病变症状图是研究脑损伤患者,使大脑功能本地化的有力工具。一个重要的步骤涉及图像处理,包括病变分割和注册到标准空间。该协议描述了一个统一的框架,它适用于所有结构成像模式,提供标准空间中病变的一致输出,用于病变症状映射研究。
病变必须转换为标准空间,以便对受试者进行比较。每个患者的大脑必须空间对齐,以纠正大脑大小和形状的差异。在使用此方法时,它有助于查看应如何执行每个步骤,而不是仅遵循书面说明。
它还需要对大脑图像有一个良好的理解,这使得视觉演示有用。此协议介绍如何执行病变症状映射所需的处理步骤。一旦病变图注册到标准空间,就可以对一大群患者进行病变症状映射。
当所有病变贴图转换为标准空间时,每个体美代表不同受试者的大脑区域。这允许进行统计分析,例如,测试特定体美体中是否存在病变与认知缺陷相关。首先收集缺血性中风患者的脑CT或MRI扫描。
大多数扫描仪的扫描功能是可复制到硬盘或服务器的 DICOM 文件。通过为每个案例和每个临床变量创建单独的行来收集数据文件中的临床变量。对于梗塞分割,至少包括中风日期和成像日期,或指示冲程和成像之间的时间间隔的变量。
若要使用 DICOM 到 NIfTI 工具将 DICOM 图像转换为未压缩的 NIfTI 文件,请使用 DICOM 文件的文件夹路径在命令提示符中键入屏幕上显示的命令。此处可以看到插入文件夹路径的命令示例。此命令将运行可执行文件,转换所选文件夹中的 DICOM 映像,并将 NIfTI 文件保存在此文件夹中。
最后,在开始法段分割之前,在方便的文件夹结构中组织 NIfTI 文件,每个情况都有一个子文件夹。首先,确保扫描在中风症状出现后至少 24 小时进行。否则,急性梗塞在 CT 上不可见或仅部分可见,并且扫描不能用于分割。
使用 ITK-SNAP 软件打开本机 CT,选择"文件",然后从下拉菜单中打开主映像。然后单击"浏览",然后选择该文件以打开扫描。现在根据成像特征确定梗塞。
首先,请注意,与正常脑组织相比,梗塞信号较低。在急性阶段,大梗塞可引起质量效应,导致周围组织的位移、心室压缩、中线移位和硫化物的消瘦。有出血性转化,这是可见的区域与高信号内梗塞。
在慢性阶段,梗塞将包括一个低密度,空穴中心,其密度与脑脊液相似,和一个低密度边缘,代表受损的脑组织。在大型梗塞的情况下,可能会有相邻的硫化物或心室的真空扩大。使用"画笔模式"从主工具栏中分割梗塞的脑组织,使用左键单击绘制,右键单击以擦除。
或者,使用多边形模式将锚点放在病变的边界上,并在将鼠标移到病变边框上时按住鼠标左键。连接所有点后,单击"接受"以填充划定的区域。完成分段后,通过单击下拉菜单中的分段和保存分段图像,将其保存为与扫描相同的二进制 NIfTI 文件,并扩展为病变。
首先,确保DWI扫描在中风发作后七天内完成。在中风发作后几小时内,DWI 上可以看到梗塞,在大约 7 天后,它们在 DWI 上的可见度逐渐降低。接下来,根据DWI上的高信号和ADC地图上的低信号识别和注释梗塞的脑组织。
不要误认为空气与组织或骨骼之间的接口附近的高扩散信号,这是 DWI 上常见的观测伪影。对于 FLAIR 成像,首先检查扫描是在中风症状出现 48 小时后进行的。在超精确阶段,梗塞通常不可见,或者确切的边界不清楚。
接下来,在 ITK-SNAP 中打开 FLAIR 图像,以及在单独的窗口中打开 T1 加权扫描(如果可用)供参考。在急性阶段,梗塞是可见的有点均匀的多辛化病变,有或没有肿胀和质量效应。如果可用,请使用 DWI 区分急性梗塞和慢性病变,如白物质高血压。
要注册图像,请先下载 RegLSM,然后使用此工具处理 CT 扫描或任何类型的 MRI 序列。注册过程可见此处所示。接下来,打开 MATLAB 版本 2015a 或更高版本,将当前文件夹设置为 RegLSM,然后通过键入添加路径后跟 SPM 的文件夹名称来启用 SPM。
接下来,键入 RegLSM 以打开图形界面。要对单个案例执行注册,请在"注册"下拉菜单中选择"测试模式"。然后使用"打开图像"按钮选择分段扫描、注释和 T1,并选择所需的注册方案。
或者,批处理模式可用于注册所选文件夹中的所有案例。确保 RegLSM 将生成的注册参数、注册扫描和注册病变图保存在自动生成的子文件夹中。现在,通过在 RegLSM 界面中选择"检查结果"来查看注册结果,然后浏览到具有这些结果的主文件夹。
滚动浏览已注册的扫描,并使用十字线检查与 MNI152 模板的对齐方式,注意可识别的解剖地标。请确保在以前创建的数据文件中的单独列中标记所有失败的注册,以便进行后续手动更正。对于需要更正的任何病变贴图,请在 ITK-SNAP 中打开 MNI152 T1 模板,然后从分段菜单中选择"打开分段",然后选择将叠加在模板上的已注册病变贴图。
此外,在单独的窗口中打开注册结果以进行参考。更正 ITK-SNAP 中已登记的病变图,以发现任何类型的错位,使用画笔功能添加左键或右键单击删除体素。最后,将已更正的病变图保存为与未更正病变贴图相同的文件夹中的 NIfTI 文件,然后通过为未更正的病变图提供与未校正病变图完全相同的名称来保存分割,并扩展已更正的病变图。
在这里,我们看到单个患者的CT扫描。初始扫描不能用于分割,因为梗塞还不可见,即使 CT 灌注图显示缺血。第六天的CT显示梗塞脑组织肿胀,有轻微的中线移位和出血性转变。
四个月后的扫描显示脑组织损失与心室和附近的磺酸的真空扩大。此处显示第 6 天 CT 到 MNI152 模板的注册结果。注册算法对左心室的中线移位和压缩补偿不足,需要手动校正。
修正后,登记的病变图是原生空间中梗塞的准确表示,可用于病变症状图谱。在这里,我们看到注册 DWI 序列和相应的注册梗塞与 MNI152 模板的比较。请注意右侧细胞核头部的轻微错误。
这需要手动校正标准空间中的分段。最后,此图显示了 MRI FLAIR 序列第三天的注册结果,这就足够了,无需手动校正。该协议涵盖为病变症状映射准备成像数据的过程,包括有关如何执行精确的梗塞分割和注册到大脑模板的实用指南。
病变图可用于病变症状图研究,以定位特定的认知功能或使用病变位置预测中风患者的认知结果。该协议加速和协调了病变症状映射研究的工作流程,使研究人员能够进行大型多中心研究,包括数百到数千个受试者。