Name: Lesion Explorer: Ustandaryzowany protokół z przewodnikiem wideo do dokładnej i niezawodnej wolumetrii pochodzącej z MRI u osób z chorobą Alzheimera i zdrowymi osobami w podeszłym wieku (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-04-14T16:45:00.000+00:00
Duration: 12 min 50 s
Description: Poznaj półautomatyczny potok obrazowania Lesion Explorer do analizy zmian mózgu w chorobie Alzheimera i starzeniu się. Ta metoda umożliwia dokładną wolumetrię tkanek i zmian na podstawie MRI.

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

Autorzy dziękują za wsparcie finansowe z następujących źródeł. Rozwój i testowanie różnych analiz neuroobrazowania było wspierane przez kilka grantów, w szczególności z Kanadyjskich Instytutów Badań nad Zdrowiem (MOP#13129), Kanadyjskiego Towarzystwa Alzheimerowskiego i Stowarzyszenia Alzheimera (USA), Kanadyjskiego Partnerstwa na rzecz Odzyskiwania Udaru Mózgu (HSFCPSR) oraz Fundacji LC Campbell. JR otrzymuje wsparcie płacowe od Alzheimer Society of Canada; SEB z Instytutu Badawczego Sunnybrook i Wydziałów Medycyny w Sunnybrook i U of T, w tym Brill Chair in Neurology. Autorzy otrzymują również wsparcie płacowe z HSFCPSR.

<ol><li>Ramirez, J., Gibson, E., Quddus, A., Lobaugh, N. J., Feinstein, A., Levine, B., Scott, C. J., Levy-Cooperman, N., Gao, F. Q., Black, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lesion+Explorer%3A+A+comprehensive+segmentation+and+parcellation+package+to+obtain+regional+volumetrics+for+subcortical+hyperintensities+and+intracranial+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Lesion Explorer: A comprehensive segmentation and parcellation package to obtain regional volumetrics for subcortical hyperintensities and intracranial tissue.</a> Neuroimage. 54 (2), 963-973 (2011).</li>
<li>Ramirez, J., Scott, C. J., Black, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+short-term+scan-rescan+reliability+test+measuring+brain+tissue+and+subcortical+hyperintensity+volumetrics+obtained+using+the+lesion+explorer+structural+MRI+processing+pipeline%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Topogr%22%5BJournal%5D)">A short-term scan-rescan reliability test measuring brain tissue and subcortical hyperintensity volumetrics obtained using the lesion explorer structural MRI processing pipeline.</a> Brain Topogr. 26 (1), 35-38 (2013).</li>
<li>Sled, J. G., Zijdenbos, A. P., Evans, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+nonparametric+method+for+automatic+correction+of+intensity+nonuniformity+in+MRI+data%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Med.+Imaging%22%5BJournal%5D)">A nonparametric method for automatic correction of intensity nonuniformity in MRI data.</a> IEEE Trans. Med. Imaging. 17 (1), 87-97 (1998).</li>
<li>Wahlund, L. O., Barkhof, F., Fazekas, F., Bronge, L., Augustin, M., Sjogren, M., Wallin, A., Ader, H., Leys, D., Pantoni, L., Pasquier, F., Erkinjuntti, T., Scheltens, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+rating+scale+for+age-related+white+matter+changes+applicable+to+MRI+and%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">A new rating scale for age-related white matter changes applicable to MRI and.</a> 32 (6), 1318-1322 (2001).</li>
<li>Pantoni, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cerebral+small+vessel+disease%3A+from+pathogenesis+and+clinical+characteristics+to+therapeutic+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Lancet+Neurol%22%5BJournal%5D)">Cerebral small vessel disease: from pathogenesis and clinical characteristics to therapeutic challenges.</a> Lancet Neurol. 9 (7), 689-701 (2010).</li>
<li>Black, S. E., Gao, F. Q., Bilbao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+white+matter+disease%3A+Imaging-pathological+correlations+in+vascular+cognitive+impairment%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Understanding white matter disease: Imaging-pathological correlations in vascular cognitive impairment.</a> Stroke. 40, (2009).</li>
<li>Arch Neurol, 44, 21-23 (1987).</li>
<li>Carmichael, O., Schwarz, C., Drucker, D., Fletcher, E., Harvey, D., Beckett, L., Jack, C. R., Weiner, M., Decarli, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Longitudinal+changes+in+white+matter+disease+and+cognition+in+the+first+year+of+the+Alzheimer+disease+neuroimaging+initiative%5BTitle%5D)+AND+%22Arch.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Longitudinal changes in white matter disease and cognition in the first year of the Alzheimer disease neuroimaging initiative.</a> Arch. Neurol. 67 (11), 1370-1378 (2010).</li>
<li>Wardlaw, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+is+a+lacune%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">What is a lacune.</a> Stroke. 39 (11), 2921-2922 (2008).</li>
<li>Potter, G. M., Doubal, F. N., Jackson, C. A., Chappell, F. M., Sudlow, C. L., Dennis, M. S., Wardlaw, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Counting+cavitating+lacunes+underestimates+the+burden+of+lacunar+infarction%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Counting cavitating lacunes underestimates the burden of lacunar infarction.</a> Stroke. 41 (2), 267-272 (2010).</li>
<li>Barkhof, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enlarged+Virchow-Robin+spaces%3A+do+they+matter%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurol.+Neurosurg.+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Enlarged Virchow-Robin spaces: do they matter.</a> J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 75 (11), 1516-1517 (2004).</li>
<li>Zhu, Y. C., Dufouil, C., Soumare, A., Mazoyer, B., Chabriat, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tzourio+C.+High+degree+of+dilated+Virchow-Robin+spaces+on+MRI+is+associated+with+increased+risk+of+dementia%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Alzheimers+Dis%22%5BJournal%5D)">Tzourio C. High degree of dilated Virchow-Robin spaces on MRI is associated with increased risk of dementia.</a> J. Alzheimers Dis. 22 (2), 663-672 (2010).</li>
<li>Levy-Cooperman, N., Ramirez, J., Lobaugh, N. J., Black, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Misclassified+tissue+volumes+in+Alzheimer+disease+patients+with+white+matter+hyperintensities%3A+importance+of+lesion+segmentation+procedures+for+volumetric+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Misclassified tissue volumes in Alzheimer disease patients with white matter hyperintensities: importance of lesion segmentation procedures for volumetric analysis.</a> Stroke. 39 (4), 1134-1141 (2008).</li>
<li>Kovacevic, N., Lobaugh, N. J., Bronskill, M. J., Levine, B., Feinstein, A., Black, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+robust+method+for+extraction+and+automatic+segmentation+of+brain+images%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">A robust method for extraction and automatic segmentation of brain images.</a> Neuroimage. 17 (3), 1087-1100 (2002).</li>
<li>Nestor, S. M., Rupsingh, R., Borrie, M., Smith, M., Accomazzi, V., Wells, J. L., Fogarty, J., Bartha, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ventricular+enlargement+as+a+possible+measure+of+Alzheimer%27s+disease+progression+validated+using+the+Alzheimer%27s+disease+neuroimaging+initiative+database%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Ventricular enlargement as a possible measure of Alzheimer's disease progression validated using the Alzheimer's disease neuroimaging initiative database.</a> Brain. 131, 2443-2454 (2008).</li>
<li>Moody, D. M., Brown, W. R., Challa, V. R., Anderson, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Periventricular+venous+collagenosis%3A+association+with+leukoaraiosis.+Radiology%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Periventricular venous collagenosis: association with leukoaraiosis. Radiology.</a> (2), 469-476 Forthcoming.</li>
<li>Brown, W. R., Moody, D. M., Challa, V. R., Thore, C. R., Anstrom, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Venous+collagenosis+and+arteriolar+tortuosity+in+leukoaraiosis%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurol.+Sci%22%5BJournal%5D)">Venous collagenosis and arteriolar tortuosity in leukoaraiosis.</a> J. Neurol. Sci. 15, 203-204 (2002).</li>
<li>Talairach, J., Tournoux, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTalairach%2C+J+%22Co-planar+Stereotaxic+Atlas+of+the+Human+Brain%22">Co-planar Stereotaxic Atlas of the Human Brain</a>. , Thieme Medical Publishers. Stuttgart. (1988).</li>
<li>Dade, L. A., Gao, F. Q., Kovacevic, N., Roy, P., Rockel, C., O'Toole, C. M., Lobaugh, N. J., Feinstein, A., Levine, B., Black, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Semiautomatic+brain+region+extraction%3A+a+method+of+parcellating+brain+regions+from+structural+magnetic+resonance+images%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Semiautomatic brain region extraction: a method of parcellating brain regions from structural magnetic resonance images.</a> Neuroimage. 22 (4), 1492-1502 (2004).</li>
<li>Shrout, P. E., Fleiss, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intraclass+correlations%3A+uses+in+assessing+rater+reliability%5BTitle%5D)+AND+%22Psychol.+Bull%22%5BJournal%5D)">Intraclass correlations: uses in assessing rater reliability.</a> Psychol. Bull. 86, 420-428 (2008).</li>
<li>Zijdenbos, A. P., Dawant, B. M., Margolin, R. A., Palmer, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Morphometric+analysis+of+white+matter+lesions+in+MR+images%3A+method+and+validation%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Med.+Imaging%22%5BJournal%5D)">Morphometric analysis of white matter lesions in MR images: method and validation.</a> IEEE Trans. Med. Imaging. 13 (4), 716-724 (1994).</li>
<li>Chow, T. W., Takeshita, S., Honjo, K., Pataky, C. E. of manual and semi-automated delineation of regions of interest for radioligand PET imaging analysis. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChow%2C+TW+%22BMC+Nucl.+Med%22">BMC Nucl. Med</a>. Comparison, S. tJ. acques,P. .L. .,K. usano,M. .L. .,C. aldwell,C. .B. .,R. amirez,J. .,B. lack,S. .,V. erhoeff,N. .P. . 7, (2007).</li>
<li>Gilboa, A., Ramirez, J., Kohler, S., Westmacott, R., Black, S. E., Moscovitch, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retrieval+of+autobiographical+memory+in+Alzheimer%27s+disease%3A+relation+to+volumes+of+medial+temporal+lobe+and+other+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Hippocampus%22%5BJournal%5D)">Retrieval of autobiographical memory in Alzheimer's disease: relation to volumes of medial temporal lobe and other structures.</a> Hippocampus. 15 (4), 535-550 (2005).</li>
<li>Black, S., Iadecola, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vascular+cognitive+impairment%3A+small+vessels%2C+big+toll%3A+introduction%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke.+40%283+Suppl%29%2C+S38-S39%22%5BJournal%5D)">Vascular cognitive impairment: small vessels, big toll: introduction.</a> Stroke. 40(3 Suppl), S38-S39. , (2009).</li>
<li>Brown, W. R., Moody, D. M., Thore, C. R., Challa, V. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cerebrovascular+pathology+in+Alzheimer%27s+disease+and+leukoaraiosis%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Cerebrovascular pathology in Alzheimer's disease and leukoaraiosis.</a> , 903-939 (2000).</li>
<li>Moody, D. M., Brown, W. R., Challa, V. R., Anderson, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Periventricular+venous+collagenosis%3A+association+with+leukoaraiosis.+Radiology%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Periventricular venous collagenosis: association with leukoaraiosis. Radiology.</a> (2), 469-476 Forthcoming.</li>
<li>Hernandez, M. D., Piper, R. J., Wang, X., Deary, I. J., Wardlaw, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+the+automatic+computational+assessment+of+enlarged+perivascular+spaces+on+brain+magnetic+resonance+images%3A+A+systematic+review%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson.+Imaging%22%5BJournal%5D)">Towards the automatic computational assessment of enlarged perivascular spaces on brain magnetic resonance images: A systematic review.</a> J. Magn. Reson. Imaging. , (2013).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Procedura segmentacji i parcelacji LE została opracowana specjalnie w celu uzyskania regionalnej wolumetrii z rezonansu magnetycznego choroby Alzheimera i osób w podeszłym wieku. Chociaż istnieje wiele w pełni automatycznych potoków, które stosują złożone algorytmy obliczeniowe do wykonywania tych operacji, narzędziom tym zwykle brakuje zindywidualizowanej dokładności i precyzji, które wytwarza półautomatyczny potok LE. Kompromisem w stosunku do procesów półautomatycznych są zasoby niezbędne do prawidłowego przeszkolenia operatorów z wiedzą anatomiczną i umiejętnościami obliczeniowymi potrzebnymi do zastosowania tak kompleksowego potoku. Jednak jedną z głównych zalet zindywidualizowanego procesu obrazowania jest możliwość uzyskania ilościowej wolumetrii od umiarkowanych do ciężkich przypadków neurodegeneracji, gdy automatyczne rurociągi zawodzą.
Ponieważ rurociąg LE został wcześniej oceniony i zastosowany w różnych populacjach osób starszych i z demencją1,2,13,14,19,22,23, główne problemy, z którymi zwykle spotykają się przeszkoleni operatorzy, zostały dobrze udokumentowane i podsumowane poniżej.
Ręczne sprawdzanie i edycja wymagana w przypadku komponentu Brain-Sizer obejmuje procedurę maskowania ekstrakcji TIV, relokację vCSF i ręczne usuwanie pnia mózgu, móżdżku i innych struktur podnamiotowych. W przypadku ekstrakcji mózgu, automatyczne wyjście TIV jest na ogół przyzwoitą maską, pod warunkiem, że oryginalne obrazy PD / T2 są dobrej jakości. Jednak ze względu na względne wartości intensywności tkanki naczyniowej i nerwowej przyśrodkowej do dolnych biegunów skroniowych, proksymalnie do tętnic szyjnych, obszar ten zwykle wymaga pewnej edycji. Dodatkowo, śluz w jamie nosowej ma tendencję do wpływania na histogramy intensywności regionalnej, zniekształcając wartości odcięcia intensywności w przednich obszarach czołowych, co zwykle wymaga dodatkowej ręcznej edycji automatycznej maski TIVauto. Wreszcie, dodatkowa ręczna edycja jest zwykle wymagana w najbardziej zaawansowanych regionach, gdzie globalna atrofia ma tendencję do powodowania wzrostu objętości podpajęczynówkowego płynu mózgowo-rdzeniowego tuż poniżej opony twardej. Alternatywnie, atrofia związana z powiększeniem komór ma tendencję do minimalizowania interwencji operatora wymaganych przy ponownym przypisaniu vCSF. Kolejną korzyścią płynącą z trójfunkcyjnego podejścia korejestracji jest możliwość identyfikacji zawałów wypełnionych płynem torbielowatym proksymalnie do komór, potencjalnie z powodu okołokomorowej waskulopatii żylnej5,24-26, które można zidentyfikować ze względu na ich względną intensywność w PD i T1 (hiperintensywna w PD, hipointensywna w T1). Te hipointensywności można wyznaczyć od vCSF za pomocą ręcznych limitów narysowanych w ITK-SNAP_sb przed operacjami zalewania. Ponieważ ponowne przypisanie vCSF odbywa się w przestrzeni akwizycji T1, w przypadkach, gdy wyrównanie znacznie odbiega od płaszczyzny ACPC, może być wymagane ograniczenie dla 3. komory i spłuczki czworokątnej, jeśli PC nie jest w pełni widoczny. Chociaż tentorium jest strukturą stosunkowo łatwą do odróżnienia, kilka zasad opartych na anatomii pomaga w kierowaniu ręcznym usuwaniem pnia mózgu i struktur podnamiotowych, szczególnie podczas lokalizowania oddzielenia szypułek mózgowych od przyśrodkowego płata skroniowego.
Znakowanie punktu orientacyjnego SABRE to procedura oparta na stereotaksji wykonywana na standardowych obrazach wyrównanych ACPC, pozwalająca na umiarkowanie przewidywalną lokalizację poszczególnych anatomicznych punktów orientacyjnych. Wyjątkami od tej reguły są przypadki ze skrajną atrofią i normalną zmiennością wynikającą z indywidualnych różnic w neuroanatomii. Zanik mózgu powoduje ogólną utratę miąższu, zwiększając płyn mózgowo-rdzeniowy wzdłuż linii środkowej otaczającej sierp mózgu, co zwiększa trudność wyboru odpowiednich punktów do umieszczenia punktów orientacyjnych. Wymagane są protokoły oparte na regułach, identyfikujące przypadki, w których wymagane są wyjątki od reguły ogólnej. Normalne różnice w anatomii, szczególnie we względnym położeniu bruzdy środkowej i bruzdy ciemieniowo-potylicznej, również zwiększają trudność ręcznego wytyczenia tych struktur. Jednak graficzny interfejs użytkownika używany przez SABRE pozwala na obracanie w czasie rzeczywistym renderowanych obrazów powierzchni, co znacznie pomaga w procesie podejmowania decyzji o wizualizacji tych konkretnych punktów orientacyjnych. Wreszcie, niektóre protokoły oparte na regułach zostały zintegrowane programowo z oprogramowaniem, aby zapobiec naruszeniu przez operatora, np. wytyczenie bruzdy centralnej jest zmuszone do przesunięcia się do tyłu (śledzenie linii nie wraca do siebie).
Procedura ręcznego sprawdzania komponentu Lesion-Seg wymaga specjalistycznej wiedzy w zakresie identyfikacji wizualnej odpowiednich hiperintensywności, umiejętności percepcji wzrokowej, którą nabywa się dopiero po ekspozycji na skany o różnym stopniu SH. Algorytmy minimalizacji wyników fałszywie dodatnich pomagają w usunięciu większości błędów w początkowej segmentacji. Jednak różnicowanie między poszerzonymi przestrzeniami okołonaczyniowymi (przestrzenie Virchowa-Robina: VRS) w jądrze soczewkowatym a odpowiednim SH w torebce zewnętrznej, claustrum, torebce skrajnej i obszarach podwyspowych może być trudne. Jest to szczególnie trudne w przypadkach z VRS w zwojach podstawy. W niedawnym artykule przedstawiającym STandards for ReportIng Vascular changes on nEuroimaging (STRIVE) zalecono kryterium wielkości w celu odróżnienia VRS od lakun i opisania VRS jako bardziej liniowego i intensywności płynu mózgowo-rdzeniowego w MRI. Aby rozwiązać te problemy z identyfikacją VRS, LE przyjęło: a) regułę opartą na anatomii, która uniemożliwia operatorom wybór jakiejkolwiek hiperintensywności, która mieści się w jądrze soczewkowatym, b) kryterium wielkości w celu wykluczenia hiperintensywności o średnicy mniejszej niż 5 mm oraz c) regułę względnej intensywności dla dodatkowego wykluczenia ze względu na względną intensywność płynu mózgowo-rdzeniowego na PD, T2 oraz T127. Dodatkowo, normalny sygnał hiperintensywny można znaleźć wzdłuż linii środkowej i sierpa mózgu, szczególnie w obrazowaniu FLAIR, które może być trudne do rozróżnienia między istotnymi SH wzdłuż ciała modzelowatego. W przypadkach takiego nakładania się stosuje się zasady oparte na anatomii, w których akceptowane są tylko SH, które rozciągają się na obszary okołokomorowe.
Podsumowując, ważne jest, aby docenić, że ten pisemny komponent ma na celu uzupełnienie wideoprzewodnika, ustandaryzowanej publikacji protokołu w JoVE (<a href="http://www.jove.com">http://www.jove.com</a>). Podczas gdy tradycyjne statyczne rysunki pomagają w wyjaśnieniu niektórych pojęć, samouczki oparte na filmach są bardziej skuteczne w komunikowaniu złożonych procesów metodologicznych związanych z kompleksowym potokiem neuroobrazowania, takim jak Lesion Explorer.

Analiza obrazu mózgu to rozwijająca się dziedzina neuronauki, wymagająca wykwalifikowanych operatorów o wysokim stopniu kompetencji obliczeniowych i neuroanatomicznych. Aby uzyskać informacje ilościowe z obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI), przeszkolony operator jest często zobowiązany do wdrażania, monitorowania i edycji generowanych komputerowo wyników obrazowania generowanych z surowych obrazów MRI. Podczas gdy wiele "w pełni automatycznych" narzędzi do obrazowania jest swobodnie dostępnych w Internecie, dokładność i niezawodność są wątpliwe, gdy są stosowane przez początkującego operatora, który nie ma wiedzy, przeszkolenia i znajomości pobranego narzędzia. Chociaż szkolenie na miejscu jest najbardziej preferowanym podejściem do nauczania, prezentacja ustandaryzowanego protokołu z przewodnikiem wideo jest realną alternatywą, zwłaszcza jeśli towarzyszy jej zestaw obrazów szkoleniowych. Ponadto zestaw obrazów treningowych może być wykorzystany do środków kontroli jakości, takich jak test niezawodności między oceniającymi poza siedzibą firmy.
Wyzwania związane z rozwojem potoku przetwarzania obrazów, szczególnie podczas badania starzenia się i choroby Alzheimera (AD), obejmują szeroki zakres problemów technicznych i biologicznych. Chociaż niektóre problemy techniczne są rozwiązywane za pomocą algorytmów korekcji post-processingu3, zmienność wynikająca z różnic indywidualnych i procesów patologicznych wprowadza bardziej złożone przeszkody. Zanik mózgu i powiększenie komór mogą zmniejszyć żywotność metod wypaczania rejestracji i dopasowywania szablonów. Obecność zmian w istocie białej związanych z wiekiem4 i choroby małych naczyń5,6, obserwowanych jako hiperintensywność podkorowa (SH)7,8, wypełnione płynem torbielowatym zawały jeziorkowe9,10 i poszerzone przestrzenie okołonaczyniowe11,12, dodatkowo komplikują algorytmy segmentacji. W przypadku istotnej choroby istoty białej, pojedyncza segmentacja T1 może spowodować przeszacowanie istoty szarej (GM)13, którą można skorygować tylko za pomocą dodatkowej segmentacji przy użyciu obrazowania o gęstości protonów (PD), T2-zależnej (T2) lub odzyskiwania inwersji atenuowanej płynem (FLAIR). W świetle tych wyzwań potok przetwarzania obrazu Lesion Explorer (LE) wdraża półautomatyczne podejście trójfunkcyjne (T1, PD, T2), wykorzystując przeszkolonych operatorów na określonych etapach, gdy preferowana jest interwencja człowieka1,2.
Ekstrakcja mózgu (lub ogołocenie czaszki) jest zazwyczaj jedną z pierwszych operacji wykonywanych w neuroobrazowaniu. Biorąc to pod uwagę, dokładność procesu ekstrakcji całkowitego sklepienia wewnątrzczaszkowego (TIV) ma ogromny wpływ na późniejsze operacje w dalszej części rurociągu. Znaczna nadmierna erozja, skutkująca utratą mózgu, może prowadzić do przeszacowania atrofii mózgu. Alternatywnie, znaczna niedostateczna erozja, skutkująca włączeniem opony twardej i innej materii niemózgowej, może prowadzić do zwiększenia objętości mózgu. Komponent Brain-Sizer firmy LE rozwiązuje wiele z tych problemów poprzez zastosowanie podejścia trójfunkcyjnego (T1, T2 i PD) do generowania maski TIV, która daje lepsze wyniki w porównaniu z metodami jednofunkcyjnymi1. Dodatkowo, automatycznie generowana maska TIV jest ręcznie sprawdzana i edytowana przy użyciu standardowego protokołu, który identyfikuje obszary podatne na błędy zdzierania czaszki. Po ekstrakcji mózgu przeprowadza się segmentację na T1 ogołoconym z czaszki, gdzie każdy woksel mózgowy jest przypisany do 1 z 3 znaczników: GM, istoty białej (WM) lub płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF). Segmentacja jest realizowana automatycznie przy użyciu solidnego algorytmu dopasowywania krzywych zastosowanego do globalnych i lokalnych histogramów intensywności; technika opracowana w celu rozwiązania problemu artefaktu niejednorodności intensywności i zmniejszonej separacji między amplitudą intensywności GM i WM w przypadkach AD14.
Komponent Brain-Sizer zawiera również procedury ręcznego oznaczania komór i usuwania struktur podnamiotowych. Segmentacja płynu mózgowo-rdzeniowego komorowego (vCSF) jest szczególnie ważna, ponieważ wielkość komór jest powszechnie stosowanym biomarkerem otępienia w chorobie Alzheimera15. Ponadto wyznaczenie komór i splotu naczyniówkowego jest niezbędne do prawidłowej identyfikacji hiperintensywności okołokomorowej (pvSH), która, jak się uważa, odzwierciedla postać choroby małych naczyń charakteryzującej się kolagenozą żylną5,16,17. Korzystając z T1 jako odniesienia, ręczne ponowne etykietowanie wokseli CSF do vCSF odbywa się za pomocą ręcznych operacji rozlewania na obrazie podzielonym na segmenty. Zazwyczaj komory boczne są łatwiejsze do odróżnienia od sulcal CSF. Z tego powodu zaleca się rozpoczęcie zalewania w widoku osiowym, zaczynając od górnych warstw i przesuwając się niżej. Przyśrodkowe części układu komorowego, zwłaszcza 3. komora, są trudniejsze do wyznaczenia i podlegają specjalnym zasadom opartym na anatomii, które są opisane w podręczniku. Ostatnim krokiem Brain-Sizer jest usunięcie pnia mózgu, móżdżku i innych struktur podnamiotowych, przy użyciu ręcznych procedur śledzenia opisanych w dodatkowym zestawie standardowych protokołów opartych na anatomii.
Komponent Semi-Automated Brain Region Extraction (SABRE) to procedura parcelacji rurociągu. Ten etap wymaga przeszkolonych operatorów identyfikacji następujących anatomicznych punktów orientacyjnych: spoidło przednie i tylne (AC, PC); tylna krawędź mózgu; kanał centralny; płaszczyzna środkowa strzałkowa; wcięcie przedpotyliczne; bruzda potyliczno-ciemieniowa; bruzda centralna; Szczelina Sylwiana. Na podstawie tych współrzędnych punktów orientacyjnych automatycznie generowana jest siatka18 przypominająca Talairach, a regionalna parcelacja jest realizowana19. Punkty orientacyjne można łatwo zidentyfikować na obrazach wyrównanych do ACPC, które są generowane automatycznie i ręcznie sprawdzane przed procedurami znakowania punktów orientacyjnych SABRE.
Komponent Lesion-Seg jest końcowym etapem rurociągu, w którym przeprowadzana jest identyfikacja i kwantyfikacja SH. Początkowa automatyczna segmentacja SH implementuje złożony algorytm, który obejmuje segmentację SH opartą na PD/T2, maskowanie rozmytych c-średnich i poszerzenie komór. Operacje te skutkują automatycznie wygenerowaną maską segmentacji zmian, która jest ręcznie sprawdzana i edytowana pod kątem wyników fałszywie dodatnich i innych błędów. Ponieważ hiperintensywny sygnał w MRI może pochodzić ze źródeł niepatologicznych (np. artefakt ruchu, normalna biologia), konieczne jest odpowiednie szkolenie w celu dokładnej identyfikacji odpowiedniego SH.
Końcowym wynikiem procesu LE jest obszerny profil wolumetryczny zawierający 8 różnych objętości tkanek i zmian, które są podzielone na 26 regionów mózgu SABRE. W celu uzyskania indywidualnego testu niezawodności między oceniającymi operatora poza siedzibą firmy, zaleca się wykonanie pełnego potoku LE na zestawie treningowym dostarczonym z oprogramowaniem (http://sabre.brainlab.ca). Korzystając z wyników wolumetrycznych, można obliczyć statystyki współczynnika korelacji międzyklasowej (ICC)20 dla każdej klasy tkanek (GM/WM/CSF) w każdym regionie SABRE. Korzystając z obrazów segmentacji, można obliczyć statystyki wskaźnika podobieństwa (SI)21 w celu oceny stopnia zgodności przestrzennej. Dodatkowo, wiarygodność wewnątrz oceniającego może być oceniana na podstawie tych samych wyników operatora, po upływie krótkiego czasu między 1. a 2. edycją segmentacji operatora. Pod warunkiem, że operator zewnętrzny będzie przestrzegał konwencji nazewnictwa plików określonych w podręczniku LE, statystyki niezawodności można obliczać poza siedzibą firmy przy użyciu większości podstawowych pakietów oprogramowania statystycznego. Biorąc pod uwagę kontrolę jakości i ustandaryzowany protokół wideo, operatorzy pracujący poza zakładem mogą mieć większą pewność, że rurociąg LE jest stosowany dokładnie i niezawodnie.

<table><tbody><tr><td>Aparat do rezonansu magnetycznego (1,5 Tesli)</td><td>General Electric</td><td></td><td>Zobacz parametry akwizycji <silny>Tabela 1</silny></td></tr><tr><td>Maszyna do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (3 Tesle)</td><td>General Electric</td><td></td><td>Zobacz <silny>Tabela 2</silny> dla parametrów akwizycji</td></tr></tbody></table>

lesion explorer: ustandaryzowany protokół z przewodnikiem wideo do dokładnej i niezawodnej wolumetrii pochodzącej z mri u osób z chorobą alzheimera i zdrowymi osobami w podeszłym wieku

Lesion Explorer: A Video-guided, Standardized Protocol for Accurate and Reliable MRI-derived Volumetrics in Alzheimer's Disease and Normal Elderly

Uzyskanie in vivo objętości ludzkiej tkanki mózgowej z MRI jest często skomplikowane z powodu różnych technicznych i biologicznych problemów. Wyzwania te nasilają się, gdy występuje znaczny zanik mózgu i zmiany istoty białej związane z wiekiem (np. leukoaraioza). Lesion Explorer (LE) to dokładna i niezawodna metoda neuroobrazowania opracowana specjalnie w celu rozwiązania takich problemów często obserwowanych w rezonansie magnetycznym u osób z chorobą Alzheimera i zdrowymi osobami starszymi. Rurociąg jest złożonym zestawem półautomatycznych procedur, które zostały wcześniej zatwierdzone w serii wewnętrznych i zewnętrznych testów niezawodności1,2. Jednak dokładność i niezawodność LE w dużym stopniu zależy od odpowiednio przeszkolonych operatorów ręcznych w zakresie wykonywania poleceń, identyfikowania odrębnych anatomicznych punktów orientacyjnych oraz ręcznej edycji/weryfikacji różnych generowanych komputerowo wyników segmentacji.
LE można podzielić na 3 główne komponenty, z których każdy wymaga zestawu poleceń i ręcznych operacji: 1) Brain-Sizer, 2) SABRE i 3) Lesion-Seg. Manualne operacje Brain-Sizera obejmują edycję automatycznej maski ekstrakcyjnej całkowitego sklepienia wewnątrzczaszkowego (TIV) z czaszką, oznaczenie komorowego płynu mózgowo-rdzeniowego (vCSF) i usunięcie struktur podnamiotowych. Komponent SABRE wymaga sprawdzenia wyrównania obrazu wzdłuż przedniej i tylnej płaszczyzny spoidła (ACPC) oraz identyfikacji kilku anatomicznych punktów orientacyjnych wymaganych do regionalnej parcelacji. Wreszcie, komponent Lesion-Seg obejmuje ręczne sprawdzenie automatycznej segmentacji zmian podkorowych hiperintensywności (SH) pod kątem błędów fałszywie dodatnich.
Podczas gdy preferowane jest szkolenie na miejscu w ramach LE, łatwo dostępne narzędzia do nauczania wizualnego z interaktywnymi obrazami szkoleniowymi są realną alternatywą. Opracowany w celu zapewnienia wysokiego stopnia dokładności i niezawodności, poniżej znajduje się krok po kroku, prowadzony wideo, ustandaryzowany protokół dla ręcznych procedur LE.

Niezawodność między sędziami można ocenić za pomocą kilku wskaźników. Korzystając z zestawu treningowego udostępnionego online (<a href="http://sabre.brainlab.ca">http://sabre.brainlab.ca</a>), zaleca się wykonanie następujących kroków w celu oceny niezawodności między sędziami dla każdego z etapów przetwarzania po zakończeniu LE.
Brain-Sizer: 
Aby ocenić niezawodność międzyoceniającą procedur ekstrakcji mózgu, wygeneruj dane wolumetryczne dla każdej maski TIV-E, &lt;name&gt;_TIVedit, używając polecenia &lt;img_count&gt;. Wprowadź te dane wolumetryczne do pakietu oprogramowania statystycznego (np. SPSS), wraz z danymi wolumetrycznymi TIVedit dostarczonymi dla każdego przypadku zestawu treningowego (patrz. plik Excel/csv dostępny online) i oblicz współczynnik korelacji międzyoceniającej (ICC). Wolumetria całego mózgu dla oceniających przeszkolonych wewnętrznie uzyskała zgłoszony wynik ICC=0,99, p&lt;0,0001 1,2. Dodatkowo, zgodność przestrzenną masek TIV można ocenić za pomocą SI21. Kod MATLAB do obliczania wartości SI między dwoma oceniającymi jest dostępny online.
Aby ocenić ponowne przydzielenie komór, należy wygenerować objętości vCSF, używając &lt;liczba_obrazów&gt; polecenie dla każdego z plików segmentacji z ponownie przypisanymi wokselami vCSF, t. j.. &lt;nazwa&gt;_ seg_vcsf. Objętość vCSF to wartość znajdująca się obok wiersza „7” w kolumnie zatytułowanej „volume”. Stosując te same procedury, które służyły do oceny niezawodności międzyobserwatorami dla TIV, oblicz ICC oraz SI dla vCSF. 
Usunięcie pnia mózgu, móżdżku i struktur podnamiotowych można ocenić w podobny sposób, uruchamiając polecenie &lt;img_count&gt; dla pliku &lt;name&gt;_seg_vcsf_st. Objętości wykorzystane do tej maski segmentacji znajdują się w przedostatnim wierszu zatytułowanym „total count of nonzero voxels:” w kolumnie „volume” (ostatnia kolumna po prawej stronie). Stosując te same procedury oceny TIV i vCSF, oblicz ICC oraz SI dla tej procedury maskowania, wykorzystując dane wolumetryczne z dostarczonego pliku excel oraz pliki &lt;name&gt;_seg_vcsf_st.
SABRE: 
Podczas gdy procedury manualne Brain-Sizer można łatwo ocenić przy użyciu standardowych parametrów, dopasowanie do linii ACPC jest nieco trudniejsze. Z tego powodu do wizualnego porównania w celu szkolenia operatorów zewnętrznych udostępniono pliki macierzy. Po zakończeniu dopasowania do linii ACPC otwórz nowe okno ITK-SNAP_sb, wczytaj obraz T1, a następnie wczytaj macierz dla przypadku szkoleniowego dostępnego online, &lt;name&gt;_T1_IHCpre_toACPC.mat, i wizualnie porównaj kąt pochylenia (pitch), przechylenia (roll), odchylenia (yaw) oraz przekrój ACPC pomiędzy oboma obrazami.
Aby ocenić procedury wyznaczania punktów charakterystycznych SABRE, przeprowadź &lt;img_count&gt; na maskach sparcjalizowanych, &lt;name&gt;_SABREparcel_inACPC dla każdego przypadku szkoleniowego. Wpisz dane wolumetryczne dla każdego regionu (3-28). Kody regionów SABRE są dostępne online. Stosując te same procedury do oceny TIV i vCSF, oblicz współczynnik ICC dla każdego regionu mózgu SABRE. Dla wolumetrii regionalnych sparcjalizowanych w SABRE, wykonanych przez przeszkolonych wewnątrz zakładowo oceniających, uzyskano raportowane średnie wartości ICC=0,98, p&lt;0,01, przy czym wartości ICC mieściły się w zakresie 0,91-0,99 1,2.
Lesion-Seg: 
Ponieważ komponent ten stanowi końcowy etap potoku LE, jego niezawodność i dokładność zależą od etapów poprzednich.
Niezawodność międzyoceniająca segmentacji SH jest określana za pomocą regionalnego ICC objętości SH oraz zgodności przestrzennej masek SH. Aby ocenić regionalne objętości SH, uruchom program &lt;SH_volumetrics&gt;, wprowadzając plik lobmask w przestrzeni akwizycji T1, &lt;name&gt;_SABREparcel, oraz końcowy edytowany plik segmentacji zmian, &lt;name&gt;_LEedit. Stosując te same procedury, które służą do oceny wolumetrii SABRE, oblicz ICC dla objętości zmian w każdym regionie mózgu SABRE. Korzystając z tych samych procedur oceny zgodności przestrzennej procesu maskowania TIV, oblicz SI dla końcowych edytowanych masek zmian, &lt;name&gt;_LEedit (lub FLEXedit). Te same testy niezawodności można przeprowadzić zarówno dla segmentacji opartej na PD/T2, jak i segmentacji opartej na FLAIR.
<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td>3D T1</td>
			<td>PD/T2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parametry obrazowania</td>
			<td>Osiometry objętościowa SAT (S1) SPGR</td>
			<td>Osiowy Spin Echo FC VEMP VB (przeplot)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Czas trwania impulsu</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TE (ms)</td>
			<td>5</td>
			<td>30/80</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TR (ms)</td>
			<td>35</td>
			<td>3,000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kąt odchylenia (°)</td>
			<td>35</td>
			<td>90</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TI (msek)</td>
			<td>Ze względu na brak dostarczonego tekstu źródłowego, nie można wykonać tłumaczenia. Proszę o przesłanie materiału do przetłumaczenia.</td>
			<td>Ponieważ nie dostarczono tekstu źródłowego do tłumaczenia, proszę o przesłanie treści, którą należy przełożyć na język polski. Po otrzymaniu tekstu przygotuję wierne, naukowe tłumaczenie zgodnie z Twoimi wytycznymi.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zakres skanowania</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pole widzenia (cm)</td>
			<td>22</td>
			<td>20</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Grubość warstwy (mm)</td>
			<td>1.2/0</td>
			<td>3/0</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liczba plastrów</td>
			<td>124</td>
			<td>62</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Akwizycja</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rozmiar macierzy</td>
			<td>256 x 192</td>
			<td>256 x 192</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rozmiar woksela (mm)</td>
			<td>0,86 x 0,86 x 1,4</td>
			<td>0,78 x 0,78 x 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NEX</td>
			<td>1</td>
			<td>0.5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Całkowity czas (min)</td>
			<td>11:00</td>
			<td>12:00</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 1. Parametry akwizycji strukturalnego MRI 1,5T General Electric.
<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody >
		<tr >
			<td ></td >
			<td >3D T1</td >
			<td >PD/T2</td >
			<td >FLAIR</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Parametry obrazowania</td >
			<td >Osiowy 3D FSPGR EDR IR Prep</td >
			<td >Osiowy 2D FSE-XL, EDR, FAST, nasycenie tłuszczu</td >
			<td >Osiowy T2Flair, EDR, FAST</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Timing impulsów</td >
			<td ></td >
			<td ></td >
			<td ></td >
		</tr >
		<tr >
			<td >
			<h2 >TE (ms)</h2 >
			</td >
			<td >3.2</td >
			<td >11.1 / 90</td >
			<td >140</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >TR (msec)</td >
			<td >8.1</td >
			<td >2,500</td >
			<td >9,700</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Kąt odchylenia (°)</td >
			<td >8°</td >
			<td >90°</td >
			<td >90°</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >TI (msec)</td >
			<td >650</td >
			<td >N/D</td >
			<td >2,200</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Zakres skanowania</td >
			<td ></td >
			<td ></td >
			<td ></td >
		</tr >
		<tr >
			<td >FOV (cm)</td >
			<td >22</td >
			<td >22</td >
			<td >22</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Grubość warstwy (mm)</td >
			<td >1</td >
			<td >3</td >
			<td >3</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Liczba warstw</td >
			<td >186</td >
			<td >48</td >
			<td >48</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Akwizycja</td >
			<td ></td >
			<td ></td >
			<td ></td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Rozmiar macierzy</td >
			<td >256 x 192</td >
			<td >256 x 192</td >
			<td >256 x 192</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Rozmiar woksela (mm)</td >
			<td >0.86 x 0.86 x 1</td >
			<td >0.86 x 0.86 x 3</td >
			<td >0.86 x 0.86 x 3</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >NEX</td >
			<td >1</td >
			<td >1</td >
			<td >1</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Czas całkowity (min)</td >
			<td >7:20</td >
			<td >6:10</td >
			<td >7:20</td >
		</tr >
	</tbody >
</table >
Tabela 2. Parametry akwizycji strukturalnego MRI General Electric 3T.
<img alt="Segmentacja obrazu MRI mózgu, analiza struktur anatomicznych. Obrazowanie medyczne, analiza diagnostyczna." fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig1highres.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1. Przekrój osiowy T1 z nałożoną nieedytowaną maską całkowitej objętości wewnątrzczaszkowej (TIV) (kolor zielony). Jest to przykład użycia narzędzia zamkniętego wielokąta w programie ITK-SNAP_sb w celu usunięcia tkanek pozamózgowych w ramach procedury ręcznej edycji podczas ekstrakcji TIV za pomocą programu Brain-Sizer.
<img alt="Wyniki segmentacji obrazu MRI mózgu; schemat; pokazujący różnicowanie tkanek; edukacyjna neuronauka." fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig2highres.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 2"> 
Rysunek 2. Przekrój osiowy T1 z nałożoną segmentacją tkanek. Należy pamiętać, że kolory etykiet są dowolne i mogą być zmieniane za pomocą narzędzia Label. Lewy obraz przedstawia kolory domyślne. Środkowy obraz pokazuje, w jaki sposób CSF (5=fioletowy) zostaje przypisany do vCSF (7=magenta). Prawy obraz pokazuje, jak można zmodyfikować kolor WM bez zmiany etykiety klasy tkanki, t.j.. etykieta 3=WM pozostaje, ale kolor może zostać zmieniony na niebieski.
<img alt="Segmentacja MRI mózgu; schemat przedstawiający klasyfikację tkanek do analizy medycznej." fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig3highres.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 3"> 
Rycina 3. Przekrój osiowy T1 z nałożoną segmentacją tkanek (obraz po lewej, GM=żółty, WM=pomarańczowy, CSF=fioletowy) (lewo). Przedstawiono przykład ręcznego usuwania struktur podnamiotowych przy użyciu narzędzia zamkniętego wielokąta w programie ITK-SNAP_sb (środek) oraz końcową segmentację tkanek po usunięciu (prawo). Podobnie jak na Rycini 2, prawy obraz pokazuje, w jaki sposób można zmienić kolor WM bez zmiany etykiety klasy tkanki, t.j. etykieta 3=WM pozostaje niezmieniona, ale kolor może zostać zmieniony na niebieski.
<img alt="Rezonans magnetyczny mózgu, porównanie anatomiczne, przekroje osiowe; neuroobrazowanie, analiza strukturalna, diagnostyka medyczna." fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig4highres.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rysunek 4. Przekroje osiowe T1 w przestrzeni akwizycji przed (lewo) i po (prawo) wykonaniu wyrównania AC-PC.
<img alt="Analiza anatomii mózgu; skan MRI i trójwymiarowy model mózgu ilustrujący drogi nerwowe, obrazowanie medyczne." fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig5highres.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 5"> 
Rycina 5. Dwa przykłady przedstawiające procedury wyznaczania punktów orientacyjnych SABRE. Przekrój osiowy T1 wyrównany w linii AC-PC z wyznaczonymi punktami orientacyjnymi dla AC (żółty), PC (niebieski) oraz tylnej krawędzi (różowy) (po lewej). Trójwymiarowa rekonstrukcja powierzchni T1 (po prawej) z wyznaczeniem szczeliny Sylwiusza (fioletowy) i bruzdy środkowej (różowy).
<img alt="Osiowe obrazy MRI mózgu z zaznaczonymi obszarami, analiza progresji zmian, badania medyczne." fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig6highres.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 6"> 
Rycina 6. Osiowy obraz PD (lewo) z automatycznie wygenerowaną nakładką zmian (środek) oraz ręcznie edytowaną nakładką zmian (czerwona) (prawo).
<img alt="Skany MRI mózgu z zaznaczonymi obszarami, schemat, analiza danych, neuroobrazowanie, badanie funkcji poznawczych." fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig7highres.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 7"> 
Rycina 7. Przekrój osiowy FLAIR (lewo), z automatycznie wygenerowaną nakładką zmian chorobowych (środek) oraz ręcznie edytowaną nakładką zmian (na czerwono) (prawo).

Lesion Explorer (LE) to półautomatyczny potok przetwarzania obrazów opracowany w celu uzyskania objętości regionalnej tkanki mózgowej i podkorowej hiperintensywności zmian ze strukturalnego rezonansu magnetycznego choroby Alzheimera i zdrowych osób starszych. Aby zapewnić wysoki poziom dokładności i niezawodności, poniżej znajduje się prowadzony przez wideo, ustandaryzowany protokół dla ręcznych procedur LE.

Lesion Explorer: Ustandaryzowany protokół z przewodnikiem wideo do dokładnej i niezawodnej wolumetrii pochodzącej z MRI u osób z chorobą Alzheimera i zdrowymi osobami w podeszłym wieku

Obtaining in vivo human brain tissue volumetrics from MRI is often complicated by various technical and biological issues. These challenges are ...

Ogólnym celem poniższego schematu postępowania jest lepsze zrozumienie procesów starzenia się oraz demencji poprzez uzyskanie pochodnych z MRI miar regionalnego zaniku mózgu oraz neuroobrazowych biomarkerów choroby małych naczyń. Jest to realizowane poprzez wstępne wygenerowanie maski mózgu po usunięciu czaszki oraz podstawową segmentację tkanki mózgowej w celu dokładnego określenia całkowitej objętości wewnątrzczaszkowej.W drugim kroku przeprowadzana jest segmentacja zmian TRIFE w celu ilościowego określenia i klasyfikacji podtypów zmian, co umożliwia dokładny pomiar biomarkerów obrazowych w chorobie małych naczyń. Następnie u każdej osoby wykonuje się wyznaczanie punktów orientacyjnych w celu podziału mózgu na 26 zestandaryzowanych obszarów zainteresowania. Uzyskane wyniki wykazują zróżnicowane regionalne wzorce neurodegeneracji i waskulopatii pomiędzy grupami chorych, w oparciu o pomiary zaniku tkanki mózgowej oraz objętość zmian otrzymaną z obrazowania strukturalnego MRI.Nasze podejście analityczne może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące obrazowania mózgu w procesach starzenia i otępienia. Opracowany przez nas spersonalizowany schemat analizy pozwala zarówno badaczom, jak i klinicystom lepiej zrozumieć diagnozę, progresję oraz odpowiedź na leczenie u poszczególnych osób, a także w różnych grupach pacjentów. Jest on szczególnie użyteczny w przypadku osób, u których choroba małych naczyń mózgowych współistnieje z zaburzeniami neurodegeneracyjnymi.Zjawisko to występuje bardzo często u osób starszych, szczególnie w chorobie Alzheimera. Procedurę tę można zastosować również u osób z innymi zaburzeniami neurologicznymi, takimi jak otępienie naczyniowe i udar, otępienie czołowo-skroniowe, urazy czaszkowo-mózgowe oraz stwardnienie rozsiane. Wizualna prezentacja tej metody jest kluczowa, ponieważ kroki wymagające manualnej interwencji mogą być złożone.Wymaga to połączenia szerokiej wiedzy z zakresu neuroanatomii oraz wysokich kompetencji i umiejętności obsługi komputera. Wiele z tych kroków najlepiej przekazać w formie wizualnej. Niniejszy film pozwoli użytkownikowi prawidłowo zwizualizować omawiane struktury anatomiczne i zaprezentuje wymagane interwencje obliczeniowe.Procedurę zaprezentują nasz kierownik laboratorium, Christopher Scott, oraz analityczki z RIN Imaging, Alicia McNeely i Courtney Beek. Aby rozpocząć, otwórz oprogramowanie i wczytaj obraz T1-zależny oraz automatyczną maskę całkowitej objętości wewnątrzczaszkowej z usuniętą czaszką, tzw. TIV auto. Następnie użyj narzędzia pędzla, aby rozpocząć edycję TIV auto w celu dodania lub odzyskania fragmentów mózgu, których TIV auto nie uwzględniła.Wybierz aktywną etykietę rysowania jako etykietę jeden i zamaluj wszystkie etykiety, aby ponownie przechwycić kolory, automatyczne obszary DIV lub starannie przechwycić obszary niepokolorowane. Użyj pędzla, aby ponownie pomalować automatyczną maskę TIV. Dokładnie sprawdź każdy plaster, aby upewnić się, że tylko tkanka mózgowa jest pomalowana na zielono jako etykieta jeden, a cała tkanka pozamózgowa posiada inną etykietę.Jeśli malowanie jest utrudnione, należy użyć narzędzia zamkniętego wielokąta, ponownie przechwycić TIV auto w razie potrzeby i usunąć TIV auto w razie potrzeby. Po dokonaniu satysfakcjonujących modyfikacji TIV, należy zapisać obraz jako TIV edit, aby rozpocząć ponowne przypisanie komór. Na obraz T one IHC należy nałożyć obraz seg, a następnie dostosować kolory etykiet rysunku.Następnie ponownie przypisz woksele CSF, korzystając z narzędzia wypełniania obszarów (flood fill), przełączając się między wypełnianiem a rysowaniem granic poprzez naciskanie spacji. Granice służą do zapobiegania wypełnianiu przez narzędzie flood fill niektórych obszarów komory, które są uznawane za periventrycularne czarne otwory lub część hiperintensywności istoty białej. W przypadku płata skroniowego używaj obrazu T1-zależnego jako wskazówki, co należy wypełnić, a czego nie wypełniać.Segmentację komór bocznych można włączać i wyłączać klawiszem S. Po zakończeniu zapisz segmentację w celu usunięcia pnia mózgu, móżdżku i struktur podnamiotowych. Wybierz narzędzie wielokąta i przy wyłączonej segmentacji przewiń do pierwszego przekroju, na którym zaczyna się móżdżek.Następnie kliknij lewym przyciskiem myszy, aby narysować wielokąt obejmujący oponę twardą wokół móżdżku oraz wzdłuż podstawy pnia mózgu w obrębie kalosum. Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy, aby zamknąć wielokąt i kliknij „accept”, aby usunąć ten obszar z segmentacji. Obszar ten będzie teraz wyświetlać obraz T1 poniżej, co wskazuje, że nie jest on już uwzględniony w segmentacji.Po oddzieleniu nóżek mózgu należy rozpocząć usuwanie pnia mózgu i rdzenia kręgowego. Teraz należy przewinąć obraz w górę, przekrój po przekroju, aby zweryfikować, że jedynymi pozostałymi częściami segmentacji jest tkanka mózgu. Po zakończeniu należy zapisać segmentację.Aby rozpocząć, należy wczytać obraz ISO oraz plik mat do wyrównania CPC. Najpierw należy maksymalnie przybliżyć widok za pomocą narzędzia nawigacyjnego. Następnie należy użyć narzędzi pochylenia w górę i w dół (pitch up, down) oraz zmiany kąta nachylenia w górę i w dół (elevate up down), aby dostosować widok osiowy tak, aby przednia sponka była w swoim najgrubszym punkcie, a tylna sponka była ułożona prostopadle. Powinno to doprowadzić do uzyskania kształtu przypominającego dziurkę od klucza.Skoryguj widok, aby wprowadzić gałki oczne w pole widzenia. Następnie dostosuj obrót, centrując gałki oczne w widoku osiowym. Przekroje osiowe powinny wyglądać na równomiernie wyważone podczas przewijania obrazu.Koryguj pozycję dla każdego przekroju z osobna, upewniając się, że pionowy celownik przechodzi przez płaszczyznę pośrodkową strzałkową. W widoku osiowym, ze względu na naturalne zakrzywienie mózgu w okolicach biegunów, uzyskanie idealnego wyrównania płaszczyzny może być czasami utrudnione; należy dopasować ją jak najlepiej. Aby rozpocząć, załaduj obraz w celu identyfikacji punktów orientacyjnych.Najpierw kliknij przycisk opcji AC po lewej stronie, aby wybrać punkt orientacyjny do zdefiniowania. Następnie kliknij AC w widoku osiowym. W kolejnym kroku kliknij przycisk opcji PC po lewej stronie, a następnie PC na obrazie osiowym.Teraz kliknij przycisk opcji PE, aby zdefiniować tylną krawędź mózgu na tym przekroju, a następnie kliknij najbardziej tylną część mózgu, po lewej lub prawej stronie. Spowoduje to uzupełnienie wartości dla przekroju czołowego, które zostaną wykorzystane za chwilę. Kliknij przycisk opcji ca, aby zdefiniować kanał centralny.Następnie przesuń się o 10 przekrojów w dół z bieżącego widoku osiowego i kliknij w środek kanału centralnego. Pozwoli to uzupełnić wartość przekroju strzałkowego, która posłuży teraz jako punkt wyjścia do wyznaczenia płaszczyzny pośrodkowej strzałkowej. Następnie kliknij przycisk opcji M, aby zdefiniować płaszczyznę pośrodkową strzałkową.Następnie kliknij przycisk opcji LPR, aby zdefiniować lewy wcięcie przedpotyliczne, oraz przycisk opcji RPR, aby zdefiniować prawe wcięcie przedpotyliczne. W celu utworzenia mapy obiektów kliknij przycisk opcji LSC, aby zdefiniować lewą bruzdę środkową górną. Kliknij lewym przyciskiem myszy, aby umieścić marker na oponie twardej powyżej bruzdy.Kliknij przycisk opcji LOP, aby zdefiniować lewą bruzdę potyliczno-ciemieniową. W przypadku śladów renderowanych powierzchniowo, obrys tej bruzdy biegnie od opony twardej do namiotu móżdżku. Rozpocznij obrysowywanie szczeliny Sylwiusza od końca tylnego do przedniego, zaczynając od punktu, w którym rozgałęzia się ona na małe gałęzie wstępujące i zstępujące.Teraz kliknij przycisk opcji lc, aby wyznaczyć przebieg lewej bruzdy środkowej. Rozpocznij od dolnego końca w punkcie Sylvie i szczeliny znajdującej się bezpośrednio poniżej zakończenia bruzdy. Kontynuuj wyznaczanie przebiegu bruzdy do jej górnego końca, aż do momentu, gdy śledzenie krzywizny mózgu stanie się utrudnione.Na koniec kliknij prawy przycisk pod widokiem 3D i powtórz kroki dla prawej szczeliny Sylwiusza oraz prawej bruzdy środkowej w celu segmentacji zmiany z obrazów PD lub T2. Najpierw przejrzyj wszystkie dostępne obrazy, w tym T1, PD i T2, aby podjąć decyzję, co zakwalifikować jako zmianę w mózgu. Następnie użyj narzędzia pędzla, aby zamalować etykietę 1 etykietą 2, co oznaczy obszary z obecnością zmiany.Segmentację można włączać i wyłączać za pomocą klawisza S. Ponadto, w przypadku skanów z obrazowaniem flare, należy zamalować etykietę jeden etykietą dwa, aby zaznaczyć wszelkie wyniki fałszywie dodatnie lub błędy. Ponownie, należy wykorzystać wszystkie dostępne obrazy w celu podjęcia decyzji o tym, które obszary stanowią zmianę chorobową.Następnie użyj pędzla, aby zmienić etykiety w celu oznaczenia zmiany chorobowej oraz wyników fałszywie dodatnich. Po dokonaniu satysfakcjonujących modyfikacji w segmentacji zmiany, zapisz finalnie edytowany obraz. Tutaj możemy zobaczyć dwa przykłady przedstawiające procedury wyznaczania punktów orientacyjnych SABRE.Przekrój osiowy po lewej stronie przedstawia obraz T1 z wyrównaniem do linii AC-PC oraz rozmieszczeniem punktów orientacyjnych krawędzi tylnej. Renderowana powierzchniowo trójwymiarowa struktura T1 zawiera wyznaczenia szczeliny Sylwiusza oraz bruzdy środkowej. Ten obraz osiowy PD posiada automatycznie wygenerowaną oraz ręcznie edytowaną nakładkę zmiany chorobowej.Jest to przykład procedury ręcznego ponownego etykietowania, która jest wykonywana w ramach procesu eksploracji zmian chorobowych, a tutaj możemy zobaczyć przykład procedury ręcznego ponownego etykietowania realizowanej w ramach procesu flex. Przekrój osiowy flare zawiera automatycznie wygenerowaną nakładkę zmian chorobowych oraz ręcznie edytowaną nakładkę zmian chorobowych. Metody oceny niezawodności międzyobserwatorowej procedur ekstrakcji mózgu opisano w manuskrypcie towarzyszącym temu filmowi.Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać, że występują różnice anatomiczne między osobnikami. Chociaż niniejszy protokół dostarcza wytycznych, doświadczenie i wiedza anatomiczna są kluczowe dla zapewnienia sukcesu; po opanowaniu tej techniki czas jej wykonania wynosi od jednej do półtorej godziny na osobnika zgodnie z opisaną procedurą. Można zastosować również inne metody, takie jak segmentacja cholinergicznych hiperintensywności w podstawie wg Rika Robinsa oraz śledzenie obszarów udaru. Pozwala to badaczom na udzielenie odpowiedzi na dodatkowe pytania, np. dotyczące wpływu konkretnych uszkodzeń naczyniowych w badaniach nad otępieniem.Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać gruntowną wiedzę na temat tego, jak dokładnie i wiarygodnie wdrożyć potok przetwarzania MRI Lesion Explorer do analizy wolumetrycznej w ramach pakietu Sabre Brain Tools. Oprogramowanie to jest dostępne bezpłatnie. Można je pobrać online ze strony sabrebrainlab.ca.

lesion-explorer-video-guided-standardized-protocol-for-accurate

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Lesion Explorer: Zobrazowanie zmian jako sterowana wideo, standaryzowany protokół do uzyskania dokładnych i niezawodnych pomiarów objętości w chorobie Alzheimera i u osób starszych zdrowych

Źródło: Arango-Lievano, M. et. al., Podłużne obrazowanie in vivo naczyń mózgowych: znaczenie dla chorób OUN. J. Vis. Exp. (2016)Ten film demonstruje obrazowanie dwufotonowe in vivo w celu wizualizacji znakowanych fluorescencyjnie blaszek amyloidowych i naczyń mózgowych. Niebieska fluorescencja oznacza blaszki miażdżycowe, podczas gdy zielona fluorescencja podkreśla naczynia krwionośne mózgu. Mapa 3D obszaru zainteresowania i obrazowanie mozaikowe o wysokiej rozdzielczości ujawniają szczegółowe...

Obrazowanie in vivo naczyń mózgowych i blaszek amyloidowych w mysim modelu choroby Alzheimera

Obrazowanie tensora dyfuzji (DTI) zasadniczo służy jako narzędzie oparte na MRI do identyfikacji in vivo mikrostruktury mózgu i procesów patologicznych spowodowanych zaburzeniami neurologicznymi w obrębie istoty białej mózgu. Analizy oparte na DTI pozwalają na zastosowanie ich w chorobach mózgu zarówno na poziomie grupy, jak i w danych pojedynczych osób.

Rezonans magnetyczny tensora dyfuzji w analizie chorób neurodegeneracyjnych

Niniejsze prace przedstawiają kompleksowy zestaw wytycznych dotyczących ręcznego śledzenia struktur przyśrodkowego płata skroniowego (MTL). Protokół ten może być stosowany w badaniach obejmujących badania strukturalne i/lub połączone rezonans magnetyczny strukturalno-funkcjonalny (MRI) MTL, zarówno w grupach zdrowych, jak i klinicznych.

Kompleksowy protokół ręcznej segmentacji struktur przyśrodkowych płatów skroniowych

Ten manuskrypt opisuje, jak przeprowadzić analizę interakcji psychofizjologicznej, aby ujawnić zależne od zadania zmiany funkcjonalnej łączności między wybranym regionem nasiennym a wokselami w innych regionach mózgu. Analiza interakcji psychofizjologicznych jest popularną metodą badania wpływu zadań na łączność mózgową, w odróżnieniu od tradycyjnych efektów aktywacji jednowymiarowej.

Analiza uogólnionej interakcji psychofizjologicznej (PPI) łączności związanej z pamięcią u osób z genetycznym ryzykiem choroby Alzheimera

Na podstawie obrazowania funkcjonalnego rezonansu magnetycznego w stanie spoczynku z analizą przyczynowości Granger, zbadaliśmy zmiany w ukierunkowanej funkcjonalnej łączności między tylną korą obręczy a całym mózgiem u pacjentów z chorobą Alzheimera (AD), pacjentów z łagodnymi zaburzeniami poznawczymi (MCI) i zdrowych osób z grupy kontrolnej.

Zastosowanie analizy przyczynowości Grangera ukierunkowanego związku funkcjonalnego w chorobie Alzheimera i łagodnych zaburzeniach poznawczych

Ten protokół opisuje proces stosowania siedmiu różnych narzędzi do automatycznej segmentacji do strukturalnych skanów MRI z wagą T1 w celu wyznaczenia obszarów istoty szarej, które mogą być użyte do ilościowego określenia objętości istoty szarej.

Automatyczna segmentacja istoty szarej kory mózgowej na podstawie obrazów MRI T1-zależnych

Stwardnienie rozsiane jest zapalną chorobą demielinizacyjną, na którą nie ma lekarstwa. Analiza tkanki mózgowej dostarcza ważnych wskazówek do zrozumienia patogenezy choroby. W tym miejscu omawiamy metodologię i dalszą analizę tkanki mózgowej stwardnienia rozsianego pobranej za pomocą unikalnego programu szybkiej autopsji działającego w Cleveland Clinic.

Kompleksowy program autopsji dla osób ze stwardnieniem rozsianym

Dostępny tutaj jest praktyczny samouczek dla ogólnodostępnego, ustandaryzowanego potoku przetwarzania obrazów w celu mapowania objawów zmian chorobowych. Dla każdego etapu przetwarzania dostępny jest przewodnik krok po kroku, od ręcznej segmentacji zawału w tomografii komputerowej/rezonansie magnetycznym po późniejszą rejestrację w standardowej przestrzeni, wraz z praktycznymi zaleceniami i ilustracjami z przykładowymi przypadkami.

Segmentacja zawału mózgu i rejestracja w rezonansie magnetycznym lub tomografii komputerowej w celu mapowania objawów zmian

Przedstawiono standardowy rurociąg do badania morfometrii istoty szarej móżdżku. Rurociąg łączy w sobie najnowocześniejsze podejścia o wysokiej rozdzielczości do zoptymalizowanej i zautomatyzowanej parcelacji móżdżku oraz rejestracji móżdżku na podstawie wokseli w celu wolumetrycznej oceny ilościowej.

Ustandaryzowany rurociąg do badania morfometrii istoty szarej móżdżku człowieka za pomocą strukturalnego rezonansu magnetycznego

Ten protokół opisuje użycie 18F-AV-1451 PET/MRI do ujawnienia patologii tau i neurodegeneracji, pomagając neurologom w diagnozowaniu choroby Alzheimera, ocenie jej ciężkości i uzyskiwaniu wglądu w jej postęp i leżące u podstaw mechanizmy patologiczne.

Hybrydowe obrazowanie PET/MRI choroby Alzheimera na podstawie 18F-AV-1451

Poznaj półautomatyczny potok obrazowania Lesion Explorer do analizy zmian mózgu w chorobie Alzheimera i starzeniu się. Ta metoda umożliwia dokładną wolumetrię tkanek i zmian na podstawie MRI.

Lesion Explorer: Ustandaryzowany protokół z przewodnikiem wideo do dokładnej i niezawodnej wolumetrii pochodzącej z MRI u osób z chorobą Alzheimera i zdrowymi osobami w podeszłym wieku (Wideo) | JoVE Journal

Lesion Explorer: Ustandaryzowany protokół z przewodnikiem wideo do dokładnej i niezawodnej wolumetrii pochodzącej z MRI u osób z chorobą Alzheimera i zdrowymi osobami w podeszłym wieku

Przeglądaj więcej filmów