2018년 6월 9일
이 종이 체적 MRI 데이터 분석, 뇌 위축 premanifest Huntington의 질병에에서 시작 될 때 "변화 포인트"를 식별에 대 한 통계 모델을 설명 합니다. 전체 뇌 매핑 변경 포인트의 T1 가중치 이미지의 아틀라스 기반 분할 파이프라인을 사용 하 여 얻은 뇌 볼륨을 기반으로 이루어집니다.
이 이미지 분석 파이프라인의 전반적인 목표는 T1 가중치 MR 이미지의 정량적 체적 분석을 수행하고 신경퇴행성 질환에서 뇌 위축이 시작될 때 중요한 변화 지점을 식별하는 것입니다. 이 방법은 신경퇴행성 질환 진행 중 뇌 해부학적 변화에 대한 정량적 분석에서 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 헌팅턴병에서 뇌 위축의 순서와 패턴
이 있습니다.이 기술의 주요 장점은 Atlas 기반 세분화와 변화점 분석의 결합을 통해 많은 연구 모집단에서 뇌 퇴화에 대한 고유한 공간적 시간 정보를 얻을 수 있다는 것입니다. 뇌 MRI의 체적 분석은 원격 계산 및 웹 기반 사용자 인터페이스를 통해 완전 자동화된 이미지 분할 및 정량화를 제공하는 MRICloud에 의해 이루어졌습니다. 뇌 MRI의 변화점 분석은 뇌 전체의 질병 진행에 대한 체계적인 관점을 제공합니다.
이 기술의 응용은 다양한 신경 퇴행성 질환으로 확장됩니다. 이 절차를 시작하려면 3차원 T1 가중치 영상을 공급업체별 DICOM 형식에서 분석된 형식으로 변환하십시오. 두 번 클릭하여 Dcm2Analyze.exe 엽니다.
팝업 창이 열립니다. 입력 DICOM 데이터 디렉터리 경로를 입력으로 지정하고, 분석된 이미지 파일 경로와 이름을 출력값으로 지정합니다. 그런 다음 이동을 클릭하여 변환을 완료합니다.
MRICloud를 사용한 MultiAtlas 기반 T1 이미지 분할의 경우 BrainGPS에 로그인하고 기본 메뉴에서 분할 도구를 선택합니다. 세분화에는 단일 T1 이미지 분할을 위한 T1-MultiAtlas와 배치 처리를 위한 T1-MultiAtlas Batch의 두 가지 옵션이 있습니다. 분석된 여러 이미지 파일을 ZIP 파일로 압축하여 T1-MultiAtlas Batch API에서 작업을 제출한 다음 zip을 클릭하여 ZIP 파일을 업로드합니다.
이제 필수 필드를 입력합니다. 처리 서버(processing server)에서 컴퓨터 해부학 과학 게이트웨이(Computational Anatomy Science Gateway)를 선택합니다. 슬라이스 유형의 경우 Sagittal, Axial 또는 Axial로 변환된 Sagittal 중에서 선택합니다.
MultiAtlas 라이브러리의 경우 사용자 데이터와 가장 가까운 연령 범위를 가진 Atlas 라이브러리를 선택하여 세분화 정확도를 최적화합니다. 내 작업 현황을 통해 작업 현황을 확인할 수 있습니다. 작업이 완료되면 사용자가 세분화 결과를 ZIP 파일로 다운로드할 수 있는 결과 다운로드 버튼이 나타납니다.
결과는 개별 폴더에 저장됩니다. 결과 보기 버튼을 클릭하여 결과를 시각화합니다. 웹 페이지가 시각화 인터페이스로 전환됩니다.
분할 맵의 Axial, Sagittal 및 Coronal 보기는 T1 가중 해부학적 이미지에서 겹쳐집니다. 분절된 뇌 구조의 3D 렌더링이 왼쪽 상단 창에 표시됩니다. 오버레이 세분화 맵의 색상은 구조 볼륨의 z-점수를 나타냅니다.
오버레이 켜기/끄기, 오버레이의 불투명도, 확대 및 축소, 오른쪽 상단 패널에서 슬라이스 위치를 포함한 시각화 옵션을 조정합니다. 집단의 뇌 용적을 얻기 위해 배치 처리를 수행하려면 사내 MATLAB 프로그램을 사용하여 개별 뇌 용적을 추출하고 스프레드시트에 결합하십시오. MATLAB에서 main을 실행합니다.
m이 표시되고 GUI가 나타납니다. MRICloud에서 T1 볼륨 추출(T1 volume extraction from MRICloud) 패널에서 다운로드한 세분화 결과가 저장되는 스터디 디렉토리, 다단계 조회 테이블 파일 경로 및 파일 이름을 포함한 입력을 지정합니다. 볼륨 데이터가 기록될 스프레드시트 파일의 출력 디렉토리를 지정합니다.
extract volume(볼륨 추출) 버튼을 클릭하여 분석을 실행합니다. 성공적으로 완료되면 메시지가 표시됩니다. 결과는 스프레드시트에서 확인할 수 있으며, 행에는 개별 주제 데이터가 포함되고 열에는 여러 해부학적 세분성으로 정의된 이러한 개인의 구조적 볼륨이 포함됩니다.
개별 뇌 구조의 변화 지점을 계산하려면 동일한 MATLAB GUI를 사용하십시오. Change-Point Analysis 패널에서 다중 레벨 볼륨 데이터 및 연관된 진단 정보를 포함하는 스프레드시트를 지정하십시오. 그런 다음 변경 지점 결과가 기록될 출력 텍스트 파일의 디렉터리를 지정합니다.
그런 다음 드롭다운 상자에서 세분성 수준과 온톨로지 정의 유형을 선택하면 변경 지점 분석이 수행됩니다. 또한 변화점 분석에 사용할 주요 억제인자(예: 헌팅턴병에 대한 CAP 점수)를 선택합니다. 변경 지점 계산 버튼을 클릭하여 분석을 수행하면 결과 변경 지점이 사용자 정의 출력 Excel 파일에 저장됩니다.
MATLAB GUI에서 변화 지점에 대한 통계적 평가를 수행하려면 치환의 개수와 부트스트랩의 개수를 포함하여 통계 테스트의 파라미터를 지정하십시오. 통계 테스트 단추를 클릭하여 테스트를 실행합니다. 이 단계가 끝나면 치환 테스트의 p-값과 부트스트랩 연산의 평균 및 표준 편차가 출력 텍스트 파일에 추가 열로 기록됩니다.
선택적으로, 변경 지점을 브레인과 3차원 공간에 매핑하려면 변경 지점 매핑을 클릭합니다. 이 단계가 끝나면 T1 가중치 이미지 위에 놓여 변경 지점 맵이 생성되고 시각화됩니다. 여기에 표시된 것은 여러 세분성 수준에서 Atlas 기반 전체 뇌 세분화의 대표적인 결과입니다.
다단계 분할 맵의 축 방향 및 코로나 보기는 T1 가중치 해부학적 이미지에 오버레이됩니다. 반구, 대뇌 핵, 대뇌 핵의 기저 신경절, 기저 신경절의 선조체 및 구상 팔리두스, 선조체의 putamen 및 caudate 사이의 계층 적 해부학 적 관계가 3-D로 설명되어 있습니다. 여기서 산점도는 이러한 구조의 변화점 분석을 보여주며, 여기서 파란색 점은 연령, 성별 및 두개간 부피를 보정한 후 체적 데이터의 z-점수를 나타냅니다.
검은색 곡선은 변화 지점에 따른 CAP 점수로 회귀된 적합된 z-점수이며, 빨간색 선은 변화 지점의 위치를 나타냅니다. 다음은 여러 세분성 수준의 전체 브레인 변화점 맵입니다. 중요한 변화점을 보여주는 영역은 T1 가중치가 측정된 이미지에 매핑되며, 색상은 CAP 점수 단위로 변화점 값을 나타냅니다.
일단 마스터하면 이 절차는 클라우드 리소스의 가용성에 따라 이미지 세분화 부분에 대해 몇 시간 안에 완료할 수 있습니다. 그리고 변경 지점 분석을 위해 몇 시간이 더 소요되며, 이는 해부학적 세분성의 사용자 정의 수준에 따라 달라집니다. 이 절차를 시도하는 동안 변화 지점 분석을 진행하기 전에 항상 원본 이미지의 품질과 이미지 분할의 정확도를 확인하는 것이 중요합니다.
개발 후 이 기술은 의료 이미지 분석 분야의 연구자들이 신경 퇴행성 질환에 대한 대규모 MRI 연구에서 전뇌 해부학적 변화와 공간적 시간 패턴을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다. 이 비디오를 시청하고 나면 T1 가중치 영상의 자동 분할을 수행하는 방법과 MATLAB GUI를 사용하여 측광 데이터의 변화 지점 분석을 실행하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.
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본 연구는 전조 증상 발현 전 헌팅턴병에서 뇌 위축의 시작 시점을 식별하기 위해 용적 MRI 데이터를 분석하는 통계적 모델을 제시합니다. 이 방법은 아틀라스 기반 분할 파이프라인을 활용하여 뇌 용적 변화 지점의 전뇌 매핑을 수행합니다.
이 방법은 지역적 뇌 위축의 통계적으로 유의미한 변곡점을 식별함으로써, 바이오 제약 R&D 팀이 신경퇴행성 질환의 초기 구조적 바이오마커를 검출할 수 있게 합니다. 전뇌 분할 및 변화점 분석을 통해 위축의 시공간적 진행을 매핑함으로써, 이 접근 방식은 전임상 프로그램의 타겟 검증 및 기전적 리스크 감소를 지원합니다. 또한, 중추신경계(CNS) 신약 개발의 go/no-go 결정 및 포트폴리오 우선순위 선정에 정보를 제공할 수 있는 정량적이고 재현 가능한 판독값을 제공합니다.
이 방법은 초기 타겟 검증부터 전임상 개발에 이르는 발견 연속체(discovery continuum)에 통합되어, 신경퇴행성 질환 모델의 해부학적 변화를 모니터링할 수 있는 확장 가능한 접근 방식을 제공합니다.