Manuelle Segmentierung des menschlichen Aderhautplexus mittels Hirn-MRT

Zusammenfassung

Trotz der entscheidenden Rolle des Plexus choroideus im Gehirn sind Neuroimaging-Studien dieser Struktur aufgrund des Mangels an zuverlässigen automatisierten Segmentierungswerkzeugen rar. Das vorliegende Protokoll zielt darauf ab, eine manuelle Segmentierung des Aderhautplexus nach Goldstandard zu gewährleisten, die in zukünftige Neuroimaging-Studien einfließen kann.

Zusammenfassung

Der Plexus choroideus wird mit der neurologischen Entwicklung und einer Reihe von Gehirnerkrankungen in Verbindung gebracht. Es gibt Hinweise darauf, dass der Plexus choroideus für die Reifung des Gehirns, die Immun-/Entzündungsregulation und die Verhaltens-/kognitiven Funktionen entscheidend ist. Derzeitige automatisierte Neuroimaging-Segmentierungstools sind jedoch schlecht darin, den Aderhautplexus des lateralen Ventrikels genau und zuverlässig zu segmentieren. Darüber hinaus gibt es kein Werkzeug, das den Plexus choroideus im dritten und vierten Ventrikel des Gehirns segmentiert. Daher ist ein Protokoll erforderlich, das beschreibt, wie der Plexus choroideus im lateralen, dritten und vierten Ventrikel segmentiert werden soll, um die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit von Studien zu erhöhen, die den Plexus choroideus bei neurologischen Entwicklungs- und Gehirnstörungen untersuchen. Dieses Protokoll enthält detaillierte Schritte zum Erstellen separat beschrifteter Dateien in 3D Slicer für den Plexus choroideus auf der Grundlage von DICOM- oder NIFTI-Bildern. Der Plexus choroideus wird manuell unter Verwendung der axialen, sagittalen und koronalen Ebenen von T1w-Bildern segmentiert, wobei sichergestellt wird, dass Voxel von Strukturen der grauen oder weißen Substanz, die an die Ventrikel grenzen, ausgeschlossen werden. Die Fensterung wird angepasst, um die Lokalisierung des Plexus choroideus und seiner anatomischen Grenzen zu unterstützen. Im Rahmen dieses Protokolls werden Methoden zur Bewertung von Genauigkeit und Zuverlässigkeit demonstriert. Die Goldstandard-Segmentierung des Aderhautplexus mit manueller Abgrenzung kann verwendet werden, um bessere und zuverlässigere automatisierte Segmentierungswerkzeuge zu entwickeln, die offen geteilt werden können, um Veränderungen im Aderhautplexus über die Lebensspanne und innerhalb verschiedener Hirnerkrankungen aufzuklären.

Einleitung

Funktion des Plexus choroideus
Der Plexus choroideus ist eine stark vaskularisierte Struktur im Gehirn, die aus gefensterten Kapillaren und einer Monoschicht von Epithelzellen des Plexus choroideus besteht¹. Der Plexus choroideus projiziert in den lateralen, dritten und vierten Hirnventrikel und produziert Liquor cerebrospinalis (CSF), der eine wichtige Rolle bei der neuronalen Musterbildung² und der Hirnphysiologie spielt ^3,4. Der Plexus choroideus sezerniert neurovaskuläre Substanzen, umschließt ein stammzellähnliches Lager und fungiert als ....

Protokoll

Das vorliegende Protokoll wurde vom Institutional Review Board des Beth Israel Deaconess Medical Center genehmigt. Ein gesunder Proband mit einem MRT-Scan des Gehirns, der frei von Artefakten oder Bewegungen war, wurde für diese Protokolldemonstration verwendet, und es wurde eine schriftliche Einverständniserklärung eingeholt. Ein 3,0 T MRT-Scanner mit einer 32-Kanal-Kopfspule (siehe Materialtabelle) wurde verwendet, um 3D-T1-Bilder mit einer Auflösung von 1 mm x 1 mm x 1,2 mm aufzunehmen. Es wurde die MP-RAGE ASSET-Sequenz mit einem Sichtfeld von 256 x 256, TR/TE/TI=7,38/3,06/400 ms und einem Flip-Winkel von 11 Grad verwendet.

Diskussion

Kritische Schritte des Protokolls
Drei kritische Schritte erfordern bei der Implementierung dieses Protokolls besondere Aufmerksamkeit. Erstens ist die Überprüfung der Qualität und des Kontrasts von MR-Bildern der Schlüssel zur Gewährleistung einer genauen Segmentierung. Ist die Bildqualität zu schlecht oder der Kontrast zu niedrig oder zu hoch, kann es zu einer ungenauen Abgrenzung des Plexus choroideus kommen. Der Kontrast für das Bild kann angepasst werden, indem der Graustufenwert des Bilde.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D Slicer	3D Slicer	https://www.slicer.org/	A free, open source software for visualization, processing, segmentation, registration, and analysis of medical, biomedical, and other 3D images and meshes; and planning and navigating image-guided procedures.
FreeSurfer	FreeSurfer	https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/	An open source neuroimaging toolkit for processing, analyzing, and visualizing human brain MR images
ITK-SNAP	ITK-SNAP	http://www.itksnap.org/pmwiki/pmwiki.php	A free, open-source, multi-platform software application used to segment structures in 3D and 4D biomedical images.
Monai Package	Monai Consortium	https://docs.monai.io/en/stable/metrics.html	Use for Dice Coefficient and DeepMind average Surface Distance.
MRI scanner	GE	Discovery MR750
Psych Package	R-Project	https://cran.r-project.org/web/packages/psych/index.html	A general purpose toolbox developed originally for personality, psychometric theory and experimental psychology.
R Software	R-Project	https://www.r-project.org/	R is a free software environment for statistical computing and graphics.
RStudio	Posit	https://posit.co/	An RStudio integrated development environment (IDE) is a set of tools built to help you be more productive with R and Python.
Windows or Apple OS Desktop or Laptop	Any company	n/a	Needed for running the software used in this protocol.