Методическая статья

Количественная оценка площади поперечного сечения зрительного нерва на МРТ: новый протокол с использованием программного обеспечения Fiji

DOI:

10.3791/62752

⸱

4 сентября 2021 г.

 ,  ,  ,  , 
1Department of Radiology and Nuclear Medicine, The University of Jordan, 2Department of Special Surgery, The University of Jordan, 3Medical student, School of medicine, The University of Jordan

В этой статье

Краткое содержание

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

Мы предоставили подробный протокол для стандартизированного метода оценки и количественной оценки зрительного нерва с использованием МРТ, используя широко доступную последовательность изображений и программное обеспечение открытого доступа для анализа изображений. Следование этому стандартизированным протоколу предоставит значимые данные для сравнения между различными пациентами и различными исследованиями.

Аннотация

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

Оценка зрительного нерва является важным аспектом диагностики и последующего наблюдения за глаукомой. Этот проект описывает протокол для унифицированной методологии оценки и количественной оценки поперечного сечения зрительного нерва с использованием 3 T MRI для получения изображений и программного обеспечения ImageJ Fiji для количественной оценки обработки изображений. Получение изображения выполнялось с использованием 3 Т МРТ, с надлежащими инструкциями для пациента, чтобы обеспечить прямую фиксацию во время визуализации. Использовалась Т2-взвешенная последовательность подавления жира. Корональный срез, взятый на 3 мм позади земного шара и перпендикулярный оси зрительного нерва, должен быть загружен в программное обеспечение. Используя пороговую функцию, область белого вещества зрительного нерва выбирается и количественно определяется, таким образом, устраняя межиндровое смещение измерения. Мы также описали нормальные пределы для области поперечного сечения зрительного нерва в соответствии с возрастом, основываясь на ранее опубликованной литературе. Мы использовали описанный протокол для оценки зрительного нерва пациента с подозрением на глаукому. Было обнаружено, что область поперечного сечения зрительного нерва находится в пределах нормы, что еще раз подтверждается с помощью оптической когерентной томографии зрительного нерва.

Введение

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

Глаукома – это оптическая нейропатия, которая считается наиболее распространенной причиной необратимойслепоты 1. Несмотря на это, он все еще плохо изучен с точки зрения его патофизиологии и диагноза, без единой стандартной ссылки для установления диагноза2. По данным Национального института здравоохранения и совершенствования медицинской помощи (NICE), диагностика первичной открытоугольной глаукомы (POAG) требует оценки нескольких областей, включая оценку диска зрительного нерва при осмотре глазного дно или оптической когерентной томографии (OCT), оценку поля зрения и измерение внутриглазного давления 3. Идея диагностики глаукомы заключается в установлении наличия прогрессирующих оптических невропатий, что может быть сделано количественно воктябре 4. В связи с этим МРТ также может использоваться для оценки зрительного нерва и количественной оценки его области белого вещества5,но для того, чтобы это было клинически значимым, протокол, используемый в количественной оценке белого вещества зрительного нерва, должен быть стандартизированным. Кроме того, протокол должен также учитывать межиструальные вариации, фактор, который может повлиять на точность при различных заболеваниях6.

Оценка зрительного нерва при глаукоме оптимально оценивается с помощью офтальмологической визуализации, включая ОКТ, где оценивается наиболее передняя часть зрительного нерва (например, диска зрительного нерва). С другой стороны, использование МРТ для оценки зрительного нерва обычно оценивает ретробульбарную часть зрительного нерва на различных расстояниях от земного шара. В нескольких исследованиях была обнаружена сильная корреляция между оценкой диска зрительного нерва с использованием ОКТ иМРТ 7,8. Тем не менее, до сих пор нет единого протокола для оценки зрительного нерва и количественной оценки на МРТ. Очерчивание границы зрительного нерва на МРТ было использовано для количественной оценки его области поперечного сечения5. Тем не менее, этот метод имеет значительную межрейтационную изменчивость, так как он должен быть сделан опытным оценщиком и требует значительного времени для изложения. Цель нынешнего проекта заключалась в разработке протокола для унифицированной методологии оценки и количественной оценки поперечного сечения зрительного нерва с использованием 3 Т МРТ для получения изображений и программного обеспечения ImageJ Fiji для обработки и количественной оценки изображений.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

Следующее исследование было одобрено исследовательским комитетом и институциональным наблюдательным советом больницы Иорданского университета. Следующий протокол будет описывать метод визуализации, используемый для получения изображений МРТ, с последующей обработкой изображений и количественной оценкой зрительного нерва с использованием программного обеспечения Fiji.

1. Получение изображений МРТ

ПРИМЕЧАНИЕ: Получение изображений МР было выполнено с использованием МРТ 3 Тесла (3 Т) для выполнения многопланарной последовательности подавления жира Т2(Таблица материалов).

  1. Полностью объясните пациенту обследование. Ниже приведены инструкции и объяснения, которые необходимо упомянуть пациенту.
    1. Объясните пациенту, что им нужно будет переодеться и надеть специальный халат для визуализации.
    2. Положите пациентам удалить любую изношенную подводку для глаз, так как она может производить артефакты (особенно при 3 Т) из-за электропроводности пигмента оксида титана.
    3. Убедитесь, что у пациента нет никаких противопоказаний для выполнения МРТ-томографии9:
      1. Спросите пациента о любых металлических материалах, которые могут включать маски для лица, пирсинг, протезы, магнитные зубные имплантаты, клипсы аневризмы мозговой артерии.
      2. Спросите пациента о металлических внутриглазных инородных телах. Для этого спросите пациента, сварили ли они без надлежащего защитного снаряжения.
      3. Спросите пациента о любых имплантируемых устройствах, которые могут быть несовместимы с МРТ, включая кардиостимуляторы и инсулиновые помпы, анальгетические препараты или химиотерапевтические насосы. В дополнение к этому противопоказаны кохлеарные имплантаты / ушные имплантаты, имплантируемые системы нейростимуляции, имплантируемые системы нейростимуляции, катетеры с металлическими компонентами.
      4. Спросите пациента о металлическом инородных телах, оставленных внутри его тела. Это включает в себя пули, дробовики и металлические осколки.
      5. Спросите пациента о любых хирургических клипсах или проволочных швах, замене сустава или протезе, фильтре нижней полой вены (IVC), глазном протезе, стентах или внутриматочной области.
      6. Спросите пациента, сделал ли он татуировку за последние 6 недель.
      7. Спросите пациента, проходил ли он процедуру колоноскопии в течение последних восьми недель.
      8. Из-за ограниченного пространства аппарата МРТ спросите пациента, есть ли у него клаустрофобия.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Трудности могут быть обнаружены у пациентов с высоким индексом массы тела (ИМТ).
    4. Объясните пациенту, что обследование должно занять 15 минут, где пациент должен оставаться неподвижным.
  2. После завершения инструкции и убедившись, что пациент полностью понимает экзамен, получите подписанное согласие.
  3. Во время получения изображения МРТ укладывайте пациента лежа на спине в аппарате МРТ и фиксируйтесь на прямой мишени во время визуализации без каких-либо движений головы. Для пациентов с плохой остротой зрения используйте звуковой стимул для оптимизации фиксации. Более комплексные методы фиксации включают закрытие одного глаза, использование мишени фиксации централизованно в виде ЖК-экрана, который меняет цвета, и использование глазных смазок.
  4. Убедитесь, что пациент знает, что есть кнопка сжатия, которую можно нажать, если им что-то нужно, находясь в аппарате МРТ. В то время как головная катушка может быть использована, глазная катушка и орбитальная катушка могут быть более подходящими для офтальмологической визуализации.
  5. Введите следующие параметры для получения изображения: T2-взвешенная последовательность подавления жира (TR = 3000 миллисекунд; TE = 90 миллисекунд; TE = 100; поле зрения = 16 см×16 см; матрица = 296*384; толщина среза = 3 мм; зазор среза = 0,3 мм). Окончательное проанализированное изображение представляло собой наклонное коронарное изображение на 3 мм позади земного шара. Важно отметить, что в то время как Т2-взвешенная последовательность подавления жира обычно используется для визуализации зрительного нерва, могут использоваться и другие последовательности, включая быструю спиновую эхо-визуализацию Т2.
  6. Возьмем корональный разрез зрительного нерва ортогонально (т.е. перпендикулярно) к нерву 3 мм с задней стороны земного шара. Используйте разведывательные изображения в поперечной и косой сагиттальной плоскостях для обеспечения оптимального направления зрительного нерва и позиционирования соединения зрительного нерва и глобуса.
  7. Оцените качество фиксации взгляда путем распределения ликвора вокруг зрительного нерва, где он должен быть равномерно распределен вокруг зрительного нерва практически одинаковой толщины со всех сторон.
  8. Повторите процесс, чтобы получить изображение зрительного нерва для другой стороны.

2. Анализ изображений

  1. Загрузите пакет обработки изображений Фиджи из (https://imagej.net/Fiji).
  2. Загрузите корональный образ зрительного нерва в программное обеспечение ImageJ Fiji для анализа, щелкнув Файл в строке меню, а затем кнопку Открыть. Выберите корональный образ для обработки. Передавайте изображения в программное обеспечение Фиджи без потери качества изображения во время передачи, так как потеря качества изображения приведет к ненадежным результатам анализа изображений.
  3. Стандартизируйте масштаб, указав количество пикселей на единицу длины, нарисовав прямую линию на масштабе карты. Затем выберите «Задать масштаб» в строке меню «Анализ». Укажите длину линии, отображаемую на карте в масштабе, с правильной единицей длины (т.е. в основном мм).
  4. Преобразуйте изображение в оттенки серого с помощью меню изображения, а затем выберите Тип и 8-бит.
  5. Количественно оцените диапазон интенсивности пикселей белого вещества.
    1. Использование инструмента выделения лассо (Плагин | | сегментации Lasso tool), выберите достаточную область белого вещества, убедившись, что область серого вещества не включена во время выделения. Мы обнаружили, что общая выделенная площадь белого вещества около 1000 пикселей достаточна. Используйте инструмент «Анализ и измерение» для количественной оценки выбранной области.
  6. Отображение инструмента «Гистограмма» в меню «Анализ», который показывает распределение интенсивности пикселей в выделенной области белого вещества. Нажмите на поле Live, чтобы убедиться, что гистограмма оценивает выбранную область. График на гистограмме должен показывать нормальное распределение интенсивности.
  7. Рассчитайте диапазон интенсивности белого вещества следующим образом:
    Нижний предел = средняя сила света - (стандартное отклонение 3*)
    Верхний предел = средняя сила света + (стандартное отклонение 3*)
  8. Откройте инструмент «Порог» в меню «Изображение», а затем функцию «Настроить». Укажите диапазон, рассчитанный на предыдущем шаге. Отметьте только функцию темного фона и укажите черно-белую аннотацию Ч&Б из выпадающего списка, затем нажмите применить. Появится маска для белого вещества, присутствующего в диске зрительного нерва.
  9. Использование инструмента выделения лассо (Плагин | | сегментации Lasso tool), выделите черную область, представляющую оптический диск.
  10. Используйте функцию Измерение из строки меню Анализ, которая вычисляет область, отмеченную пороговой функцией в мм.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

Соотношение чашечки к диску для 30-летнего пациента мужского пола, представившимся на контрольное офтальмологическое обследование, составило 0,8(рисунок 1A),что является подозрительным и может наводит на мысль о глаукоме. Выполнив оптическую когерентную томографию для толщины слоя нервных волокон, мы обнаружили, что толщина нерва находится в пределах нормальных для возраста пределов(рисунок 1B). Пациенту была назначена орбитальная МРТ, где был назначен корональн...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Мы описали протокол для оценки и количественной оценки белого вещества зрительного нерва, которое может быть использовано для оценки пациента с глаукомой. Протокол использует широко доступные последовательности изображений для получения изображений и использует программное обеспечение Fiji с открытым исходным кодом для анализа изображений. Мы стандартизировали параметры изображения, которые ранее были признаны наиболее точными и высоковоспроизводимыми при получении изображения зрительного нерва, в том числе попросили пац...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

Все авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

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

Мы хотели бы поблагодарить Фариса Хаддада и Хасана Эль-Ису за их важный вклад в видеосъемку и развитие.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Аппарат магнитно-резонансной томографии (МРТ)Siemens Magnetom VerioN/A3T MRI сканер

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Quigley, H. A., Broman, A. T. The number of people with glaucoma worldwide in 2010 and 2020. The British Journal of Ophthalmology. 90 (3), 262-267 (2006).
  2. Weinreb, R. N., Aung, T., Medeiros, F. A. The pathophysiology and treatment of glaucoma: a review. JAMA. 311 (18), 1901-1911 (2014).
  3. Overview | Glaucoma: diagnosis and management | Guidance | NICE. , Available from: https://www.nice.org.uk/guidance/ng81 (2021).
  4. Michelessi, M., et al. Optic nerve head and fibre layer imaging for diagnosing glaucoma. The Cochrane Database of Systematic Reviews. (11), 008803(2015).
  5. Ramli, N. M., et al. Novel use of 3T MRI in assessment of optic nerve volume in glaucoma. Graefe's Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology. 252 (6), 995-1000 (2014).
  6. AlRyalat, S. A., Muhtaseb, R., Alshammari, T. Simulating a colour-blind ophthalmologist for diagnosing and staging diabetic retinopathy. Eye. , 1-4 (2020).
  7. Chang, S. T., et al. Optic Nerve Diffusion Tensor Imaging Parameters and Their Correlation With Optic Disc Topography and Disease Severity in Adult Glaucoma Patients and Controls. Journal of Glaucoma. 23 (8), 513-520 (2014).
  8. Omodaka, K., et al. Correlation of magnetic resonance imaging optic nerve parameters to optical coherence tomography and the visual field in glaucoma. Clinical & Experimental Ophthalmology. 42 (4), 360-368 (2014).
  9. Ghadimi, M., Sapra, A. Magnetic Resonance Imaging Contraindications. StatPearls. , (2021).
  10. Bäuerle, J., Schuchardt, F., Schroeder, L., Egger, K., Weigel, M., Harloff, A. Reproducibility and accuracy of optic nerve sheath diameter assessment using ultrasound compared to magnetic resonance imaging. BMC Neurology. 13 (1), 187(2013).
  11. Wang, N., et al. Orbital Cerebrospinal Fluid Space in Glaucoma: The Beijing Intracranial and Intraocular Pressure (iCOP) Study. Ophthalmology. 119 (10), 2065-2073 (2012).
  12. Weigel, M., Lagrèze, W. A., Lazzaro, A., Hennig, J., Bley, T. A. Fast and Quantitative High-Resolution Magnetic Resonance Imaging of the Optic Nerve at 3.0 Tesla. Investigative Radiology. 41 (2), 83-86 (2006).
  13. Yiannakas, M. C., Toosy, A. T., Raftopoulos, R. E., Kapoor, R., Miller, D. H., Wheeler-Kingshott, C. A. M. MRI Acquisition and Analysis Protocol for In Vivo Intraorbital Optic Nerve Segmentation at 3T. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 54 (6), 4235-4240 (2013).
  14. Al-Haddad, C. E., et al. Optic Nerve Measurement on MRI in the Pediatric Population: Normative Values and Correlations. American Journal of Neuroradiology. 39 (2), 369-374 (2018).
  15. Mncube, S. S., Goodier, M. Normal measurements of the optic nerve, optic nerve sheath and optic chiasm in the adult population. South African Journal of Radiology. 23 (1), 7(2019).
  16. Nguyen, B. N., et al. Ultra-High Field Magnetic Resonance Imaging of the Retrobulbar Optic Nerve, Subarachnoid Space, and Optic Nerve Sheath in Emmetropic and Myopic Eyes. Translational Vision Science & Technology. 10 (2), (2021).
  17. Lagrèze, W. A., et al. Retrobulbar Optic Nerve Diameter Measured by High-Speed Magnetic Resonance Imaging as a Biomarker for Axonal Loss in Glaucomatous Optic Atrophy. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 50 (9), 4223-4228 (2009).
  18. Nielsen, K., et al. Magnetic Resonance Imaging at 3.0 Tesla Detects More Lesions in Acute Optic Neuritis Than at 1.5 Tesla. Investigative Radiology. 41 (2), 76-82 (2006).
  19. Mafee, M. F., Rapoport, M., Karimi, A., Ansari, S. A., Shah, J. Orbital and ocular imaging using 3- and 1.5-T MR imaging systems. Neuroimaging Clinics of North America. 15 (1), 1-21 (2005).
  20. Gala, F. Magnetic resonance imaging of optic nerve. The Indian Journal of Radiology & Imaging. 25 (4), 421-438 (2015).
  21. Gao, K., et al. Optic Nerve Cross-Sectional Area Measurement with High-Resolution, Isotropic MRI in Optic Neuritis (P6.159). Neurology. 84 (14), (2015).
  22. Zou, H., Müller, H. J., Shi, Z. Non-spatial sounds regulate eye movements and enhance visual search. Journal of Vision. 12 (5), 2(2012).
  23. Yang, H., et al. The Connective Tissue Components of Optic Nerve Head Cupping in Monkey Experimental Glaucoma Part 1: Global Change. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 56 (13), 7661-7678 (2015).
  24. Mwanza, J. -C., et al. Retinal nerve fibre layer thickness floor and corresponding functional loss in glaucoma. The British Journal of Ophthalmology. 99 (6), 732-737 (2015).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

ImageJ2

Похожие статьи