Een pijpleiding voor 3D Multimodaliteit Image Integratie en computer-aided planning in epilepsiechirurgie
20 mei 2016
We beschrijven de stappen om onze op maat ontworpen software voor het integratie, visualisatie en planning in epilepsiechirurgie gebruiken.
Het algemene doel van deze beschrijving van de software Pipeline is om de verspreiding van de software zelf in andere centra mogelijk te maken, zodat andere groepen kunnen profiteren van 3D multi-modaliteit beeldintegratie in epilepsiechirurgie. De belangrijkste voordelen zijn dat alle stappen in de pre-operatieve evaluaties van epilepsie, inclusief beeldregistratie, anatomiesegmentatie en computerondersteunde planning, op één softwareplatform kunnen worden uitgevoerd. De 3D-visualisatie van hersenstructuren, gekoppeld aan multi-modaliteit beeldintegratie en de automatische multi-trajectplanner voor elektrode-implantatie, zijn relevante hulpmiddelen om de effectiviteit en veiligheid van epilepsiechirurgie te verhogen.
De 3D multi-modale structurele en functionele hersenbeeldweergave, inclusief normale en abnormale structuren en functies, maakt een nauwkeuriger en snellere planning en implantatie van diepte-elektroden mogelijk. Begin met het openen van de in-house software op een PC en laad de gegevens. Let op de twee bij twee vensterweergave, data manager helemaal links, pictogrammen bovenaan die verschillende beeldverwerkingshulpmiddelen vertegenwoordigen en het geselecteerde hulpmiddel helemaal rechts.
Importeer gegevens door op het open"pictogram te klikken. Blader door verschillende gegevenssets om de volledigheid te controleren. Registreer vervolgens enkele afbeeldingen door het NiftyReg-hulpmiddel te selecteren vanuit de snelheidspictogrammen.
Selecteer neuronavigatie T1 met gadolinium in de data manager om als referentie-afbeelding te gebruiken. Selecteer vervolgens de zwevende afbeelding die moet worden geregistreerd op de referentie-afbeelding. Definieer de naam en locatie van de geregistreerd afbeelding.
Stel optimalisatieparameters in op niveau nummer vier, niveau om uit te voeren als drie, iteratienummer op vijf en co-registratietype op stijve lichaam. Klik op Uitvoeren om de geautomatiseerde stijve lichaam te registreren. Controleer vervolgens de nauwkeurigheid van de co-registratie door de geregistreerd afbeelding over de referentie-afbeelding te inspecteren.
Wijzig de transparantie van de geregistreerd afbeelding door met de rechtermuisknop op de afbeelding in de data manager te klikken en de opaciteitscursor te verplaatsen. Selecteer eerst de afbeelding die moet worden gesegmenteerd in de data manager en selecteer vervolgens de segmentatie-editor uit de snelheidspictogrammen. Gebruik geavanceerde segmentatiehulpmiddelen om het gebied van belang op verschillende plakjes beeldvorming in axiale, coronale en sagittale vlakken te tekenen.
Selecteer ten slotte 3D-interpolatie om de zich ontwikkelende gesegmenteerde structuur in een 3D-venster te visualiseren. Bevestig segmentatie om een nieuw Nifty-bestand van de gesegmenteerde structuur te genereren. Klik met de rechtermuisknop op het Nifty-bestand in de data manager en selecteer glad polygoonoppervlak.
Begin met het selecteren van het afbeeldingsbestand van de hele hersenparcellering in de data manager en zorg ervoor dat deze afbeelding is geregistreerd met de referentie-afbeelding. Selecteer de basisverwerkingshulpmiddelen van de snelheidspictogrammen. Pas een drempel van één tot 5002 toe om een binaire masker van de cortex te maken.
Klik met de rechtermuisknop op het Nifty-bestand in de data manager en selecteer glad polygoonoppervlak. Selecteer het vaatextractiehulpmiddel om de oppervlaktemodellen van de vaten te extraheren. Kies vervolgens de vasculaire beeldgegevensset.
Specificeer de naam en locatie van het vaatextractie Nifty-bestand. Klik op Uitvoeren"om de vaatextracteur uit te voeren. Pas een intracraniale masker toe op het resultaat door de vermenigvuldigingsfunctie van de basisbeeldverwerkingshulpmiddelen te gebruiken om extracraniale vaten te verwijderen.
Ten slotte, om de gebieden van belang als 3D-oppervlakken te renderen, selecteer het oppervlakte-extractiepictogram en definieer de drempel voor oppervlakte-extractie. Selecteer toepassen en geef de oppervlakterendering een naam in de data manager. Begin met het uitvoeren van een multi-trajectplanner door het trajectplannerpictogram te selecteren.
Selecteer de Neuronavigatie T1 MRI als referentie-afbeelding. Selecteer vervolgens doelpunten, zoals de amygdala, hippocampus, insula of cingulum, door de Shift-toets ingedrukt te houden en met de linkermuisknop te klikken. Of laad de doelpunten vanuit het eerder opgeslagen bestand.
Selecteer vervolgens invoerpunten, evenals de scalp-uitsluitingsmasker op het bijgevoegde vervolgkeuzemenu om de zoekopdracht naar mogelijke invoerpunten te beperken tot alleen een chirurgisch haalbaar gebied. Markeer de oppervlakken van kritieke structuren die de trajecten moeten vermijden uit de vervolgkeuzelijst. Selecteer geavanceerde instellingen en pas de door de gebruiker gedefinieerde beperkingen aan met betrekking tot trajectlengte, invalshoek en afstand tussen trajecten.
Voer vervolgens een multi-trajectplanner uit door nieuw plan toe te voegen en het plan opnieuw te berekenen. Gebruik vervolgens de risicovisualisatie"snelheidspictogram om risico- en veiligheidsprofielen na trajectplanning te beoordelen. Let op de metrische gegevens voor lengte, invalshoek, cumulatief risico, minimale afstand tot bloedvat en grijze/witte stofverhoudingen.
Selecteer risicokaart"in de data manager door op een specifiek traject te klikken om een kleurcodering van het contourkaart bovenop het scalp-uitsluitingsmasker te tonen. Merk op dat de mogelijke invoerpunten kleurcodering hebben op basis van het risiconiveau, waarbij rood hoog risico vertegenwoordigt en groen laag risico voor elk geselecteerd traject. Exporteer vervolgens de plannen en modellen naar de operatiekamer.
Om dit te doen, zorg er eerst voor dat de referentie-afbeelding in pictogramformaat is geladen en open vervolgens de S7-exporttool. Definieer de referentie-afbeelding, plannen, trajecten en modellen die moeten worden geëxporteerd en specificeer de bestemming van het opgeslagen archief. Voer vervolgens de S7-exporttool uit.
Upload tenslotte het opgeslagen archief op een USB-stick voor overdracht naar een neuronavigatiesysteem in de operatiekamer. Laad de gearchiveerde map op het neuronavigatiesysteem voor klinische implementatie van de geplande trajecten. Dit protocol zorgt voor een stroomlijndere beeldadintegratie, evenals 3D-visualisatie en planning
Overzicht
Dit artikel beschrijft aangepaste software die is ontworpen voor 3D multi-modale beeldintegratie, visualisatie en planning bij epilepsiechirurgie. De software beoogt de effectiviteit en veiligheid van chirurgische ingrepen te verbeteren door presurgische evaluaties te stroomlijnen.
Belangrijkste Onderdeel van de Studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurochirurgie
- Medische beeldvorming
- Softwareontwikkeling
Achtergrond
- Epilepsiechirurgie vereist een nauwkeurige planning en visualisatie van hersenstructuren.
- 3D multi-modale beeldintegratie kan de chirurgische resultaten verbeteren.
- Bestaande hulpmiddelen missen vaak uitgebreide functies voor preoperatieve evaluaties.
- De software is erop gericht om verschillende beeldvormingsprocessen in één platform te consolideren.
Doel van de studie
- Om een softwaretool te verspreiden voor beeldintegratie bij epilepsiechirurgie.
- Om een veiligere en efficiëntere implantatie van elektroden te faciliteren.
- Om een uitgebreide oplossing te bieden voor de preoperatieve planning.
Gebruikte methoden
- Beeldregistratie met behulp van de NiftyReg-tool.
- Anatomische segmentatie met geavanceerde segmentatietools.
- 3D-visualisatie van hersenstructuren en -functies.
- Planning van meerdere trajecten voor de implantatie van elektroden.
Belangrijkste resultaten
- De software maakt een nauwkeurige co-registratie van beelden mogelijk.
- 3D-visualisatie helpt bij het identificeren van kritieke structuren.
- Geautomatiseerde planning verbetert de veiligheidsprofielen tijdens de chirurgische ingreep.
- Hulpmiddelen voor risicovisualisatie bieden inzicht in de veiligheid van de trajecten.
Conclusies
- De software stroomlijnt het proces van beeldintegratie.
- Het verbetert de planning en uitvoering van epilepsiechirurgie.
- Over het algemeen draagt het bij aan betere chirurgische resultaten en efficiëntie.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor directie
Bij epilepsiechirurgie is nauwkeurige preoperatieve planning essentieel voor de validatie van het doelgebied en het verminderen van procedurele risico's. Deze softwarepipeline maakt mechanische risicoreductie mogelijk door multimodale beeldvorming, segmentatie en trajectplanning te integreren in een uniforme workflow. Het ondersteunt het voorspellende vertrouwen bij de implantatie van stereotactische elektroden door kwantitatieve veiligheidsmetrieken en reproduceerbare planningsresultaten te bieden.
Strategische toepassingen in biopharma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt onderzoek naar anatomische doelen zoals de hippocampus en amygdala mogelijk via multimodale beeldco-registratie en segmentatie.
- Operationele waarde: Standaardiseert de identificatie van doelen over verschillende beeldmodaliteiten heen, waardoor de variabiliteit in preklinische studies voor doelvalidatie wordt verminderd.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Genereert kwantitatieve metingen van afhankelijke variabelen, waaronder trajectlengte, insteekhoek en afstand tot kritieke structuren voor een assay-achtige evaluatie van implantatieplannen.
- Operationele waarde: Levert reproduceerbare, schaalbare planningsuitvoer die kan worden geëxporteerd naar neuronavigatiesystemen voor een consistente experimentele uitvoering.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt het modelleren van ziekte-relevante systemen door 3D-visualisatie van epileptogene zones en kritieke vasculatuur mogelijk te maken in preklinische chirurgische simulaties.
- Operationele waarde: Faciliteert translationele continuïteit van planningsfase tot preklinische validatie door middel van gestandaardiseerde export van plannen en modellen.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode integreert in het ontdekkingscontinuüm door hypothesetoetsing bij targetvalidatie te ondersteunen, assay-klare planningsuitvoer mogelijk te maken en analyses te bieden voor go/no-go-beslissingen bij chirurgische interventiestrategieën.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing door co-registratie van structurele en functionele beeldvorming om de betrokkenheid van epileptische netwerken te verduidelijken.
- Screening: Zorgt voor assay-gereedheid via gestandaardiseerde trajectplanning met kwantificeerbare veiligheidsparameters voor de evaluatie van vergelijkbare condities.
- Analytics: Levert statistische output, waaronder cumulatief risico, grijze/witte stof-ratio's en minimale vatafstand, om vergelijkende trajectanalyse mogelijk te maken.
- Translational Research: Verbindt met preklinische continuïteit door geëxporteerde plannen implementeerbaar te maken in neuronavigatiesystemen voor chirurgische validatie.
- Enterprise Reuse: Fungeert als een herbruikbaar platform voor multimodale beeldintegratie voor neurochirurgische indicaties buiten epilepsie.
Operationele en zakelijke impact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellend vertrouwen in de binding met het doelwit, vermindering van mechanische ambiguïteit bij chirurgische targeting en verbeterde biologische risicoreductie.
- Operationele waarde: Standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van planningsworkflows over verschillende locaties en operators.
- Strategische waarde: Verbeterde go/no-go-beslissingen, kapitaalefficiëntie door verkorte planningstijd en verlaagd procedureel risico in een laat stadium.
- Impact op de portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering van chirurgische kandidaten op basis van kwantificeerbare veiligheidsprofielen en target-nauwkeurigheid.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in neuro-imaging, beeldco-registratie en 3D-segmentatietechnieken.
- Afhankelijk van een computationele infrastructuur die in staat is om multimodale beeldsets en 3D-rendering te verwerken.
- Vereist standaardisatie van segmentatieprotocollen en parameters voor trajectplanning tussen teams voor reproduceerbare resultaten.
- Omvat aanpassingen bij het toepassen van de pipeline op verschillende hersendoelen of chirurgische indicaties.
- Beperkt door de kwaliteit van de input-beeldgegevens; artefacten of foutieve registraties blijven aanwezig in de geïntegreerde outputs.
Biopharma Veelgestelde Vragen
Chapters in this video
0:05
Title
0:58
Image Integration and Visualization
2:30
Segment Images
3:20
Brain Model Generation
4:01
Surface & Vessel Extraction
4:54
Computer-assisted Planning
7:25
Results: Custom Designed Software Support Safer Planning for Epilepsy Surgery
8:05
Conclusion
