9 июня 2018 г.
Этот документ описывает статистические модели для объемного анализа данных МРТ, который идентифицирует точка «изменения», когда атрофия мозга начинается в premanifest болезни Гентингтона. Целом мозг отображение точек изменения достигается на основе томов мозга, полученных с помощью конвейера на основе Атлас сегментации Т1 взвешенных изображений.
Общая цель данного конвейера анализа изображений заключается в проведении количественного объемного анализа взвешенных по Т1 МР-изображений и выявлении критических точек изменения, когда начинается атрофия мозга при нейродегенеративных заболеваниях. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы количественного анализа анатомических изменений мозга при течении нейродегенеративного заболевания. Например, порядок и характер атрофии мозга при болезни Хантингтона.
Основное преимущество этого метода заключается в том, что комбинация сегментации на основе Атласа и анализа точек изменения дает уникальную пространственно-временную информацию о дегенерации мозга из большой популяции исследований. Объемный анализ МРТ головного мозга был выполнен с помощью MRICloud, который обеспечивает полностью автоматизированную сегментацию изображений и количественную оценку с помощью удаленных вычислений и пользовательского веб-интерфейса. Анализ точки изменения МРТ головного мозга дает нам систематическое представление о прогрессировании заболевания во всем мозге.
Применение этого метода распространяется на целый ряд нейродегенеративных заболеваний. Чтобы начать эту процедуру, преобразуйте трехмерные взвешенные T1 изображения из формата DICOM, специфичного для поставщика, в анализируемый формат. Дважды кликните, чтобы открыть Dcm2Analyze.exe.
Откроется всплывающее окно. Укажите путь к каталогу входных данных DICOM в качестве входных данных, а путь и имя к файлу анализируемого изображения — в качестве выходных. Затем нажмите «Перейти», чтобы завершить конвертацию.
Для сегментации изображений T1 на основе MultiAtlas с помощью MRICloud войдите в BrainGPS и выберите инструмент сегментации в главном меню. В разделе «Сегментация» есть два варианта: T1-MultiAtlas для сегментации одного изображения T1 и T1-MultiAtlas Batch для пакетной обработки. Отправляйте задания в T1-MultiAtlas Batch API, сжимая несколько проанализированных файлов изображений в ZIP-файл, а затем нажимайте ZIP, чтобы загрузить ZIP-файл.
Теперь заполните обязательные поля. В качестве сервера обработки выберите Computational Anatomy Science Gateway. В качестве типа среза выберите Сагиттальный, Аксиальный или Сагиттальный, преобразованный в Аксиальный.
Для библиотеки MultiAtlas выберите библиотеку Atlas с ближайшим к пользовательским данным возрастным диапазоном, чтобы оптимизировать точность сегментации. Проверьте статус задания в разделе «Статус моего задания». После завершения заданий появится кнопка загрузки результатов, которая позволит пользователям загрузить результаты сегментации в виде ZIP-файла.
Результаты будут сохранены в отдельных папках. Визуализируйте результаты, нажав кнопку просмотра результатов. Веб-страница перейдет в интерфейс визуализации.
Аксиальный, сагиттальный и корональный виды карты сегментации накладываются друг на друга на взвешенном анатомическом изображении T1. 3D-рендеринг сегментированных структур мозга показан в верхнем левом окне. Цвет наложенной карты сегментации указывает на z-оценку структурных объемов.
Настройте параметры визуализации, включая включение/выключение наложения, непрозрачность наложения, увеличение и уменьшение масштаба, а также положение фрагментов на верхней правой панели. Чтобы выполнить пакетную обработку для получения объемов мозга в популяции, используйте собственную программу MATLAB для извлечения отдельных объемов мозга и объединения их в электронную таблицу. В MATLAB запустите main.
m, и появится графический интерфейс. В панели Извлечение объема T1 из MRICloud укажите входные данные, в том числе директорию исследования, в которой сохраняются загруженные результаты сегментации, а также путь к файлу многоуровневой таблицы поиска и имя файла. Укажите выходную директорию файла таблицы, в которую будут записываться данные об объеме.
Нажмите кнопку «Извлечь объем», чтобы запустить анализ. После успешного завершения появится сообщение. Результаты можно проверить в электронной таблице, где строки содержат данные об отдельных субъектах, а столбцы содержат структурные объемы этих индивидуумов, определенные с множественной анатомической гранулярностью.
Чтобы рассчитать точки изменения для отдельных структур мозга, используйте тот же графический интерфейс MATLAB. На панели анализа точки изменения укажите электронные таблицы, содержащие многоуровневые данные об объеме и связанную с ними диагностическую информацию. Затем укажите директорию выходного текстового файла, в которую будут записаны результаты change-point.
После этого выберите уровень детализации и тип определения онтологии в выпадающем списке, в котором будет выполняться анализ точки изменения. Кроме того, выберите основной репрессор, который будет использоваться при анализе точки изменения, например, шкалу CAP для болезни Хантингтона. Нажмите кнопку «Вычислить точку изменения», чтобы выполнить анализ, и результирующие точки изменения будут сохранены в пользовательском выходном файле Excel.
Чтобы выполнить статистическую оценку точек изменения в графическом интерфейсе MATLAB, укажите параметры для статистических тестов, включая количество перестановок и количество бутстрепа. Нажмите кнопку статистического теста, чтобы запустить тесты. После этого шага p-значения из теста перестановки, а также среднее и стандартное отклонение от операции bootstrap будут записаны в выходной текстовый файл в виде дополнительных столбцов.
При необходимости, чтобы отобразить точки изменения на карте мозга и трехмерного пространства, нажмите на карту точек изменения. После этого шага будет создана карта точек изменения, которая будет визуализирована путем наложения на взвешенное изображение T1. Здесь представлены репрезентативные результаты сегментации всего мозга на основе Атласа на нескольких уровнях детализации.
Аксиальные и корональные представления многоуровневых карт сегментации накладываются на взвешенные анатомические изображения T1. Иерархические анатомические отношения между полушариями и ядрами головного мозга, базальными ганглиями ядер головного мозга, стриатумом и бледным шаром базальных ганглиев и путаменом и хвостатым телом стриатума проиллюстрированы в 3D. Здесь точечные диаграммы демонстрируют анализ этих структур с точки изменения, где синими точками обозначены z-оценки объемных данных после поправки на возраст, пол и межчерепные объемы.
Черные кривые — это подогнанные z-баллы с регрессией к баллам CAP, зависящим от точки изменения, а красные линии указывают на позиции точек изменения. Вот карты точек изменения всего мозга на нескольких уровнях детализации. Области, которые показывают значимые точки изменения, отображаются на взвешенном изображении T1, а цветами обозначены значения точек изменения в единицах оценки CAP.
После освоения эта процедура может быть выполнена за несколько часов для сегментации изображения, в зависимости от доступности облачного ресурса. И еще несколько часов для анализа точки изменения, в зависимости от заданного пользователем уровня анатомической детализации. При выполнении этой процедуры важно всегда проверять качество исходного изображения и точность сегментации изображения, прежде чем приступать к анализу точки изменения.
После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области анализа медицинских изображений для изучения анатомических изменений всего мозга и его пространственно-временной структуры в больших МРТ-исследованиях нервных дегенеративных заболеваний. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее понимание того, как выполнять автоматическую сегментацию взвешенных изображений T1 и как использовать графический интерфейс MATLAB для выполнения анализа точек изменения фотометрических данных.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
В данном исследовании представлена статистическая модель анализа данных объемной МРТ для определения момента начала атрофии головного мозга при преманифестной болезни Гентингтона. Метод использует конвейер сегментации на основе атласа для построения карты точек изменения объемов всего мозга.
Данный метод позволяет группам биофармацевтических исследований и разработок выявлять ранние структурные биомаркеры нейродегенеративных заболеваний путем определения статистически значимых точек перегиба в региональной атрофии мозга. Путем картирования пространственно-временной прогрессии атрофии с использованием сегментации всего мозга и анализа точек изменения, данный подход способствует валидации мишеней и снижению механистических рисков в доклинических программах. Он обеспечивает количественные, воспроизводимые результаты, которые могут быть использованы для принятия решений о продолжении или прекращении разработок, а также для определения приоритетов портфеля при поиске лекарственных средств для лечения заболеваний ЦНС.
Данный метод интегрируется в весь цикл исследований — от ранней валидации мишеней до доклинической разработки, предлагая масштабируемый подход для мониторинга анатомических изменений в моделях нейродегенеративных заболеваний.