Name: Ręczna segmentacja ludzkiego splotu naczyniówkowego za pomocą rezonansu magnetycznego mózgu (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-12-15T12:40:00.000+00:00
Duration: 4 min 25 s
Description: Naucz się ręcznej segmentacji splotu naczyniówkowego w komorach mózgu przy użyciu danych MRI. Ten protokół tworzy zestaw danych do trenowania algorytmów automatycznej segmentacji w badaniach neuroobrazowania.

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

Ta praca została wsparta przez National Institute of Mental Health Award R01 MH131586 (dla P.L i M.R), R01 MH078113 (dla M.K) oraz Sydney R Baer Jr Foundation Grant (dla P.L).

Obecny protokół został zatwierdzony przez Institutional Review Board w Beth Israel Deaconess Medical Center. Zdrowy uczestnik ze skanem MRI mózgu, który był wolny od artefaktów lub ruchu, został wykorzystany do tej demonstracji protokołu i uzyskano pisemną świadomą zgodę. Skaner MRI 3,0 T z 32-kanałową cewką głowicy (patrz tabela materiałów) został wykorzystany do uzyskania obrazów 3D-T1 o rozdzielczości 1 mm x 1 mm x 1,2 mm. Zastosowano sekwencję MP-RAGE ASSET o polu widzenia 256 x 256, TR/TE/TI=7,38/3,06/400 ms i kącie obrotu 11 stopni.
1. Importowanie MRI mózgu do 3D Slicer
UWAGA: 3D Slicer dostarcza dokumentację związaną z jego interfejsem użytkownika.
<ol>
	<li>Przygotuj pliki MRI mózgu DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) lub NIFTI (Neuroimaging Informatics Technology Initiative) do zaimportowania do 3D Slicer.</li>
	<li>Zaimportuj dane DICOM, klikając przycisk DCM w lewym górnym rogu paska narzędzi. Następnie kliknij przycisk Importuj pliki DICOM, aby zaimportować dane w formacie DICOM.</li>
	<li>Jeśli dane MRI są w formacie NIFTI, zaimportuj je, klikając przycisk DANE w lewym górnym rogu paska narzędzi. W wyskakującym oknie dialogowym wybierz opcję Wybierz katalog do dodania, aby zaimportować dane NIFTI w folderze, lub wybierz opcję Wybierz pliki do dodania, aby zaimportować określone pliki NIFTI. Następnie kliknij przycisk OK, aby kontynuować przesyłanie danych do 3D Slicer.</li>
	<li>Po zaimportowaniu dane MRI pojawią się w oknie po prawej stronie, wyświetlając płaszczyznę osiową, strzałkową i koronalną.</li>
	<li>Zmień układ okien, przechodząc do sekcji Układy i wybierając określony układ. Można to znaleźć, klikając obraz modułu Układy na pasku narzędzi 3D Slicer lub za pomocą opcji Wyświetl układy > menu aplikacji.</li>
</ol>
2. Pobieranie DICOM z przykładowych danych w 3D Slicer
<ol>
	<li>Kliknij przycisk Pobierz przykładowe dane na ekranie otwierającym sekcję Witamy we fragmentatorze. Następnie wybierz przycisk MRHead, a rozpocznie się proces pobierania, który może potrwać kilka minut.</li>
	<li>Upewnij się, że dane MRI mózgu z płaszczyznami osiowymi, strzałkowymi i czołowymi są wyświetlane w prawym oknie.</li>
</ol>
3. Kontrola jakości i regulacja obrazu MRI
<ol>
	<li>Określ jakościowo jakość obrazu i obecność artefaktów spowodowanych ruchem głowy lub problemami ze skanowaniem, krytycznie przeglądając każdy wycinek MRI.</li>
	<li>Powiększ wycinek obrazu, klikając prawym przyciskiem myszy i przesuwając mysz w górę lub w dół, aby odpowiednio pomniejszyć lub pomniejszyć.</li>
	<li>Aby przesunąć plasterek obrazu, kliknij go lewym przyciskiem myszy, naciśnij i przytrzymaj Shift, a następnie przeciągnij myszą.</li>
	<li>Regulacja jasności obrazu może pomóc w oglądaniu splotu naczyniówkowego. Aby to zrobić, kliknij Dostosuj okno/poziom głośności na pasku narzędzi lub kliknij obraz lewym przyciskiem myszy i przesuń mysz w górę lub w dół, aby odpowiednio zwiększyć lub zmniejszyć jasność.</li>
	<li>Regulacja kontrastu może dodatkowo pomóc w znalezieniu splotu naczyniówkowego. Kliknij lewym przyciskiem myszy wycinek obrazu i przesuń mysz w lewo lub w prawo, aby odpowiednio zwiększyć lub zmniejszyć kontrast. Aby określić odpowiedni kontrast dla splotu naczyniówkowego, należy użyć jąder głębokiej istoty szarej (centralne masy istoty szarej rozmieszczone wokół bocznej i trzeciej komory) lub intensywności sygnału pokazanej na pasku skali kontrastu.</li>
	<li>Po wybraniu preferowanego kontrastu utrzymuj ten sam kontrast przez cały okres segmentacji i nie koryguj potencjalnych zmian w obszarach nad- i podnamiotowych.</li>
</ol>
4. Tworzenie manualnych segmentów splotu naczyniówkowego
<ol>
	<li>Aby rozpocząć segmentację splotu naczyniówkowego bocznej, trzeciej i czwartej komory, utwórz pliki segmentacji w module Edytor segmentów. Aby przejść do tego miejsca, kliknij Edytor segmentów na pasku narzędzi lub przejdź do menu rozwijanego Moduły: i wybierz Edytor segmentów.</li>
	<li>Kliknij menu rozwijane segmentacji, aby wybrać różne segmentacje (jeśli utworzono wiele segmentacji) i zmienić nazwę aktualnie wybranej segmentacji.</li>
	<li>Użyj listy rozwijanej Wolumin główny, aby wybrać, które zestawy NIFTI lub DICOM wymagają edycji. Tylko wtedy, gdy plik woluminu jest wybrany, użytkownik może rozpocząć segmentację/edycję.</li>
	<li>Kliknij dwukrotnie przycisk Dodaj, aby dodać dwa segmenty splotu naczyniówkowego komory bocznej. Aby zmienić ich nazwę, kliknij dwukrotnie nazwę i zmień je na Splot naczyniówkowy prawej bocznej komory i Splot naczyniówkowy lewej bocznej komory.</li>
	<li>Kliknij ponownie przycisk Dodaj, aby dodać segmenty dla trzeciej i czwartej komory splotu naczyniówkowego i zmień ich nazwy na "splot naczyniówkowy trzeciej komory" i "splot naczyniówkowy czwartej komory".</li>
</ol>
5. Wyświetlanie różnych wycinków i segmentacji
<ol>
	<li>Przed edycją należy przeprowadzić badanie w tle, aby dowiedzieć się, jak poruszać się między układami w oknie podglądu oraz jak zmienić widok lub przezroczystość segmentacji.</li>
	<li>W górnej części okna podglądu i po lewej stronie suwaka plasterka kliknij ikonę pinezki. Spowoduje to otwarcie menu rozwijanego, które może się różnić w zależności od konkretnego układu, w którym znajduje się okno. 
	UWAGA: Wykorzystanie różnych układów może być pomocne podczas segmentacji splotu naczyniówkowego, ponieważ jego struktura może się różnić u poszczególnych osób. Na przykład układ "Konwencjonalny" umożliwia użytkownikowi jednoczesne wyświetlanie wszystkich trzech przekrojów i widoku 3D sceny. Wybranie opcji "Tylko czerwony/żółty/zielony plasterek" daje użytkownikowi zbliżenie przekroju 2D, aby umożliwić bardziej precyzyjną segmentację splotu naczyniówkowego.</li>
</ol>
6. Wyznaczanie ROI splotu naczyniówkowego komory bocznej
UWAGA: Rejestracja obrazu do szablonu nie jest konieczna do ręcznej segmentacji.
<ol>
	<li>W przypadku splotu naczyniówkowego komory bocznej rozpocznij w płaszczyźnie osiowej, upewniając się, że obrazy są ustawione w oparciu o linię spoidła. Następnie użyj trigonum collaterale jako punktu odniesienia do zlokalizowania splotu naczyniówkowego komory bocznej.
	<ol>
		<li>Po dokonaniu zmian w płaszczyźnie osiowej przejdź do pozostałych widoków (strzałkowego i czołowego), aby upewnić się, że ręczna segmentacja splotu naczyniówkowego komory bocznej nie obejmuje otaczającego miąższu mózgu lub płynu mózgowo-rdzeniowego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Aby rozpocząć edycję, kliknij segment, nad którym chcesz pracować, a nazwa segmentu zostanie podświetlona.</li>
	<li>Kliknij narzędzie Paint (Malowanie) lub Draw (Rysuj) w sekcji Effects (Efekty) w Edytorze segmentów, aby rozpocząć ręczną segmentację. 
	UWAGA: Najlepiej jest rozpocząć segmentację w jednej płaszczyźnie (czołowej, osiowej lub strzałkowej), a po zakończeniu segmentacji we wszystkich przekrojach przejść do innych płaszczyzn, aby sprawdzić i doprecyzować segmentację ręczną. Sugeruje się, aby użytkownik zaczął od płaszczyzny osiowej lub czołowej, ponieważ splot naczyniówkowy komory bocznej jest łatwiej widoczny w tych widokach.</li>
	<li>Podczas korzystania z narzędzia Rysuj kliknij lewym przyciskiem myszy i przytrzymaj przycisk, aby narysować kontur na granicy splotu naczyniówkowego komory bocznej. Po prześledzeniu kliknij prawym przyciskiem myszy, aby wypełnić narysowany obszar.</li>
	<li>Korzystając z narzędzia Malowanie, najpierw wybierz średnicę pędzla, który ma być używany do malowania. Sugeruje się pędzel 3% lub 5% w celu dokładniejszego nakreślenia splotu naczyniówkowego, podczas gdy 10% może być przydatny w przypadku większych zaznaczeń.</li>
	<li>W przypadku dowolnego narzędzia użyj programu Paint lub Erase, aby skorygować wszelkie błędne rozgraniczenia, dodając lub usuwając zaznaczenia. 
	UWAGA: Odniesienie do innych płaszczyzn widzenia może pomóc w identyfikacji struktury splotu naczyniówkowego komory bocznej w porównaniu z innymi strukturami mózgu, takimi jak otaczająca istota szara, sklepienie, ciało modzelowate lub hipokamp. Użytkownik jest zachęcany do wykluczenia skanów mózgu, które mają zidentyfikowane torbiele splotu naczyniówkowego.</li>
	<li>Użyj poziomu czerwonego jądra jako punktu orientacyjnego do zatrzymania segmentacji splotu naczyniówkowego w komorach bocznych.</li>
</ol>
7. Wyznaczanie ROI splotu naczyniówkowego trzeciej i czwartej komory
UWAGA: Obrazy o wyższej rozdzielczości T1w (takie jak 0,7 lub 0,8 mm) oraz te uzyskane na rezonansie magnetycznym 7T zapewniłyby dokładniejszą i bardziej wiarygodną manualną segmentację splotu naczyniówkowego trzeciej i czwartej komory. Segmentacja splotu naczyniówkowego trzeciej i czwartej komory jest trudniejsza niż splotu naczyniówkowego komory bocznej, ponieważ obszary te mogą być znacznie mniejsze i mieć mniej wokseli do wyznaczenia.
<ol>
	<li>W przypadku splotu naczyniówkowego trzeciej komory zacznij w płaszczyźnie strzałkowej i użyj otworu Monro, sklepienia, ciała modzelowatego, wzgórza i żyły wewnętrznej mózgu jako punktów odniesienia, aby wskazać splot naczyniówkowy w 3. komorze. Poruszanie się między plasterkami w tej samej płaszczyźnie może pomóc w ustaleniu, czy obszar jest sklepieniem, wzgórzem, żyłą czy splotem naczyniówkowym trzeciej komory.
	<ol>
		<li>Po dokonaniu zmian w płaszczyźnie strzałkowej przejdź do pozostałych widoków (osiowego i koronalnego), aby upewnić się, że ręczna segmentacja splotu naczyniówkowego trzeciej komory nie wybiera otaczającego miąższu mózgu lub płynu mózgowo-rdzeniowego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Podobnie w przypadku splotu naczyniówkowego czwartej komory zacznij w płaszczyźnie strzałkowej i użyj szypułki móżdżku górnego, mostu i rdzenia jako punktów odniesienia, aby wskazać splot naczyniówkowy w czwartej komorze. Poruszanie się między plasterkami w tej samej płaszczyźnie może pomóc w ustaleniu, czy obszar jest móżdżkiem, migdałkiem móżdżku, dolnym szpikowym velum czy splotem naczyniówkowym 4. komory.
	<ol>
		<li>Po zakończeniu edycji w płaszczyźnie strzałkowej przejdź do pozostałych widoków (osiowego i koronalnego), aby upewnić się, że ręczna segmentacja splotu naczyniówkowego czwartej komory nie wybiera otaczającego miąższu mózgu lub płynu mózgowo-rdzeniowego.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
8. Obliczanie objętości splotu naczyniówkowego
<ol>
	<li>Z menu rozwijanego Moduły przejdź do sekcji Kwantyfikacja i wybierz opcję Statystyka segmentu.</li>
	<li>W obszarze Dane wejściowe wybierz nową mapę segmentacji do oceny ilościowej w narzędziu Segmentacja i wybierz wolumin MRI z woluminu skalarnego. W polu Tabela wyjściowa (w obszarze Wyjście) wybierz opcję Tabela. Po zakończeniu naciśnij Zastosuj, a pojawi się tabela zawierająca objętość splotu naczyniówkowego w różnych jednostkach.</li>
</ol>
9. Zapisywanie wyników segmentów i objętości
<ol>
	<li>Kliknij przycisk Zapisz w lewym górnym rogu paska narzędzi, aby zapisać wygenerowane pliki.</li>
	<li>Zapisz pliki segmentacji jako .nrrd (plik fragmentatora 3D), .nii.gz (plik NIFTI) lub .tsv (plik tabeli).</li>
</ol>
10. Określanie dokładności, wydajności i zgodności segmentacji
UWAGA: Zaleca się korzystanie z pakietu MONAI (zobacz Tabelę Materiałów), który opisuje współczynnik kości (DC) i średnią odległość powierzchniową DeepMind (avgSD). Szczegółowe informacje na temat DC i avgSD opisano poniżej. Aby obliczyć te metryki, czytelnicy będą musieli wiedzieć, jak programować (np. python, odczytywać obrazy z dysku, ponownie formatować dane do odpowiednich tablic wejściowych dla tych funkcji). Nie ma przyjaznego dla użytkownika pakietu, który zawierałby wszystkie te wskaźniki.
<ol>
	<li>Wynik DC jest standardowym podejściem do ilościowego określania nakładania się dwóch domen geometrycznych. Aby obliczyć średni wynik DC między dwiema segmentacjami, podaj dwa tensory y_pred i y, tj. obrazy wieloramkowe z jedną ramką dla każdego binaryzowanego obrazu etykiety. Tensory y_pred i y mogą zawierać segmentacje dwóch różnych oceniających ręcznie, powtarzające się segmentacje tego samego oceniającego lub automatyczne przewidywanie i ręczną prawdę podstawową.
	<ol>
		<li>Użyj funkcji monai.metrics.compute_meandice, aby obliczyć średni wynik DC.</li>
		<li>Wygeneruj odpowiednie tensory etykiet binarnych za pomocą monai.transforms.post. 
		UWAGA: Parametr include_background można ustawić na wartość False, aby wykluczyć pierwszą kategorię (indeks kanału 0) z obliczeń kontrolera domeny, która zgodnie z konwencją jest uznawana za tło.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Weź pod uwagę, że wynik avgSD jest mniej powszechny i zwróć uwagę, że podejście może się różnić, ponieważ istnieje wiele definicji odległości powierzchniowej. Na przykład użyj maksymalnej odległości (znanej również jako odległość Hausdorffa, wysoce wrażliwej na wartości odstające), średniej odległości (zgodnie z opisem tutaj) i 95. percentyla (wysoce niezawodnego) jako często używanych miar.
	<ol>
		<li>Użyj funkcji compute_average_surface_distance, aby obliczyć średni wynik SD.</li>
		<li>Upewnij się, że ta funkcja oblicza średnią odległość powierzchni od y_pred do y przy ustawieniu domyślnym.</li>
		<li>Ponadto, jeśli symetryczne = Prawda, upewnij się, że zwracana jest średnia symetryczna odległość powierzchni między tymi dwoma danymi wejściowymi.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przeprowadzenie analizy statystycznej wyniku DC i średniego SD w wielu przypadkach można przeprowadzić przy użyciu solidnego testu rangi ze znakiem Wilcoxona do analizy sparowanej.</li>
	<li>Rozważ użycie współczynnika korelacji wewnątrzklasowej (ICC) jako innej powszechnie stosowanej metody w celu określenia, czy wielu uczestników może być wiarygodnie ocenionych przez różnych oceniających. Pamiętaj, że ICC operuje na zestawie sparowanych pomiarów (np. objętości) segmentacji, a nie bezpośrednio na obrazach segmentacji. Aby obliczyć ICC, użyj oprogramowania R i R Studio (patrz tabela materiałów), co sprawia, że proces jest prosty.
	<ol>
		<li>Pobierz pakiet za pomocą install.packages("psych") i załaduj bibliotekę(psych).</li>
		<li>Wprowadź ramkę danych, która zawiera uczestników (wiersze) i oceniającego w każdej kolumnie, używając Data <- data.frame(df). Następnie zwizualizuj pomiary za pomocą wykresu (Dane).</li>
		<li>Aby uruchomić ICC, użyj ICC(Data), który generuje tabelę różnych typów ICC, np. w celu uzyskania wyników między lub wewnątrz oceniających.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

Enhancing Neuroimaging Analysis in Brain Disorders

Autorzy nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Krytyczne etapy protokołu Podczas wdrażania tego protokołu należy zwrócić szczególną uwagę na trzy kluczowe kroki. Po pierwsze, sprawdzenie jakości i kontrastu obrazów MR jest kluczem do zapewnienia dokładnej segmentacji. Jeśli jakość obrazu jest zbyt niska lub kontrast jest zbyt niski lub zbyt wysoki, może to prowadzić do niedokładnego nakreślenia splotu naczyniówkowego. Kontrast obrazu można regulować, wyświetlając wartość skali szarości obrazu lub kalibrując wartości w celu zwiększenia kontrastu ...

Funkcja splotu naczyniówkowego 
Splot naczyniówkowy jest wysoce unaczynioną strukturą w mózgu, składającą się z okiennych naczyń włosowatych i monowarstwy komórek nabłonka splotu naczyniówkowego1. Splot naczyniówkowy rzutuje do bocznej, trzeciej i czwartej komory mózgowej i wytwarza płyn mózgowo-rdzeniowy (CSF), który odgrywa ważną rolę we wzorcach neuronalnych2 i fizjologii mózgu3,4. Splot naczyniówkowy wydziela substancje nerwowo-naczyniowe, obejmuje repozytorium podobne do komórek macierzystych i działa jako fizyczna bariera utrudniająca wnikanie toksycznych metabolitów, bariera enzymatyczna do usuwania ugrupowań, które omijają barierę fizyczną, oraz bariera immunologiczna do ochrony przed obcymi najeźdźcami5. Splot naczyniówkowy moduluje neurogenezę6, plastyczność synaptyczna7, zapalenie8, rytm okołodobowy9,10, gut brain-axis11, and cognition12. Co więcej, cytokiny obwodowe, stres i infekcje (w tym SARS-CoV-2) mogą zakłócić barierę krew-płyn mózgowo-rdzeniowy class13,14,15,16. Tak więc układ splotu naczyniówkowego-płynu mózgowo-rdzeniowego jest integralną częścią rozwoju neurologicznego, dojrzewania obwodów nerwowych, homeostazy mózgu i naprawy17. Ponieważ zmiany immunologiczne, zapalne, metaboliczne i enzymatyczne wpływają na mózg, naukowcy używają narzędzi neuroobrazowania do oceny roli splotu naczyniówkowego w ciągu życia i w zaburzeniach mózgu18,19,20. Istnieją jednak ograniczenia w powszechnie stosowanych zautomatyzowanych narzędziach do segmentacji splotu naczyniówkowego, takich jak FreeSurfer, które powodują, że splot naczyniówkowy jest słabo podzielony na segmenty. W związku z tym istnieje krytyczna potrzeba ręcznej segmentacji splotu naczyniówkowego, która może być wykorzystana do opracowania dokładnego zautomatyzowanego narzędzia do segmentacji splotu naczyniówkowego.
Splot naczyniówkowy w rozwoju neurologicznym i zaburzeniach mózgu 
Rola splotu naczyniówkowego w zaburzeniach mózgu przez długi czas była zaniedbywana, głównie dlatego, że uważano go za gracza wspomagającego, którego rolą była amortyzacja mózgu i utrzymanie prawidłowej równowagi soli2,21. Jednak splot naczyniówkowy zyskał uwagę jako struktura związana z zaburzeniami mózgu, takimi jak zespoły bólowe22, SARS-CoV-216,23,24, neurodevelopmental2 i zaburzenia mózgu19, co sugeruje efekt transdiagnostyczny w rozwoju zaburzeń zachowania. W zaburzeniach neurorozwojowych torbiele splotu naczyniówkowego wiązały się ze zwiększonym ryzykiem opóźnienia rozwoju, zespołu nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD) lub zaburzenia ze spektrum autyzmu (ASD)25,26. Ponadto stwierdzono, że objętość splotu naczyniówkowego komory bocznej jest zwiększona u pacjentów z ASD27. W zaburzeniach mózgu nieprawidłowości splotu naczyniówkowego są opisywane od 1921 roku w zaburzeniach psychotycznych28,29. Poprzednie badania zidentyfikowały powiększenie splotu naczyniówkowego za pomocą segmentacji FreeSurfer w dużej próbie pacjentów z zaburzeniami psychotycznymi w porównaniu zarówno z ich krewnymi pierwszego stopnia, jak i grupą kontrolną19. Wyniki te zostały powtórzone przy użyciu ręcznie podzielonej objętości splotu naczyniówkowego w dużej próbie klinicznej populacji wysokiego ryzyka psychozy i stwierdzono, że ci pacjenci mieli większą objętość splotu naczyniówkowego w porównaniu ze zdrowymi grupą kontrolną30. Istnieje coraz więcej badań wykazujących powiększenie splotu naczyniówkowego w złożonym zespole bólu regionalnego22, stroke31, stwardnienie rozsiane20,32, Alzheimer's33,34 i depresja35, przy czym niektóre wykazują związek między obwodową a mózgową aktywnością immunologiczną/zapalną. Te badania neuroobrazowe są obiecujące; jednak słaba segmentacja splotu naczyniówkowego komory bocznej przez FreeSurfer21 ogranicza wiarygodność automatycznego szacowania objętości splotu naczyniówkowego. W rezultacie, badania nad stwardnieniem rozsianym 20,32, depression35, Alzheimer's34 i early psychosis36 rozpoczęły ręczną segmentację splotu naczyniówkowego komory bocznej, ale nie ma aktualnych wytycznych, jak to zrobić, ani nie ma ich wytycznych dotyczących segmentacji splotu naczyniówkowego trzeciej i czwartej komory.
Popularne narzędzia do segmentacji wykluczają splot naczyniówkowy 
Potoki segmentacji mózgu, takie jak FreeSurfer37,38,39, FMRIB Software Library (FSL)40, SLANT41 i FastSurfer (opracowany przez współautora Martina Reutera)42,43, dokładnie i niezawodnie segmentować struktury korowe i podkorowe przy użyciu paradygmatów segmentacji opartych na atlasie (FSL), atlasie i powierzchni (FreeSurfer) oraz segmentacji głębokiego uczenia (SLANT i FastSurfer). Słabe strony niektórych z tych podejść to szybkość przetwarzania, ograniczone uogólnienie do różnych skanerów, natężenie pola i rozmiary wokseli37,44 oraz wymuszone wyrównanie mapy etykiet w standardowej przestrzeni atlasu. Jednak możliwość segmentacji splotu naczyniówkowego i kompatybilność z rezonansem magnetycznym o wysokiej rozdzielczości jest rozwiązywana tylko przez FreeSurfer i FastSurfer. Sieci neuronowe stojące za FastSurfer są trenowane na etykietach splotu naczyniówkowego FreeSurfer, więc dziedziczą wcześniej omówione ograniczenia niezawodności i zasięgu FreeSurfer, przy czym trzecia i czwarta komora są ignorowane21. Istnieją również obecne ograniczenia dotyczące rezonansu magnetycznego w wysokiej rozdzielczości, ale do rozwiązania tego problemu można użyć strumienia o wysokiej rozdzielczości45 i FastSurferVINN43.
Obecne narzędzia do segmentacji splotu naczyniówkowego 
Istnieje tylko jedno swobodnie dostępne narzędzie do segmentacji splotu naczyniówkowego, ale dokładność segmentacji jest ograniczona. Na dokładną segmentację splotu naczyniówkowego może mieć wpływ wiele czynników, w tym (1) zmienność lokalizacji splotu naczyniówkowego (przestrzennie niestacjonarna) ze względu na jego położenie w komorach, (2) różnice w intensywności wokseli, kontraście, rozdzielczości (niejednorodność wewnątrz struktury) spowodowane niejednorodnością komórkową, dynamiczną funkcją splotu naczyniówkowego, zmianami patologicznymi lub częściowymi efektami objętości, (3) związane z wiekiem lub patologią różnice w wielkości komór wpływające na rozmiar splotu naczyniówkowego, oraz (4) bliskość sąsiednich struktur podkorowych (hipokamp, ciało migdałowate, jądro ogoniaste i móżdżek), które również są trudne do segmentacji. Biorąc pod uwagę te wyzwania, segmentacje FreeSurfer często zaniżają lub przeszacowują, błędnie oznaczają lub ignorują splot naczyniówkowy.
Trzy ostatnie publikacje dotyczyły luki w niezawodnej segmentacji splotu naczyniówkowego za pomocą modelu mieszaniny gaussowskiej (GMM)46, klasy Axial-MLP<sup="xref">47, oraz podejść do głębokiego uczenia opartego na U-Net48. Każdy model został przeszkolony i oceniony przy użyciu prywatnych, ręcznie oznaczonych zestawów danych dotyczących co najwyżej 150 osób z ograniczoną różnorodnością skanerów, miejsc, danych demograficznych i zaburzeń. Chociaż te publikacje46,48,49 osiągnęły znaczącą poprawę w stosunku do segmentacji splotu naczyniówkowego FreeSurfera - czasami podwajając przecięcie przewidywań i prawdy podstawowej, żadna z metod nie jest (1) zwalidowana w rezonansie magnetycznym o wysokiej rozdzielczości, (2) ma dedykowane analizy uogólnień i wiarygodności, (3) zawiera duże reprezentatywne zestawy danych treningowych i testowych, (4) konkretnie odnosi się do lub analizuje wyzwania związane z segmentacją splotu naczyniówkowego, takie jak częściowe efekty objętościowe, lub (5) jest publicznie dostępny jako gotowe do użycia narzędzie. Tak więc obecnym "złotym standardem" segmentacji splotu naczyniówkowego jest ręczne śledzenie, np. za pomocą 3D Slicer50 lub ITK-SNAP51, co nie zostało wcześniej opisane i stanowiło duże wyzwanie dla badaczy chcących zbadać rolę splotu naczyniówkowego w swoich badaniach. 3D Slicer został wybrany do ręcznej segmentacji ze względu na znajomość oprogramowania przez autora oraz dlatego, że zapewnia użytkownikowi różne narzędzia oparte na różnych podejściach, które można łączyć w celu uzyskania pożądanego rezultatu. Można zastosować inne narzędzia, takie jak ITK-SNAP, który jest przede wszystkim zorientowany na segmentację obrazu, a po opanowaniu narzędzia użytkownik może uzyskać dobre wyniki. Ponadto autorzy przeprowadzili badanie kliniczno-kontrolne, wykazując wysoką dokładność i niezawodność techniki ręcznej segmentacji przy użyciu 3D Slicer30, a ta konkretna metodologia jest opisana w niniejszym dokumencie.

<table><tbody><tr><td>3D Slicer 3D</td><td>Slicer</td><td>https://www.slicer.org/</td> <td>Darmowe oprogramowanie typu open source do wizualizacji, przetwarzania, segmentacji, rejestracji i analizy medycznych, biomedycznych i innych obrazów i siatek 3D; oraz planowania i nawigowania po procedurach sterowanych obrazem.</td></tr><tr><td>FreeSurfer</td><td>FreeSurfer</td><td>https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/</td> <td>Zestaw narzędzi neuroobrazowania typu open source do przetwarzania, analizy i wizualizacji obrazów MR ludzkiego mózgu</td></tr><tr><td>ITK-SNAP</td><td>ITK-SNAP</td><td></td> http://www.itksnap.org/pmwiki/pmwiki.php <td>Bezpłatna, wieloplatformowa aplikacja typu open source służąca do segmentacji struktur w obrazach biomedycznych 3D i 4D.&nbsp;</td></tr><tr><td>Pakiet</td><td>Monai Konsorcjum Monai</td><td>https://docs.monai.io/en/stable/metrics.html</td><td>wykorzystania do współczynnika kości i średniej odległości powierzchniowej DeepMind.&nbsp;</td></tr><tr><td>Skaner MRI</td><td>GE</td><td>Discovery MR750&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Pakiet psychologiczny</td><td>R-Project</td><td>https://cran.r-project.org/web/packages/psych/index.html</td><td>Zestaw narzędzi ogólnego przeznaczenia opracowany pierwotnie dla osobowości, teorii psychometrycznej i psychologii eksperymentalnej.</td></tr><tr><td>R Software</td><td>R-Project</td><td>https://www.r-project.org/</td> <td>R to darmowe środowisko oprogramowania do obliczeń statystycznych i grafiki.&nbsp;</td></tr><tr><td>RStudio</td><td>Posit</td><td>https://posit.co/</td> <td>Zintegrowane środowisko programistyczne (IDE) programu RStudio to zestaw narzędzi utworzonych w celu zwiększenia produktywności w językach R i Python.&nbsp;</td></tr><tr><td>Windows lub Apple OS Komputer stacjonarny lub laptop</td><td>Dowolna firma</td><td>nie dotyczy</td><td>Potrzebne do uruchomienia oprogramowania używanego w tym protokole.&nbsp;</td></tr></tbody></table>

ręczna segmentacja ludzkiego splotu naczyniówkowego za pomocą rezonansu magnetycznego mózgu

Manual Segmentation of the Human Choroid Plexus Using Brain MRI

Splot naczyniówkowy jest zamieszany w rozwój neurologiczny i szereg zaburzeń mózgu. Dowody wskazują, że splot naczyniówkowy ma kluczowe znaczenie dla dojrzewania mózgu, regulacji immunologicznej/zapalnej oraz funkcjonowania behawioralnego/poznawczego. Jednak obecne zautomatyzowane narzędzia do segmentacji neuroobrazowania są słabe w dokładnej i niezawodnej segmentacji splotu naczyniówkowego komory bocznej. Co więcej, nie ma istniejącego narzędzia, które dzieliłoby splot naczyniówkowy znajdujący się w trzeciej i czwartej komorze mózgu. W związku z tym potrzebny jest protokół określający sposób segmentacji splotu naczyniówkowego w bocznej, trzeciej i czwartej komorze, aby zwiększyć wiarygodność i powtarzalność badań dotyczących splotu naczyniówkowego w zaburzeniach neurorozwojowych i mózgu. Ten protokół zawiera szczegółowe instrukcje tworzenia oddzielnie oznaczonych plików w narzędziu 3D Slicer dla splotu naczyniówkowego na podstawie obrazów DICOM lub NIFTI. Splot naczyniówkowy zostanie ręcznie podzielony na segmenty przy użyciu płaszczyzn osiowych, strzałkowych i czołowych obrazów T1w, upewniając się, że wykluczysz woksele ze struktur istoty szarej lub białej graniczących z komorami. Okienka zostaną dostosowane, aby pomóc w lokalizacji splotu naczyniówkowego i jego granic anatomicznych. Metody oceny dokładności i wiarygodności zostaną zademonstrowane w ramach niniejszego protokołu. Złoty standard segmentacji splotu naczyniówkowego za pomocą ręcznych rozgraniczeń może być wykorzystany do opracowania lepszych i bardziej niezawodnych narzędzi do automatycznej segmentacji, które mogą być otwarcie udostępniane w celu wyjaśnienia zmian w splocie naczyniówkowym w ciągu życia i w różnych zaburzeniach mózgu.

Zaproponowana metoda została poddana iteracyjnemu udoskonaleniu dla splotu naczyniowego boczną komórkę, co obejmowało szeroko zakrojone testy na kohorcie 169 zdrowych kontroli oraz 340 pacjentów z klinicznie wysokim ryzykiem psychozy30. Stosując opisaną powyżej technikę, autorzy uzyskali wysoką dokładność i niezawodność wewnątrzobserwatora z DC = 0.89, avgHD = 3.27 mm3 oraz ICC dla jednego obserwatora = 0,9730, co dowodzi skuteczności opisanego w niniejszym dokumencie protokołu.
<p ...

Pomimo kluczowej roli splotu naczyniówkowego w mózgu, badania neuroobrazowe tej struktury są rzadkie z powodu braku niezawodnych narzędzi do automatycznej segmentacji. Obecny protokół ma na celu zapewnienie złotego standardu ręcznej segmentacji splotu naczyniówkowego, która może stanowić podstawę przyszłych badań neuroobrazowych.

Ręczna segmentacja ludzkiego splotu naczyniówkowego za pomocą rezonansu magnetycznego mózgu

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

Naszym celem jest ustanowienie dostępnego i ustandaryzowanego protokołu ręcznej segmentacji splotu naczyniówkowego w obrębie bocznych trzecich i czwartych komór mózgu. Mamy nadzieję, że odpowiemy na wszelkie typowe pytania lub problemy, które mogą pojawić się podczas ręcznej segmentacji splotu naczyniówkowego, zwłaszcza biorąc pod uwagę złożony charakter jego lokalizacji w mózgu. Opracowanie tego protokołu doprowadzi do stworzenia wystarczająco dużego zestawu danych składającego się z map segmentacji prawdy podstawowej, które możemy następnie wykorzystać do trenowania i opracowywania algorytmów, które mogą dokładnie i automatycznie segmentować splot naczyniówkowy.W przyszłości doprowadzi to do badań, które zbadają rolę splotu naczyniówkowego w różnych zaburzeniach neurologicznych i neuropsychiatrycznych. Aby rozpocząć, zaimportuj dane z obrazowania cyfrowego i komunikacji w medycynie lub DICOM, klikając przycisk DCM znajdujący się w lewym górnym rogu paska narzędzi i klikając przycisk Importuj pliki DICOM. Aby dostosować jasność obrazu, kliknij przycisk Dostosuj okno i poziom głośności lub kliknij obraz lewym przyciskiem myszy i przeciągnij myszą w górę lub w dół.Następnie kliknij lewym przyciskiem myszy wycinek obrazu i przesuń mysz w lewo lub w prawo, aby dostosować kontrast. Zapoznaj się z głębokimi jądrami istoty szarej lub intensywnością sygnału paska skali kontrastu i upewnij się, że pozostaje ona spójna w całej segmentacji, aby wybrać odpowiedni kontrast dla splotu naczyniówkowego. Aby rozpocząć segmentację splotu naczyniówkowego bocznej, trzeciej i czwartej komory, wybierz Edytor segmentów z menu rozwijanego modułu.Teraz kliknij menu rozwijane dla Segmentacji, aby wybrać różne segmentacje i zmienić nazwę wybranej. Użyj listy rozwijanej woluminu głównego i wybierz zestawy NIFTI lub DICOM, które wymagają edycji. Kliknij przycisk Dodaj dwa razy, aby dołączyć dwa segmenty splotu naczyniówkowego komory bocznej.Kliknij dwukrotnie ich tytuły i zmień ich nazwę na splot naczyniówkowy prawej bocznej komory i splot naczyniówkowy lewej bocznej komory. Kliknij przycisk Dodaj jeszcze raz, aby wprowadzić segmenty dla splotu naczyniówkowego trzeciej i czwartej komory. Następnie zmień ich nazwę odpowiednio na splot naczyniówkowy trzeciej komory i splot naczyniówkowy czwartej komory.Zacznij od splotu naczyniówkowego komory bocznej w płaszczyźnie osiowej i upewnij się, że obrazy są ustawione w oparciu o linię spoidła. Użyj trigonum collaterale jako punktu odniesienia do zlokalizowania splotu naczyniówkowego komory bocznej. Aby rozpocząć ręczną segmentację, wybierz narzędzie do malowania lub rysowania znajdujące się w sekcji Efekty edytora segmentów.Podczas korzystania z narzędzia do malowania wybierz żądaną średnicę pędzla do malowania. Użyj poziomu jądra czerwonego, aby określić, kiedy należy przerwać segmentację splotu naczyniówkowego w komorach bocznych. Aby zlokalizować splot naczyniówkowy trzeciej komory, zacznij w płaszczyźnie strzałkowej i użyj otworu Monro, sklepienia, ciała modzelowatego, wzgórza i żyły wewnętrznej mózgu jako punktów orientacyjnych.Podobnie w przypadku splotu naczyniówkowego czwartej komory zacznij w płaszczyźnie strzałkowej i użyj szypułki móżdżku górnego, mostu i rdzenia jako punktów odniesienia, aby wskazać splot naczyniówkowy w czwartej komorze. Z menu rozwijanego Moduły przejdź do sekcji Kwantyfikacja i wybierz opcję Statystyki segmentu. Następnie w sekcji Dane wejściowe wybierz nowo utworzoną mapę segmentacji do oceny ilościowej w narzędziu do segmentacji i wybierz objętość MRI z objętości skalera.W przypadku tabeli wyjściowej wybierz opcję tabeli w obszarze danych wyjściowych i naciśnij Zastosuj. Pojawi się tabela przedstawiająca objętość splotu naczyniówkowego w różnych jednostkach. Kliknij przycisk Zapisz znajdujący się w lewej górnej części paska narzędzi, aby zapisać wygenerowane pliki.Zachowaj pliki segmentacji w formatach NRRD, NII. GZ lub TSV.

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

W niniejszym artykule opisano techniki wykonywania funkcjonalnego obrazowania rezonansu magnetycznego o wysokiej rozdzielczości z próbkowaniem 1,2 mm w obrębie ludzkiego śródmózwia i struktur podkorowych przy użyciu skanera 3T. Jako przykład przedstawiono zastosowanie tych technik do opracowania map topograficznych stymulacji wzrokowej w ludzkim wzgórzu górnym (SC).

Metody funkcjonalnego obrazowania rezonansem magnetycznym o wysokiej rozdzielczości dla ludzkiego śródmózgowia

Zaproponowano zautomatyzowany system szacowania przesunięcia linii środkowej oraz wstępnej oceny ciśnienia wewnątrzczaszkowego (ICP) w oparciu o obrazy tomografii komputerowej (CT) u pacjentów z urazowym uszkodzeniem mózgu (TBI), wykorzystujący techniki przetwarzania obrazów i uczenia maszynowego.

Zautomatyzowana ocena przesunięcia linii środkowej i szacowanie ciśnienia wewnątrzczaszkowego na podstawie obrazów tomografii komputerowej mózgu

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 artykuł opisuje model statystyczny do analizy danych z wolumetrycznego rezonansu magnetycznego, który identyfikuje "punkt zmiany", kiedy zaczyna się atrofia mózgu w przedmanifestacyjnej chorobie Huntingtona. Mapowanie punktów zmian w całym mózgu uzyskuje się na podstawie objętości mózgu uzyskanych za pomocą opartego na atlasie potoku segmentacji obrazów zależnych od T1.

Segmentacja całego mózgu i analiza punktów zmian w anatomicznym rezonansie magnetycznym mózgu — zastosowanie w przedmanifestacyjnej chorobie Huntingtona

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

Ponieważ sprawność manualna jest domeną głównie naczelnych, w badaniach nad małpami makakami opracowano zadania behawioralne. Cztery zadania dotyczące sięgania i chwytania, mierzące siłę oraz zdolność manipulacji dłonią, pozwalają na ustalenie stopnia regeneracji funkcjonalnej po uszkodzeniu ośrodkowego układu nerwowego oraz na przetestowanie efektów zastosowanego leczenia.

Behawioralna ocena sprawności manualnej u naczelnych innych niż człowiek

Opisano technikę szerokiego otwierania bariery krew-mózg u myszy z wykorzystaniem mikropęcherzyków i ultradźwięków. Dzięki zastosowaniu tej metody do mózgu myszy można wprowadzić mangan. Ponieważ mangan jest środkiem kontrastowym do MRI, który kumuluje się w zdepolaryzowanych neuronach, podejście to umożliwia obrazowanie aktywności neuronalnej.

Funkcjonalne obrazowanie neuronaukowe z wykorzystaniem ultrasonicznego otwierania bariery krew-mózg i MRI z wzmocnieniem manganem

Przedstawiamy metodę pobierania płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF) oraz tworzenia układu pozbawionego CSF w obrębie układu komorowego embrionalnego mózgu rybki zebrafish. Pozwala to na dalsze badanie składu CSF oraz jego roli w rozwoju embrionalnego mózgu.

Ręczny drenaż komór mózgu zarodka danio pręgowanego

Niniejsza prezentacja wideo przedstawia metodę pozyskiwania dwóch najważniejszych, silnie unaczynionych struktur wspierających funkcje przedmózgowia. Są to naczynia powierzchniowe kory mózgowej wraz z powiązanymi z nimi oponami (MAV) oraz sploty naczyniowe, które są niezbędne dla przepływu krwi mózgowej i homeostazy płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF).

Wizualny opis sekcji naczyń powierzchniowych mózgowia oraz powiązanych opon mózgowych i splotów naczyniowych z mózgu szczura

Celem tego manuskryptu jest zbadanie hipokampa i podpól hipokampa za pomocą MRI. W manuskrypcie opisano protokół segmentacji hipokampa i pięciu podstruktur hipokampa: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/zakręt zębaty, warstwy promieniste/lacunosum/molecular i subiculum.

Protokół ręcznej segmentacji in vivo o wysokiej rozdzielczości dla ludzkich subpól hipokampa przy użyciu rezonansu magnetycznego 3T

Naucz się ręcznej segmentacji splotu naczyniówkowego w komorach mózgu przy użyciu danych MRI. Ten protokół tworzy zestaw danych do trenowania algorytmów automatycznej segmentacji w badaniach neuroobrazowania.

Ręczna segmentacja ludzkiego splotu naczyniówkowego za pomocą rezonansu magnetycznego mózgu

Przeglądaj więcej filmów