Segmentação de infarct cerebral e registro em RM ou TC para lesão-mapeamento de sintomas

O mapeamento de lesões-sintomas é uma ferramenta poderosa para localização das funções cerebrais, estudando pacientes com lesões cerebrais. Um passo importante envolve o processamento de imagens, incluindo segmentação de lesões e registro no espaço padrão. Este protocolo descreve uma estrutura unificada que trabalha com todas as modalidades de imagem estrutural, proporcionando uma saída consistente de lesões no espaço padrão para uso em estudos de mapeamento de lesões-sintomas.

As lesões devem ser transformadas em espaço padrão para permitir comparações entre os sujeitos. O cérebro de cada paciente deve estar espacialmente alinhado para corrigir diferenças no tamanho e forma do cérebro. Ao usar este método, ajuda a ver como cada passo deve ser realizado, em vez de seguir apenas as instruções escritas.

Também requer uma boa compreensão das imagens cerebrais, o que torna uma demonstração visual útil. Este protocolo descreve como executar as etapas de processamento necessárias para o mapeamento de lesões-sintomas. Uma vez que os mapas da lesão são registrados no espaço padrão, o mapeamento de lesões-sintomas pode ser realizado em grandes grupos de pacientes.

Quando todos os mapas de lesões são transformados em espaço padrão, cada voxel representa a mesma região cerebral entre os sujeitos. Isso permite que análises estatísticas sejam realizadas, por exemplo, para testar se a presença de uma lesão em um determinado voxel está associada a um déficit cognitivo. Comece coletando tomografia cerebral ou ressonância magnética de pacientes com derrame isquêmico.

A maioria dos scanners tem as varreduras como arquivos DICOM que podem ser copiados para um disco rígido ou servidor. Colete as variáveis clínicas em um arquivo de dados, fazendo linhas separadas para cada caso e colunas para cada variável clínica. Para segmentação infarta, inclua pelo menos a data do acidente vascular cerebral e a data da imagem ou uma variável que indique o intervalo de tempo entre o acidente vascular cerebral e a imagem.

Para converter as imagens DICOM em arquivos NIfTI não compactados, usando a ferramenta DICOM-to-NIfTI, digite o comando visto na tela aqui no prompt de comando, usando o caminho da pasta para os arquivos DICOM. Um exemplo do comando com os caminhos da pasta inseridos pode ser visto aqui. Este comando executará o executável, converterá as imagens DICOM na pasta selecionada e salvará os arquivos NIfTI nesta pasta.

Finalmente, organize os arquivos NIfTI em uma estrutura de pasta conveniente, com uma subpasta para cada caso, antes de iniciar a segmentação infarto. Primeiro, assegurar que o exame foi realizado pelo menos 24 horas após o início do sintoma do AVC. Caso contrário, o infarto agudo não será visível na tomografia computadorizada ou será apenas parcialmente visível, e o exame não pode ser usado para segmentação.

Abra a CT nativa usando o software ITK-SNAP selecionando Arquivo e, em seguida, Abra a imagem principal do menu suspenso. Em seguida, clique em Procurar e selecione o arquivo para abrir a varredura. Agora, identifique o infarto com base nas características de imagem.

Primeiro, note que os infartos têm um sinal baixo comparado ao tecido cerebral normal. No estágio agudo, grandes infartos podem causar efeito de massa, resultando em deslocamento de tecidos circundantes, compressão de ventrículos, mudança de linha média e obliteração de sulci. Pode haver transformação hemorrágica, que é visível como regiões com alto sinal dentro do infarto.

No estágio crônico, o infarto consistirá de um hipodense, centro cavitado, com densidade semelhante ao líquido cefalorraquidiano, e uma borda menos hipodense, que representa tecido cerebral danificado. Em caso de grandes infartos, pode haver alargamento ex vacuo de sulci adjacente ou ventrículos. Segmente o tecido cerebral infartado usando o modo paintbrush da barra de ferramentas principal, usando o clique esquerdo para desenhar e clique à direita para apagar.

Alternativamente, use o Modo Polígono para colocar pontos de ancoragem nas bordas da lesão e segurar o botão do mouse esquerdo enquanto move o mouse sobre as bordas da lesão. Uma vez que todos os pontos estejam conectados, clique em aceitar para preencher a área delineada. Depois de terminar a segmentação, salve-a como um arquivo NIfTI binário na mesma pasta da digitalização clicando na Segmentação e salvar a imagem de segmentação do menu suspenso e, em seguida, salvar a segmentação dando-lhe exatamente o mesmo nome da varredura segmentada, com a extensão da lesão.

Primeiro, assegurar que a varredura DWI foi realizada dentro de sete dias após o início do derrame. Os infartos são visíveis no DWI dentro de várias horas após o início do curso, e sua visibilidade no DWI diminui gradualmente após aproximadamente sete dias. Em seguida, identifique e anote o tecido cerebral infartado com base no sinal alto no DWI e no sinal baixo no mapa ADC.

Não confunda um sinal de alta difusão perto de interfaces entre o ar e o tecido ou osso, que são um artefato comumente observado no DWI. Para a imagem flair, primeiro verifique se o exame foi realizado 48 horas após o início do sintoma do derrame. No estágio hiperatuto, o infarto geralmente não é visível, ou os limites exatos não são claros.

Em seguida, abra a imagem FLAIR no ITK-SNAP, bem como a varredura ponderada t1 em uma janela separada para referência, se disponível. No estágio agudo, o infarto é visível como uma lesão hiperintense um tanto homogênea, com ou sem inchaço e efeito de massa. Se disponível, use o DWI para diferenciar entre o infarto agudo e as lesões crônicas, como hiperintensidades da matéria branca.

Para registrar imagens, baixe primeiro o RegLSM e use esta ferramenta para processar tomografias computadorizadas ou qualquer tipo de sequência de ressonância magnética. O procedimento de registro pode ser visto na figura aqui apresentada. Em seguida, abra matlab Versão 2015a ou superior, defina a pasta atual para RegLSM e, em seguida, habilite o SPM digitando addpath seguido pelo nome da pasta para SPM.

Em seguida, digite RegLSM para abrir a interface gráfica. Para realizar o cadastro para um único caso, selecione Modo de Teste no menu suspenso do registro. Em seguida, use o botão Imagem Aberta para selecionar a digitalização segmentada, a anotação e, opcionalmente, o T1, e selecione o esquema de registro desejado.

Como alternativa, o Modo Lote pode ser usado para registrar todos os casos na pasta selecionada. Certifique-se de que o RegLSM salvou os parâmetros de registro resultantes, as varreduras registradas e o mapa de lesão registrado nas subpastas geradas automaticamente. Agora, revise os resultados do registro selecionando resultados de verificação na interface RegLSM e navegue até a pasta principal com esses resultados.

Role a digitalização registrada e use a mira para verificar o alinhamento ao modelo MNI152, prestando atenção aos marcos anatômicos reconhecíveis. Certifique-se de marcar todos os registros com falha em uma coluna separada no arquivo de dados criado anteriormente para correção manual subsequente. Para qualquer mapa de lesão que precise de correção, abra o modelo MNI152 T1 no ITK-SNAP e selecione Segmentação Aberta no menu Segmentação e escolha o mapa de lesão registrado, que será sobreposto ao modelo.

Além disso, abrir os resultados das inscrições em uma janela separada para referência. Corrija o mapa de lesão registrado no ITK-SNAP para qualquer tipo de desalinhamento, usando a função brush para adicionar voxels com clique esquerdo ou remover voxels com clique direito. Finalmente, salve o mapa de lesão corrigido como um arquivo NIfTI na mesma pasta do mapa de lesão não corrigido, em seguida, salve a segmentação dando-lhe exatamente o mesmo nome do mapa de lesão não corrigido, com a extensão de corrigido.

Aqui, vemos tomografias para um único paciente. A varredura inicial não pode ser usada para segmentação porque o infarto ainda não é visível, embora os mapas de perfusão de tomografias mostrem isquemia. A tomografia no sexto dia mostra inchaço do tecido cerebral infartado com leve mudança de linha média e transformação hemorrágica.

O exame após quatro meses mostra perda de tecido cerebral com aumento ex vacuo de ventrículos e sulci próximo. O resultado do registro do CT no sexto dia para o modelo MNI152 é visto aqui. O algoritmo de registro compensou insuficientemente o turno médio e a compressão do ventrículo esquerdo, o que exigiu uma correção manual.

Após a correção, o mapa da lesão registrado é uma representação precisa do infarto no espaço nativo e pode ser usado para mapeamento de lesões-sintomas. Aqui, vemos a comparação da sequência DWI registrada e do infarto registrado correspondente com o modelo MNI152. Note o pequeno erro na cabeça do núcleo caudado direito.

Isso exigiu uma correção manual da segmentação no espaço padrão. Por fim, este número mostra os resultados do registro da sequência de MRI FLAIR no terceiro dia, que é adequada e não requer correção manual. Este protocolo abrange o processo de preparação de dados de imagem para mapeamento de lesões-sintomas, incluindo diretrizes práticas sobre como realizar segmentação precisa de infarto e registro em um modelo cerebral.

Os mapas da lesão podem ser usados em estudos de mapeamento de lesões-sintomas para localização de uma função cognitiva específica ou para usar a localização da lesão para prever o desfecho cognitivo em pacientes com derrame. Este protocolo acelera e harmoniza o fluxo de trabalho para estudos de mapeamento de sintomas de lesões, permitindo que os pesquisadores realizem grandes estudos multicêntricos, incluindo centenas a milhares de indivíduos.