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

Mapowanie objawów zmian chorobowych jest potężnym narzędziem do lokalizacji funkcji mózgu poprzez badanie pacjentów z uszkodzeniami mózgu. Ważnym krokiem jest przetwarzanie obrazu, w tym segmentacja zmian i rejestracja do przestrzeni standardowej. Protokół ten opisuje ujednoliconą strukturę, która działa ze wszystkimi modalnościami obrazowania strukturalnego, zapewniając spójne wyniki zmian chorobowych w standardowej przestrzeni do wykorzystania w badaniach mapowania zmian i objawów.

Zmiany muszą zostać przekształcone w standardową przestrzeń, aby umożliwić porównania między obiektami. Mózg każdego pacjenta musi być wyrównany przestrzennie, aby skorygować różnice w wielkości i kształcie mózgu. Korzystając z tej metody, warto zobaczyć, jak należy wykonać każdy krok, zamiast postępować zgodnie z samymi pisemnymi instrukcjami.

Wymaga również dobrego zrozumienia obrazów mózgu, co sprawia, że demonstracja wizualna jest przydatna. Protokół ten opisuje, w jaki sposób wykonywać etapy przetwarzania wymagane do mapowania objawów zmiany chorobowej. Po zarejestrowaniu map zmian chorobowych w standardowej przestrzeni, mapowanie zmian i objawów może być wykonywane na dużych grupach pacjentów.

Kiedy wszystkie mapy zmian chorobowych są przekształcane do przestrzeni standardowej, każdy woksel reprezentuje ten sam region mózgu u wszystkich badanych. Pozwala to na przeprowadzanie analiz statystycznych, na przykład w celu sprawdzenia, czy obecność zmiany w danym wokselu wiąże się z deficytem poznawczym. Zacznij od pobrania skanów tomografii komputerowej lub rezonansu magnetycznego mózgu pacjentów z udarem niedokrwiennym.

Większość skanerów ma skany jako pliki DICOM, które można skopiować na dysk twardy lub serwer. Zbierz zmienne kliniczne w pliku danych, tworząc osobne wiersze dla każdego przypadku i kolumny dla każdej zmiennej klinicznej. W przypadku segmentacji zawału należy podać co najmniej datę udaru i datę obrazowania lub zmienną wskazującą odstęp czasu między udarem a obrazowaniem.

Aby przekonwertować obrazy DICOM na nieskompresowane pliki NIfTI, za pomocą narzędzia DICOM-to-NIfTI wpisz polecenie widoczne na ekranie w wierszu polecenia, używając ścieżki folderu do plików DICOM. Przykład polecenia z wstawionymi ścieżkami folderów można zobaczyć tutaj. To polecenie uruchomi plik wykonywalny, przekonwertuje obrazy DICOM w wybranym folderze i zapisze pliki NIfTI w tym folderze.

Na koniec uporządkuj pliki NIfTI w wygodnej strukturze folderów, z podfolderem dla każdego przypadku, przed rozpoczęciem segmentacji zawału. Po pierwsze, upewnij się, że skan został wykonany co najmniej 24 godziny po wystąpieniu objawów udaru. W przeciwnym razie ostry zawał nie będzie widoczny w tomografii komputerowej lub będzie widoczny tylko częściowo, a skan nie będzie mógł być wykorzystany do segmentacji.

Otwórz natywną przekładnię CT za pomocą oprogramowania ITK-SNAP, wybierając opcję Plik, a następnie Otwórz obraz główny z menu rozwijanego. Następnie kliknij przycisk Przeglądaj i wybierz plik, aby otworzyć skanowanie. Teraz zidentyfikuj zawał na podstawie charakterystyki obrazowania.

Po pierwsze, należy zauważyć, że zawały mają słaby sygnał w porównaniu z normalną tkanką mózgową. W ostrej fazie duże zawały mogą powodować efekt masy, powodujący przemieszczenie otaczających tkanek, ucisk komór, przesunięcie linii środkowej i zatarcie bruzd. Może wystąpić transformacja krwotoczna, która jest widoczna jako obszary o wysokim sygnale w obrębie zawału.

W stadium przewlekłym zawał będzie składał się z hipodense, kawitacyjnego centrum o podobnej gęstości jak płyn mózgowo-rdzeniowy i mniej hipodense rim, który reprezentuje uszkodzoną tkankę mózgową. W przypadku dużych zawałów może dojść do powiększenia ex vacuo sąsiednich bruzd lub komór. Podziel tkankę mózgową na segmenty za pomocą trybu pędzla z głównego paska narzędzi, klikając lewym przyciskiem myszy, aby narysować i kliknąć prawym przyciskiem myszy, aby wymazać.

Alternatywnie, użyj trybu wielokąta, aby umieścić punkty kontrolne na granicach zmiany i przytrzymaj lewy przycisk myszy podczas przesuwania myszy nad granicami zmiany. Po połączeniu wszystkich punktów kliknij przycisk Akceptuj, aby wypełnić wyznaczony obszar. Po zakończeniu segmentacji zapisz go jako binarny plik NIfTI w tym samym folderze co skan, klikając Segmentacja i Zapisz obraz segmentacji z menu rozwijanego, a następnie zapisz segmentację, nadając jej dokładnie taką samą nazwę jak skan segmentowany, z rozszerzeniem zmiany.

Po pierwsze, upewnij się, że skan DWI został wykonany w ciągu siedmiu dni od wystąpienia udaru. Zawały są widoczne na DWI w ciągu kilku godzin po wystąpieniu udaru, a ich widoczność na DWI stopniowo zmniejsza się po około siedmiu dniach. Następnie zidentyfikuj i opisz tkankę mózgową z zawałem na podstawie wysokiego sygnału na DWI i niskiego sygnału na mapie ADC.

Nie należy mylić sygnału o wysokiej dyfuzji w pobliżu granicy faz między powietrzem a tkanką lub kością, które są powszechnie obserwowanym artefaktem na DWI. W przypadku obrazowania FLAIR należy najpierw sprawdzić, czy skan został wykonany 48 godzin po wystąpieniu objawów udaru. W stadium nadostrym zawał zwykle nie jest widoczny lub dokładne granice są niejasne.

Następnie otwórz obraz FLAIR w ITK-SNAP, a także skan ważony T1 w osobnym oknie w celu odniesienia, jeśli jest dostępny. W ostrej fazie zawał jest widoczny jako nieco jednorodna zmiana hiperintensywna, z obrzękiem i efektem masy lub bez. Jeśli to możliwe, użyj DWI, aby odróżnić ostry zawał od zmian przewlekłych, takich jak hiperintensywność istoty białej.

Aby zarejestrować obrazy, najpierw pobierz RegLSM i użyj tego narzędzia do przetwarzania skanów CT lub dowolnego rodzaju sekwencji MRI. Procedurę rejestracji można zobaczyć na rysunku pokazanym tutaj. Następnie otwórz MATLAB w wersji 2015a lub nowszej, ustaw bieżący folder na RegLSM, a następnie włącz SPM, wpisując addpath, a następnie nazwę folderu SPM.

Następnie wpisz RegLSM, aby otworzyć interfejs graficzny. Aby przeprowadzić rejestrację dla pojedynczego przypadku, wybierz opcję Tryb testowy z menu rozwijanego Rejestracja. Następnie użyj przycisku Otwórz obraz, aby wybrać skanowanie podzielone na segmenty, adnotację i opcjonalnie T1, a następnie wybierz żądany schemat rejestracji.

Alternatywnie można użyć trybu wsadowego do zarejestrowania wszystkich spraw w wybranym folderze. Upewnij się, że RegLSM zapisał wynikowe parametry rejestracji, zarejestrowane skany i zarejestrowaną mapę zmian w automatycznie wygenerowanych podfolderach. Teraz przejrzyj wyniki rejestracji, wybierając pozycję Sprawdź wyniki w interfejsie RegLSM i przejdź do głównego folderu z tymi wynikami.

Przewiń zarejestrowany skan i użyj celownika, aby sprawdzić wyrównanie do szablonu MNI152, zwracając uwagę na rozpoznawalne anatomiczne punkty orientacyjne. Pamiętaj, aby oznaczyć wszystkie nieudane rejestracje w osobnej kolumnie we wcześniej utworzonym pliku danych w celu późniejszej ręcznej korekty. W przypadku wszelkich map zmian, które wymagają korekty, otwórz szablon MNI152 T1 w ITK-SNAP, a następnie wybierz Otwórz segmentację z menu Segmentacja i wybierz zarejestrowaną mapę zmian, która zostanie nałożona na szablon.

Otwórz również wyniki rejestracji w osobnym oknie w celach informacyjnych. Skoryguj zarejestrowaną mapę zmian w ITK-SNAP pod kątem wszelkiego rodzaju niewspółosiowości, używając funkcji pędzla, aby dodać woksele za pomocą lewego przycisku myszy lub usunąć woksele za pomocą prawego przycisku myszy. Na koniec zapisz skorygowaną mapę zmian jako plik NIfTI w tym samym folderze, co nieskorygowana mapa zmian, a następnie zapisz segmentację, nadając jej dokładnie taką samą nazwę, jak nieskorygowana mapa zmian, z rozszerzeniem skorygowana.

Tutaj widzimy tomografię komputerową dla pojedynczego pacjenta. Wstępny skan nie może być wykorzystany do segmentacji, ponieważ zawał nie jest jeszcze widoczny, mimo że mapy perfuzji CT pokazują niedokrwienie. Tomografia komputerowa w szóstej dobie wykazuje obrzęk tkanki mózgowej po zawale z niewielkim przesunięciem linii środkowej i transformacją krwotoczną.

Skan po czterech miesiącach pokazuje utratę tkanki mózgowej z powiększeniem ex vacuo komór i pobliskich bruzd. Wynik rejestracji tomografu komputerowego w szóstym dniu do szablonu MNI152 jest widoczny tutaj. Algorytm rejestracji w niewystarczającym stopniu kompensował przesunięcie linii środkowej i ucisk lewej komory, co wymagało ręcznej korekty.

Po korekcji zarejestrowana mapa zmian jest dokładnym odwzorowaniem zawału w przestrzeni natywnej i może być wykorzystana do mapowania objawów zmian chorobowych. Tutaj widzimy porównanie zarejestrowanej sekwencji DWI i odpowiadającego jej zarejestrowanego zawału z szablonem MNI152. Zwróć uwagę na niewielki błąd na głowie prawego jądra ogoniastego.

Wymagało to ręcznej korekty segmentacji w standardowej przestrzeni. Wreszcie, rysunek ten przedstawia wyniki rejestracji sekwencji MRI FLAIR w trzecim dniu, która jest odpowiednia i nie wymaga ręcznej korekty. Protokół ten obejmuje proces przygotowania danych obrazowych do mapowania objawów zmiany chorobowej, w tym praktyczne wskazówki dotyczące wykonywania dokładnej segmentacji zawału i rejestracji w szablonie mózgu.

Mapy zmian chorobowych mogą być wykorzystywane w badaniach mapowania zmian chorobowych w celu zlokalizowania określonej funkcji poznawczej lub wykorzystania lokalizacji zmiany do przewidywania wyników poznawczych u pacjentów po udarze. Protokół ten przyspiesza i harmonizuje przepływ pracy w badaniach mapowania objawów zmian chorobowych, umożliwiając naukowcom przeprowadzanie dużych, wieloośrodkowych badań obejmujących setki do tysięcy osób.