Methodenartikel

Kwantificering van het dwarsdoorsnedegebied van de oogzenuw op MRI: een nieuw protocol met Fiji-software

DOI:

10.3791/62752

⸱

4 september 2021

 ,  ,  ,  , 
1Department of Radiology and Nuclear Medicine, The University of Jordan, 2Department of Special Surgery, The University of Jordan, 3Medical student, School of medicine, The University of Jordan

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

We hebben een gedetailleerd protocol geleverd voor een gestandaardiseerde methode voor het beoordelen en kwantificeren van oogzenuwen met behulp van MRI, met behulp van een breed beschikbare beeldvormingssequentie en open access software voor beeldanalyse. Het volgen van dit gestandaardiseerde protocol zou zinvolle gegevens opleveren voor vergelijking tussen verschillende patiënten en verschillende studies.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Oogzenuwbeoordeling is een belangrijk aspect van glaucoomdiagnose en follow-up. Dit project beschrijft een protocol voor een uniforme methodologie van cross-sectionele beoordeling en kwantificering van oogzenuwen met behulp van 3 T MRI voor beeldverwerving en ImageJ's Fiji-software voor beeldverwerking kwantificering. Beeldverwerving werd uitgevoerd met behulp van 3 T MRI, met de juiste instructies voor de patiënt om een rechte fixatie tijdens de beeldvorming te garanderen. Er werd een T2-gewogen vet onderdrukte sequentie gebruikt. Een coronale snede die 3 mm achter de bol en loodrecht op de oogzenuwas wordt genomen, moet naar de software worden geüpload. Met behulp van de drempelfunctie wordt het wittestofgebied van de oogzenuw geselecteerd en gekwantificeerd, waardoor inter-individuele meetbias wordt geëlimineerd. We beschreven ook de normale limieten voor het dwarsdoorsnedegebied van de oogzenuw op basis van leeftijd, gebaseerd op eerder gepubliceerde literatuur. We gebruikten het beschreven protocol om de oogzenuw van een vermoedelijke glaucoompatiënt te beoordelen. Het dwarsdoorsnedegebied van de oogzenuw bleek binnen de normale grenzen te liggen, een bevinding die verder werd bevestigd via optische coherentietomografie van de oogzenuw.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Glaucoom is een optische neuropathie die wordt beschouwd als de meest voorkomende oorzaak van onomkeerbare blindheid1. Desondanks wordt het nog steeds slecht begrepen in termen van zijn pathofysiologie en diagnose, zonder enkele standaardreferentie voor het vaststellen van de diagnose2. Volgens het National Institute for Health and Care Excellence (NICE) vereist de diagnose van primair openhoekglaucoom (POAG) de beoordeling van meerdere domeinen, waaronder optische discbeoordeling op fundusonderzoek of optische coherentietomografie (OCT) beeldvorming, visuele veldbeoordeling en intraoculaire drukmeting 3. Het idee achter het diagnosticeren van glaucoom is het vaststellen van de aanwezigheid van vorderende optische neuropathie, wat op OCT4in grote hoeveelheden kan worden gedaan . In dit opzicht kan MRI ook worden gebruikt voor de beoordeling van de oogzenuw en de kwantificering van het wittestofgebied5, maar om dit klinisch zinvol te maken, moet het protocol dat wordt gebruikt bij de kwantificering van witte stof van de oogzenuw worden gestandaardiseerd. Bovendien moet een protocol ook rekening houden met inter-individuele variatie, een factor die de nauwkeurigheid bij verschillende ziekten kan beïnvloeden6.

De beoordeling van de oogzenuw bij glaucoom wordt optimaal beoordeeld via oftalmische beeldvorming, waaronder OCT, waarbij het meest voorste deel van de oogzenuw (bijv. optische schijf) wordt beoordeeld. Aan de andere kant beoordeelt het gebruik van MRI voor de beoordeling van de oogzenuw meestal het retrobulbar-deel van de oogzenuw op verschillende afstanden van de wereldbol. Verschillende studies vonden een sterke correlatie tussen optische schijfbeoordeling met oct en MRI7,8. Er is echter nog steeds geen uniform protocol voor de beoordeling en kwantificering van oogzenuwen op MRI. Het aangeven van de oogzenuwgrens op MRI is gebruikt om het dwarsdoorsnedegebied te kwantificeren5. Deze methode heeft echter aanzienlijke variabiliteit tussen de beoordelaars, omdat deze moet worden uitgevoerd door een ervaren beoordelaar en veel tijd kost om te bieden. Het doel van het huidige project was om een protocol te bieden voor een uniforme methodologie voor cross sectionele beoordeling en kwantificering van oogzenuwen met behulp van 3 T MRI voor beeldverwerving en ImageJ's Fiji-software voor beeldverwerking en kwantificering.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De volgende studie werd goedgekeurd door de onderzoekscommissie en de institutionele beoordelingscommissie van het University of Jordan Hospital. Het volgende protocol beschrijft de beeldvormingstechniek die wordt gebruikt om MRI-beelden te verkrijgen, gevolgd door beeldverwerking en kwantificering van de oogzenuw met behulp van Fiji-software.

1. MRI-beeldverwerving

OPMERKING: MR-beeldverwerving werd gedaan met behulp van een MRI van 3 Tesla (3 T) om multiplanaire T2-gewogen vetonderdrukkingssequentie uit te voeren (Tabel van materialen).

  1. Leg het onderzoek volledig uit aan de patiënt. Hieronder vindt u instructies en uitleg die aan de patiënt moeten worden vermeld.
    1. Leg de patiënt uit dat ze zich moeten omkleden en een speciale jurk moeten dragen voor beeldvorming.
    2. Laat patiënten versleten eyeliner verwijderen omdat het artefacten kan produceren (vooral bij 3 T) als gevolg van elektrische geleidbaarheid van het titaniumoxidepigment.
    3. Zorg ervoor dat de patiënt geen contra-indicaties heeft om MRI-beeldvorming uit te voeren9:
      1. Vraag de patiënt naar metalen materialen, waaronder gezichtsmaskers, piercings, kunstmatige ledematen, magnetische tandheelkundige implantaten, aneurysmaclips van de cerebrale slagader.
      2. Vraag de patiënt naar metalen intraoculaire vreemde voorwerpen. Vraag hiervoor aan de patiënt of hij heeft gelast zonder de juiste beschermende uitrusting.
      3. Vraag de patiënt naar implanteerbare apparaten die mogelijk niet compatibel zijn met MRI, waaronder pacemakers en insulinepompen, pijnstillende geneesmiddelen of chemotherapiepompen. Daarnaast zijn cochleaire implantaten/oorimplantaten, implanteerbare neurostimulatiesystemen, implanteerbare neurostimulatiesystemen, katheters met metalen componenten, allemaal gecontra-indiceerd.
      4. Vraag de patiënt naar het metalen vreemde lichaam dat in zijn lichaam achterbleef. Dit omvat kogels, shotgun pellets en metalen granaatscherven
      5. Vraag de patiënt naar chirurgische clips of draad hechtingen, gewrichtsvervanging of prothese, inferieur vena cava (IVC) filter, oculaire prothese, stents of intra-uterien apparaat.
      6. Vraag de patiënt of hij de afgelopen 6 weken een tatoeage heeft gekregen.
      7. Vraag de patiënt of hij in de afgelopen acht weken een colonoscopieprocedure heeft ondergaan.
      8. Vanwege de beperkte ruimte van de MRI-machine, vraag de patiënt of ze claustrofobie hebben.
        OPMERKING: Problemen kunnen worden gevonden bij patiënten met een hoge body mass index (BMI).
    4. Leg de patiënt uit dat het onderzoek naar verwachting 15 minuten duurt, waarbij de patiënt stil moet blijven staan.
  2. Na het invullen van de instructies en ervoor te zorgen dat de patiënt het onderzoek volledig begrijpt, verkrijgt u een ondertekende toestemming.
  3. Leg tijdens het verkrijgen van MRI-beelden de patiënt in de MRI-machine en fixeer op een recht doel tijdens de beeldvorming zonder enige hoofdbeweging. Voor patiënten met een slechte gezichtsscherpte, gebruik een geluidsprikkel om fixatie te optimaliseren. Uitgebreidere methoden voor fixatie omvatten het sluiten van één oog, het gebruik van een fixatiedoel centraal in de vorm van een LCD-scherm dat van kleur verandert en het gebruik van oculaire smeermiddelen.
  4. Zorg ervoor dat de patiënt zich ervan bewust is dat er een knijpknop is die kan worden ingedrukt als ze iets nodig hebben in de MRI-machine. Hoewel een hoofdspoel kan worden gebruikt, kunnen een oogspoel en een orbitale spoel meer geschikt zijn voor oogheelkundige beeldvorming.
  5. Voer de volgende parameters in voor beeldverwerving: een T2-gewogen vetonderdrukkingssequentie (TR = 3000 milliseconden; TE = 90 milliseconden; TE = 100; gezichtsveld = 16 cm×16 cm; matrix = 296*384; plakdikte = 3 mm; snijopening = 0,3 mm). Het uiteindelijke geanalyseerde beeld was een schuin coronaal beeld 3 mm achter de wereldbol. Het is belangrijk op te merken dat hoewel T2-gewogen vetonderdrukkingssequentie over het algemeen wordt gebruikt voor beeldvorming van de oogzenuw, andere sequenties kunnen worden gebruikt, waaronder T2 snelle spin echo-beeldvorming.
  6. Neem een coronale snede van de oogzenuw orthogonale (d.w.z. loodrecht) op de zenuw 3 mm posterieure naar de wereldbol. Gebruik scoutbeelden in de transversale en schuine sagittale vlakken om een optimale oogzenuwrichting en optische zenuwbolsplitsingspositionering te garanderen.
  7. Beoordeel de kwaliteit van de blikfixatie door CSF-verdeling rond de oogzenuw, waar deze gelijkmatig over de oogzenuw moet worden verdeeld met bijna gelijke dikte aan alle zijden.
  8. Herhaal het proces om de oogzenuw voor de andere kant in beeld te brengen.

2. Beeldanalyse

  1. Download Fiji beeldverwerkingspakket van (https://imagej.net/Fiji).
  2. Upload de coronale afbeelding van de oogzenuw naar ImageJ Fiji-software voor analyse door op Bestand te klikken in de menubalk, gevolgd door de knop Openen. Kies de te verwerken coronale afbeelding. Breng de afbeeldingen over naar Fiji-software zonder de beeldkwaliteit te verliezen tijdens de overdracht, omdat verlies van beeldkwaliteit zal leiden tot onbetrouwbare resultaten van beeldanalyse.
  3. Standaardiseer de schaal door het aantal pixels per lengte-eenheid op te geven door een rechte lijn op de kaartschaal te tekenen. Kies vervolgens Schaal instellen in de menubalk Analyseren. Geef de lengte van de lijn op zoals deze op de kaartschaal wordt weergegeven met de juiste lengte-eenheid (d.w.z. meestal mm).
  4. Converteer de afbeelding naar een grijswaarden met behulp van het afbeeldingsmenu en kies vervolgens Tekst en 8-bits.
  5. Kwantificeer het intensiteitsbereik van wittestofpixels.
    1. De lassoselectietool gebruiken (Plugin | Segmentatie | Gereedschap Lasso), selecteert u een voldoende wit gebied en zorg ervoor dat het grijze-stofgebied niet wordt opgenomen tijdens de selectie. We ontdekten dat een totaal geselecteerd witstofgebied van ongeveer 1000 pixels voldoende is. Gebruik het gereedschap Analyseren en meten om het geselecteerde gebied te kwantificeren.
  6. Toon het gereedschap Histogram in het menu Analyseren, dat de verdeling van de intensiteit van pixels in het geselecteerde witstofgebied weergeeft. Klik op het vak Live om er zeker van te zijn dat het histogram het geselecteerde gebied beoordeelt. De grafiek op het histogram moet een normale verdeling van de intensiteit laten zien.
  7. Bereken het intensiteitsbereik van witte stof als volgt:
    Ondergrens = gemiddelde intensiteit - (3* standaarddeviatie)
    Bovengrens = gemiddelde intensiteit + (3* standaarddeviatie)
  8. Open het gereedschap Drempel in het menu Afbeelding, gevolgd door de functie Aanpassen. Geef het bereik op dat is berekend op basis van de vorige stap. Vink alleen de donkere achtergrondfunctie aan en geef zwart-wit annotatie B&W op in de lijst met neerzetten en klik vervolgens op toepassen. Het masker voor witte stof in de optische schijf verschijnt.
  9. De lassoselectietool gebruiken (Plugin | Segmentatie | Gereedschap Lasso), selecteert u het zwarte gebied dat de optische schijf vertegenwoordigt.
  10. Gebruik de functie Meten op de menubalk Analyseren, waarmee het gebied wordt berekend dat wordt gemarkeerd door de drempelfunctie in mm.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De cup-disc ratio voor een 30-jarige mannelijke patiënt die zich presenteert voor een controle oftalmologisch onderzoek was 0,8 (figuur 1A), wat verdacht is en mogelijk wijst op glaucoom. Bij het uitvoeren van een optische coherentietomografie voor de dikte van zenuwvezellagen, ontdekten we dat de zenuwdikte binnen de normale grenzen voor leeftijd lag (Figuur 1B). De patiënt werd ingepland voor een mri in een baan om de aarde, waarbij een coronale snee voor de b...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

We beschreven een protocol om witte stof van de oogzenuw te beoordelen en te kwantificeren die kan worden gebruikt voor de beoordeling van glaucoompatiënten. Het protocol maakt gebruik van algemeen beschikbare beeldsequenties voor beeldverwerving en maakt gebruik van de open-source Fiji-software voor beeldanalyse. We hebben de beeldparameters gestandaardiseerd die voorheen het meest nauwkeurig en zeer reproduceerbaar bleken te zijn bij het verkrijgen van oogzenuwbeelden, waaronder het vragen van de patiënt om recht vooru...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle auteurs verklaren geen belangenverstrengeling.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

We willen Faris Haddad en Hasan El-Isa bedanken voor hun belangrijke bijdrage aan videofilmen en ontwikkeling.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Magnetische resonantie beeldvorming (MRI) apparaatSiemens Magnetom VerioN/A3T MRI-scanner

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Quigley, H. A., Broman, A. T. The number of people with glaucoma worldwide in 2010 and 2020. The British Journal of Ophthalmology. 90 (3), 262-267 (2006).
  2. Weinreb, R. N., Aung, T., Medeiros, F. A. The pathophysiology and treatment of glaucoma: a review. JAMA. 311 (18), 1901-1911 (2014).
  3. Overview | Glaucoma: diagnosis and management | Guidance | NICE. , Available from: https://www.nice.org.uk/guidance/ng81 (2021).
  4. Michelessi, M., et al. Optic nerve head and fibre layer imaging for diagnosing glaucoma. The Cochrane Database of Systematic Reviews. (11), 008803(2015).
  5. Ramli, N. M., et al. Novel use of 3T MRI in assessment of optic nerve volume in glaucoma. Graefe's Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology. 252 (6), 995-1000 (2014).
  6. AlRyalat, S. A., Muhtaseb, R., Alshammari, T. Simulating a colour-blind ophthalmologist for diagnosing and staging diabetic retinopathy. Eye. , 1-4 (2020).
  7. Chang, S. T., et al. Optic Nerve Diffusion Tensor Imaging Parameters and Their Correlation With Optic Disc Topography and Disease Severity in Adult Glaucoma Patients and Controls. Journal of Glaucoma. 23 (8), 513-520 (2014).
  8. Omodaka, K., et al. Correlation of magnetic resonance imaging optic nerve parameters to optical coherence tomography and the visual field in glaucoma. Clinical & Experimental Ophthalmology. 42 (4), 360-368 (2014).
  9. Ghadimi, M., Sapra, A. Magnetic Resonance Imaging Contraindications. StatPearls. , (2021).
  10. Bäuerle, J., Schuchardt, F., Schroeder, L., Egger, K., Weigel, M., Harloff, A. Reproducibility and accuracy of optic nerve sheath diameter assessment using ultrasound compared to magnetic resonance imaging. BMC Neurology. 13 (1), 187(2013).
  11. Wang, N., et al. Orbital Cerebrospinal Fluid Space in Glaucoma: The Beijing Intracranial and Intraocular Pressure (iCOP) Study. Ophthalmology. 119 (10), 2065-2073 (2012).
  12. Weigel, M., Lagrèze, W. A., Lazzaro, A., Hennig, J., Bley, T. A. Fast and Quantitative High-Resolution Magnetic Resonance Imaging of the Optic Nerve at 3.0 Tesla. Investigative Radiology. 41 (2), 83-86 (2006).
  13. Yiannakas, M. C., Toosy, A. T., Raftopoulos, R. E., Kapoor, R., Miller, D. H., Wheeler-Kingshott, C. A. M. MRI Acquisition and Analysis Protocol for In Vivo Intraorbital Optic Nerve Segmentation at 3T. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 54 (6), 4235-4240 (2013).
  14. Al-Haddad, C. E., et al. Optic Nerve Measurement on MRI in the Pediatric Population: Normative Values and Correlations. American Journal of Neuroradiology. 39 (2), 369-374 (2018).
  15. Mncube, S. S., Goodier, M. Normal measurements of the optic nerve, optic nerve sheath and optic chiasm in the adult population. South African Journal of Radiology. 23 (1), 7(2019).
  16. Nguyen, B. N., et al. Ultra-High Field Magnetic Resonance Imaging of the Retrobulbar Optic Nerve, Subarachnoid Space, and Optic Nerve Sheath in Emmetropic and Myopic Eyes. Translational Vision Science & Technology. 10 (2), (2021).
  17. Lagrèze, W. A., et al. Retrobulbar Optic Nerve Diameter Measured by High-Speed Magnetic Resonance Imaging as a Biomarker for Axonal Loss in Glaucomatous Optic Atrophy. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 50 (9), 4223-4228 (2009).
  18. Nielsen, K., et al. Magnetic Resonance Imaging at 3.0 Tesla Detects More Lesions in Acute Optic Neuritis Than at 1.5 Tesla. Investigative Radiology. 41 (2), 76-82 (2006).
  19. Mafee, M. F., Rapoport, M., Karimi, A., Ansari, S. A., Shah, J. Orbital and ocular imaging using 3- and 1.5-T MR imaging systems. Neuroimaging Clinics of North America. 15 (1), 1-21 (2005).
  20. Gala, F. Magnetic resonance imaging of optic nerve. The Indian Journal of Radiology & Imaging. 25 (4), 421-438 (2015).
  21. Gao, K., et al. Optic Nerve Cross-Sectional Area Measurement with High-Resolution, Isotropic MRI in Optic Neuritis (P6.159). Neurology. 84 (14), (2015).
  22. Zou, H., Müller, H. J., Shi, Z. Non-spatial sounds regulate eye movements and enhance visual search. Journal of Vision. 12 (5), 2(2012).
  23. Yang, H., et al. The Connective Tissue Components of Optic Nerve Head Cupping in Monkey Experimental Glaucoma Part 1: Global Change. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 56 (13), 7661-7678 (2015).
  24. Mwanza, J. -C., et al. Retinal nerve fibre layer thickness floor and corresponding functional loss in glaucoma. The British Journal of Ophthalmology. 99 (6), 732-737 (2015).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

MRI van de oogzenuwImageJ analysebeoordeling van glaucoomT2 gewogen MRIkwantificering van witte stofcoronale MRI doorsnededrempelwaardefunctieoptische coherentietomografie

Gerelateerde artikelen