Name: Handmatige segmentatie van de menselijke plexus choroideus met behulp van hersen-MRI (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-12-15T12:40:00.000+00:00
Duration: 4 min 25 s
Description: Leer handmatige segmentatie van de plexus choroideus in hersen-MRI met behulp van anatomische referentiepunten. Deze methode genereert datasets voor het trainen van automatische algoritmen in neuroimagingonderzoek.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund door een National Institute of Mental Health Award R01 MH131586 (aan PL en MR), R01 MH078113 (aan MK) en een Sydney R Baer Jr Foundation Grant (aan PL).

Het huidige protocol is goedgekeurd door de Institutional Review Board van het Beth Israel Deaconess Medical Center. Een gezonde proefpersoon met een MRI-scan van de hersenen die vrij was van artefacten of beweging werd gebruikt voor deze protocoldemonstratie en er werd schriftelijke geïnformeerde toestemming verkregen. Een 3,0 T MRI-scanner met een 32-kanaals kopspoel (zie Materiaaltabel) werd gebruikt om 3D-T1-beelden te verkrijgen met een resolutie van 1 mm x 1 mm x 1,2 mm. De MP-RAGE ASSET-sequentie met een gezichtsveld van 256 x 256, TR/TE/TI=7.38/3.06/400 ms en een omdraaihoek van 11 graden werd gebruikt.
1. Hersen-MRI importeren naar 3D Slicer
OPMERKING: 3D Slicer biedt documentatie met betrekking tot de gebruikersinterface.
<ol><li>Bereid de MRI-, DICOM- (Digital Imaging and Communications in Medicine) of NIFTI-bestanden (Neuroimaging Informatics Technology Initiative) voor op het importeren in 3D Slicer.</li>
	<li>Importeer DICOM-gegevens door op de DCM-knop in de linkerbovenhoek van de werkbalk te klikken. Klik vervolgens op de DICOM-bestanden importeren knop om DICOM-indelingsgegevens te importeren.</li>
	<li>Als de MRI-gegevens de NIFTI-indeling hebben, importeert u deze door op de knop DATA in de linkerbovenhoek van de werkbalk te klikken. Selecteer in het pop-upvenster Directory kiezen om toe te voegen aan batchimporteer NIFTI-gegevens in een map of selecteer Kies bestand(en) om toe te voegen om specifieke NIFTI-bestanden te importeren. Klik vervolgens op de OK knop om door te gaan met het uploaden van gegevens naar 3D Slicer.</li>
	<li>Na het importeren verschijnen MRI-gegevens in het venster aan de rechterkant met axiale, sagittale en coronale vlakken.</li>
	<li>Wijzig de lay-out van de vensters door naar Lay-outs te gaan en een specifieke lay-out te selecteren. Dit kan worden gevonden door te klikken op de afbeelding van de module Lay-outs in de werkbalk van 3D Slicer zelf of via View > Layouts in het toepassingsmenu.</li>
</ol>2. DICOM downloaden van voorbeeldgegevens in 3D Slicer
<ol><li>Klik op de knop Voorbeeldgegevens downloaden in het openingsscherm van de sectie Welkom bij Slicer. Selecteer vervolgens de MRHead-knop en het downloadproces wordt gestart, wat enkele minuten kan duren.</li>
	<li>Zorg ervoor dat de MRI-gegevens van de hersenen met axiale, sagittale en coronale vlakken in het rechtervenster worden weergegeven.</li>
</ol>3. Kwaliteitscontrole en aanpassen van het MRI-beeld
<ol><li>Bepaal kwalitatief de beeldkwaliteit en de aanwezigheid van artefacten als gevolg van hoofdbewegingen of scanproblemen door elk MRI-segment kritisch te bekijken.</li>
	<li>Zoom in op het afbeeldingssegment door met de rechtermuisknop te klikken en de muis omhoog of omlaag te bewegen om respectievelijk uit of in te zoomen.</li>
	<li>Als u de afbeeldingsschijf wilt verplaatsen, klikt u met de linkermuisknop op de afbeelding, houdt u de Shift-toets ingedrukt en sleept u de muis.</li>
	<li>Het aanpassen van de helderheid van het beeld kan helpen bij het bekijken van de plexus choroideus. Om dit te doen, klikt u op Venster / volumeniveau aanpassen in de werkbalk of klikt u met de linkermuisknop op de afbeelding en beweegt u de muis omhoog of omlaag om respectievelijk de helderheid te verhogen of te verlagen.</li>
	<li>Het aanpassen van het contrast kan bovendien helpen bij het vinden van de plexus choroideus. Klik met de linkermuisknop op het afbeeldingssegment en beweeg de muis naar links of rechts om respectievelijk het contrast te verhogen of te verlagen. Om het juiste contrast voor de plexus choroideus te bepalen, gebruikt u de diepe grijze stofkernen (centrale massa's grijze stof gerangschikt rond de laterale en derde ventrikels) of de signaalintensiteit die wordt weergegeven in de contrastschaalbalk.</li>
	<li>Zodra het gewenste contrast is geselecteerd, handhaaft u hetzelfde contrast tijdens de segmentatie en corrigeert u niet voor mogelijke variaties in supra- en infratentoriale regio's.</li>
</ol>4. Het maken van de manuele segmenten van de plexus choroideus
<ol><li>Om te beginnen met segmentatie van de laterale, derde en vierde ventrikel choroideuze plexus, maakt u de segmentatiebestanden in de module Segmenteditor . Om daarheen te navigeren, klikt u op de Segment Editor in de werkbalk of gaat u naar het vervolgkeuzemenu Modules: en selecteert u Segment Editor.</li>
	<li>Klik op het vervolgkeuzemenu voor segmentatie om verschillende segmentaties te selecteren (als er meerdere segmentaties zijn gemaakt) en de naam van de momenteel geselecteerde segmentatie te wijzigen.</li>
	<li>Gebruik de vervolgkeuzelijst Hoofdvolume om te kiezen welke NIFTI- of DICOM-sets moeten worden bewerkt. Pas als het volumebestand is geselecteerd, kan de gebruiker beginnen met segmenteren/bewerken.</li>
	<li>Klik twee keer op de knop Toevoegen om twee segmenten toe te voegen voor de plexus choroideus van het laterale ventrikel. Om deze te hernoemen, dubbelklikt u op de naam en wijzigt u ze in Rechter laterale ventrikel choroïde plexus en Linker laterale ventrikel choroideus plexus.</li>
	<li>Klik nogmaals op de knop Toevoegen om segmenten toe te voegen voor de plexus van het derde en vierde ventrikel choroideus en hernoem ze naar "3e ventrikel choroideus plexus" en "4e ventrikel choroideus plexus".</li>
</ol>5. Verschillende segmenten en segmentaties bekijken
<ol><li>Voer voor het bewerken een achtergrondonderzoek uit om te weten hoe u tussen lay-outs in het weergavevenster kunt schakelen en hoe u de weergave of dekking van de segmentaties kunt wijzigen.</li>
	<li>Klik bovenaan het weergavevenster en links van de schuifregelaar op het speldpictogram. Hierdoor wordt een vervolgkeuzemenu geopend, dat kan variëren afhankelijk van de specifieke lay-out waarin het venster zich bevindt. OPMERKING: Het gebruik van verschillende lay-outs kan nuttig zijn bij het segmenteren van de plexus choroideus, omdat de structuur ervan tot persoon kan verschillen. De 'Conventionele' lay-out stelt de gebruiker bijvoorbeeld in staat om alle drie de segmenten tegelijkertijd en een 3D-weergave van de scène te bekijken. Door 'Alleen rode/gele/groene plak' te kiezen, krijgt de gebruiker een close-up van de 2D-plak om een nauwkeurigere segmentatie van de plexus choroideus mogelijk te maken.</li>
</ol>6. Afbakening van ROI's van laterale ventrikel choroideuze plexus
OPMERKING: Afbeeldingsregistratie op een sjabloon is niet nodig voor handmatige segmentatie.
<ol><li>Begin voor de plexus choroideus laterale ventrikel in het axiale vlak en zorg ervoor dat de beelden worden gepositioneerd op basis van de bicommissurale lijn. Gebruik vervolgens de trigonum collaterale als referentiepunt voor het lokaliseren van de plexus choroideus van het laterale ventrikel.<ol><li>Zodra er bewerkingen zijn gemaakt in het axiale vlak, gaat u naar de resterende weergaven (sagittaal en coronaal) om ervoor te zorgen dat de handmatige segmentatie van de plexus choroideus laterale ventrikel het omringende hersenparenchym of CSF niet vastlegt.</li>
	</ol></li>
	<li>Om te beginnen met bewerken, klikt u op het segment waaraan u wilt werken en de naam van het segment wordt gemarkeerd.</li>
	<li>Klik op het gereedschap Tekenen of Tekenen in het gedeelte Effecten van de Segmenteditor om handmatige segmentatie te starten. OPMERKING: Het is het beste om te beginnen met segmenteren in één vlak (coronaal, axiaal of sagittaal) en nadat de segmentatie in alle segmenten is voltooid, naar andere vlakken te gaan om de handmatige segmentatie te controleren en te verfijnen. Er wordt gesuggereerd dat de gebruiker begint met de axiale of coronale vlakken, aangezien de plexus choroideus van het laterale ventrikel in deze weergaven gemakkelijker te zien is.</li>
	<li>Wanneer u het gereedschap Tekenen gebruikt, klikt u met de linkermuisknop en houdt u deze ingedrukt om een contour te tekenen op de grens van de plexus choroideus van het laterale ventrikel. Eenmaal getraceerd, klikt u met de rechtermuisknop om het getekende gebied in te vullen.</li>
	<li>Wanneer u het gereedschap Schilderen gebruikt, selecteert u eerst de diameter van het penseel dat u wilt gebruiken om te schilderen. Een penseel van 3% of 5% wordt aanbevolen voor een nauwkeurigere afbakening van de plexus choroideus, terwijl 10% nuttig kan zijn voor grotere selecties.</li>
	<li>Gebruik voor beide gereedschappen Paint of Erase om foutieve afbakeningen te corrigeren door selecties toe te voegen of te verwijderen. OPMERKING: Verwijzen naar andere gezichtsvlakken kan helpen bij het identificeren van de structuur van de plexus choroideus van het laterale ventrikel versus andere hersenstructuren, zoals de omringende grijze stof, de fornix, corpus callosum of hippocampus. De gebruiker wordt aangemoedigd om hersenscans uit te sluiten waarbij cysten van de plexus choroideus zijn geïdentificeerd.</li>
	<li>Gebruik het niveau van de rode kern als een oriëntatiepunt voor het stoppen van de segmentatie van de plexus choroideus in de laterale ventrikels.</li>
</ol>7. Het afbakenen van ROI's van de derde en vierde ventrikel choroideuze plexus
OPMERKING: T1w-beelden met een hogere resolutie (zoals 0,7 of 0,8 mm) en beelden verkregen op een 7T MRI zouden een nauwkeurigere en betrouwbaardere handmatige segmentatie van de plexus choroideus van het derde en vierde ventrikel opleveren. Het segmenteren van de plexus choroideus van het derde en vierde ventrikel is moeilijker dan de plexus choroideus van het laterale ventrikel, omdat deze regio's veel kleiner kunnen zijn en met minder voxels om af te bakenen.
<ol><li>Begin voor de plexus choroideus van het derde ventrikel in het sagittale vlak en gebruik het foramen van Monro, fornix, corpus callosum, thalamus en interne cerebrale ader als referentiepunten om de plexus choroideus in de 3eventrikel te lokaliseren. Bewegen tussen plakjes binnen hetzelfde vlak kan helpen bij het bepalen of een regio de fornix, thalamus, ader of plexus choroideus van het derde ventrikel is.<ol><li>Zodra er bewerkingen zijn gemaakt in het sagittale vlak, navigeert u naar de resterende weergaven (axiaal en coronaal) om ervoor te zorgen dat de handmatige segmentatie van de plexus choroideus van het derde ventrikel niet het omringende hersenparenchym of CSF selecteert.</li>
	</ol></li>
	<li>Evenzo, voor de vierde ventrikel choroïde plexus, begin in het sagittale vlak en gebruik de superieure cerebellaire steel, pons en medulla als referentiepunten om de plexus choroideus in de vierde ventrikel te lokaliseren. Bewegen tussen plakjes binnen hetzelfde vlak kan helpen bij het bepalen of een regio het cerebellum, de cerebellaire amandel, het inferieure medullaire velum of de 4eventrikel choroïde plexus is.<ol><li>Zodra de bewerkingen in het sagittale vlak zijn voltooid, gaat u naar de resterende weergaven (axiaal en coronaal) om ervoor te zorgen dat de handmatige segmentatie van de plexus choroideus van het vierde ventrikel geen omringende hersenparenchym of CSF selecteert.</li>
	</ol></li>
</ol>8. Berekening van de volumes van de plexus choroideus
<ol><li>Navigeer in het vervolgkeuzemenu Modules naar Kwantificering en selecteer Segmentstatistieken.</li>
	<li>Selecteer onder Invoer de nieuwe segmentatiekaart voor kwantificering onder de tool Segmentatie en kies het MRI-volume uit het scalaire volume. Kies bij Uitvoertabel (onder Uitvoer) de optie Tabel . Als u klaar bent, drukt u op Toepassen en verschijnt er een tabel met het volume van de plexus choroideus in verschillende eenheden.</li>
</ol>9. Opslaan van de segmenten en volumeresultaten
<ol><li>Klik op de knop Opslaan in de linkerbovenhoek van de werkbalk om gegenereerde bestanden op te slaan.</li>
	<li>Sla de segmentatiebestanden op als .nrrd (3D-slicerbestand), .nii.gz (NIFTI-bestand) of .tsv (tabelbestand).</li>
</ol>10. Bepalen van de nauwkeurigheid, prestaties en overeenstemming van de segmentatie
OPMERKING: Het wordt aanbevolen om het MONAI-pakket te gebruiken (zie Tabel met materialen), dat de dobbelsteencoëfficiënt (DC) en de DeepMind gemiddelde oppervlakteafstand (avgSD) beschrijft. Details over DC en avgSD worden hieronder beschreven. Om deze metrische gegevens te berekenen, moeten lezers weten hoe ze moeten programmeren (bijv. python, afbeeldingen van schijf lezen, de gegevens opnieuw formatteren naar de juiste invoerarrays voor deze functies). Er is geen gebruiksvriendelijk pakket dat al deze statistieken bevat.
<ol><li>De DC-score is een standaardbenadering om de overlap van twee geometrische domeinen te kwantificeren. Om de gemiddelde DC-score tussen twee segmentaties te berekenen, geeft u twee tensoren y_pred en y, d.w.z. afbeeldingen met meerdere frames met één frame voor elke gebinariseerde labelafbeelding. Tensoren y_pred en y kunnen segmentaties bevatten van twee verschillende handmatige beoordelaars, herhaalde segmentaties van dezelfde beoordelaar of geautomatiseerde voorspelling en handmatige grondwaarheid.<ol><li>Gebruik de functie monai.metrics.compute_meandice om de gemiddelde DC-score te berekenen.</li>
		<li>Genereer geschikte binaire labeltensoren met monai.transforms.post. OPMERKING: De parameter include_background kan worden ingesteld op False om de eerste categorie (kanaalindex 0) uit te sluiten van de DC-berekening, die volgens afspraak wordt verondersteld een achtergrond te zijn.</li>
	</ol></li>
	<li>Beschouw de avgSD-score als minder vaak en houd er rekening mee dat de benadering kan verschillen omdat er meerdere definities bestaan voor oppervlakteafstand. Gebruik bijvoorbeeld de maximale afstand (ook bekend als Hausdorff-afstand, zeer gevoelig voor uitschieters), de gemiddelde afstand (zoals hier beschreven) en het 95e percentiel (zeer robuust) als veelgebruikte metingen.<ol><li>Gebruik de functie compute_average_surface_distance om de gemiddelde SD-score te berekenen.</li>
		<li>Zorg ervoor dat deze functie de gemiddelde oppervlakteafstand van y_pred tot y berekent met de standaardinstelling.</li>
		<li>Als symmetrisch = True, zorg er dan voor dat de gemiddelde symmetrische oppervlakteafstand tussen deze twee ingangen wordt geretourneerd.</li>
	</ol></li>
	<li>De statistische analyse van de DC- en avgSD-score in meerdere gevallen kan worden uitgevoerd met behulp van de robuuste Wilcoxon-test met ondertekende rang voor gepaarde analyse.</li>
	<li>Overweeg het gebruik van de Intraclass-correlatiecoëfficiënt (ICC) als een andere veelgebruikte methode om te bepalen of meerdere deelnemers betrouwbaar kunnen worden beoordeeld door verschillende beoordelaars. Onthoud dat ICC werkt op een reeks gepaarde metingen (bijv. het volume) van segmentaties en niet rechtstreeks op de segmentatiebeelden. Om ICC te berekenen, gebruikt u R-software en R Studio (zie Tabel met materialen), wat het proces eenvoudig maakt.<ol><li>Download het pakket met install.packages("psych") en laad de library(psych).</li>
		<li>Voer het gegevensframe in, dat de deelnemers (rijen) en een beoordelaar in elke kolom bevat, met behulp van Data <- data.frame(df). Visualiseer vervolgens de metingen met behulp van plot (Data).</li>
		<li>Om ICC uit te voeren, gebruikt u ICC(Data), dat een tabel genereert met de verschillende soorten ICC, bijvoorbeeld om de inter- of intrabeoordelaarsscores te verkrijgen.</li>
	</ol></li>
</ol>

Verbetering van de analyse van neuroimaging bij hersenaandoeningen

De auteurs hebben geen concurrerende financiële belangen.

Kritieke stappen van het protocol Drie cruciale stappen vereisen speciale aandacht bij de implementatie van dit protocol. Ten eerste is het controleren van de kwaliteit en het contrast van MR-beelden essentieel om een nauwkeurige segmentatie te garanderen. Als de kwaliteit van het beeld te slecht is, of het contrast te laag of te hoog, kan dit leiden tot een onnauwkeurige afbakening van de plexus choroideus. Het contrast voor de afbeelding kan worden aangepast door de grijswaardenwaarde van de afbeeld...

Plexus choroideus functie De plexus choroideus is een sterk gevasculariseerde structuur in de hersenen die bestaat uit gefenestreerde haarvaten en een monolaag van epitheelcellen van de plexus choroideus1. De plexus choroideus projecteert in de laterale, derde en vierde hersenventrikels en produceert cerebrospinale vloeistof (CSF), die een belangrijke rol speelt bij neurale patronen2 en hersenfysiologie 3,4. De plexus choroideus scheidt neurovasculaire stoffen af, omvat een stamcelachtige opslagplaats en fungeert als een fysieke barrière om de toegang van toxische metabolieten te belemmeren, een enzymatische barrière om delen te verwijderen die de fysieke barrière omzeilen, en een immunologische barrière om te beschermen tegen vreemde indringers. De plexus choroideus moduleert neurogenese6, synaptische plasticiteit7, ontsteking8, circadiaans ritme 9,10, darmhersenas11 en cognitie12. Bovendien kunnen perifere cytokines, stress en infectie (waaronder SARS-CoV-2) de bloed-CSF-barrière verstoren 13,14,15,16. Het choroideus plexus-CSF-systeem is dus een integraal onderdeel van neurologische ontwikkeling, rijping van het neurocircuit, homeostase van de hersenen en herstel17. Aangezien immuun-, inflammatoire, metabole en enzymatische veranderingen van invloed zijn op de hersenen, gebruiken onderzoekers neuroimaging-instrumenten om de rol van de plexus choroideus gedurende de levensduur en bij hersenaandoeningen te beoordelen 18,19,20. Er zijn echter beperkingen in veelgebruikte geautomatiseerde tools voor segmentatie van de plexus choroide, zoals FreeSurfer, waardoor de plexus choroideus slecht gesegmenteerd is. Er is dus een kritieke behoefte aan handmatige segmentatie van de plexus choroideus die kan worden gebruikt om een nauwkeurig geautomatiseerd hulpmiddel voor segmentatie van de plexus choroideus te ontwikkelen.
Plexus choroideus bij neurologische ontwikkeling en hersenaandoeningen De rol van de plexus choroideus bij hersenaandoeningen is lange tijd verwaarloosd, vooral omdat het werd beschouwd als een ondersteunende speler wiens rol het was om de hersenen op te vangen en een goede zoutbalans te handhaven 2,21. De plexus choroideus heeft echter aandacht gekregen als een structuur die verband houdt met hersenaandoeningen zoals pijnsyndromen22, SARS-CoV-216,23,24, neurologische ontwikkeling2 en hersenaandoeningen19, wat wijst op een transdiagnostisch effect bij de ontwikkeling van gedragsstoornissen. Bij neurologische ontwikkelingsstoornissen werden cysten van de plexus choroideus geassocieerd met een verhoogd risico op ontwikkelingsachterstand, aandachtstekortstoornis met hyperactiviteit (ADHD) of autismespectrumstoornis (ASS)25,26. Bovendien bleek het volume van de plexus choroideus lateraal ventrikel verhoogd te zijn bij patiënten met ASS27. Bij hersenaandoeningen zijn sinds 1921 afwijkingen van de plexus choroideus beschreven bij psychotische stoornissen28,29. Eerdere studies hebben verbale plexusvergroting geïdentificeerd met behulp van FreeSurfer-segmentatie bij een grote steekproef van patiënten met psychotische stoornissen in vergelijking met zowel hun eerstegraads familieleden als controles19. Deze bevindingen werden gerepliceerd met behulp van handmatig gesegmenteerd plexusvolume van het vaatvlies in een grote steekproef van de klinische populatie met een hoog risico op psychose en ontdekten dat deze patiënten een groter volume van de plexus choroideus hadden in vergelijking met gezonde controles. Er is een groeiend aantal onderzoeken die vergroting van de plexus choroideus aantonen bij complex regionaal pijnsyndroom22, beroerte31, multiple sclerose20,32, Alzheimer33,34 en depressie35, waarbij sommige een verband aantonen tussen perifere en immuun-/ontstekingsactiviteit in de hersenen. Deze neuroimaging-onderzoeken zijn veelbelovend; een slechte segmentatie van de plexus choroidus choroides laterale ventrikel door FreeSurfer21 beperkt echter de betrouwbaarheid van geautomatiseerde schatting van het volume van de plexus choroideus (choroideus plexus). Als gevolg hiervan zijn studies in multiple sclerose20,32, depressie35, Alzheimer34 en vroege psychose36 begonnen met het handmatig segmenteren van de laterale ventrikel choroideuze plexus, maar er zijn geen huidige richtlijnen voor hoe dit te doen, noch is hun begeleiding voor het segmenteren van de derde en vierde ventrikel choroideuze plexus.
Veelgebruikte segmentatietools sluiten de plexus choroideus uit Hersensegmentatiepijplijnen zoals FreeSurfer37,38,39, FMRIB Software Library (FSL)40, SLANT41 en FastSurfer (ontwikkeld door de co-auteur Martin Reuter)42,43, segmenteren nauwkeurig en betrouwbaar corticale en subcorticale structuren met behulp van atlasgebaseerde (FSL), atlas- en oppervlaktegebaseerde (FreeSurfer) en deep learning-segmentatieparadigma's (SLANT en FastSurfer). Zwakke punten van sommige van deze benaderingen zijn onder meer verwerkingssnelheid, beperkte generalisatie naar verschillende scanners, veldsterktes en voxelgroottes37,44, en geforceerde uitlijning van de labelkaart in een standaard atlasruimte. De mogelijkheid om de plexus choroideus te segmenteren en de compatibiliteit met MRI met hoge resolutie wordt echter alleen aangepakt door FreeSurfer en FastSurfer. De neurale netwerken achter FastSurfer zijn getraind op FreeSurfer-choroïde plexuslabels, dus ze erven de eerder besproken betrouwbaarheids- en dekkingsbeperkingen van FreeSurfer, waarbij de derde en vierde ventrikels worden genegeerd21. De huidige beperkingen voor MRI met hoge resolutie bestaan ook, maar FreeSurfer's stream45 met hoge resolutie en FastSurferVINN43 kunnen worden gebruikt om dit probleem op te lossen.
Huidige segmentatietools voor plexus choroideus Er is slechts één vrij beschikbaar segmentatiehulpmiddel voor de plexus choroideus, maar de segmentatienauwkeurigheid is beperkt. Nauwkeurige segmentatie van de plexus choroideus kan worden beïnvloed door verschillende factoren, waaronder (1) variabiliteit in de locatie van de plexus choroideus (ruimtelijk niet-stationair) vanwege de locatie in de ventrikels, (2) verschillen in voxelintensiteit, contrast, resolutie (heterogeniteit binnen de structuur) als gevolg van cellulaire heterogeniteit, dynamische plexusfunctie van het vaatvlies, pathologische veranderingen of gedeeltelijke volume-effecten, (3) leeftijds- of pathologiegerelateerde verschillen in ventriculaire grootte die van invloed zijn op de grootte van de plexus choroideus, en (4) nabijheid van aangrenzende subcorticale structuren (hippocampus, amygdala, caudaat en cerebellum), die ook moeilijk te segmenteren zijn. Gezien deze uitdagingen wordt de plexus choroideus vaak onderschat of overschat of genegeerd door FreeSurfer-segmentaties.
Drie recente publicaties gingen in op de lacune van betrouwbare segmentatie van de plexus choroideus met een Gaussiaans mengselmodel (GMM)46, een axiaal-MLP47 en op U-Net gebaseerde deep learning-benaderingen48. Elk model werd getraind en geëvalueerd met behulp van privé, handmatig gelabelde datasets van maximaal 150 proefpersonen met een beperkte diversiteit aan scanners, sites, demografische gegevens en aandoeningen. Hoewel deze publicaties 46,48,49 significante verbeteringen bereikten ten opzichte van FreeSurfer's choroid plexus segmentatie - soms een verdubbeling van de kruising van voorspelling en grondwaarheid, is geen van beide methoden (1) gevalideerd in MRI met hoge resolutie, (2) heeft speciale generalisatie- en betrouwbaarheidsanalyses, (3) beschikt over grote representatieve trainings- en testdatasets, (4) richt zich specifiek op of analyseert choroid plexus segmentatie-uitdagingen zoals gedeeltelijke volume-effecten, of (5) is openbaar beschikbaar als een kant-en-klaar hulpmiddel. De huidige "gouden standaard" voor segmentatie van de plexus choroideus is dus handmatige tracering, bijvoorbeeld met behulp van 3D Slicer50 of ITK-SNAP51, die nog niet eerder is beschreven en een grote uitdaging is geweest voor onderzoekers die de rol van de plexus choroideus in hun studies willen onderzoeken. 3D Slicer werd gekozen voor handmatige segmentatie vanwege de bekendheid van de auteur met de software en omdat het de gebruiker verschillende tools biedt op basis van verschillende benaderingen die kunnen worden gecombineerd om het gewenste resultaat te verkrijgen. Andere tools kunnen worden gebruikt, zoals ITK-SNAP, dat voornamelijk gericht is op beeldsegmentatie, en als de tool eenmaal onder de knie is, kan de gebruiker goede resultaten behalen. Daarnaast hebben de auteurs een case-control studie uitgevoerd die de hoge nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van hun handmatige segmentatietechniek met behulp van 3D Slicer30 aantoont, en die specifieke methodologie wordt hierin beschreven.

<table><tbody><tr><td>3D Slicer</td><td>3D Slicer</td><td>https://www.slicer.org/</td><td>Een gratis, open source software voor visualisatie, verwerking, segmentatie, registratie en analyse van medische, biomedische en andere 3D-beelden en meshes; en planning en navigatie van op beeld gebaseerde procedures.</td></tr><tr><td>FreeSurfer</td><td>FreeSurfer</td><td>https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/</td><td>Een open source neuroimaging toolkit voor het verwerken, analyseren en visualiseren van menselijke hersen-MR-beelden</td></tr><tr><td>ITK-SNAP</td><td>ITK-SNAP</td><td>http://www.itksnap.org/pmwiki/pmwiki.php</td><td>Een gratis, open-source, multi-platform softwaretoepassing gebruikt om structuren in 3D en 4D biomedische beelden te segmenteren.&nbsp;</td></tr><tr><td>Monai Package</td><td>Monai Consortium</td><td>https://docs.monai.io/en/stable/metrics.html</td><td>Gebruik voor Dice Coefficient en DeepMind gemiddelde oppervlakteafstand.&nbsp;</td></tr><tr><td>MRI scanner</td><td>GE</td><td>Discovery MR750&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Psych Package</td><td>R-Project</td><td>https://cran.r-project.org/web/packages/psych/index.html</td><td>Een algemeen doel toolbox oorspronkelijk ontwikkeld voor persoonlijkheid, psychometrische theorie en experimentele psychologie.</td></tr><tr><td>R Software</td><td>R-Project</td><td>https://www.r-project.org/</td><td>R is een gratis software-omgeving voor statistische berekeningen en grafieken.&nbsp;</td></tr><tr><td>RStudio</td><td>Posit</td><td>https://posit.co/</td><td>Een RStudio geïntegreerde ontwikkelomgeving (IDE) is een set van tools die zijn gebouwd om u productiever te maken met R en Python.&nbsp;</td></tr><tr><td>Windows of Apple OS Desktop of Laptop</td><td>Elk bedrijf</td><td>n/a</td><td>Nodig voor het uitvoeren van de software die in dit protocol wordt gebruikt.&nbsp;</td></tr></tbody></table>

handmatige segmentatie van de menselijke plexus choroideus met behulp van hersen-mri

Manual Segmentation of the Human Choroid Plexus Using Brain MRI

De plexus choroideus is betrokken bij de neurologische ontwikkeling en een reeks hersenaandoeningen. Er zijn aanwijzingen dat de plexus choroideus van cruciaal belang is voor de rijping van de hersenen, de regulatie van het immuunsysteem/de ontsteking en het gedragsmatig/cognitief functioneren. De huidige geautomatiseerde neuroimaging-segmentatietools zijn echter slecht in het nauwkeurig en betrouwbaar segmenteren van de plexus choroideus laterale ventrikel. Bovendien is er geen bestaand hulpmiddel dat de plexus choroideus in de derde en vierde ventrikels van de hersenen segmenteert. Er is dus een protocol nodig dat aangeeft hoe de plexus choroideus in de laterale, derde en vierde ventrikel moet worden gesegmenteerd om de betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid te vergroten van studies die de plexus choroideus onderzoeken bij neurologische ontwikkelings- en hersenaandoeningen. Dit protocol biedt gedetailleerde stappen voor het maken van afzonderlijk gelabelde bestanden in 3D Slicer voor de plexus choroideus op basis van DICOM- of NIFTI-afbeeldingen. De plexus choroideus wordt handmatig gesegmenteerd met behulp van de axiale, sagittale en coronale vlakken van T1w-beelden, waarbij ervoor wordt gezorgd dat voxels worden uitgesloten van grijze of witte stofstructuren die grenzen aan de ventrikels. De venstering zal worden aangepast om te helpen bij de lokalisatie van de plexus choroideus en zijn anatomische grenzen. Methoden voor het beoordelen van nauwkeurigheid en betrouwbaarheid zullen worden gedemonstreerd als onderdeel van dit protocol. Gouden standaard segmentatie van de plexus choroideus met behulp van handmatige afbakeningen kan worden gebruikt om betere en betrouwbaardere geautomatiseerde segmentatietools te ontwikkelen die openlijk kunnen worden gedeeld om veranderingen in de plexus choroideus gedurende de levensduur en binnen verschillende hersenaandoeningen op te helderen.

De voorgestelde methode heeft een iteratieve verfijning ondergaan voor de plexus choroideus van het laterale ventrikel, waarbij uitgebreid is getest op een cohort van 169 gezonde controles en 340 patiënten met een klinisch hoog risico op psychose30. Met behulp van de hierboven beschreven techniek verkregen de auteurs een hoge intra-beoordelaar nauwkeurigheid en betrouwbaarheid met een DC = 0,89, avgHD = 3,27 mm3 en single-rater ICC = 0,9730, wat de kracht van het hierin beschreven proto...

Ondanks de cruciale rol van de plexus choroideus in de hersenen, zijn neuroimaging-studies van deze structuur schaars vanwege het gebrek aan betrouwbare geautomatiseerde segmentatietools. Het huidige protocol heeft tot doel te zorgen voor een handmatige segmentatie van de plexus choroideus die toekomstige neuroimaging-onderzoeken kan informeren.

Handmatige segmentatie van de menselijke plexus choroideus met behulp van hersen-MRI

The choroid plexus has been implicated in neurodevelopment and a range of brain disorders. Evidence demonstrates that the choroid plexus is critical for ...

We streven ernaar een toegankelijk en gestandaardiseerd protocol op te stellen voor het handmatig segmenteren van de plexus choroideus in de laterale derde en vierde ventrikels van de hersenen. We hopen een antwoord te bieden op alle veelgestelde vragen of problemen die zich kunnen voordoen bij het handmatig segmenteren van de plexus choroideus, vooral gezien de complexe aard van de locatie in de hersenen. Het ontwikkelen van dit protocol zal leiden tot de creatie van een dataset die groot genoeg is en bestaat uit grondwaarheidssegmentatiekaarten die we vervolgens kunnen gebruiken om algoritmen te trainen en te ontwikkelen die de plexus choroideus nauwkeurig en automatisch kunnen segmenteren.In de toekomst zal dit leiden tot studies die de rol van de plexus choroideus binnen verschillende neurologische en neuropsychiatrische aandoeningen onderzoeken.

manual-segmentation-of-the-human-choroid-plexus-using-brain-mri

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

Dit artikel beschrijft technieken om een ​​hoge resolutie van functionele magnetische resonantie beeldvorming uit te voeren met 1,2 mm bemonstering in de menselijke middenhersenen en subcorticale structuren met behulp van een 3T scanner. Het gebruik van deze technieken om topografische kaarten van visuele stimulatie in de menselijke superior colliculus (SC) op te lossen wordt als voorbeeld gegeven.

Hoge resolutie functionele magnetische resonantie imaging methoden voor Human middenhersenen

Een geautomatiseerde middellijn shift schatting en intracraniële druk (ICP) pre-screening op basis van computertomografie (CT) beelden voor patiënten met traumatisch hersenletsel (TBI) wordt voorgesteld met behulp van beeldverwerking en machine learning technieken.

Geautomatiseerde Midline Shift en intracraniale druk Schatting op basis van Brain CT afbeeldingen

Het huidige werk biedt een uitgebreide reeks richtlijnen voor het handmatig traceren van de mediale temporale kwab (MTL) structuren. Dit protocol kan worden toegepast op onderzoek dat betrekking heeft op structurele en/of gecombineerde structurele-functionele magnetische resonantie beeldvorming (MRI) onderzoeken van de MTL, zowel in gezonde als klinische groepen.

Een uitgebreide protocol voor handmatige segmentatie van de mediale temporale lob Structures

Dit witboek beschrijft een statistisch model voor volumetrische MRI data-analyse, waarmee de "verandering-point" wanneer de atrofie van de hersenen in premanifest de ziekte van Huntington begint. Geheel-brain mapping van de verandering-punten wordt bereikt op basis van hersenen volumes verkregen met behulp van een atlas gebaseerde segmentatie pijpleiding van T1-gewogen beelden.

Geheel-hersenen segmentatie en verandering-punt analyse van anatomische hersenen MRI — toepassing in Premanifest de ziekte van Huntington

Dit protocol beschrijft het proces van zeven verschillende automatische segmentatie tools op structurele T1-gewogen MRI-scans om af te bakenen grijze stof-regio's die kunnen worden gebruikt voor de kwantificering van grijze stof volume toe te passen.

Automatische segmentatie van corticale grijze stof van MRI T1-gewogen beelden

Als handvaardigheid is een voorrecht vooral primaten, zijn gedrag taken ontwikkeld in makaken. Vier te bereiken en te begrijpen grijpfunctie taken, het meten van de hand manipulatie vermogen en kracht, laat het functioneel herstel tot stand na een laesie van het centrale zenuwstelsel en het effect van een behandeling te testen.

Behavioral Assessment van de handvaardigheid in de niet-menselijke primaten

Wordt een techniek beschreven voor het in grote lijnen het openen van de bloed-hersen barrière in de muis met behulp van microbellen en ultrageluid. Met deze techniek kan mangaan worden toegediend aan de hersenen van muizen. Omdat mangaan is een MRI-contrastmiddel dat zich ophoopt in gedepolariseerd neuronen, deze aanpak maakt beeldvorming van neuronale activiteit.

Functionele neuroimaging Met behulp van ultrasone bloed-hersen barrière verstoring en mangaan-enhanced MRI

We een methode om cerebrospinale vloeistof (CSF) te verzamelen en een systeem dat CSF mist in de embryonale zebravis hersenen ventriculaire systeem. Dit maakt voor verder onderzoek van CSF samenstelling en de eis tijdens de embryonale ontwikkeling van de hersenen.

Handmatig Drainage van de zebravis Embryonale hersenventrikels

Deze video presentatie toont een werkwijze voor het oogsten van de twee belangrijkste zeer vasculaire structuren die voorhersenen functie ondersteunen. Zij zijn de cerebrale oppervlak (oppervlakkige) vaatstelsel, samen met de bijbehorende hersenvliezen (MAV) en het vaatvlies plexus die nodig zijn voor cerebrale doorbloeding en de cerebrospinale vloeistof (CSF) homeostase.

Een visuele beschrijving van de dissectie van de Cerebral Surface vaatstelsel en de geassocieerde hersenvliezen en het Choroid Plexus van Rat Brain

Het doel van dit manuscript is om de hippocampus en hippocampale subvelden te bestuderen met behulp van MRI. Het manuscript beschrijft een protocol voor het segmenteren van de hippocampus en vijf hippocampale substructuren: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus, strata radiatum/lacunosum/moleculare en subiculum.

Hoge resolutie In Vivo Manual Segmentatie Protocol voor menselijk hippocampus met behulp van 3T Magnetic Resonance Imaging

Leer handmatige segmentatie van de plexus choroideus in hersen-MRI met behulp van anatomische referentiepunten. Deze methode genereert datasets voor het trainen van automatische algoritmen in neuroimagingonderzoek.

Handmatige segmentatie van de menselijke plexus choroideus met behulp van hersen-MRI

Meer video's verkennen