Artykuł metodologiczny

Kwantyfikacja pola przekroju poprzecznego nerwu wzrokowego w rezonansie magnetycznym: nowy protokół wykorzystujący oprogramowanie Fiji

DOI:

10.3791/62752

⸱

4 września 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

W tym artykule

Podsumowanie

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

Dostarczyliśmy szczegółowy protokół dla ustandaryzowanej metody oceny i kwantyfikacji nerwu wzrokowego za pomocą MRI, wykorzystując powszechnie dostępną sekwencję obrazowania oraz otwarte oprogramowanie do analizy obrazu. Przestrzeganie tego ustandaryzowanego protokołu dostarczyłoby istotnych danych do porównania między różnymi pacjentami i różnymi badaniami.

Streszczenie

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

Ocena nerwu wzrokowego jest ważnym aspektem diagnozy jaskry i obserwacji. W ramach tego projektu opisano protokół ujednoliconej metodologii oceny przekroju poprzecznego nerwu wzrokowego i kwantyfikacji przy użyciu rezonansu magnetycznego 3 T do akwizycji obrazu oraz oprogramowania Fiji firmy ImageJ do ilościowego przetwarzania obrazu. Akwizycję obrazu przeprowadzono za pomocą rezonansu magnetycznego 3 T, z odpowiednimi instrukcjami dla pacjenta, aby zapewnić prostą fiksację podczas obrazowania. Zastosowano sekwencję tłumiącą tłuszcz ważoną metodą T2. Cięcie koronalne wykonane 3 mm za kulą ziemską i prostopadłe do osi nerwu wzrokowego powinno zostać wgrane do oprogramowania. Korzystając z funkcji progowej, obszar istoty białej nerwu wzrokowego jest wybierany i określany ilościowo, eliminując w ten sposób błąd systematyczny pomiaru między osobnikami. Opisano również normalne granice obszaru przekroju poprzecznego nerwu wzrokowego w zależności od wieku, w oparciu o wcześniej publikowaną literaturę. Opisany protokół wykorzystaliśmy do oceny nerwu wzrokowego pacjenta z podejrzeniem jaskry. Stwierdzono, że obszar przekroju poprzecznego nerwu wzrokowego mieści się w granicach normy, co zostało dodatkowo potwierdzone za pomocą optycznej koherentnej tomografii nerwu wzrokowego.

Wprowadzenie

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

Jaskra to neuropatia nerwu wzrokowego, która jest uważana za najczęstszą przyczynę nieodwracalnej ślepoty1. Mimo to jest nadal słabo poznany pod względem patofizjologii i diagnozy, bez jednego standardowego odniesienia do ustalenia diagnozy2. Według National Institute for Health and Care Excellence (NICE) diagnoza jaskry pierwotnej otwartego kąta (POAG) wymaga oceny wielu dziedzin, w tym oceny tarczy nerwu wzrokowego w badaniu dna oka lub obrazowania optycznej koherentnej tomografii (OCT), oceny pola widzenia i pomiaru ciśnienia wewnątrzgałkowego 3. Ideą diagnozowania jaskry jest ustalenie obecności postępującej neuropatii nerwu wzrokowego, co można wykonać ilościowo na OCT4. W związku z tym MRI może być również stosowany do oceny nerwu wzrokowego i ilościowego oznaczania jego obszaru istoty białej5, ale aby było to klinicznie znaczące, protokół stosowany w kwantyfikacji istoty białej nerwu wzrokowego musi zostać ustandaryzowany. Co więcej, protokół powinien również uwzględniać zmienność międzyosobniczą, czynnik, który może wpływać na dokładność w różnych chorobach6.

Ocena nerwu wzrokowego w jaskrze jest optymalnie oceniana za pomocą obrazowania okulistycznego, w tym OCT, gdzie oceniana jest najbardziej wysunięta do przodu część nerwu wzrokowego (np. tarcza nerwu wzrokowego). Z drugiej strony, zastosowanie MRI do oceny nerwu wzrokowego zwykle ocenia część zagałkową nerwu wzrokowego w różnych odległościach od gałki ocznej. Kilka badań wykazało silną korelację między oceną tarczy nerwu wzrokowego za pomocą OCT a MRI7,8. Jednak nadal nie ma ujednoliconego protokołu oceny nerwu wzrokowego i kwantyfikacji w MRI. Zarysowanie granicy nerwu wzrokowego w rezonansie magnetycznym zostało wykorzystane do ilościowego określenia jego pola przekroju poprzecznego5. Metoda ta charakteryzuje się jednak znaczną zmiennością między oceniającymi, ponieważ musi być wykonana przez doświadczonego oceniającego i wymaga dużo czasu na opracowanie konspektu. Celem obecnego projektu było opracowanie protokołu dla ujednoliconej metodologii oceny przekroju poprzecznego nerwu wzrokowego i kwantyfikacji z wykorzystaniem rezonansu magnetycznego 3 T do akwizycji obrazu oraz oprogramowania Fiji firmy ImageJ do przetwarzania i kwantyfikacji obrazu.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

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

Następujące badanie zostało zatwierdzone przez komitet badawczy i instytucjonalną komisję rewizyjną Szpitala Uniwersytetu Jordanii. Poniższy protokół opisuje technikę obrazowania używaną do pozyskiwania obrazów MRI, a następnie przetwarzanie obrazu i kwantyfikację nerwu wzrokowego za pomocą oprogramowania Fidżi.

1. Akwizycja obrazu MRI

UWAGA: Akwizycja obrazu MR została wykonana za pomocą rezonansu magnetycznego o mocy 3 Tesli (3 T) w celu wykonania wielopłaszczyznowej sekwencji tłumienia tłuszczu ważonej metodą T2 (Tabela Materiałów).

  1. W pełni wyjaśnij pacjentowi badanie. Poniżej znajdują się instrukcje i wyjaśnienia, o których należy wspomnieć pacjentowi.
    1. Wyjaśnij pacjentowi, że będzie musiał zmienić ubranie i założyć specjalny fartuch do obrazowania.
    2. Poproś pacjentów, aby usunęli zużyty eyeliner, ponieważ może on wytwarzać artefakty (szczególnie przy 3 T) ze względu na przewodność elektryczną pigmentu tlenku tytanu.
    3. Upewnij się, że pacjent nie ma żadnych przeciwwskazań do wykonania obrazowania MRI9:
      1. Zapytaj pacjenta o wszelkie materiały metalowe, które mogą obejmować maski na twarz, kolczyki, sztuczne kończyny, magnetyczne implanty dentystyczne, klipsy do tętniaków tętnic mózgowych.
      2. Zapytaj pacjenta o metaliczne ciała obce wewnątrz gałki ocznej. W tym celu zapytaj pacjenta, czy spawał bez odpowiedniego sprzętu ochronnego.
      3. Zapytaj pacjenta o wszelkie wszczepialne urządzenia, które mogą być niekompatybilne z rezonansem magnetycznym, w tym rozruszniki serca i pompy insulinowe, leki przeciwbólowe lub pompy do chemioterapii. Oprócz tego implanty ślimakowe/implant ucha, Wszczepialne systemy neurostymulacji, Wszczepialne systemy neurostymulacji, Cewniki z elementami metalowymi, są przeciwwskazane.
      4. Zapytaj pacjenta o metaliczne ciało obce pozostawione w jego ciele. Obejmuje to kule, śrut ze strzelby i metalowe odłamki
      5. Zapytaj pacjenta o wszelkie klipsy chirurgiczne lub szwy druciane, wymianę stawu lub protezę, filtr żyły głównej dolnej (IVC), protezę oka, stenty lub wkładkę wewnątrzmaciczną.
      6. Zapytaj pacjenta, czy zrobił sobie tatuaż w ciągu ostatnich 6 tygodni.
      7. Zapytaj pacjenta, czy w ciągu ostatnich ośmiu tygodni przeszedł zabieg kolonoskopii.
      8. Ze względu na ograniczoną przestrzeń aparatu do rezonansu magnetycznego zapytaj pacjenta, czy ma klaustrofobię.
        UWAGA: Trudności mogą wystąpić u pacjentów z wysokim wskaźnikiem masy ciała (BMI).
    4. Wyjaśnij pacjentowi, że badanie ma trwać 15 minut, podczas których pacjent musi pozostać nieruchomy.
  2. Po wypełnieniu instrukcji i upewnieniu się, że pacjent w pełni rozumie badanie, uzyskaj podpisaną zgodę.
  3. Podczas akwizycji obrazu MRI połóż pacjenta na wznak w aparacie MRI i skup się na prostym celu podczas obrazowania bez ruchu głowy. W przypadku pacjentów ze słabą ostrością wzroku należy zastosować bodziec dźwiękowy, aby zoptymalizować fiksację. Bardziej wszechstronne metody fiksacji obejmują zamknięcie jednego oka, użycie celu fiksacji centralnie w postaci ekranu LCD, który zmienia kolory, oraz stosowanie lubrykantów do oczu.
  4. Upewnij się, że pacjent jest świadomy, że istnieje przycisk ściskania, który można nacisnąć, jeśli czegoś potrzebuje podczas pobytu w aparacie do rezonansu magnetycznego. Podczas gdy można użyć cewki głowicy, cewka oczna i cewka orbitalna mogą być bardziej odpowiednie do obrazowania okulistycznego.
  5. Wprowadź następujące parametry do akwizycji obrazu: Sekwencja tłumienia tłuszczu zależna od T2 (TR = 3000 milisekund; TE = 90 milisekund; TE = 100; pole widzenia = 16 cm×16 cm; macierz = 296*384; grubość plastra = 3 mm; odstęp między warstwami = 0,3 mm). Ostatnim analizowanym obrazem był ukośny obraz koronalny znajdujący się 3 mm za kulą ziemską. Ważne jest, aby pamiętać, że podczas gdy sekwencja tłumienia tłuszczu T2-zależna jest zwykle stosowana do obrazowania nerwu wzrokowego, można zastosować inne sekwencje, w tym szybkie obrazowanie echa spinowego T2.
  6. Wykonaj koronalne cięcie nerwu wzrokowego ortogonalne (tj. Prostopadłe) do nerwu 3 mm za kulą ziemską. Korzystaj z obrazów zwiadowczych w płaszczyźnie strzałkowej poprzecznej i skośnej, aby zapewnić optymalny kierunek nerwu wzrokowego i położenie połączenia nerwu wzrokowego z gałką oczną.
  7. Oceń jakość fiksacji wzroku na podstawie rozmieszczenia płynu mózgowo-rdzeniowego wokół nerwu wzrokowego, gdzie powinien być równomiernie rozłożony wokół nerwu wzrokowego o prawie równej grubości ze wszystkich stron.
  8. Powtórz proces, aby zobrazować nerw wzrokowy po drugiej stronie.

2. Analiza obrazu

  1. Pobierz pakiet do przetwarzania obrazu Fidżi ze strony (https://imagej.net/Fiji).
  2. Prześlij obraz koronalny nerwu wzrokowego do oprogramowania ImageJ Fiji w celu analizy, klikając Plik na pasku menu, a następnie przycisk Otwórz. Wybierz obraz koronalny do przetworzenia. Przesyłaj obrazy do oprogramowania Fidżi bez utraty jakości obrazu podczas przesyłania, ponieważ utrata jakości obrazu doprowadzi do niewiarygodnych wyników analizy obrazu.
  3. Ujednolicenie skali przez określenie liczby pikseli na jednostkę długości przez narysowanie linii prostej na skali mapy. Następnie wybierz pozycję Ustaw skalę z paska menu Analizuj. Określ długość linii, która pojawia się na skali mapy, z odpowiednią jednostką długości (tj. głównie mm).
  4. Przekonwertuj obraz na skalę szarości za pomocą menu obrazu, a następnie wybierz opcję Typ i 8-bitowy.
  5. Określ ilościowo zakres intensywności pikseli istoty białej.
    1. Korzystanie z narzędzia do zaznaczania Lasso (Wtyczka | Segmentacja | Lasso), wybierz wystarczający obszar istoty białej, upewniając się, że podczas zaznaczania nie uwzględniono obszaru istoty szarej. Okazało się, że całkowity wybrany obszar istoty białej wynoszący około 1000 pikseli jest wystarczający. Użyj narzędzia Analizuj i mierz, aby określić ilościowo wybrany obszar.
  6. Pokaż narzędzie Histogram z menu Analizuj, które pokazuje rozkład intensywności pikseli w wybranym obszarze istoty białej. Kliknij pole Na żywo, aby upewnić się, że histogram ocenia wybrany obszar. Wykres na histogramie powinien pokazywać normalny rozkład intensywności.
  7. Obliczać zakres intensywności istoty białej w następujący sposób:
    Dolna granica = średnia intensywność - (3* odchylenie standardowe)
    Górna granica = średnia intensywność + (3* odchylenie standardowe)
  8. Otwórz narzędzie Próg z menu Obraz, a następnie funkcję Dostosuj. Określ zakres obliczony na podstawie poprzedniego kroku. Zaznacz opcję Tylko funkcja ciemnego tła i określ czarno-białą adnotację czarno-białą czarno-białą z listy rozwijanej, a następnie kliknij przycisk Zastosuj. Pojawi się maska na istotę białą obecną w tarczy nerwu wzrokowego.
  9. Korzystanie z narzędzia do zaznaczania Lasso (Wtyczka | Segmentacja | Lasso), wybierz obszar reprezentujący tarczę nerwu wzrokowego.
  10. Użyj funkcji Zmierz z paska menu Analizuj, która obliczy obszar oznaczony przez funkcję progową w mm.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

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

Stosunek kubka do dysku dla 30-letniego pacjenta płci męskiej zgłaszającego się na kontrolne badanie okulistyczne wynosił 0,8 (Rysunek 1A), co jest podejrzane i może sugerować jaskrę. Po wykonaniu optycznej koherentnej tomografii grubości warstwy włókien nerwowych stwierdziliśmy, że grubość nerwu mieściła się w normalnych granicach dla wieku (Ryc. 1B). Pacjent został zaplanowany na rezonans magnetyczny oczodołu, podczas którego zlecono cięcie koronalne w celu oceny nerwu wzrokowego...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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

Opisaliśmy protokół oceny i ilościowego oznaczania istoty białej nerwu wzrokowego, który można wykorzystać do oceny pacjenta z jaskrą. Protokół wykorzystuje powszechnie dostępne sekwencje obrazowania do pozyskiwania obrazów, a do analizy obrazu wykorzystuje oprogramowanie Fidżi o otwartym kodzie źródłowym. Ustandaryzowaliśmy parametry obrazu, które wcześniej uznano za najdokładniejsze i wysoce powtarzalne w akwizycji obrazu nerwu wzrokowego, w tym poproszenie pacjenta o fiksację na wprost, użycie T2 z sekwencją supresji ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

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

Wszyscy autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Podziękowania

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

Chcielibyśmy podziękować Farisowi Haddadowi i Hasanowi El-Isa za ich ważny wkład w filmowanie i rozwój wideo.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Aparat do rezonansu magnetycznego (MRI)Siemens Magnetom VerioN/A3T Skaner MRI

Bibliografia

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

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

MRI nerwu wzrokowegoanaliza w programie ImageJocena jaskryMRI wa one T2ilo ciowe oznaczanie istoty bia ejprzekr j MRI w p aszczy nie czo owejfunkcja progowaniaoptyczna koherentna tomografia komputerowa

Powiązane artykuły