do olhar pela distribuição de CSF em torno do nervo óptico, onde deve ser distribuído uniformemente ao redor do nervo óptico com espessura quase igual em todos os lados.
- Repita o processo para a imagem do nervo óptico para o outro lado.
2. Análise de imagem
- Baixe o pacote de processamento de imagens fiji de (https://imagej.net/Fiji).
- Carregue a imagem coronal do nervo óptico para o software ImageJ Fiji para análise clicando em Arquivo da barra de menu, seguido pelo botão Abrir. Escolha a imagem coronal a ser processada. Transfira as imagens para o software Fiji sem perder a qualidade da imagem durante a transferência, pois a perda da qualidade da imagem levará a resultados não confiáveis de análise de imagem.
- Padronize a escala especificando o número de pixels por unidade de comprimento, desenhando uma linha reta na escala do mapa. Em seguida, escolha definir escala na barra de menu Analisar. Especifique o comprimento da linha como aparece na escala do mapa com a adequada unidade de comprimento (ou seja, principalmente mm).
- Converta a imagem em uma escala de cinza usando o menu de imagem e, em seguida, escolhendo Tipo e 8 bits.
- Quantifique a intensidade dos pixels de matéria branca.
- Usando a ferramenta de seleção de laços(Plugin | | de segmentação Ferramenta laço), selecione uma área suficiente de matéria branca, certificando-se de não incluir a área de matéria cinzenta durante a seleção. Descobrimos que uma área total de matéria branca selecionada de cerca de 1000 pixels é suficiente. Use a ferramenta Analisar e Medir para quantificar a área selecionada.
- Mostre a ferramenta Histograma do menu Analyze, que mostra a distribuição da intensidade dos pixels na área de matéria branca selecionada. Clique na caixa Ao Vivo para garantir que o histograma avalie a área selecionada. O gráfico no histograma deve mostrar uma distribuição normal de intensidade.
- Calcule o intervalo de intensidade da matéria branca da seguinte forma:
Limite inferior = intensidade média - (desvio padrão de 3**
Limite superior = intensidade média + (desvio padrão de 3** ) - Abra a ferramenta Limiar do menu Imagem, seguida pela função Ajustar. Especifique o intervalo calculado a partir da etapa anterior. Marque apenas a função de fundo escuro e especifique a anotação em preto e branco B&W da lista de gotas e clique em aplicar. A máscara para matéria branca presente dentro do disco óptico aparecerá.
- Usando a ferramenta de seleção de laços(Plugin | | de segmentação Ferramenta laço), selecione a área preta representando o disco óptico.
- Use a função Medir a partir da barra de menu Analisar, que calculará a área marcada pela função limiar em mm.
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Representative Results
A razão copo/disco para um paciente do sexo masculino de 30 anos que se apresentou para um exame de oftalmologia de checkup foi de 0,8 (Figura 1A), o que é suspeito e pode ser sugestivo de glaucoma. Ao realizar uma tomografia de coerência óptica para espessura da camada de fibra nervosa, descobrimos que a espessura do nervo estava dentro dos limites normais para a idade(Figura 1B). O paciente foi agendado para uma ressonância magnética em órbita, onde um corte coronal para avaliação do nervo óptico foi ordenado e realizado de acordo com o protocolo acima mencionado.
Obtivemos um corte de ressonância magnética coronal, 3 mm atrás do disco óptico. A intensidade média da matéria branca foi de 94.372 (SD 7.085), o que resultou na faixa de intensidade da matéria branca de:
Menor limite = 94.372 - 21.255 = 73.117
Limite superior = 94.372 + 21.255 = 115.627
A Figura 2 mostra a imagem coronal(Figura 2A),a imagem coronal após a aplicação do limiar de matéria branca utilizando os limites superiores e inferiores calculados(Figura 2B),e a matéria branca do nervo óptico para quantificação(Figura 2C). A área transversal para a matéria branca do nervo óptico esquerdo foi de 6,9 mm2 (0,069 cm2), que está dentro dos limites normais para sua idade, como mostra a Tabela 1.
Figura 1: Imagem fundus mostrando alta relação copo/disco, o que pode ser sugestivo de glaucoma(A). Uma tomografia óptica de coerência para a camada de fibra nervosa (NFL) mostrando um dentro dos limites normais NFL(B). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Imagem de ressonância magnética suprimida de gordura coronal T2 obtida perpendicular ao nervo óptico 3 mm atrás do disco óptico(A). O mesmo corte coronal após a aplicação de uma faixa de limiar pré-calculada(B). A matéria branca do nervo óptico(C). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Estudar | Tamanho da amostra | Idade (Anos) | Área transversal média (mm2) | Sequência de imagens |
| Bäuerle, 2013. 10 | 15 | Média (SD) 24,5 ± 0,8 | 5.69 ± 0,77 | Sequência de eco de giro turbo (TSE) ponderada por T2 |
| Wang 2012. 11 | 21 | Média (SD) 51,6±12,0 | 5.03 ± 0.35 | Sequência de echo de rotação rápida de recuperação rápida (FRFSE) ponderada por T2 |
| Weigel, 2006. 12 | 32 | Média (intervalo) 25 (22-39) | 5.7 ± 0.6 | Sequência de eco de giro turbo (TSE) ponderada por T2 |
| Yiannakas, 2013. 13 | 8 | Média (intervalo) 31 (29-33) | 6.2 (1.3) | T2-fat-suprimido |
| Al-Haddad, 2018. 14 | 211 | Mediana (interquartil) 8,6 (3,9-13,3) | 4.0 ± 0.20 * | Sequência de recuperação de inversão ponderada por T1 |
| *Calculado utilizando-se o diâmetro do nervo óptico fornecido. | ||||
A Tabela 1 mostra a faixa normal de diâmetro transversal do nervo óptico através da ressonância magnética 3mm do globo, como encontrado por estudos anteriores.
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Discussion
Descrevemos um protocolo para avaliar e quantificar a matéria branca do nervo óptico que poderia ser usada para avaliação do paciente com glaucoma. O protocolo usa sequências de imagem amplamente disponíveis para aquisição de imagens, e usa o software Fiji de código aberto para análise de imagens. Padronizamos os parâmetros de imagem que antes eram considerados mais precisos e altamente reprodutíveis na aquisição de imagens de nervo óptico, incluindo pedir ao paciente para se fixar em frente, usando T2 com sequência de supressão de gordura, e capturando a área transversal 3 mm atrás do globo. Além disso, descrevemos um método detalhado de análise de imagens que elimina a segmentação manual e corrige a variabilidade do sinal entre os pacientes. A importância deste protocolo é que ele elimina a variação na segmentação da Região de Interesse (ROI) pelo radiologista, que geralmente é a principal fonte de erro na avaliação do nervo óptico na ressonância magnética12. Enquanto tentamos fornecer dados normativos para a área transversal do nervo óptico com a Tabela 1,mais dados usando o protocolo padrão descrito são necessários para o uso e comparação em ambientes clínicos. Esses dados precisam acomodar diferentes faixas etárias devido à variação etária no tamanho do nervo óptico, conforme mostrado na Tabela 1. Tal variação não é evidente entre os sexos15,mas foi recentemente sugerida estar presente para erro refrativo16.
Estudos anteriores aplicaram diferentes metodologias para quantificação da matéria branca do nervo óptico, e eles usaram principalmente o software presente em sua estação de trabalho para análise de imagem. Estudos iniciais sobre avaliação do nervo óptico adotaram uma abordagem de quantificação baseada na área transversal, utilizando segmentação manual por técnicos ou radiologistas12,17. Wang et al. também utilizaram segmentação manual da área transversal do nervo óptico em diferentes distâncias do globo para correlação com 11de outubro . Omodaka et al. utilizaram a área transversal média no corte coronal e o comprimento do nervo óptico do disco para o quiasmo óptico no corte axial através da anotação manual para extrair indicadores do nervo óptico para correlação com OCT8. Apesar de estar correlacionado com a OCT, a reprodutibilidade deste método pode não produzir a precisão necessária para avaliação longitudinal do nervo óptico. Ramli et al. quantificaram o volume do nervo óptico através da segmentação manual do sinal isointense em todas as seções axiais 5, uma abordagem que pode perder a matéria do nervo óptico não capturada pelas próprias seções axiais, erro humano durante a segmentação manual da imagem, ou mesmo na determinação do comprimento do nervo óptico a ser incluído na avaliação de quantificação.
Enquanto diferentes estudos utilizaram a avaliação da área transversal do nervo óptico, eles diferem na distância das medições do globo. Wang et al. avaliaram 3 mm, 9 mm e 15 mm atrás do globo, e descobriram que a avaliação transversal de 3 mm tinha a maior correlação com a pressão intraocular11. Bäuerle et al. analisaram a reprodutibilidade da avaliação do nervo óptico na ressonância magnética a 3 mm e 5 mm atrás do globo, e encontraram uma boa avaliação para ambos os casos10. Lagrèze et al. mediram a área transversal 5 mm, 10 mm e 15 mm atrás do globo e descobriram que a avaliação transversal foi mais precisa na área transversal de 5 mm em comparação com medições mais distantes do globo17. Neste protocolo, utilizou-se uma ressonância magnética de 3 T para aquisição de imagens, onde seu uso na avaliação do nervo óptico foi previamente considerado superior a 1,5 T RM18,19. A ressonância magnética 7 T cada vez mais utilizada também pode fornecer resultados superiores, mas também exigirá seus valores normativos. Em relação à sequência de ressonância magnética utilizada, utilizamos a sequência de supressão de gordura T2, principalmente devido à sua ampla disponibilidade e sua capacidade inerente de delinear o nervo óptico ao redor do CSF após a eliminação da gordura intraconal circundante. Estudos anteriores utilizaram outras sequências com resultados confiáveis, incluindo a sequência de spin-echo turbo de tiro único half-Fourier (HASTE) e a sequência de Difusão Tensor Imaging (DTI)7,12, que pode não estar amplamente disponível.
Um aspecto importante a ser considerado durante a aquisição de imagem é garantir que o paciente esteja se fixando em um alvo reto, pois fixar-se em um alvo não-reto durante a imagem produzirá uma quantificação do nervo óptico não precisa12. A fixação em OCT é monocular em um alvo próximo, exigindo que o paciente tenha boa acuidade visual no olho a ser avaliado para ver o alvo próximo com um olho, enquanto para a ressonância magnética o alvo está mais distante, a fixação é binóculo, e requer menos demandas visuais. No entanto, a fixação ainda pode ser um problema para pacientes que têm alto erro de refração ou visão ruim. Embora o uso da Ressonância Magnética para avaliar e acompanhar pacientes com glaucoma possa não ser viável na presença de técnicas de imagem de baixo custo e mais simples, incluindo o OCT, a ressonância magnética pode ser útil em situações especiais em que o OCT não fornece dados conclusivos, ou o próprio OCT não pode ser obtido, como na presença de opacidade medial ocular significativa. Além disso, o protocolo descrito pode ser usado quando a ressonância magnética é justificada em casos de neuropatia óptica inexplicável para excluir causas secundárias20,21.
Uma das principais limitações deste protocolo é a incapacidade de avaliar pacientes que não conseguem se fixar adequadamente, incluindo pacientes com baixa acuidade visual em ambos os olhos. Nesse sentido, o uso de estímulos sonoros melhorará a qualidade da fixação durante a aquisição de imagem22. Além disso, como uma nova metodologia, estudos futuros são necessários para retratar valores normais para áreas transversais baseadas em ressonância magnética para a matéria branca do nervo óptico. A importância de estabelecer valores normais é ainda mais enfatizada pelo fato de que o nervo óptico também é composto de quantidade significativa de tecido conjuntivo23, um tecido que não tem habilidades funcionais semelhantes às fibras nervosas. Embora a quantificação da espessura da camada de fibra do nervo óptico em OUTUBRO possa fornecer uma falsa impressão do tecido nervoso remanente devido à inclusão de tecido conjuntivo no processo de quantificação24, tal falsa impressão não está presente neste método de quantificação baseado em ressonância magnética. Artefatos de movimento também podem levar ao desfoque em imagens, especialmente sobre o movimento dos olhos durante o exame. Embora deva ser evitado durante a imagem, o estabelecimento da faixa de matéria branca reduzirá o impacto de tais artefatos na precisão da quantificação da matéria branca do nervo óptico, uma vez que as alterações causadas pelo artefato de movimento na matéria branca cerebral são quase como a matéria branca do nervo óptico.
A principal força do protocolo atual é a eliminação de diferenças intermédicos durante a quantificação do nervo óptico, mesmo quando realizada por médicos ou técnicos não especializados. Além disso, ele usou um software de código aberto amplamente disponível para análise de imagens. Embora não seja viável fazer uma ressonância magnética dedicada para quantificação do nervo óptico, especialmente na presença do OCT, recomenda-se realizar este protocolo durante a ressonância magnética feita para outros fins, incluindo a exclusão de causas secundárias de neuropatia óptica e glaucoma.
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Disclosures
Todos os autores não declaram conflito de interesses.
Acknowledgments
Gostaríamos de agradecer a Faris Haddad e Hasan El-Isa por sua importante contribuição em filmagens e desenvolvimento de vídeo.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Magnetic resonance imaging (MRI) machine | Siemens Magnetom Verio | N/A | 3T MRI scanner |
References
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