MRG'de Optik Sinir Kesit Alanının Nicelemesi: Fiji Yazılımını Kullanan Yeni Bir Protokol
4 Eylül 2021
MRI kullanarak standartlaştırılmış bir optik sinir değerlendirmesi ve niceleme yöntemi, yaygın olarak bulunan bir görüntüleme dizisi ve görüntü analizi için açık erişim yazılımı için ayrıntılı bir protokol sağladık. Bu standartlaştırılmış protokolün ardından farklı hastalar ve farklı çalışmalar arasında karşılaştırma için anlamlı veriler sağlayacaktır.
Bu protokol, MRG kullanılarak optik sinir kesit alanı değerlendirmesi için standartlaştırılmış yöntemleri tanımlamayı amaçlamaktadır. Yaygın olarak kullanılabilen görüntüleme dizisini kullanarak görüntü alımını açıklayacağız. Ayrıca açık kaynaklı özellik yazılımını kullanarak görüntü analizini açıklayacağız.
Bu protokolün önemli kullanımlarından biri, optik sinir bütünlüğü hakkında değerli veriler sağlayacağı glokom hasta değerlendirmesindedir. Görüntü alma protokolü, hastaya muayenenin tam olarak açıklanmasıyla başlayacak ve aşağıdaki talimatlara uyulması gerektiği. Görüntüleme için özel bir gece elbisesine dönüşmeniz gerekecektir.
Metalik malzeme taşımadığınızdan veya takmadığınızdan emin olmanız gerekir, bu bazı yüz maskeleri içerebilir. Bazı implante edilebilir cihazlar MRI görüntüleme ile uyumlu olmayabilir, bu kalp pilleri ve insülin pompaları içerebilir. Vücudunuzun içinde kalan herhangi bir metalik nesneyi hekime bildirmelisiniz.
MR makinesinin kapalı alanı nedeniyle, muayene klostrofobisi olan hastalar için uygun olmayabilir. Hastanın hareketsiz kalması gereken sınava 15 dakika süre verilmesi bekleniyor. Hasta tarafından uygun bir onay formunun imzalanması gerekir.
Görüntülemeden önce, hekim hastaya adımları açıklayacak ve düzgün bir şekilde yönlendirilmiş bir görüntü elde etmek için MR makinesi içinde düz bir hedefe odaklanmalarını sağlayacaktır. Daha fazla önlem açıklanır ve uygun ve rahat bir muayene sağlamak için hastaya kulaklık ve panik düğmesi gibi güvenlik cihazları sağlanır. Optik sinirin koronal bir kesimi ortogonal, yani alınacaktır.
dünyaya üç milimetrelik posterior sinire dik. Transfer testeres ve eğik sagittal düzlemlerdeki scout görüntüleri, optimum optik sinir yönü ve optik sinir küre kavşak konumlandırmasını sağlamak için kullanılacaktır. Bakış fiksasyonunun kalitesine, her tarafta neredeyse eşit kalınlıkta sinirin etrafına eşit olarak dağıtılması gereken optik sinirin etrafındaki CSF dağılımı ile erişilebilir.
Görüntü alımı için aşağıdaki parametreleri girin. T2 ağırlıklı yağ bastırma sekansında, TR, 3000 milisaniye. TE, 90 milisaniye.
Görüş alanı, 16'ya 16 santimetre. Matrix, 296'ya 384. Dilim kalınlığı, üç milimetre.
Dilim boşluğu, 0.3 milimetre. Analiz edilen son görüntü, dünyanın üç milimetre gerisinde eğik bir koronal görüntüydü. Görüntü analizi protokolü için, fiji görüntü işleme paketini imagej.net'dan indirerek başlayacağız.
Web sitelerine giderek, İndirilenler, Fiji'yi seçerek ve ardından cihazınız için uygun sürümü seçerek başlayacağız. Yükledikten sonra Fiji programını başlatın. Dosya, Aç'ı seçip ardından istediğiniz koronal görüntüyü seçerek optik sinirin koronal görüntüsünü programa yükleyin.
Bunu yapmamanız güvenilir olmayan görüntü analizi sonuçlarına neden olacağı için aktarım sırasında görüntü kalitesini korumanız gerektiğini lütfen unutmayın. Bir uzunluk birimi başına piksel sayısını belirterek ölçeği standartlaştırın. Bu, harita ölçeğinde düz bir çizgi çizilerek yapılabilir.
Ardından Çözümle menü çubuğundan Ölçeği Ayarla'yı seçin. Uygun uzunluk birimiyle harita ölçeğinde göründüğü gibi satırın uzunluğunu belirtin. Görüntü menüsünü kullanarak görüntüyü gri ölçeğe dönüştürün, sonra Yaz'ı ve ardından 8 bit'i seçin.
Beyaz madde piksellerinin yoğunluk aralığını ölçerek, Eklenti menüsüne, Segmentasyon'a, ardından Kement seçimine giderek Kement Seçimi aracını seçin, ardından yeterli bir beyaz madde alanı seçin. Alanı genişletmek için Shift tuşunu basılı tutun ve beyaz maddeyi genişletin. İşlem sırasında herhangi bir gri maddeyi kapsamadığınızı unutmayın.
Toplam seçilen alan 1000 piksel yeterlidir. Seçili alanı ölçmek için Analiz et ve ölç'e giderek 1000 piksel seçtiğinizden emin olabilirsiniz. Piksel yoğunluğunun seçilen beyaz madde alanındaki dağılımını gösteren Histogram aracını Analiz menüsünden açın.
Histogramın seçili alanı değerlendirdiğinden emin olmak için Canlı kutusunu tıklatın. Histogramdaki grafik normal bir yoğunluk dağılımı göstermelidir. Beyaz madde yoğunluk aralığını aşağıdaki gibi hesaplayın, düşük sınır ortalama yoğunluk, eksi üç kat standart sapmadır.
Bizim durumumuz için bu 94.372, eksi üç, 7.085 ile çarpılmış. Üst sınır ortalama yoğunluk, artı standart sapmanın üç katıdır. Bizim durumumuz için 94.372 artı üç kez 7.085.
Eşik aracını açmak için Görüntü menüsüne gidin ve Ardından Ayarla'yı seçin ve Eşik'i seçin. Kümeyi seçip üst ve alt sınırı yazarak önceki adımdan hesaplanan aralığı belirtin. Bizim durumumuzda, 73 ve 115.
Yalnızca Koyu Arka Plan işlevini işaretleyin ve açılan listeden siyah beyaz ek açıklamaları belirtin, B&W, ardından Uygula'yı tıklatın. Optik disk içinde bulunan beyaz madde maskesi görünecektir. Yukarıda açıklandığı gibi Eklenti menüsünden veya Hızlı Seçim menüsünden seçilebilen Kement seçim aracını kullanarak, optik diski temsil eden siyah alanı seçin.
Santimetre olarak ölçülen optik diskin alanını hesaplamak için Analiz Et menü çubuğundaki ölçü işlevini kullanın. Bizim durumumuzda ise 0.069. Oftalmoloji kontrol muayenesi için başvuran 30 yaşındaki bir erkek hastanın fincandan diske oranı 0.8 idi, bu şüpheli ve glokom düşündürücü olabilir.
Sinir lifi tabakası kalınlığı için optik koherens tomografisi yapıldıktan sonra sinir kalınlığının yaş için normal sınırda olduğunu gördük. Hasta, daha önce bahsedilen protokolde ayrıntılı olarak belirtildiği gibi optik sinir değerlendirmesi için koronal kesimin emredildiği bir kafa MR'ı için planlandı. Optik diskin arkasında üç milimetrelik koronal MRI kesimini elde ettik.
Beyaz madde ortalama yoğunluğu 94.372, standart sapma 7.085, bu da alt sınır beyaz madde yoğunluğu aralığı, 94.372 eksi 21.255, eşittir 73.117 idi. Üst sınır, 94.372, artı 21.255, 115.627'ye eşittir. Şekil 2A koronal görüntüyü göstermektedir.
Şekil 2B, hesaplanan üst ve alt sınırları kullanarak beyaz madde eşiğini uyguladıktan sonra koronal görüntüyü gösterir. Şekil 2C'de nicelik için optik sinir beyazı maddesi gösterilirken. Sol optik sinirin beyaz maddesinin kesit alanı 6.9 milimetre kareydi, bu da yaşına göre normal sınırlar içindeydi.
Uzman olmayan tıp doktorlarının yüksek güvenilirlikle yürütebileceği MRI makinelerini kullanarak optik sinir değerlendirmesi ve niceleme için standartlaştırılmış bir yöntem için ayrıntılı bir protokol sağladık. Çalışma bulguları arasında karşılaştırma sağlayacak optik sinir değerlendirmesi ile ilgili çalışmalar için bu protokolün kabul edilmesini öneririz. Ayrıca, MRI görüntülerinin optik sinir nöropatisi ve glokomun ikincil nedenlerini dışlaması emredildiğinde bu protokolün kullanılmasını öneririz.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu protokol, optik sinir kesitsel alanını değerlendirmek için standartlaştırılmış yöntemleri MRI kullanarak tanımlamaktadır. Bu, glokomatöz hasta değerlendirmesi için değerli veriler sağlamayı ve çalışmalar arasında tutarlılık sağlamayı amaçlamaktadır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Tıbbi Görüntüleme
- Oftalmoloji
Arka Plan
- Optik sinir değerlendirmesi, glokomu anlamak için kritik öneme sahiptir.
- Standartlaştırılmış protokoller verilerin karşılaştırılabilirliğini artırır.
- Açık kaynak yazılım görüntü analizini kolaylaştırır.
- Yaygın olarak kullanılabilen görüntüleme sıraları kullanılır.
Çalışmanın Amacı
- Optik sinir değerlendirme yöntemlerini standartlaştırmak.
- MRI görüntüleme için güvenilir bir protokol sağlamak.
- Glokoma hastasında hasta değerlendirmesini iyileştirmek.
Kullanılan Yöntemler
- Standartlaştırılmış bir MRI sırası kullanılarak görüntü elde edilmesi.
- Görüntüleme için hasta hazırlık ve talimatları.
- Açık kaynak yazılım ile görüntü analizi.
- Optik sinir kesitsel alanının kantitatif değerlendirmesi.
Ana Sonuçlar
- Standartlaştırılmış protokol tutarlı veriler sağlar.
- Farklı çalışmalar arasında karşılaştırmayı kolaylaştırır.
- Glokoma hastalarında optik sinir bütünlüğü hakkında içgörüler sağlar.
- MRI değerlendirmelerinin güvenilirliğini artırır.
Sonuçlar
- Standartlaştırma, etkili optik sinir değerlendirmesi için anahtardır.
- Açık kaynak araçlar görüntü analize erişimi demokratikleştirebilir.
- Bu protokol, glokomun yönetiminde klinik sonuçları iyileştirebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Standardized quantification of optic nerve cross-sectional area via MRI supports objective assessment of neurodegenerative processes relevant to glaucoma and other optic neuropathies. This protocol enables reproducible, quantitative biomarker measurement that can be integrated into preclinical and clinical research workflows to de-risk target validation and therapeutic efficacy evaluation. By providing age-normalized reference ranges and minimizing inter-individual measurement bias, it enhances predictive confidence in translational studies involving neuroprotective or neurorestorative candidates.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to optic nerve integrity and neuroprotection in glaucoma models.
- Operational Value: Provides a quantitative, MRI-based readout for assessing target engagement and pathway modulation in preclinical studies.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Facilitates assay standardization through threshold-based segmentation of optic nerve white matter, reducing variability in compound screening outcomes.
- Operational Value: Leverages open-source Fiji/ImageJ for scalable, accessible image analysis compatible with high-content screening pipelines.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports disease-relevant system validation by enabling longitudinal tracking of optic nerve cross-sectional area as a structural biomarker.
- Operational Value: Ensures continuity from discovery through preclinical validation by providing a standardized, quantifiable endpoint for histology-correlated imaging.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery-to-preclinical continuum, supporting hypothesis testing in early discovery, assay readiness in screening, and quantitative biomarker application in translational research.
- Discovery Biology: Enables mechanistic de-risking by quantifying structural changes in the optic nerve following pathway modulation or target inhibition.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs (cross-sectional area in mm²) that support reliable compound evaluation and hit confirmation.
- Analytics: Generates intensity threshold-based measurements and area quantification that allow statistical comparison across experimental conditions and time points.
- Translational Research: Aligns with structural biomarker assessment, enabling correlation with functional outcomes like optical coherence tomography for enhanced clinical predictivity.
- Enterprise Reuse: Establishes a harmonized, open-source-compatible protocol for multi-site studies, promoting data consistency and cross-functional collaboration.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in optic nerve degeneration models.
- Operational Value: Enhances reproducibility and standardization through protocolized image acquisition and analysis steps.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing objective, quantifiable structural data to complement functional assessments.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of neuroprotective candidates based on measurable effects on optic nerve integrity.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neuroanatomy and MRI image interpretation for proper plane selection and glaucoma-relevant assessment.
- Dependent on access to 3 T MRI with T2-weighted fat suppression capability and standardized slice positioning (3 mm posterior to globe).
- Necessitates cross-team standardization of image processing steps in Fiji, including scale setting, grayscale conversion, histogram analysis, and threshold application.
- Adaptation across species or disease models may require validation of age-normalized limits and optic nerve orientation protocols.
- Practical limitations include dependency on patient fixation quality and exclusion of individuals with MRI-incompatible implants or claustrophobia, as noted in the protocol.
