病変エクスプローラ:アルツハイマー病における正確で信頼性のMRI誘導Volumetrics用ビデオガイド下、標準化されたプロトコルおよび標準高齢者

Medicine
 

Summary

病変エクスプローラ(LE)は、アルツハイマー病および正常高齢者の構造的MRIから局所脳組織及び皮質下高信号病変volumetricsを得るために開発された半自動、画像処理パイプラインである。精度と信頼性の高いレベルを確保するには、次のLEの手作業用ビデオガイド下、標準化されたプロトコルである。

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Ramirez, J., Scott, C. J., McNeely, A. A., Berezuk, C., Gao, F., Szilagyi, G. M., Black, S. E. Lesion Explorer: A Video-guided, Standardized Protocol for Accurate and Reliable MRI-derived Volumetrics in Alzheimer's Disease and Normal Elderly. J. Vis. Exp. (86), e50887, doi:10.3791/50887 (2014).

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Abstract

MRIから生体ヒト脳組織volumetrics 取得は、多くの場合、様々な技術的、生物学的な問題によって複雑になる。有意な脳萎縮および加齢性白質変化( 例えば Leukoaraiosis)が存在する場合、これらの課題は悪化する。病変エクスプローラ(LE)は、特に、一般的に、アルツハイマー病および正常高齢者のMRIで観察され、このような問題に対処するために開発された正確で信頼性の高い神経画像処理パイプラインである。パイプラインは、以前に、内部および外部の信頼性試験1,2のシリーズで検証されています半自動手順の複雑なセットです。しかし、LEの精度と信頼性は、コマンドを実行する明確な解剖学的ランドマークを識別し、手動で編集/様々なコンピュータによって生成されたセグメンテーションの出力を確認するために、適切な訓練を受けた手動のオペレーターに大きく依存している。

LEは、それぞれが一連のコマンド及び手動オペラを必要とする、3つの主要構成要素に分けることができるtions:1)脳サイザー、2)SABRE、および3)病変ワンセグ。脳サイザーの手動操作は、自動頭蓋骨ストリッピング総頭蓋円蓋(TIV)抽出マスク、心室脳脊髄液(vCSF)の指定、およびテント下の構造物の除去の編集を伴う。 SABREコンポーネントは、前方および後方交連(ACPC)面に沿った画像の位置合わせのチェック、および地域parcellationに必要ないくつかの解剖学的ランドマークの識別を必要とします。最後に、病変ワンセグコンポーネントは、偽陽性エラーの皮質下高信号(SH)の自動病変セグメンテーションを手動でチェックを伴います。

LEパイプラインのオンサイトトレーニングが好ましいが、対話型トレーニングのイメージで容易に利用可能な視覚的な教育ツールは、実行可能な代替案である。精度と信頼性の高い確実にするために開発された、次はLEのマニュアルの手順についてステップバイステップ、ビデオガイド下、標準化されたプロトコルである。

Introduction

脳画像解析は、計算および神経解剖学的能力の高い熟練したオペレータを必要とする神経科学の新たな分野である。磁気共鳴イメージング(MRI)からの定量的情報を得るために、訓練を受けたオペレータは、しばしば実装するために必要とされる、監視、および編集、生のMRIから生成されたコンピュータによって生成された撮像出力する。一方で多くの「完全自動」のイメージングツールは、インターネットを経由して、精度を自由に利用でき、ダウンロードしたツールを使用して、知識、訓練や親しみやすさを欠いている初心者のオペレータが適用された場合、信頼性は疑問である。オンサイトトレーニングが最も好ましい指導のアプローチですが、ビデオガイド下、標準化されたプロトコルのプレゼンテーションは、画像のトレーニングセットを伴う場合は特に、実行可能な代替手段です。さらに、画像のトレーニングセットは、オフサイトの評価者間信頼性試験として品質管理対策のために使用することができる。

CH、老化およびアルツハイマー病(AD)を研究する場合は特に、画像処理パイプラインを開発するallengesは、技術的および生物学的な問題の広い範囲を含む。いくつかの技術的な問題が後処理補正アルゴリズム3で対処されていますが、個体差や病理学的プロセスに起因するばらつきがより複雑な障害物をご紹介します。脳萎縮および心室肥大は、登録反りやテンプレートマッチングアプローチの実行可能性を低減することができる。加齢に伴う白質の存在は、4を変更し、皮質下高信号(SH)7,8、嚢胞液で満たされたラクナ様梗塞9,10、および拡張型心筋血管周囲のスペース11,12として観察小血管疾患、5,6、、さらにセグメント化アルゴリズムを複雑にする。有意な白質疾患の症例では、単一のT1セグメンテーションは、唯一の追加それに補正することができる灰白質(GM)13の過大評価につながる可能性プロトン密度(PD)、T2強調(T2)、または流体の弱毒反転回復(FLAIR)画像を使用してgmentation。これらの課題を踏まえて、病変エクスプローラ(LE)、画像処理パイプラインは、人間の介入が1,2望ましいときに、特定の段階で訓練を受けた事業者を利用して、半自動トライ機能(T1、PD、T2)の手法を実装しています。

脳の抽出(または頭蓋骨ストリッピング)は、通常、神経画像で行われる第業務の一つです。この与えられた、総頭蓋円蓋(TIV)抽出プロセスの精度が大幅にさらにパイプラインダウン、その後の操作に影響を与えます。オーバー著しい浸食は、脳の損失をもたらす、過剰推定の脳萎縮をもたらす可能性がある。代わりに、アンダー浸食重要な、硬膜、その他nonbrain事項を含めることで、その結果、脳の容積の膨張につながる可能性があります。生成する三機能(T1、T2、およびPD)アプローチを用いて、これらの問題の多くLEの脳サイザー成分アドレス単一機能の方法1と比較して優れた結果をもたらすTIVマスク。さらに、自動的に生成されたTIVマスクを手動でチェックし、頭蓋骨ストリッピングの誤差の影響を受けやすい地域を特定する標準化されたプロトコルを使用して編集されている。 GM、白質(WM)、または脳脊髄液(CSF)、脳抽出後、セグメンテーションは各脳ボクセルが1〜3のラベルに割り当てられている頭蓋骨ストリッピングT1上で実行される。区分は、グローバルとローカルの強度ヒストグラムに適用される堅牢なカーブフィッティングアルゴリズムを使用して自動的に達成されている。輝度むらアーチファクトおよびAD症例14におけるGMとWM強度振幅の減少との間の分離に対処するために開発された技術。

脳サイザー成分も心室およびテント下の構造物の除去を手動で指定するための手順が含まれています。心室の大きさが一般的に使用されるbiomarそのまま心室CSF(vCSF)のセグメント化は、特に重要であるADの認知症15キブロン。さらに、脳室と脈絡叢の描写は、静脈膠原5,16,17が特徴小血管疾患の形を反映すると考えられている脳室周囲高信号(pvSH)の適切な識別のために不可欠です。参考のために、T1を使用して、vCSFへのCSFボクセルの手動再ラベル付けは、分割された画像での手動塗りつぶし操作で達成される。一般的には、側脳室の脳溝、CSFと区別しやすくなります。このような理由のために、優れたスライスから始まり、下方に移動し、軸方向の図でfloodfilling始めることをお勧めします。脳室系、特に、 第3脳室の内側部を画定することがより困難であり、マニュアルに概説されている特殊な解剖学的構造ベースのルールが与えられる。脳サイザーの最後のステップは、追加セットoをマニュアルトレースに記載の手順を用いて、脳幹を除去し、小脳、および他のテント下の構造を含むF解剖学ベースの標準化されたプロトコル。

半自動化された脳領域抽出(SABRE)コンポーネントは、パイプラインのparcellationプロシージャです。この段階は、次の解剖学的識別するために訓練されたオペレーターが必要になります。前方および後方交連(AC、PC)を;脳の端を後方;中心管;半ば矢状面;後頭前切痕;後頭頭頂間溝;中心溝、および;シルビウス裂。これらの画期的な座標に基づいて、タライラッハ様18グリッドが自動的に生成され、地域のparcellationが19を達成ている。ランドマークを簡単に自動的に生成され、手動で前のSABRE landmarking手続きにチェックされACPC整列画像上で識別されます。

病変ワンセグコンポーネントは、SHの同定および定量が達成されているパイプラインの最終段階である。初期の自動SHセグメンテーションはPD/T2-based SH segmeを含む複雑なアルゴリズムを実装ntation、ファジーマスキングc-平均、および心室拡張。これらの操作は、手動でチェックし、偽陽性やその他のエラーのために編集されて自動的に生成された病変セグメンテーションマスクになる。 MRIで高信号信号は非病理源( 例えばモーションアーチファクト、正常な生物学)に起因するように、適切な訓練、関連SHの正確な同定に必要とされている。

LEパイプラインの最終結果は26 SABREの脳領域にparcellatedされる8種類の組織や病変volumetricsを含む総合的な体積プロファイルです。オフサイトの個々の事業者の評価者間の信頼性試験を得るためには、ソフトウェア(http://sabre.brainlab.ca)を備えたトレーニングセットの完全なLEのパイプラインを実行することをお勧めします。容積測定結果を用いて、クラス間の相関係数(ICC)20統計が各SABRE領域における各組織クラス(GM / WM / CSF)について計算することができる。 segmentatioを使用したn個の画像は、類似度指数(SI)21統計情報は、空間の合同の程度を評価するために計算することができる。短時間オペレータの1 番目及び2 番目の分割編集の間に通過した後さらに、イントラ評価者の信頼性は、同一のオペレータの結果を評価することができる。オフサイトオペレータは、LEのマニュアルで概説されたファイルの命名規則に従っていることを提供し、信頼性の統計は、最も基本的な統計ソフトウェアパッケージを使用してオフサイトに計算することができます。これらの品質管理とビデオガイド付き標準化されたプロトコルを考えると、オフサイトの事業者は、LEのパイプラインを正確かつ確実に適用することを大きな自信を持つことができます。

Protocol

1。脳サイザーコンポーネント

1.1全頭蓋内ボールト抽出(TIV-E)

  1. ITK-SNAP_sb、負荷のT1をクリックして開きますファイル - >開くグレースケール画像 - > [参照 - >]をクリックし、ディレクトリに移動 - >画像 - >開く - >次へ - >フィニッシュ。
  2. クリックすると拡大しプラスの横軸方向のビューにサインインします。
  3. オフにする(またはオン) 'X'をキーと十字線。
  4. 右クリックして、それが左下隅に表示される小さなボックスなしでフィットするまでドラッグマウスを上にウィンドウ内の脳を拡大する。
  5. クリックすることで強度を調整します。ツール - >イメージコントラスト、そして中間点を上にドラッグして画像を閉じる、適切なレベルに明るくなるまで少し残しました。
  6. クリックして、負荷TIV-Eオーバーレイ:セグメンテーションを - イメージから>ロード - >ブラウズ - >を選択しTIVauto - >開く - >次へ - >フィニッシュ。
  7. TIVautoの編集を開始...
  8. ペイントブラシツールをクリックします - >ラウンド選択してください - >必要に応じてサイズを調整します。
  9. 着色されたTIV領域を取り戻すか、注意深く無着色の領域を奪還するにはTIVマスクを再描画するために絵筆を使用しています。
  10. 、塗装ブラシストロークを取り消し<CTRL+Z>を使用するか、「元に戻す」をクリック(左)へ。
  11. 脳組織が適切にキャプチャされていることを確認するために、「S」を押してオン/オフのトグルTIVauto。
  12. 削除するには/それは過剰キャプチャ組織nonbrain正しい "ブラシツール」を使用してクリックするとTIVautoマスク削除してください。
  13. TIVautoマスクを再描画するために絵筆と左クリックを使用してください。
  14. 唯一の脳組織は、ラベル1(緑)であり、すべてのnonbrain組織が1(またはしないすべての色)以外のいくつかのラベルであることを確認するために、慎重に、一人ひとりのスライスを確認してください。
  15. 必要に応じてTIVを奪還し、必要に応じてTIVを削除します。
  16. 優れたスライスの硬膜下にあるすべてのものが、CSFを説明するために保たれていることを確認してください。
  17. これをdである場合ifficultは、ペイント、閉じた多角形ツールを使用するには、次のように多角形にポイントを追加するには、左クリックと右のポリゴン内に含まれるすべてのものが変更されているものであるように、それを閉じるためにクリックして、クリックして一番下にある「同意する」場合、またはトレーシング「削除」をクリックして、間違っています。ポリゴンの変更は元に戻したり<CTRL+z>クリックすることで元に戻すことができます。 図1を参照してください。
  18. TIVの変更を確認したらクリックします。 -画像として保存> -セグメンテーション>で、それを[完了]であることを示すために「TIVeditに「TIVauto」から終わるファイル名を変更し、「保存」(。 などの<name> _TIVedit)をクリックします。

1.2心室の再割り当て

  1. T1_IHCをロードします。
  2. 強さを調整します。
  3. 十字線をオフにする(X)。
  4. 次の軸方向のウィンドウにあるプラス記号をクリックして、表示​​するだけアキシャル画像を選択します。
  5. (右クリックしてドラッグ)を拡大表示します。
  6. segmentatioを選択することで、T1以上の<name> _segイメージをロードN - イメージから>ロード - >ブラウズ - >の<name> _seg - >次へ - >フィニッシュ。
  7. ラベルエディタで、適切な色に描いたラベルを調整します。
  8. 5が紫になるように色を変更する、7はマゼンタ、3&4は、残りの部分から容易に区別できるもの( 例えば 、図2に示す青に3 = WMの変更、および黄色に4 = GM変化)である。注:色は任意である。
  9. 塗りつぶしツールを使用してvCSFを再割り当てする。 図2参照。
  10. 心室で最も優れたスライスを決定し、そこに開始するために脳を通してスライスを登る。
  11. 塗りつぶしツールをクリックし、= 7 'アクティブな描画ラベル」を選択し、= 5'上に描画」。
  12. 「Floodfilling 'とSpaceキーを押して描画限界の間で前後に切り替えます。制限は、脳室周囲のブラックホール又は白質高信号の一部と考えられる心室の特定の領域を充填するから塗りつぶしを防止するために使用される。
  13. W鶏floodfillingは、緑の矢印の先端が表示され、とき限界を描画する準備ができて、赤い矢印の先端が見えるようになります。
  14. 、単純に左クリックを埋めるために。スライスを下に移動し、必要に応じて繰り返します。 nonventricle地域のfloodfillingを防ぐために、必要に応じて制限を使用。
  15. floodfilling操作が正しくない場合は、単純に「元に戻す」、またはリバース」をクリックしアクティブな描画のラベルを 'と' 'の色の上に描画します。
  16. 何埋め込まないが埋めるかを知ることと同様に重要です知って、心室に接続するすべてのボクセルを埋める。
  17. 3 番目の心室がquadrigeminal貯水タンク内に開口するまで下降し続けると後交連がquadrigeminal貯水タンクからの第三脳室を分離するまでquadrigeminal貯水タンクの後縁に限界を描く。
  18. 後交連が完全に表示されていないと閉鎖空間が作成されない場合は制限が必要である。後交連が閉鎖された空間を作成すると、クワッドのラベル変更中止rigeminalシスタン。
  19. 前交連は第3脳室を囲むしていない場合の制限は、必要な場合があります。
  20. 脳花梗がT1にはっきりと見える、中央運河がラウンドしたら3 回目の心室を充填停止します。
  21. これらは脳溝CSFに接続されているように見えた場合の制限は、脳幹の周りの側脳室の前方部分で必要になる場合があります。
  22. 埋めるべきかのガイドとどのような側頭葉側脳室(トグルセグメンテーションには "S"キーでオフ)のために埋め込まないように、T1を使用してください。
  23. >保存 - その後、画像>として>保存の<name> _seg後に_vcsfを追加 - セグメント化:終了したら、クリックして、「<name>の_seg_vcsf」として分割を保存します。

脳幹、小脳、およびテント下の構造物の1.3取り外し

  1. 左上のメニューから「多角形ツール」を選択します。
  2. トグルセグメンテーションオフ。
  3. 上の最初のスライスまでスクロール小脳(小脳が始まる前に脳幹が分離した場合、ルールの例外を参照)が開始されます。
  4. 「アクティブな描画ラベル '='クリアラベル」と「上に描画 '='すべてのラベル」を選択します。
  5. これらのアクティブな図面のラベルは、基本的にセグメント化イメージからデータが削除されますので、注意が必要です。バック(Ctrl + Z)はまだ動作取り消しが、唯一のステップの数が限られています。
  6. 小脳の周囲の硬膜上にポリゴンを描画するためにクリックして、丘越えて脳幹のベースに沿って左。右の多角形を閉じます。
  7. 今ではもはやセグメンテーションに含まれて示さないの下に、T1が表示され、セグメンテーションのその領域を「削除」に「同意する」をクリックしてください。
  8. ダウン次のスライスに移動し、繰り返してください。常にT1の上、決してSEGに透写しております。
  9. 脳花梗が分離した後、脳幹や脊髄の除去にも始める。
  10. 前面には、ギャップを横切って直接トレースする。事前に明確な硬膜ラインが存在したら、rior眼窩前頭側(一般的には、下垂体のレベルの下に、その硬膜線に沿ってアーチをトレースを開始)。
  11. 後頭葉の側頭葉から分離した後、この地域の残りの「ジャンク」を削除するには、中心部からのトレースが終了していることを確認します。 図3を参照してください。
  12. 彼らは必要なもののみを保つように、ある時点で、(トレースを支援するために、SEGを参照しながら)「ドロー反転」オプションを使用して、代わりに不要なものを削除するので、多角形を描画します。
  13. 唯一頭葉が残っている場合は、単純に小脳の周りに大きなポリを描画し、それを削除してください。
  14. それはポリゴンのみ下記以降のスライスに小脳が含まれていることが確実であれば、以前のトレースを貼り付けて、小脳を削除するためにそれを使用するように「貼り付け」ボタンを使用します。
  15. 小脳は、画像内に残っているすべてになると、各スライスを下にトレース大型を貼り付けるとIMにそれ以上小脳がなくなるまでそれを削除する「同意する」時代。
  16. 今残っているセグメント化の部分だけがテント上であることを確認するために、スライスによって画像スライスを通って上にスクロールします。
  17. >保存 - その後、画像>として>保存」_seg 'の後に' _vcsf_st 'を追加 - セグメント化:終了したら、クリックして、「<name>の_seg_vcsf_st」として分割を保存します。

2。SABREコンポーネント

2.1 ACPCアライメント

  1. ITK-SNAP_sbを開きます。
  2. 脳サイザーのマニュアルに記載されているように、負荷 'T1_IHCpre_iso」。
  3. 脳サイザーのマニュアルに記載されているよう強度を調整します。
  4. 左上のメニューから「ナビゲーションツール」を選択します。
  5. そして、「ACPCのアライメントツール」をクリックしてください。
  6. 左下隅にロード·オプションを使用して負荷 "T1_IHCpre_toACPC.mat「行列ファイル。
  7. 軸方向の図を右クリックして上方向にマウスをドラッグして画像を拡大表示。
  8. Tを左クリックして(ズームとは別の)ウィンドウ内の脳の位置を変更彼は画像より良いセンターに周りのズームビューをマウスを動かす。また、矢状および冠状ビューを調整します。矢状ビューは正中矢状に近いことを確認します。
  9. 「ACPCツール」ボタンをクリックしてください。
  10. 1に増分を変更します。
  11. T1_IHCpre_toACPC.mat行列ファイルによって決定されたピッチ、ロール、ヨーをチェックし、必要に応じて変更します。
  12. ACPC面を見つけるためには、密接なナビゲーションツールを使用して、ズームインするために必要な可能性があります。いずれかの時点で、ナビゲーションツールとACPCツール(視野を調整する)との間で行ったり来たりし、ACPCツールは、ポジションをキープし、前の位置に戻ります。これらのビューを切り替えると、画像は前後に変更されますが、これは異常ではありません。
  13. アップ/ダウンのピッチを使用してアップ/ダウン高めることで、素敵な形成してしまうべきか、ストレート間で交流が最も厚いになるように(白質線維の素敵なU字型)軸方向視野を調整し、PC 「鍵穴」形状。
  14. AC-PCもすべき正中矢状ビューのACとPCの両方を介して直接渡して十字線で表示され。
  15. これ以上、一度このスライスが決定されたピッチを調整しないでください。しかしながら、「昇格」機能は、ACPCスライスを失うことなく、画像を介して上下動するために使用することができる。
  16. 今軸方向の図で眼球のバランスを取ることによって、ロールを調整します。視野に内眼球をもたらすためにナビゲーションツールを使用してビューを再調整し、「ACPC」ツールに戻ります。
  17. 必要に応じてロールを調整することを確認して、「昇格」を使用して、一度に画像1のスライスをスクロールしながら、眼球(両側に同じサイズ)均等にバランスを見ていることを確認するために「ロール」を左または右を使用してください。 図4を参照してください。
  18. バランスで一度満足し、それ以上の「ロール」を調整しないでください。
  19. 今( 'GPSナビゲーションを使用して「昇格」を使用して、またはそのレベルで十字線をクリックすることで、軸方向の図中の心室と脳梁上のスライスに移動N ')と軸方向の図中の脳の中心に近い十字線を配置します。
  20. 必ず垂直十字線が軸ビューで半ば矢状面を介して直接(またはできるだけ近く)通過することによって、「ヨー」を調整します。時にはそれが完璧に起因する極での脳の自然な湾曲に並ぶように飛行機を取得することが困難な場合がある - ベストフィットの可能なを作成します。
  21. 位置で一度満足し、それ以上の「ヨー」を調整しないでください。
  22. 今、アキシャルスライスがちょうど心室より上になるように十字線を配置します。
  23. それは前のステップからだったところで、約である必要があります。
  24. 今すぐクリックし保存します(ファイル名は「T1_IHCpre_toACPC.mat」であることを確認してください)​​ - > [OK]をクリックします。
  25. 注:「T1_IHCpre_toACPC.mat「マトリックス·ファイルは保存せずに、単純に近く変更を必要としない場合。
  26. 変更は行列ファイルに加えられた場合には、「T1_IHCpre_toACPC.mat「マトリックスファイルを上書き保存するか、新しい行列ファイルを保存し、「T1_IHCpre_toACPC.mat「マトリックスファイルを削除します。ザ·以上1行列ファイルが存在する場合、次のコマンドが正常に動作しません。

2.2 SABREランドマークの識別

パート1 - グリッドファイルの座標

  1. 「<name>は__T1_IHC_inACPC 'でのロード。
  2. 強さを調整します。
  3. 十字線(X)をオフにします。
  4. それは(右クリックして十字線ツールでドラッグ)、各ウィンドウいっぱいまで画像を拡大します。
  5. 必要に応じて、ナビゲーションツール(手順の間に数回行う必要があります)で、軸方向の図の中心を調整します。
  6. '2 D-セイバー土地マーキング」ツールをクリックします。
  7. あなたはACPCスライスが見つかるまで、軸を考慮して、画像/脳を通って上にスクロールします。
  8. 軸方向の図で、ACをクリックして、定義するために、そのランドマークを選択して左側の「交流」のラジオボタンをクリックします。
  9. 小さなドットは、クリックした箇所に表示され、関連するランドマークは今左の「交流」ボタンの横に表示されます座標。
  10. 配置はdesirablされていない場合E、もう一度クリックして、ポイントは(これはグリッドファイルの作成時に任意のポイントに適用されます)が更新されます。
  11. 左の「PC」のラジオボタンをクリックして、アキシャル画像上のPCをクリックしてください。
  12. そのスライスに脳の後縁を定義して、脳の最も後方の部分をクリックして、左右どちらかにするために「PE」ラジオボタンをクリックします - これは「冠状スライス」の値を埋めているでしょう瞬間的に使用すること。 図5を参照してください。
  13. 中心管を定義するために「CA」ラジオボタンをクリックします。現在の軸方向のビューから10スライスを下にスクロールして、中心管の中央をクリックしてください。これは半ば矢状面を見つけるための出発点として、今使用される「矢状スライス 'の値が入力されます。
  14. 正中矢状平面を定義するために「M」のラジオボタンをクリックしてください。
  15. 矢状を考慮すると、脳の最も少ない量と最大量Oを持つスライスを決定するために左右にいくつかのスライスにスクロールF大脳鎌。これは、中心管ポイントから求めた値の2または3のスライス内に​​あるべきである。
  16. 正中矢状スライスし、そのスライス番号の任意の場所をクリックすると、次の「M」を、左側に入力されます。
  17. 左後頭前切痕を定義するために「LPRON」のラジオボタンをクリックしてください。冠状図では、次の「冠状スライス」に示されているスライスにスクロールします。
  18. 画像(放射線条約)の右側に表示され、左半球のための脳の中で最も劣る部分をクリックしてください。
  19. 右半球を定義して、画像(放射線条約)の左側の最も劣った部分をクリックして「RPRON」のラジオボタンをクリックしてください。
  20. LPRONとRPRONの隣の値は現在、満たされるべきであり、互いに数ポイント以内である必要があります。
  21. グリッドファイルが保存される準備ができている。クリック:保存 - > _T1_IHC_inACPC_lobgrid.txt。

パート2 - オブジェクトマップの作成

  1. AFTERグリッドファイルの作成は、次の段階は、オブジェクトマップの最初の4トレーシングの作成です。これらの4つのトレーシングの全ては、矢状面で行われる。トレース用のスライスは所定および前の段階で選択した正中スライスに基づいている。
  2. 右上中心溝を定義するために「RSC」のラジオボタンをクリックしてください。次の「正しいサジタルスライス」に示されているスライスに移動します。左右の矢状スライスは、どのトレーシングが行われます。7スライスペリ矢状両側にある正中線から。
  3. 硬膜に、直接、中心溝の中心より上のポイントをクリックします。このスライス上の中心溝は一般的に小さなへこみとして表示され、最も一般的に帯状溝の限界(昇順)ブランチへの最初の溝の前部である。スクロールは左右にランドマークの位置を確認することではなく、トレースは、常に適切な矢状スライスになされなければならない。再度クリックは、ランドマークを再配置します。
  4. 「ROP」RADをクリック右後頭頭頂間溝を定義するためのIOボタンを押します。この溝/テントの小脳に硬膜から実行をトレースする。
  5. スプラインツールは溝のトレースが可能になります。それをロックしてから受け入れる]をクリックし、それに沿って新しいポイントを作成するには左クリック、右クリックします。トレース中に行われたエラーがある場合の修正や「元に戻す」機能は実行できません。 「右クリック」アクションがトレースを完了するために行われるしかし、一度、トレースをやり直す「削除」を選択します。
  6. トレースが完了したら、それをインチロックする「同意する」を選択
  7. 「LSC」と「LOP」を規定し、適切なスライスで、左側のために同じことをする。
  8. クリック。(オブジェクトマップの下で)保存する - > _T1_IHC_inACPC_lobtrace.obj。

パート3 - サーフェスレンダリングトレーシング

  1. 前の画像(または閉じるとオープンITK-SNAP_sb再び)をアンロードし、_T1_IHC_erode_inACPC画像<NAME>の荷重。
  2. 3D SABREのlandmarkingツール(ウィンドウSをクリックしてhould)1ペインを表示するだけ拡大する。
  3. 左レンダリングされたビューを示すために、3D視点の下で「左」をクリックします(放射線大会では、それによって、左右のそれは右半球であるかのように表示されますので、逆になっている)。
  4. クリックして、前の手順でトレースするオブジェクトのロード:ロード - > '_T1_IHC_inACPC_lobtrace.obj <NAME>」を選択します(注:プログラムにバグは自動的に必要なファイルをロード先取りしようとしますが、それは間違ってOBJファイルで「むしばむ」入力名称ブラウズを選択してからの<name> _T1_IHC_inACPC_lobtrace.objを選択してください読み込みエラーオブジェクトマップのトレース。 'の読み込みにそうでない場合は、エラーメッセージが表示されます。':ファイルが「読み取りのために開くことができません)。
  5. レンダリングの品質を調整するには、クリックします。「推測」、使用するのに最適なパラメータでプログラムの推測を持っている。
  6. 左シルビウス裂をトレースするために準備するために「LSF」ラジオボタンをクリックします。
  7. 今では3Dの一番下にある「ランドマーク」ボタンをクリックしてウィンドウがbegiにレンダリングN landmarking /(あなたは "X"キーでオンとオフ、これを切り替えることができます)トレーシング。
  8. 「ランドマーク」ボタンが緑色に網掛けされたときに、トレースの見所には追加することができます。
  9. 「ランドマーク」は選択されていない場合には、任意のマウス入力は、別の角度からそれを調べるために、脳を回転させます。警告:ストレート、左または右の3Dビューポイントのボタンを再度クリックすることにより「左」または「右」方向間だけなランドマークをトレースします。
  10. 右クリックして「ランドマーク」は選択されていないときにドラッグすることによって、画像のズームイン·ズームアウト。
  11. クリックするたびに、行にポイントを追加します。
  12. それは小さな昇順と降順枝に分岐した時点で、終了をへ後の優れたからシルビウス裂のトレースを開始。
  13. それは端からトレイルまで、側頭葉の優れた側面下シルヴィアンのトレースを続行します。
  14. エラーがあった場合には、単にステップ(またはCtrlキーを押しながらZ)で一歩後退を移動するには「元に戻す」ボタンをクリックしてください。
  15. で一度に満足トレース、トレースにロックする「同意する」をクリックしてください。 図5を参照してください。
  16. 重要:REDOがトレーシングの1のために必要な場合は、最初の誤った追跡の(左の)ラジオボタンを選択します。その後、上部のメニューバーに「SABRE3D」をクリックして、 '現在受け入れトレースの削除」を選択します。ある時点で、あなたのトレーシングがすべて除去が必要な場合は、このドロップダウンメニューから「すべて受け入れレーシングの削除」をクリックしてください。
  17. 今左中心溝をトレースするために「LC」のラジオボタンをクリックします。
  18. 直接溝の終了以下のシルヴィアンの割れ目点で劣って端から開始します。
  19. ラインは、優れたと後の動き善意プログラムは、以前のポイントに前方にある点を配置しないようにできるようになります。
  20. それは脳の曲率に従うことが困難になるまで、優れた終わりに溝をトレースするに仕上げています。
  21. 完了したら、それをインチロックする「同意する」をクリックします
  22. 今未定義「正しい」ボタンをクリックしてくださいR '3 D視点」と右シルビウス裂と中心溝のための手順を繰り返します。
  23. 右シルビウス裂をトレースし、各トレースが完了した後に「同意する」をクリックし、右側の中心溝をトレースするために「RC」のラジオボタンをクリックして「国境なき記者団」のラジオボタンをクリックしてください。
  24. いったんすべてのトレーシングが完了し、クリックします。保存する - >ブラウズ - > '_T1_IHC_erode_inACPC_lobtrace.obj <NAME>'を選択します。
  25. ITK-SNAP_sbを閉じます。

3。病変ワンセグコンポーネント

PD/T2とスキャンの3.1(NO FLAIR)

  1. オープンITK-SNAP_sb、T1_IHC <name>の負荷は、_PD_inT1_IHC <NAME>、_T2_inT1_IHC <NAME>、クリックします。ファイル - >開くグレースケール画像 - > [参照 - >]をクリックし、ディレクトリに移動 - >画像 - >開く - >次へ - >仕上がり。
  2. クリックすると拡大しプラスの横軸方向のビューにサインインします。
  3. 十字線をオフにする(X)。
  4. (右クリックしてドラッグ)を拡大表示します。
  5. 明るさを調整クリックして、[ツール] - > [画像のコントラストを、その中間点を上下にドラッグして画像を適切なレベルに明るくなるまで少し閉じ、左。
  6. ロードをクリックしてPD_inT1_IHC上病変セグ:セグメンテーションを - >イメージからロード - >ブラウズ - >の<name> _LEautoを選択 - >開く - >次へ - >フィニッシュ。
  7. 脳サイザーのマニュアルに記載されているように、すべての3つのイメージの強さを調整します。
  8. ブラシツールは、Select 'アクティブな描画ラベル' = 2と「オーバードロー」=目に見えるラベル]をクリックします。
  9. 病変としてキャプチャするかについての決定を通知するために、T1、PDとT2を使用してください。
  10. ( 'S'キーを使用してオンとオフを切り替えセグメンテーション)病変(陽性)を示すためにラベル1の上にラベル2をペイントするブラシツールを使用してください。
  11. 偽陽性を示すために、ラベル2の上にラベル1をペイントするブラシツールを使用してください。 図6を参照してください。
  12. イメージとして>保存 - - セグメンテーション>と "編集"と "auto"を置き換えることにより、ファイル名を変更します。病変ワンセグの修正に満足]をクリックするそれが[完了]であることを示すために、ファイルの最後には、「保存」( すなわち <name>の_LEedit)をクリックします

注:ラベル2(デフォルトの色は赤)病変を示すために使用されます。

FLAIRイメージングとスキャンの3.2

  1. ITK-SNAP_sb、_FL_inT1_IHC <name>の負荷を開きクリック:ファイル - >開くグレースケール画像 - > [参照 - >]をクリックし、ディレクトリに移動 - >画像 - >開く - >次へ - >フィニッシュ。
  2. クリックすると拡大しプラスの横軸方向のビューにサインインします。
  3. 十字線をオフにする(X)。
  4. (右クリックしてドラッグ)を拡大表示します。
  5. クリックすることで強度を調整します。ツール - >イメージコントラスト、そして中間点を上にドラッグして画像を閉じる、適切なレベルに明るくなるまで少し残しました。
  6. ロードをクリックしてFL_inT1_IHC上病変セグ:セグメンテーションを - >イメージからロード - >ブラウズ - >の<name> _FLEXautoを選択 - >開く - >次へ - >フィニッシュ。
  7. 説明するように明るさを調整脳サイザーマニュアル中のd。
  8. ブラシツールは、Select 'アクティブな描画ラベル' = 2と「オーバードロー」=目に見えるラベル]をクリックします。
  9. 利用フロリダ病変としてキャプチャするかについての決定を通知するために、(T1、PD、T2、必要に応じて使用してください)​​。
  10. ( 'S'キーを使用してオンとオフを切り替えセグメンテーション)病変(陽性)を示すためにラベル1の上にラベル2をペイントするブラシツールを使用してください。
  11. 偽陽性を示すために、ラベル2の上にラベル1をペイントするブラシツールを使用してください。 図7を参照してください。
  12. クリックすると病変ワンセグの修正に満足:セグメンテーション-イメージとして>保存- >それが[完了]であることを示すために、「編集」を「自動」に変更することで、ファイル名を変更し、「保存」( すなわち <name>の_FLEXeditをクリックしてください)。

注:ラベル2(デフォルトの色は赤)病変を示すために使用されます。

Representative Results

評価者間信頼性は、いくつかの測定基準を用いて評価することができる。 (オンラインで提供トレーニングセット使用http://sabre.brainlab.ca )を、以下のステップが、LEの完了後の処理段階のそれぞれについて、評価者間の信頼性を評価することをお勧めします。

脳サイザー:
脳の抽出手順の評価者間の信頼性を評価するために、<img_count>コマンドを使用して、各TIV-Eのマスク、<name>の_TIVedit、ためvolumetricsを生成します。トレーニングセットごとに設けられTIVeditのvolumetricsとともに、統計ソフトウェアパッケージ( 例:SPSS)にこれらのvolumetricsを入力してください(オンラインで提供エクセル/ CSVファイルを参照してください)と評価者間の相関係数(ICC)を計算します。社内訓練された評価者のための全脳volumetricsは、ICC = 0.99、P <0.0001 1,2を報告し得る。さらに、TIVマスキングの空間協定の評価が使用して評価することができるSI 21。 MATLABコードは、2つの評価者間のSI値を計算するためにオンラインで提供される。

心室の再割り当てを評価するために、再割り当てvCSFボクセル、 すなわちとセグメンテーションファイルごとに<img_count>コマンドを使用してvCSFボリュームを生成する。 <name>は_ seg_vcsf。 vCSFボリュームは、ボリューム 'というタイトルの列の下に「行'7横の値です。 TIV評価者間信頼性を評価するために同じ手順を使用して、vCSFのICCとSIを計算します。

脳幹、小脳およびテント下の構造物の除去が<name>の_seg_vcsf_stに<img_count>のコマンドを実行して、同様に評価することができる。 「ボリューム」の下(右側の最後の列):このセグメンテーションマスクに使用するボリュームは、 '非ゼロのボクセルの合計数」というタイトルの第二の最後の行で示されている。 TIVとvCSFを評価するために、同じ手順を使用して、このマスキング用のICCとSIを計算procedu提供されたExcelファイル内のvolumetricsとの<name> _seg_vcsf_stファイルを使用して再。

SABRE:
脳サイザーマニュアルの手順は、簡単に標準的な指標を用いて評価することができる一方で、ACPCの位置合わせが少し難しくなります。このため、マトリックス·ファイルは、オフサイトオペレータのトレーニングのために視覚的に比較するために設けられている。 ACPCアライメントが完了した後、新たなITK-SNAP_sbウィンドウを開き、T1のイメージをロードし、オンラインで提供訓練場合の行列をロードし、<name>を_T1_IHCpre_toACPC.mat、視覚ピッチ、ロール、ヨー、及びACPCスライスを比較二つの画像の間である。

各トレーニングケースの_SABREparcel_inACPCの<name> parcellatedマスクに<img_count>実行SABREのlandmarking手順を、評価すること。各地域(3月28日)のためのvolumetricsを入力してください。 SABRE地域コードがオンラインで提供されています。 TIVとvCSFを評価するために、同じ手順を使用して、各SABREの脳領域のICCを計算する。SABREは、社内訓練された評価者のための地域volumetricsは0.91-0.99 1,2に至るまでのICC値が報告された平均のICC = 0.98、P <0.01を入手parcellated。

病変ワンセグ:
このコンポーネントは、LEパイプラインの最終段階であるため、信頼性と精度は前のステージに依存します。

SHセグメンテーションの評価者間の信頼性は、SHボリュームの地域ICCおよびSHマスクの空間的な合意を使用して達成される。 lobmask T1の取得空間内のファイル、の<name> _SABREparcel、最終的な編集された病変のセグメント化ファイルの<name> _LEedit両方を入力し、<SH_volumetrics>ランリージョナルSHボリュームを、評価すること。 SABREのvolumetricsを評価するために、同じ手順を使用して、各SABRE脳領域内の病変ボリューム用のICCを計算する。 TIVのマスク処理の空間的な合意を評価するために、同じ手順を使用して、最終的な編集された病変マスク、<name>の_LEedit(またはFLEXeditのためのSIを計算する)。同じ信頼性試験はPD/T2-basedセグメンテーションとセンスベースのセグメントの両方で実行することができます。

3DのT1 PD/T2
撮像パラメータ 軸方向ボリューム土(S 1)SPGR アキシャルスピンエコーFC VEMP VB(インターリーブ)
パルスタイミング
TE(ミリ秒) 5 80分の30
TR(ミリ秒) 35 3000
フリップ角(°) 35 90
TI(ミリ秒) N / A N / A
走査範囲
FOV(センチメートル) 22 20
スライス厚さ(mm) 10.2 / 0 3/0
いいえスライス 124 62
買収
行列のサイズ 256×192 256×192
ボクセルサイズ(mm) 0.86 X 0.86 X 1.4 0.78 X 0.78 X 3
NEX 1 0.5
合計時間(分) 11時00分午前12時

表1。ゼネラル·エレクトリック1.5T構造のMRI取得パラメータ。

<TD>軸T2Flair、EDR、FAST
3DのT1 PD/T2 FLAIR
撮像パラメータ アキシャル3D FSPGR EDR IRプレップアキシャル2D FSE-XL、EDR、速い、脂肪土
パルスタイミング

TE(ミリ秒)

3.2 11.1 / 90 140
TR(ミリ秒) 8.1 2500 9,700
フリップ角(°) 90° 90°
TI(ミリ秒) 650 N / A 2200
走査範囲
FOV(センチメートル) 22 22 22
スライス厚さ(mm) 1 3 3
いいえスライス 186 48 48
買収
行列のサイズ 256×192 256×192 256×192
ボクセルサイズ(mm) 0.86 X 0.86 X 1 0.86 X 0.86 X 3 0.86 X 0.86 X 3
NEX 1 1 1
合計時間(分) 7時20 午前6時10 7時20

表2。ゼネラル·エレクトリック3T構造のMRI取得パラメータ。

図1
図1。未編集の総頭蓋円蓋(TIV)マスク·オーバーレイ(緑)との軸T1はこれは脳の手動編集手順の一部としてnonbrain組織を除去するためにITK-SNAP_sbでの閉じた多角形ツールの使用例です。サイザーのTIV抽出法。


図2。軸のT1組織のセグメンテーションオーバーレイでは、ラベルの色は任意であり、ラベルツールを使って変更することができることに注意してください。左の画像は、デフォルトの色を示しています。中央の画像は、CSF(5 =紫)がvCSF(7 =マゼンタ)に再割り当てする方法を示しています。右の画像は、 すなわち 、WMの色は組織クラスラベルを変更することなく変更することができる方法を示しています。ラベル3 = WMが残りますが、色が青に変更することができます。

図3
図3。軸T1の組織セグメンテーションオーバーレイ(左画像、GM =黄色、WM =オレンジ、CSF =紫)(左)と。描か ITKインクローズpolygo n ツールを使用して、テント下の構造物の手動削除の例です。SNAP_sb(中央)および除去後の最終的な組織のセグメンテーション(右)。 図2のように、右画像は、WMの色は、組織クラスラベル、 すなわち変化させることなく変更することができる方法を示している。ラベル3 = WMが残りますが、色が青に変更することができます。

図4
図4アキシャルT1捕捉空間における(左)、および前後(右)AC-PCアライメントが行われる。

図5
AC(黄色)と図5。SABREのlandmarking手順を示す2つの例を示します。軸のAC-PC整列T1は、PC(青)、および後縁(ピンク)ランドマークの配置(左)。 3DサーフェスレンダリングT1(右)シルビウス裂(紫)とセントでRAL溝(ピンク)描写。

図6
自動的に生成された病変のオーバーレイ(中央)、および手動で編集病変(赤)、オーバーレイ(右)図6。軸PD(左)。

図7
自動的に生成された病変のオーバーレイ(中央)、および手動で編集病変(赤)、オーバーレイ(右)図7。軸FLAIR(左)、。

Discussion

LEセグメンテーションとparcellation手順は、ADと正常高齢者のMRIから地域volumetricsを取得するために特別に開発されました。これらの操作を実行するために複雑な計算アルゴリズムを適用し、多数の完全に自動化パイプラインがあるが、これらのツールは、LEの半自動生成するパイプラインは、個別化精度と正確性を欠く傾向にある。半自動プロセスとのトレードオフが適切に解剖学的な知識とそのような総合的なパイプラインを適用するために必要な計算能力をオペレータを訓練するために必要なリソースです。しかし、個別化されたイメージング·パイプラインの主な利点の一つは、自動パイプラインが失敗し、神経変性の重症の場合に、中程度から定量的volumetricsを得る能力である。

LEパイプラインは、以前に評価され、様々な高齢者および認知症集団1,2,13,14,19,22,23、arは主要な問題に適用されているように一般的に訓練を受けた事業者が直面するEが十分に立証されており、以下の通りです。

脳サイザーコンポーネントに必要な手動チェックと編集がTIV抽出マスキング手続き、vCSFの再割り当てや脳幹、小脳およびその他のテント下の構造を手動で除去することを含んでいる。脳の抽出のため、自動TIVの出力は、元PD/T2イメージが良質であることを一般的に提供さまともなマスクです。しかし、下側頭極、頸動脈の近位への血管および神経組織の内側の相対強度値に、この領域は、典型的には、いくつかの編集が必要になります。さらに、鼻腔内粘液は、自動TIVautoマスクの追加の手動編集を必要とする傾向前部前頭領域における強度カットオフ値をスキュー、地域強度ヒストグラムに影響を与える傾向がある。最後に、追加の手動での編集は、一般的に最も優れた地域、GLで必要とされているオバル萎縮だけで硬膜下のくも膜下CSFの体積の増加をもたらす傾向がある。代わりに、心室肥大と関連する萎縮はvCSFの再割り当てを必要とオペレータの介入を最小限にする傾向がある。トライフィーチャーcoregistrationアプローチを持っていることのもう一つの利点は、潜在的に起因するPDと、T1上での相対的な強さに識別可能である脳室周囲静脈血管障害5,24-26、(に、近位の心室に嚢胞液で満たされた梗塞を識別する能力であるPD、T1の上の低強度)に高信号。これらの低信号は、前の操作をfloodfillingにITK-SNAP_sbに描かれたマニュアルの制限を使用してvCSFから線引きすることができます。 vCSFの再割り当てをt1取得空間で実行されるため、PCが完全に表示されていない場合、アライメントが遠くACPC面から外れた例では、この制限は、3 番目の心室とquadrigeminalシスタンのために必要となる場合があります。テントは、差分が比較的容易な構造ではあるがerentiate、いくつかの解剖学ベースのルールは、内側側頭葉から大脳花柄の分離を配置する場合は特に、脳幹の手動除去やテント下の構造を導くのに役立つ。

SABREのlandmarkingは、特定の解剖学的ランドマークの適度に予測可能なローカライズを可能にし、標準ACPC整列画像で行われる定位ベースの手順です。これに対する例外は、神経解剖学には個体差が極端に萎縮し、通常の変動性例である。実質の全体的な損失の脳萎縮の結果、ランドマークを配置するために適切な場所を選択することの難しさを増大させる鎌の大脳を、周囲の正中線に沿って、CSFの増加。ルールベースの​​プロトコルは、一般的なルールには例外が必要なケースを識別する、必要とされる。解剖学の通常の変動は、特に中心溝と頭頂後頭溝の相対的な位置に、また、困難な点を上げるこれらの構造の手動描写のTY。しかしながら、SABREによって使用されるグラフィカルユーザインターフェースは著しく、これらの特定のランドマークの可視化のための意思決定プロセスを支援する表面レンダリングされた画像をリアルタイムに回転することを可能にする。最後に、いくつかのルールベースのプロトコルは、(ライントレースがそれ自体の上に戻ることを防止することができる)が中心溝の描写など 、オペレータの違反を防止するためのソフトウエアにプログラム的に後方に移動することを余儀なくされている統合されています。

病変ワンセグコンポーネントのマニュアルチェックの手順、関連する高信号を視覚的に識別の専門知識だけSHの様々な程度でスキャンにさらされた後に取得された視覚認知のスキルが必要です。偽陽性の最小化アルゴリズムは、最初のセグメント化で最もエラーの除去を助ける。しかし、拡張型心筋血管周囲空間の間の差別化:レンズ核再IN(ウィルヒョウ - ロビン·スペースVRS)外部カプセル、CLAUSTRUM、極端なカプセル、およびsubinsular地域におけるレヴァントSHが困難な場合があります。これは大脳基底核内のVRSとの例では特に困難である。神経画像(STRIVE)に血管の変化を報告するための基準をまとめた最近の論文では、ラクナからVRSを区別し、MRIでより線形およびCSF強度であると、VRSを記述するためのサイズ基準を勧告した。 VRSの識別と、これらの問題に対処するために、LEは採用しています。レンズ核内にある任意の高信号を選択するからオペレータを防ぐA)解剖学ベースのルールを、B)サイズは直径5ミリメートルより高信号未満を排除するための基準、及びc)原因PD、T2およびT1 27上の相対CSFの強度に対する追加の除外の相対強度ルール。さらに、通常の高強度信号は脳梁に沿って、関連のSHを区別することは困難であることができる、特にFLAIR画像化で、正中線および大脳鎌に沿って記載されています。例中脳室周囲の地域に出て拡張するだけSHが受け入れられる場所なオーバーラップは、解剖学に基づくルールが実装されています。

結論として、この書面コンポーネントはJoveのビデオガイド下、標準化されたプロトコルの出版物(補完することを意図されていることを理解することは重要であるhttp://www.jove.comを )。従来の静的数字はいくつかの概念を説明するのに役立つ一方で、ビデオベースのチュートリアルでは、病変Explorerなどの総合的な神経画像パイプラインに関わる複雑な方法論のプロセスを通信で、より効率的である。

Disclosures

著者らは、開示することは何もありません。

Acknowledgements

作者は感謝して、次のソースからの財政支援を認める。様々な神経画像の開発とテストは、脳卒中の最も顕著な健康の研究(MOP番号13129)、カナダのアルツハイマー協会とアルツハイマー病協会(米国)、心臓と脳​​卒中財団カナダのパートナーシップのカナダの協会から数助成金によってサポートされていた分析リカバリー(HSFCPSR)、およびLCキャンベル財団。 JRは、カナダのアルツハイマー協会から給与のサポートを受ける。神経学におけるブリル議長を含めサニーブルックとTのUでのサニーブルック研究所と医学の部門からSEB、。著者はまたHSFCPSRから給与支援を受ける。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Magnetic resonance imaging machine (1.5 Tesla) General Electric See Table 1 for acquisition parameters
Magnetic resonance imaging machine (3 Tesla) General Electric See Table 2 for acquisition parameters

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