脳MRIを用いたヒト脈絡叢の手動セグメンテーション

要約

脳における脈絡叢の重要な役割にもかかわらず、この構造の神経画像研究は、信頼性の高い自動セグメンテーションツールがないため、ほとんどありません。現在のプロトコルは、脈絡叢のゴールドスタンダードの手動セグメンテーションを確実にすることを目的としています 将来の神経画像研究に情報を提供できる。

要約

脈絡叢は、神経発達やさまざまな脳障害に関与しています。脈絡叢は、脳の成熟、免疫/炎症調節、および行動/認知機能に重要であることを示す証拠があります。しかし、現在の自動ニューロイメージングセグメンテーションツールは、側脳室脈絡叢を正確かつ確実にセグメンテーションするのが不十分です。さらに、脳の第3脳室と第4脳室に位置する脈絡叢をセグメント化する既存のツールはありません。したがって、脈絡叢を側脳室、第3脳室、および第4脳室でセグメント化する方法を描写するプロトコルは、神経発達障害および脳障害における脈絡叢を調べる研究の信頼性と再現性を高めるために必要です。このプロトコルは、DICOMまたはNIFTI画像に基づいて脈絡叢の3Dスライサーで個別にラベル付けされたファイルを作成するための詳細な手順を提供します。脈絡叢は、T1w画像の軸面、矢状面、および冠状面を使用して手動でセグメント化され、心室に隣接する灰白質または白質構造からボクセルが除外されるようにします。ウィンドウは、脈絡叢とその解剖学的境界の局在化を支援するために調整されます。精度と信頼性を評価する方法は、このプロトコルの一部として実証されます。手作業による脈絡叢のゴールドスタンダードセグメンテーションは、生涯にわたる脈絡叢の変化やさまざまな脳障害内での脈絡叢の変化を解明するためにオープンに共有できる、より優れた、より信頼性の高い自動セグメンテーションツールを開発するために使用できます。

概要

脈絡叢機能
脈絡叢は、有窓毛細血管と脈絡叢上皮細胞^の単層からなる脳内の高度に血管新生した構造です1。脈絡叢は、外側、第3、第4脳室に突出し、脳脊髄液(CSF)を産生し、神経パターン形成²と脳生理学^3,4に重要な役割を果たします。脈絡叢は神経血管物質を分泌し、幹細胞様の貯蔵庫を包含し、有毒な代謝物の侵入を妨げる物理的障壁、物理的障壁を回避する部分を除去する酵素的障壁、および外^来侵入者から保護するための免疫学的障壁として機能します5。脈絡叢は、神経新生⁶、シナプス可塑性⁷、炎症⁸、概日リズム^9,10、腸脳軸¹¹、認知¹²を調節する。さらに、末梢サイトカイン、ストレス、および感染(SARS-CoV-2を含む)は、血液CSFバリアを破壊する可能性があります^13,14,15,16

プロトコル

現在のプロトコルは、Beth Israel Deaconess Medical Center の治験審査委員会によって承認されました。アーティファクトや動きのない脳MRIスキャンを受けた健康な被験者が、このプロトコルのデモンストレーションに使用され、書面によるインフォームドコンセントが得られました。32チャンネルヘッドコイルを備えた3.0T MRIスキャナー( 材料表を参照)を使用して、1 mm x 1 mm x 1.2 mmの解像度で3D-T1画像を取得しました。視野角256×256、TR/TE/TI=7.38/3.06/400ms、フリップ角度11度のMP-RAGE ASSETシーケンスを使用しました。

1. 脳MRIを3Dスライサーに取り込む

注: 3D スライサーには、ユーザー インターフェイスに関するドキュメントが用意されています。

1. 3Dスライサーにインポートするための脳MRI DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)またはNIFTI(Neuroimaging Informatics Technology Initiative)ファイルを準備します。
2. ツールバーの左上隅にある [DCM ] ボタンをクリック....

結果

提案された方法は、側脳室脈絡叢の反復的な改良を受けており、169人の健康な対照と340人の患者のコホートで広範なテストが含まれています 精神病のリスクが臨床的に高い³⁰。上述した技術を用いて、著者らは、DC = 0.89、avgHD = 3.27 mm³、および単一評価者ICC = 0.9730で高い評価者内精度および信頼性を獲得し、本明細書に記載のプロトコルの強度を実証した。

ディスカッション

プロトコルの重要なステップ
このプロトコルを実装する際には、3つの重要なステップに特別な注意が必要です。まず、MR画像の品質とコントラストを確認することは、正確なセグメンテーションを確保するための鍵です。画像の品質が低すぎたり高すぎたりすると、脈絡叢の描写が不正確になる可能性があります。画像のコントラストは、画像のグレースケール値を表示する?.......

資料

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.