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Engineering

Linee guida ed esperienza utilizzando Imaging Biomarker Explorer (IBEX) per Radiomics

doi: 10.3791/57132 Published: January 8, 2018

Summary

Descriviamo IBEX, uno strumento open source progettato per studi di radiomics di imaging medico e come utilizzare questo strumento. Inoltre, sono in mostra alcune opere pubblicate che hanno usato IBEX per analisi di incertezza e modello di edificio.

Abstract

Imaging Biomarker Explorer (IBEX) è uno strumento open source per medical imaging radiomics lavoro. Lo scopo di questa carta è di descrivere le modalità per utilizzare l'interfaccia utente grafica di IBEX (GUI) e dimostrare come stambecco calcolato caratteristiche sono stati utilizzati negli studi clinici. IBEX consente l'importazione di immagini DICOM con DICOM radiazioni terapia struttura file o file di Pinnacle. Dopo aver importate le immagini, IBEX ha strumenti all'interno della GUI di selezione dati per modificare la visualizzazione delle immagini, valori di misura voxel e distanze e creare e modificare i contorni. IBEX è dotato di 27 scelte di caratteristica di pre-elaborazione e 132 per la progettazione di insiemi di funzionalità. Ogni categoria di pre-elaborazione e funzionalità dispone di parametri che possono essere modificati. L'output di IBEX è un foglio di calcolo contenente: 1) ogni funzionalità dal set calcolati per ogni contorno in un set di dati, informazioni di immagine 2) su ogni contorno in un set di dati e 3) una sintesi della pre-elaborazione di caratteristiche e funzionalità utilizzate con loro selezionati parametri. Caratteristiche calcolati da Stambecco sono stati utilizzati negli studi per testare la variabilità delle caratteristiche nelle diverse condizioni di imaging e nei modelli di sopravvivenza per migliorare i modelli clinici attuali.

Introduction

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In medicina, la diagnosi di malattia paziente in genere incorpora un gran numero di esami diagnostici come i raggi x, ecografia, tomografia computerizzata (TC), risonanza magnetica (MRI), e le scansioni di tomografia a emissione di positroni (PET) per aiutare nella determinazione del corso di cura del paziente. Mentre i medici usano queste immagini per valutare qualitativamente la diagnosi del paziente, ci possono essere ulteriori caratteristiche quantitativi che possono essere estratti per guidare la cura del paziente. La spiegazione razionale è che queste caratteristiche possono rappresentare proteomica e genomiche modelli espressi su scala macroscopica1. Combinando questa informazioni quantitative con informazioni cliniche correnti, ad esempio, i dati demografici, possono permettere più individualizzato di cura paziente. Questa è la teoria dietro radiomics: dispongono di analisi delle immagini a livello di voxel. Le caratteristiche in genere rientrano in 5 categorie principali: grigio matrice livello co-avvenimento, matrice di lunghezza di esecuzione livello grigio, quartiere intensità differenza matrice, istogramma e forma.

Imaging Biomarker Explorer (IBEX) è uno strumento open-source per radiomics lavoro2. L'interfaccia utente grafica (GUI) è stata sviluppata al MD Anderson Cancer Center con l'obiettivo di facilitare l'estrazione e il calcolo delle caratteristiche quantitative per assistere nel processo decisionale nella cura del cancro. Una fonte codice3 e una versione stand-alone4 sono disponibili online. IBEX calcola le 5 categorie più comuni di funzionalità utilizzate in radiomics medica con parametri che possono essere impostati per ogni categoria di funzionalità. Le categorie sono: grigio livello co-avvenimento matrice5, grigio lunghezza di esecuzione livello matrice6,7, intensità, quartiere intensità differenza matrice8e forma. Poiché IBEX è open source, consente risultati estrazione caratteristica armonizzate attraverso istituzioni di confrontare facilmente radiomics diversi studi. Tutte le caratteristiche all'interno dello stambecco sono descritte nel documento iniziale di Zhang et al. 2

Lo scopo di questo manoscritto è quello di fornire indicazioni su come utilizzare IBEX e dimostrare le sue applicazioni attraverso studi pubblicati pari-esaminati dal gruppo di radiomics MD Anderson. Dal suo rilascio al pubblico nel 2015, IBEX è stato utilizzato per calcolare le caratteristiche dalle immagini di scansione CT, MRI e PET dal gruppo radiomics MD Anderson, indagando in genere caratteristiche per migliorare la sopravvivenza clinica modelli9,10, 11,12,13,14,15,16,17,18,19,20 e dall'esterno delle istituzioni21,22,23,24. Ulteriori indicazioni su strumenti software che possono essere utilizzati per i passaggi nella ricerca di radiomics che non sono inclusi in IBEX si trovano nella Corte et al. 25

Un'introduzione generale al flusso di lavoro di stambecco vi aiuterà a organizzare i dati correttamente prima di avviare progetti di radiomics utilizzando IBEX. Se l'importazione di immagini DICOM, IBEX richiede che ogni paziente ha la propria cartella con le loro immagini DICOM. DICOM radiazione struttura set per includere nella cartella paziente è opzionale, ma si consiglia invece di utilizzare la piattaforma di contornatura in IBEX. Per facilitare l'importazione di tutti i pazienti per uno studio specifico, tutte le cartelle paziente possono essere messi in una cartella insieme affinché tutti i dati possono essere importati in IBEX utilizzando solo un passo. Se l'importazione di pazienti da Pinnacle, è meglio avere la struttura impostata con il piano di paziente. Come i pazienti possono avere più insiemi di immagini e piani all'interno di Pinnacle, è meglio sapere quale immagine set e piano siano corrette prima dell'importazione. Tempo di calcolo è una preoccupazione, riducendo il numero di fette di immagine per un paziente può drasticamente ridurre tempo. Ad esempio, se solo il fegato è di interesse in uno studio, ma i pazienti hanno scansioni CT completo del corpo, riducendo le fette DICOM solo nella misura dell'area di interesse possono abbreviare il tempo di calcolo (ad esempio, riducendo il DICOM da 300 fette a 50 fette può prendere 1/6t h il tempo). Ci sono diversi strumenti disponibili per eseguire questa fetta di riduzione, da manuale a semi-automatico.

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Protocol

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1. installare IBEX

Nota: Per installare una versione di codice sorgente andare al punto 1.1. In alternativa, per installare una versione stand-alone andare al punto 1.2.

  1. Versione del codice sorgente
    1. Andare all'IBEX codice sorgente versione sito Web3. Scaricare i file "IBEX_Source.zip" e "How_to_use.pdf". Esaminare il file "How_to_use.pdf" per trovare i pre-requisiti per utilizzare l'ultima versione di stambecco.
      Nota: IBEX funziona solo su versioni a 32 bit e 64 bit Matlab 2011a e 2014b, rispettivamente.
    2. Una volta completato il download, decomprimere il "IBEX_Source.zip" e aggiungere la cartella di \IBEX_Source per il percorso locale.
      Nota: Le istruzioni su come aggiungere un percorso possono essere trovate nella pagina riferimenti software per "Aggiungi percorso"26.
    3. Digitare "IBEXMain" nella finestra di comando per avviare IBEX.
  2. Versione stand-alone
    1. Andare al IBEX versione stand-alone sito4. Se l'installazione di IBEX per la prima volta, andare alla cartella "Dipendenze" e scaricare/installare il "MCRInstaller.exe", vc2005redist_x86_new.exe, "e"vc2012redist_x86.exe"file. Dalla pagina principale, Scarica il "IBEX.exe," "IBEX.ctf," "IBEX.ini," e "How_to_use.pdf" file nella stessa cartella. Esaminare il file "How_to_use.pdf" per i pre-requisiti utilizzare l'ultima versione di stambecco.
    2. Fare doppio clic su "IBEX.exe" per avviare IBEX.

2. impostare la posizione

Nota: Le immagini vengono importate in questa località impostata e i dati per questo studio sono memorizzati qui pure. IBEX usi più precedentemente applicati posizione come posizione predefinita quando ha rilanciato.

  1. Fare clic sull'icona "Posizione" (Figura 1).
  2. Utente di selezionare o fare doppio clic su "Nuovo utente" per creare una nuova cartella utente. Se creare una nuova cartella utente, immettere il nome nella nuova finestra fare clic sul pulsante "OK".
  3. Selezionare il sito entro l'utente selezionato o fare doppio clic su "Nuovo sito" per creare una nuova cartella di sito. Se creare una nuova cartella utente, immettere il nome nella nuova finestra fare clic sul pulsante "OK".
  4. Fare clic sul pulsante "OK" nella parte inferiore.

3. importare immagini

  1. Fare clic sull'icona di "Importazione" (Figura 1).
  2. Selezionare DICOM o Pinnacle9 (versione file di Pinnacle 9) formato facendo clic sul nome del formato. Per importare DICOM immagini andare al punto 3.3.1. Per importare Pinnacle9 file andare al punto 3.3.2.
  3. Fare clic sul pulsante "Avanti".
    1. Importare immagini DICOM
      Nota: Per importare pazienti andare individualmente al punto 3.3.1.1. Per importare più pazienti contemporaneamente andare al punto 3.3.1.2.
      1. Importare ogni paziente individualmente selezionando la cartella paziente tramite la directory.
        1. Fare clic sul pulsante "..." accanto la directory elencata per selezionare la cartella paziente contenente le immagini DICOM e struttura di radiazione set file DICOM (opzionale).
          Nota: Mentre è solo opzionale importare una struttura con le cartelle dei pazienti, si consiglia di farlo. IBEX hanno una contorno del piattaforma all'interno di esso, ma questo è un po ' poco pratico per i DataSet di grandi dimensioni. IBEX può ospitare gruppi di struttura di piattaforme di software commerciale che ha familiarità utensili sagomati per gli oncologi di radiazione, che rende il flusso di lavoro molto più facile. Questo è in genere come IBEX è utilizzato negli studi.
        2. Fare clic sul pulsante "Importa" in basso a sinistra una volta IBEX ha terminato la ricerca i file DICOM, il paziente e scatole di dettagli verranno popolati.
        3. Ripetere i passaggi 3.3.1.1.1 - 2 per ogni paziente.
        4. Dopo che tutti i pazienti vengono importati, fare clic sul pulsante "Esci".
      2. Importare tutti i pazienti contemporaneamente selezionando la casella 'Cartella Batch' in alto a destra.
        Nota: Tutti i pazienti devono avere una cartella separata che contiene i rispettivi file DICOM.
        1. Fare clic sul pulsante "..." accanto la directory elencata per selezionare la cartella che contiene tutte le cartelle in paziente con le loro corrispondenti immagini DICOM e struttura di radiazione set file DICOM (opzionale).
        2. Fare clic sul pulsante "Importa". I pazienti verranno importati in sequenza. Dopo che tutti i pazienti vengono importati, fare clic sul pulsante "Esci".
    2. File di Pinnacle
      1. Configurare l'Host di Pinnacle e Database all'interno del file "\IBEX\ImportExport\ImportModule\Pinnacle9\Pinnacle9ImportMain.INI". Prima di selezionare Pinnacle nella casella del modulo di importazione, fare clic sul pulsante "Config".
      2. Selezionare il corretto Pinnacle Host e Database.
      3. Immettere il paziente MRN, il cognome o il nome, quindi fare clic su altrove nella finestra.
      4. Fare clic sul pulsante "Query".
      5. Selezionare il paziente nella nuova finestra, quindi fare clic sul pulsante "Trasferimento".
      6. Fare clic sulla casella dei set da quel paziente nella finestra nuova immagine desiderata e fare clic sul pulsante "OK".
      7. Fare clic sul pulsante "OK" nella nuova finestra con l'etichetta "Dati importati correttamente."
      8. Dopo che tutti i pazienti vengono importati, fare clic sul pulsante "Esci".

4. visualizzazione di immagini e regioni di interesse (ROI)

  1. Fare clic sull'icona "Dati" (Figura 1). Fare clic sul file paziente desiderato per aprire nella sezione "Selezionare un paziente" della GUI (metà superiore).
  2. Fare clic sul set di immagine del file paziente desiderato per aprire nella sezione "Seleziona immagine. set" della GUI (metà inferiore). Fare clic sul pulsante "Aprire".
  3. Utilizzare le frecce sotto le immagini per scorrere le immagini, che sono indicati in assiale, coronale, e viste sagittali (da sinistra a destra).
  4. Ingrandire l'immagine facendo clic sul pulsante "Zoom" (Figura 2). Disegnare una casella sul piano dell'immagine per lo zoom. Fare clic con il tasto destro per rimpicciolire.
  5. Attivare i localizzatori selezionando il pulsante "Intersezione" (Figura 2).
    Nota: Le linee che appaiono mostrano dove si trova quella fetta in ogni piano. Queste linee si muovono quando usando le frecce di scorrimento.
  6. Fare clic sul pulsante "Righello" (Figura 2) per misurare le distanze. Fare clic e tenere premuto il pulsante sinistro del mouse per misurare tra i due punti di interesse. Rilasciare il mouse per rimuovere il valore misurato dall'area visualizzata.
  7. Fare clic sul pulsante "CT Num" (Figura 2) per misurare il valore di un voxel. Cliccare e tenere premuto il tasto sinistro del mouse su voxel di interesse e il valore verrà visualizzata sul lato sinistro della GUI sotto la scala di colore. Rilasciare il mouse per rimuovere il valore misurato dall'area visualizzata.
  8. Clicca sul pulsante "W/L" (Figura 2) a livello di finestra sulle immagini. Un'altra finestra pop-up. Trascinare i lati destro e sinistro per l'area desiderata oppure immettere manualmente il livello di finestra in caselle di finestra e livello nella parte inferiore della finestra di nuova. Selezionare la finestra livelli utilizzando il primo menu a discesa a sinistra ( Figura 2): ci sono 8 per CT e 1 per PET.
  9. Scale di colori differenti disponibili utilizzando il secondo menu drop down a sinistra (Figura 2): ci sono 9 opzioni tra cui scegliere.
  10. Visualizzare ROIs facendo clic sulla casella accanto il ROI per renderlo visibile sulle immagini, o fare clic sul pulsante "Su tutte le ROIs" per accendere tutti i paziente ROIs.

5. modifica di ROI

  1. Modificare ROIs facendo clic sul pulsante "Edit ROIs" in alto a sinistra o in basso al centro. Selezionare il contorno da modificare facendo clic sulla casella accanto al relativo nome.
  2. Utilizzare il pulsante di "Nudge contorni" (Figura 3) per spingere i contorni dentro o fuori come già disegnato. Regolare la dimensione del cerchio utilizzato nella casella denominata "D" accanto al pulsante Nudge contorni.
  3. Rimuovere una fetta intero contorno utilizzando il pulsante "Tagliare contorni" (Figura 3). Fare clic e tenere premuto il pulsante sinistro del mouse e disegnare una casella attorno il ROI per essere rimosso.
  4. Disegnare i contorni
    Nota: Andare al punto 5.4.1 disegnare contorni da punti di collegamento. Andare al punto 5.4.2 disegnare contorni a mano libera.
    1. Punti di collegamento: Utilizzare il pulsante "Draw contorni (1)" (Figura 3) per disegnare un contorno su ogni fetta facendo clic su punti intorno al contorno dove i punti sono collegati da linee rette. Completare il ROI per quella fetta facendo clic sul primo punto disegnato.
    2. Mano libera: Utilizzare il pulsante "Disegnare contorni (2)" (Figura 3) per disegnare un contorno a mano libera. Tenere premuto il pulsante sinistro del mouse per disegnare il contorno sulla fetta. Finire il contorno su quella fetta di tornare all'inizio del ROI disegnato e poi rilasciando il pulsante sinistro del mouse.
  5. Fare clic sul pulsante "Interpolare contorni" (Figura 3) per interpolare ROIs tra fette.
  6. Fare clic sul pulsante "ROI copia" per copiare il ROI.
  7. Unire ROIs selezionando più ROIs e facendo clic sul pulsante "Merge ROI".
  8. Fare clic sul pulsante "Elimina ROI" per eliminare il ROI attualmente selezionato.
  9. Fare clic su "Creare ROI" per creare un nuovo ROI che causerà una finestra pop-up. Immettere il nome del ROI e fare clic sul pulsante "OK". Fare clic sul pulsante "Salva". Fare clic sul pulsante "Exit" per tornare al visualizzatore di paziente.

6. contorni nel Set di dati

  1. Contorni della vista nel set di dati
    1. Fare clic sul pulsante "Visualizza Set di dati" per visualizzare i contorni nel set di dati. Clicca sul nome del set di dati per visualizzare. Fare clic sul pulsante "Aprire". Selezionare paziente contorni utilizzando la casella accanto al loro nome. Fare clic sul pulsante "Delete", "Move" o "Copia", a seconda della funzione desiderata per quel contorno. Chiudere la finestra set di dati una volta aver visualizzato il set di dati.
  2. Aggiungere contorni al set di dati
    1. Selezionare contorni da aggiungere a un set di dati facendo clic sulla casella accanto al loro nome, quindi fare clic sul pulsante "Aggiungi al Set di dati". Clicca sul nome del set di dati per aggiungere i contorni o fare clic sul pulsante "New" per un nuovo set di dati. Se New è selezionata, è possibile immettere il nome del set di dati nella nuova finestra. Fare clic sul pulsante "OK".
  3. Fare clic sul pulsante "Importa ROIs" per importare un file. ROI 9 versione di Pinnacle se contorni non sono stati caricati durante la sezione 3.
    1. Fare clic sul pulsante "..." per selezionare il file. Fare clic sul pulsante "Importa".
  4. Fare clic sul pulsante "Esporta ROIs" per esportare ROIs.
    1. Fare clic sul pulsante "..." per selezionare la directory in cui deve essere inserito ROIs esportato. Clicca sul nome del formato che è comodo per il ROIs esportato. Immettere le informazioni di trasformazione in forma anonima se è comodo. Fare clic sul pulsante Esporta.
      Nota: L'impostazione predefinita è per nessuna trasformazione in forma anonima essere eseguita.
  5. Fare clic sul pulsante "Exit" per tornare all'elenco dei pazienti e scansioni.

7. creare il Set di funzionalità

  1. Fare clic sull'icona "Caratteristica".
  2. Se necessario, aggiungete la pre-elaborazione.
    1. Fare clic sul pulsante "Aggiungi" sotto "Step1: pre-elaborazione". Selezionare l'opzione pre-elaborazione dal menu a discesa nella finestra nuova.
    2. Fare clic su "i" sotto "V." per selezionare i parametri pre-elaborazione. Fare clic sul numero nella colonna valore nella nuova finestra del parametro per modificarlo. Digitare il nuovo valore di parametro e fare clic sul pulsante "OK".
    3. Fare clic sul pulsante "question mark" in alto a destra per una descrizione del metodo di pre-elaborazione e la pre-elaborazione di parametri specifici.
    4. Fare clic sul pulsante "Aggiungi". Selezionare la fase di pre-elaborazione e fare clic sul pulsante "Elimina" per eliminare indesiderati passaggi di pre-elaborazione.
  3. Aggiungere le funzionalità desiderate.
    1. Selezionare la categoria di funzionalità dal menu a discesa sotto "passaggio 2: Categoria caratteristiche:". Ripetere i passaggi per più categorie.
      Nota: Solo una categoria di funzioni possa essere aggiunti alla volta. Diverse combinazioni di categorie di pre-elaborazione e funzionalità possono essere aggiunti alla stessa funzionalità impostare se lo si desidera.
      1. Selezionare il "GrayLevelCooccurenceMatrix25" e le categorie di funzionalità "NeighborIntensityDifference25" per calcolare il livello grigio co-avvenimento matrice e quartiere intensità differenza matrice, rispettivamente, in 2.5 D, che è fatto calcolando la matrice su ogni fetta singolarmente e poi sommando tutte le matrici insieme.
      2. Selezionare il "GrayLevelCooccurenceMatrix3" e le categorie di funzionalità "NeighborIntensityDifference3" per calcolare il livello grigio co-avvenimento matrice e quartiere intensità differenza matrice, rispettivamente, in 3D.
    2. Fare clic su "i" sotto "V." per i parametri selezionati per quella pre-elaborazione. Fare clic sul pulsante "question mark" in alto a destra per una descrizione dei parametri e il metodo di pre-elaborazione.
      1. Digitare il nuovo valore di parametro e fare clic sul pulsante "OK".
    3. Fare clic sul pulsante "Test" per visualizzare una categoria caratteristica o funzionalità specifica. Fare clic sul pulsante accanto alla funzione o alla categoria desiderata.
      1. Selezionare il set di dati per visualizzare il test su e clicca sul pulsante "Apri". Seleziona la casella accanto ai pazienti dal set di dati selezionato per visualizzare il test su e fare clic sul pulsante "Test".
    4. Deselezionare caratteristiche indesiderate per la categoria selezionata; tutte le funzionalità sono selezionate dopo aver selezionato la categoria. Fare clic sulla parola "caratteristiche:" sotto "Step2: Features" per deselezionare tutte le funzioni.
    5. Fare clic sul pulsante "Aggiungi al Set Feature" per aggiungere tutte le funzionalità selezionate con selezionati di pre-elaborazione.
      1. Selezionare il set di funzionalità per aggiungere funzionalità per e fare clic sul pulsante "Aprire" o fare clic sul pulsante "Nuovo" per aggiungere funzionalità a un nuovo set di funzionalità. Se creare un nuovo set di funzionalità, immettere il nome della funzionalità impostata nella nuova finestra e fare clic sul pulsante "OK".
  4. Fare clic sul pulsante "Visualizza funzionalità Set" per visualizzare le funzionalità con tecniche di pre-elaborazione corrispondente per visualizzare le funzioni in un set di funzionalità.
    1. Selezionare il set di funzionalità per visualizzare e fare clic sul pulsante "Aprire" o fare clic sul pulsante "Nuovo" per creare un nuovo set di funzionalità. Se creare un nuovo set di funzionalità, immettere il nome della funzionalità impostata nella nuova finestra e fare clic sul pulsante "OK".
  5. Fare clic sul pulsante "Visualizza Set di dati" per visualizzare i set di dati corrente.
    1. Selezionare il set di dati per visualizzare e fare clic sul pulsante "Aprire" o fare clic sul pulsante "New" per creare un nuovo set di dati. Se creare un nuovo set di dati, immettere il nome del set di dati nella nuova finestra e fare clic sul pulsante "OK".
  6. Fare clic sul pulsante "Exit".

8. uscita caratteristiche

  1. Fare clic sull'icona di "Risultato". Fare clic sul set di dati per eseguire le funzionalità sotto "passaggio 1: Set di dati." Fare clic sulla funzionalità impostata per essere eseguito sui dati selezionati sotto "passaggio 2: Set di funzionalità."
  2. Fare clic sul pulsante "Visualizza dati" per visualizzare il set di dati selezionato. Fare clic sul pulsante "Vista Feature" per visualizzare il set di funzionalità selezionata.
  3. Fare clic sul pulsante "Calcola e salva il risultato". Immettere il nome di file per i risultati e clicca sul pulsante "Salva".

9. statistica Model Building

  1. Aprire il file di risultati salvati.
    Nota: si tratta in genere sotto C:\IBEX\DataIbex\[Selected utente in Step 2.2] \ [sito selezionato nel passaggio 2.3] \1FeatureResultSet_Result, a meno che non altrimenti assegnato al punto 8.4.
  2. Utilizzare i dati da diverse schede nei test statistico desiderato o modello costruzione nel software.
    Nota: Il protocollo può essere messo in pausa in qualsiasi momento. Tuttavia, è più conveniente dopo aver terminato tutti i passaggi necessari per una particolare icona, ad esempio, tutti della sezione 7, che si trova sotto l'icona della funzionalità di finitura.

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Representative Results

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L'output di IBEX è un foglio di calcolo (Vedi Figura 4) che contiene 3 schede. Nella scheda "Risultati" contiene i valori della funzione per ogni ROI nel set di dati (Figura 4A). La scheda "Dati Info." contiene informazioni sulle immagini scattate da ogni ROI nel set di dati (Figura 4B). La scheda "Feature Info." contiene un elenco completo delle funzionalità utilizzata con i parametri selezionati per la categoria di funzionalità e la pre-elaborazione utilizzato per tale categoria di caratteristiche (Figura 4C).

Lo stambecco calcolato caratteristiche da immagini mediche sono state utilizzate in diversi contesti. Hunter et al. utilizzato una prima versione di IBEX per identificare immagine robusta funzionalità19. Fave et al studiato l'incertezza nelle caratteristiche radiomics 4 D toracica delle esplorazioni di CT raccolte alle diverse fasi respiratorie, picchi di tensione di tubo e tubo correnti9. Questo studio ha trovato variazione intra-paziente per essere meno di variazione inter-paziente per la maggior parte dispone di quando tubo di tensione e corrente sono state variate, rendendo questi fattori trascurabili. La riproducibilità della funzione di immagini di cone beam CT (CBCT) quindi è stata valutata usando IBEX10. In questo studio, caratteristiche calcolati da immagini CBCT del polmone sono stati trovati per essere riproducibile quando lo stesso protocollo e produttore sono stati utilizzati solo quando il movimento di respirazione era piccolo. Successivamente è stata valutata immagine impatto sui valori della funzione di pre-elaborazione. Lo studio ha mostrato che 39 55 caratteristiche studiato aveva almeno una pre-elaborazione tecnica che ha provocato la stratificazione significativi per la sopravvivenza globale utilizzando Cox modelli proporzionali di rischi che indica che diversi pre-elaborazione possono essere necessari per ciascuna funzione11. L'incertezza nelle caratteristiche da immagini di aspersione CT è stato valutato utilizzando IBEX. Yang et al hanno mostrato che le caratteristiche radiomics non erano dipendente il tempo tra la somministrazione di contrasto e l'esplorazione di CT e che 86,9% delle caratteristiche erano riproducibili con un coefficiente di correlazione concordanza Inter-sessione stabilità maggiore o uguale a 0,916. Infine, un phantom è stato progettato per testare la variabilità inter-scanner su un sottoinsieme di caratteristiche15. Forza di texture è stato trovato per essere la caratteristica più costante mentre Tran Tran è stato trovato per variare al massimo.

Le caratteristiche di radiomics da stambecchi sono anche spesso utilizzate per modello di edificio, guardando in genere sopravvivenza globale, controllo locale-regionale e libertà da metastasi a distanza. Fried et al. identificato 8 radiomics caratteristiche da non a piccole cellule che del polmone cancro (NSCLC) patients' TAC che quando viene implementato in un rischi proporzionali di Cox modella per metastasi a distanza, controllo loco-regionale e sopravvivenza globale significativamente stratificazione di Kaplan-Meier migliorato rispetto ai modelli che utilizzato solo dati clinici20. Allo stesso modo, Fave et al trovato le caratteristiche radiomics che migliorato paziente stratificazione nella sopravvivenza curve12. Il loro studio utilizzato Download immagini di CT e calcolate modifiche nelle caratteristiche radiomics del polmone. Calcolato funzioni nel modello ha avuto quattro diversi metodi di pre-elaborazione: (1) soglia, soglia (2) e profondità di bit, (3) la soglia e levigante, soglia (4), profondità di bit e levigante; e il migliore metodo di pre-elaborazione è stato scelto per ogni funzionalità singolarmente prima di essere testato nei modelli proporzionali di rischi di Cox. Hunter et al. , inoltre, ha mostrato che radiomics caratteristiche possono prevedere la riduzione in pazienti con NSCLC esplorando diverse soglie della massa tumorale e po' profondità rescale valori18.

Caratteristiche di radiomics dell'immagine dell'animale domestico e il loro valore prognostico sono stati studiati utilizzando IBEX. Fried et al. in scala valori standardizzato di assorbimento (SUV) SUV di arrotondamento al numero intero più vicino e quindi sottraendo il SUV minimo per quel ROI dal resto13. Energia e solidità sono stati trovati per migliorare statisticamente un modello generale di sopravvivenza quando incluso rispetto al modello quando solo i fattori clinici convenzionali sono stati inclusi. Queste due caratteristiche di radiomics inoltre sono state trovate per essere in grado di identificare sottogruppi di pazienti che hanno ricevuto un beneficio o un danno da dose escalation14. Van Rossum et al. , allo stesso modo, trovato un aumento nella c-indice per un modello di previsione clinica della risposta patologica completa in quando incluse le funzionalità di radiomics in modelli clinici17.

Figure 1
Figura 1 : Home page principale IBEX. Pagina principale di stambecco con le icone per ogni sezione. Ognuna di queste sezioni sono descritte nelle sezioni 2-6. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2 : Finestra Selezione dati. Finestra della GUI è utilizzato per la manipolazione di selezione dei dati. La finestra è dotato di pulsanti per modificare l'aspetto delle immagini come descritto nei passaggi 4.4-4.10. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3 : Finestra di editor di ROI. Finestra della GUI è utilizzato per la manipolazione di ROI. La finestra viene fornito con gli stessi pulsanti per modificare l'aspetto come la selezione dei dati, nonché i pulsanti per modificare il ROIs. La manipolazione di ROI è descritto nella sezione 5. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4 : IBEX risultati foglio di lavoro. IBEX uscite tre pagine di informazioni in un foglio di lavoro. La prima pagina (A) contiene i valori della funzione per ogni ROI, la seconda pagina (B) contiene informazioni sulle immagini che il ROIs sono stati disegnati su e la terza pagina (C) contiene informazioni sulle funzionalità e pre-elaborazione utilizzato. Le uscite per questa figura sono da uno studio fantasma dove le caratteristiche sono stati calcolati utilizzando Butterworth levigante e profondità di 8 bit rescaling, mostrato nel pannello C, colonna E, righe 5 e 6. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Discussion

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IBEX è un potente strumento per la ricerca di radiomics formazione immagine medica. Per lo più finora è stato utilizzato per scopi di oncologia di radiazione negli studi condotti dal gruppo di radiomics MD Anderson. IBEX permette per la manipolazione di ROIs e calcolo di funzioni all'interno di 5 categorie di caratteristica principale. La versione del codice sorgente di stambecco consente all'utente di progettare applicazioni che non fanno già parte di stambecco, ad esempio funzionalità di matrice di zona grigia di livello.

I passaggi principali di stambecco sono l'importazione di immagini, contornitura di ROIs, selezione di ROIs per set di dati e la creazione di set di funzionalità. Contorni precisi sono necessari come caratteristiche sono calcolati solo all'interno di queste zone e così contorni imprecisi fornirà valori inesatti. Così, qualsiasi rapporto trovato tra queste caratteristiche calcolata sui contorni imprecisi e risultati sarà spuri. Selezione dei parametri per le funzionalità è anche un punto vitale. Ad esempio, modifica delle dimensioni di passaggio per la matrice di grigio livello co-avvenimento può influire le caratteristiche calcolate dalla matrice. Questo potrebbe dipendono dal tipo di immagine (cioè, MRI, CT o PET), sito per indagine (ad es., NSCLC vs testa e del collo) e lo scopo dello studio (ad esempio, creazione di modelli di sopravvivenza vs collegamento caratteristiche dell'immagine con la genomica). Parametri di funzione deve essere selezionata basato su una fisica o biologica di ragionamento, per esempio, c'è un motivo che una dimensione di passaggio di 4 sarebbe biologicamente rilevante in una matrice di co-occorrenza? Parametri di funzione possono essere selezionati anche sulla base di studi precedenti che hanno trovato alcuni dei parametri di funzione per correlare con i risultati o espressioni biologiche. IBEX ha 27 moduli di pre-elaborazione e 132 caratteristiche disponibili per la selezione, oltre a consentire la modifica dei parametri per ogni modulo di pre-elaborazione e la categoria di funzionalità, che lo rende uno strumento adattabile per molti tipi di studi radiomics con.

Ci sono diverse limitazioni generali nella ricerca di radiomics che si applicano quando si utilizza qualsiasi software. Ad esempio, le caratteristiche dell'immagine sono stati indicati per dipendono dai parametri di acquisizione immagine come voxel dimensioni e scanner15,27. Una limitazione di tutti i software è che ci sono molti parametri che possono essere modificati per ogni funzione e i valori di default potrebbero non essere appropriati per lo studio specifico. Gli utenti devono essere vigili, e ricerca precedentemente utilizzato le impostazioni dei parametri per studi simili e valutare l'applicabilità delle impostazioni. La qualità dei contorni e la variabilità intrinseca inter - e intra-osservatore può colpire anche il calcolo delle caratteristiche. Owens et al hanno dimostrato che caratteristiche calcolati sono più robusti quando si utilizza auto-contornatura strumenti28. Le caratteristiche calcolate per gli studi radiomics sono caratteristiche di uomo-costruita e non possono trasmettere pienamente le caratteristiche osservate dal sistema di percezione visiva. Inoltre, queste caratteristiche possono essere altamente correlate uno a altro creando difficoltà quando si analizzano i risultati. Una specifica limitazione dello stambecco è che la versione attuale manca la disponibilità per calcolare funzioni wavelet; Tuttavia, il nostro gruppo intende includere queste funzionalità nelle versioni future.

Ci sono diverse piattaforme software alternativi disponibili per il calcolo di immagine caratteristiche25. Alcuni vantaggi di stambecco includono il fatto che è liberamente disponibile, è ben documentata2e permette agli utenti di controllare dettagliata dei calcoli caratteristica immagine. IBEX Visualizza anche le immagini elaborate paziente (ad es., dopo la levigatura), quindi l'utente può visualizzare l'impatto di qualsiasi elaborazione immagini - questo è utile, ad esempio, quando si conferma che la pre-elaborazione non è eccessivamente levigata le immagini. Allo stesso modo, IBEX può esportare l'effettiva co-avvenimento matrice e istogrammi di intensità; Questo può essere utile quando scavando più nelle caratteristiche di immagine.

IBEX è stato utilizzato esclusivamente per gli studi di cancro, focalizzati soprattutto sulla radioterapia. Tuttavia, gli studi futuri possono diramano per altre terapie del cancro o anche di fuori del campo di cancro. Ad esempio, Kassner et al utilizzato radiomics per predire la trasformazione emorragica in pazienti con ictus ischemico acuto29. IBEX potrebbe essere utilizzato anche negli studi di radiomics di questo tipo.

IBEX ha anche manutenzione continua. Ad esempio, uno studio di Fave et al trovato che 5 caratteristiche (Tran Tran, grossolanità, grigio livello non-uniformità, lunghezza di esecuzione non-uniformità ed energia) erano fortemente dipendente di volume e corretto loro formule11. Queste formule aggiornate sono state incluse nella versione aggiornata di stambecco. Inoltre, c'è un gruppo google30 che ha utenti postare domande a cui altri utenti quindi rispondono. Questo miglioramento continuo dello stambecco oltre alle funzionalità correnti di stambecco e la sua disponibilità lo rendono una fonte primaria per gli studi radiomics.

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Disclosures

Gli autori non hanno nessun concorrenti interessi finanziari di divulgare.

Acknowledgments

Rachel Ger è finanziato dal Rosalie B. Hite Istituto europeo di oncologia e American Legion ausiliario Fellowship. Carlos Cardenas è stato finanziato dalla compagnia George M. Stancel PhD nelle scienze biomediche. Lo sviluppo dello stambecco è stato finanziato il NCI (R03 CA178495).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Excel Microsoft Office Any version of excel should work.
Matlab MathWorks Only use IBEX on 32 bit Matlab 2011a or 64 bit Matlab 2014b.

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References

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  3. IBEX Source Code. Available from: http://bit.ly/IBEXSrc_MDAnderson (2017).
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  30. IBEX Google Forum. Available from: https://groups.google.com/forum/#!forum/ibex_users (2017).
Linee guida ed esperienza utilizzando Imaging Biomarker Explorer (IBEX) per Radiomics
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Ger, R. B., Cardenas, C. E., Anderson, B. M., Yang, J., Mackin, D. S., Zhang, L., Court, L. E. Guidelines and Experience Using Imaging Biomarker Explorer (IBEX) for Radiomics. J. Vis. Exp. (131), e57132, doi:10.3791/57132 (2018).More

Ger, R. B., Cardenas, C. E., Anderson, B. M., Yang, J., Mackin, D. S., Zhang, L., Court, L. E. Guidelines and Experience Using Imaging Biomarker Explorer (IBEX) for Radiomics. J. Vis. Exp. (131), e57132, doi:10.3791/57132 (2018).

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