Lesão Explorer: Um guiada por vídeo, protocolo padronizado para Volumetrics MRI derivados precisos e confiáveis ​​na doença de Alzheimer e idosos normais

Resumo

Lesão Explorer (LE) é, de um gasoduto semi-automáticas de processamento de imagem desenvolvido para obter o tecido cerebral regional e volumetria das lesões hiperintensas subcorticais de ressonância magnética estrutural da doença de Alzheimer e idosos normal. Para garantir um alto nível de precisão e confiabilidade, o que se segue é, um protocolo padronizado guiada por vídeo para procedimentos manuais de LE.

Resumo

Obtenção em volumetria de tecido cerebral humano vivo de MRI é muitas vezes complicada por diversos problemas técnicos e biológicos. Estes desafios são exacerbados quando a atrofia cerebral significativa e alterações de substância branca relacionadas com a idade (por exemplo, leucoaraiose) estão presentes. Lesão Explorer (LE) é um pipeline de neuroimagem precisa e confiável desenvolvido especificamente para tratar de questões comumente observados na ressonância magnética da doença de Alzheimer e idosos normal. O gasoduto é um conjunto complexo de processos semi-automáticos que tenha sido previamente validados em uma série de testes de confiabilidade ^1,2 interna e externa. No entanto, a precisão ea confiabilidade do LE é altamente dependente de operadores manuais devidamente treinados para executar comandos, identificar pontos anatômicos distintos, e editar manualmente / verificar várias saídas de segmentação geradas por computador.

LE pode ser dividida em três componentes principais, cada um exigindo um conjunto de comandos e ópera Manualções: 1) Brain-Sizer, 2) Sabre, e 3) Lesão-Seg. Operações manuais de Brain-Sizer envolvem edição do despojado crânio total de cofre automático intracraniana (TIV) máscara extração, designação de ventricular líquido cefalorraquidiano (vCSF) e remoção de estruturas subtentorial. O componente SABRE requer verificação de alinhamento de imagem ao longo do anterior e posterior da comissura (CCAM) de avião, e identificação de vários pontos anatômicos necessários para a divisão em parcelas regional. Por fim, o componente Lesão-Seg envolve verificação manual da segmentação automática de lesão hyperintensities subcortical (SH) para erros de falsos positivos.

Durante o treinamento no local do gasoduto LE é preferível, ferramentas de ensino visuais prontamente disponíveis com imagens de treinamento interativos são uma alternativa viável. Desenvolvido para garantir um elevado grau de precisão e confiabilidade, o seguinte é um, guiada por vídeo, protocolo padronizado passo-a-passo para os procedimentos manuais de LE.

Introdução

Análise de imagens do cérebro é um campo emergente da neurociência exigindo dos operadores qualificados com um alto grau de competência computacional e neuroanatomia. A fim de obter informações quantitativas de imagens de ressonância magnética (MRI), um operador treinado é muitas vezes necessária para implementar, monitorar e editar, saídas de imagem geradas por computador gerados a partir de imagens de ressonância magnética matérias. Embora muitas ferramentas de imagem 'totalmente automáticos "estão disponíveis gratuitamente através da internet, precisão e confiabilidade é questionável quando aplicada por um operador novato falta de conhecimento, treinamento e familiaridade com a ferramenta de download. Embora o treinamento no local é a abordagem de ensino mais preferível, a apresentação de um protocolo padronizado guiada por vídeo é uma alternativa viável, especialmente se acompanhado por um conjunto de treinamento de imagens. Além disso, o conjunto de treinamento de imagens pode ser utilizado para medidas de controle de qualidade, como um teste de confiabilidade entre avaliadores off-site.

O challenges de desenvolvimento de um pipeline de processamento de imagem, principalmente quando se estuda o envelhecimento ea doença de Alzheimer (DA), incluem uma ampla gama de questões técnicas e biológicas. Embora algumas questões técnicas são abordadas com pós-processamento de correção de algoritmos ^3, a variabilidade devido a diferenças individuais e processos patológicos introduzir obstáculos mais complexos. Atrofia do cérebro e alargamento ventricular pode reduzir a viabilidade de deformação registo e abordagens modelo de correspondência. A presença de matéria branca relacionada à idade muda ⁴ e doença de pequenos vasos ^5,6, observado como hyperintensities subcortical (SH) ^7,8, lacunares-como infartos cheias de líquido cístico ^9,10, e espaços perivasculares dilatados ^11,12, mais complicar algoritmos de segmentação. Em casos de doença da substância branca significativa, uma única segmentação T1 pode resultar em superestimação da massa cinzenta (GM) ^13, o que só pode ser corrigido com um adicional segmentation usando densidade de prótons (DP), T2 (T2), ou fluido atenuada inversão de recuperação (DOM) de imagem. Diante desses desafios, a lesão Explorer (LE) pipeline de processamento de imagem implementa um tri-característica semi-automático (T1, DP, T2) abordagem, utilizando operadores treinados em estágios particulares quando a intervenção humana é preferível ^1,2.

Extracção do cérebro (ou remoção do crânio) é tipicamente uma das primeiras operações executadas em neuroimagem. Diante disso, a precisão do total cofre intracraniana (TIV) processo de extração influencia muito as operações subseqüentes mais abaixo na pipeline. Significativo excesso de erosão, resultando em perda de cérebro, pode levar à superestimação de atrofia cerebral. Alternativamente, significativa sob-erosão, o que resulta na inclusão de dura-máter e outra matéria nonbrain, pode levar a uma inflação do volume cerebral. Brain-Sizer endereços que compõem o LE muitas destas questões por meio de um tri-característica (T1, T2 e PD) abordagem para geraruma máscara de TIV, que produz resultados superiores em comparação com os métodos de recurso único ^1. Além disso, a máscara TIV gerado automaticamente está marcada e editados utilizando protocolo padronizado que identifica regiões suscetíveis a erros crânio descascar manualmente. Após a extracção do cérebro, a segmentação é realizada no T1 despojado-crânio, em que cada voxel cérebro é atribuído a uma de três etiquetas: GM, matéria branca (WM), ou no líquido cefalorraquidiano (LCR). Segmentação é realizado automaticamente utilizando um algoritmo de ajuste de curva aplicado robusto para histogramas globais e locais de intensidade; uma técnica desenvolvida para lidar com intensidade não uniformidade artefato e uma diminuição da separação entre GM e WM amplitude intensidade em casos de DA ^14.

O componente Brain-Sizer também inclui procedimentos para designação manual dos ventrículos e remoção de estruturas subtentorial. Segmentação do LCR ventricular (vCSF) é particularmente importante como o tamanho do ventrículo é uma Biomar comumente usadoker para AD demência ^15. Além disso, a delimitação de ventrículos e plexo coróide é imperativo para a identificação correta de hyperintensities periventricular (pvSH), que são acreditados para refletir uma forma de doença de pequenos vasos caracterizada por colagenoses venoso ^5,16,17. Usando T1 para referência, relabeling manual dos voxels CSF para vCSF é realizado com operações manuais Pinte na imagem segmentada. Normalmente, os ventrículos laterais são mais fáceis de diferenciar da CSF sulcal. Por esta razão, recomenda-se começar floodfilling em vista axial, a partir de fatias de qualidade superior e inferiormente em movimento. As partes mediais do sistema ventricular, particularmente o 3 ^º ventrículo, é mais difícil para delinear e é dada com base em regras de anatomia especiais que são descritos no manual. Passo final do cérebro-Sizer inclui a remoção do tronco cerebral, cerebelo, e outras estruturas subtentorial, utilizando procedimentos de rastreio descritos no manual do conjunto para o adicionalf protocolos padronizados baseados em anatomia.

O componente semi-automática do cérebro Região Extraction (SABRE) é procedimento divisão em parcelas do pipeline. Esta etapa exige que os operadores treinados para identificar os seguintes pontos anatômicos: anterior e posterior das comissuras (AC, PC); borda posterior do cérebro; canal central; médio-sagital plano; incisura; occipito-parietal sulco; sulco central, e; Fissura Sylvian. Com base nessas coordenadas marco, a ¹⁸ grade Talairach-como é gerado automaticamente e divisão em parcelas regionais é realizado ^19. Marcos são facilmente identificados em CCCC imagens alinhadas, que são gerados automaticamente e verificados manualmente antes de procedimentos landmarking SABRE.

O componente Lesão-Seg é a fase final do pipeline onde a identificação e quantificação SH é realizado. A segmentação SH automática inicial implementa um algoritmo complexo que inclui PD/T2-based SH segmentation, distorcido c-means mascaramento e dilatação ventricular. Estas operações resultam em uma máscara de segmentação lesão gerada automaticamente que é verificado manualmente e editado por falsos positivos e outros erros. Como hipersinal na ressonância magnética pode resultar de fontes não patológicas (por exemplo, artefatos de movimento, biologia normal), a formação adequada é necessária para a identificação precisa do SH relevante.

O resultado final do gasoduto LE é um perfil abrangente volumétrica contendo 8 diferentes volumetria tecidos e lesões que são parcellated em 26 regiões do cérebro SABRE. Para obter o teste de confiabilidade entre avaliadores de um operador individual fora do local, é recomendável executar o pipeline LE completa sobre o conjunto de treinamento fornecido com o software (http://sabre.brainlab.ca). Usando os resultados volumétricos, coeficiente de correlação inter-classe (ICC) ²⁰ estatística pode ser calculada para cada classe tecido (GM / WM / CSF) em cada região SABRE. Usando o segmentation imagens, Índice de Similaridade (SI) ²¹ estatística pode ser calculada para avaliar o grau de congruência espacial. Além disso, a confiabilidade intra-avaliador pode ser avaliada nos resultados do mesmo operador, depois de um breve período de tempo se passou entre o 1 ^º do operador e 2 edições de segmentação ^nd. Desde que o operador de off-site segue as convenções de nomenclatura de arquivos descritos no manual LE, as estatísticas de confiabilidade pode ser calculado fora do local usando os pacotes mais básicos de software estatístico. Dadas estas controle de qualidade e protocolo padronizado guiada por vídeo, os operadores fora do local pode ter maior confiança que o gasoduto LE é aplicada com precisão e confiabilidade.

Protocolo

1. Componentes Cérebro-Sizer

1,1 Total intracraniana Vault Extraction (TIV-E)

1. Abrir ITK-SNAP_sb, carga T1 Click: Arquivo -> Abrir imagem em tons de cinza -> Browse -> vá para o diretório, clique em -> Imagem -> Abrir -> Next -> Finish.
2. Clique no sinal de mais ao lado de vista axial para ampliar.
3. Desligue (ou em) com mira tecla 'X'.
4. Botão direito do mouse e arraste o mouse para cima para ampliar cérebro na janela até que ele se encaixa sem pequena caixa que aparece no canto esquerdo inferior.
5. Ajuste intensidade, clicando em: Ferramentas -> contraste da imagem, em seguida, arrastar o ponto médio para cima e ligeiramente para a esquerda até a imagem ilumina para o nível apropriado, em Fechar.
6. Carga TIV-E sobreposição clicando: Segmentação -> Carga de imagem -> Browse -> Select TIVauto -> Open -> Next -> Finish.
7. Comece a editar TIVauto ...
8. Clique ferramenta Pincel -> Select rodada -> Ajuste o tamanho conforme necessário.
9. Para adicionar / recaptura cérebro que TIVauto não foi responsável por, selecione "rótulo desenho ativo" como "Etiqueta 1" e "Desenhar sobre 'como' todos os rótulos '.
10. Para recuperar áreas coloridas TIV, ou cuidadosamente recapturar áreas noncolored usar pincel para pintar a máscara TIV.
11. Para desfazer uma pintura pincelada, use ou clique em 'Undo' (à esquerda).
12. Alternar TIVauto on / off pressionando 's' para verificar se o tecido cerebral é devidamente capturado.
13. Para remover / apagar TIVauto mascarar se o excesso de capturas nonbrain tecido clique direito usando "ferramenta pincel".
14. Use o pincel e clique esquerdo para pintar a máscara TIVauto.
15. Verifique cada fatia com cuidado para se certificar apenas o tecido cerebral é uma etiqueta (verde) e todo o tecido nonbrain algum rótulo diferente de 1 (corados em tudo).
16. Recapturar TIV como apropriado, e apagar TIV conforme o caso.
17. Para fatias superiores se certificar que tudo debaixo da dura é mantido para dar conta CSF.
18. Se for difficult para pintar, use a ferramenta polígono fechado: Esquerda Clique para adicionar pontos para o polígono e clique direito para fechá-lo de tal forma que tudo contido dentro do polígono é o que está sendo modificado, em seguida, clique em "Aceitar" na parte inferior, ou se o traçado é incorreto, clique em "Excluir". Mudanças polígono pode ser desfeita clicando desfazer ou . Veja a Figura 1.
19. Quando estiver satisfeito com as modificações TIV clique em: Segmentação -> Salvar como imagem -> e modificar o nome de arquivo terminando em "TIVauto" para TIVedit "para indicar que ele é 'Done' e clique em 'Save' (por exemplo, _TIVedit.).

1.2 Reassignment Ventricular

1. Carregue o T1_IHC.
2. Ajuste a intensidade.
3. Desligue a mira (x).
4. Selecione apenas a imagem axial para ver clicando no sinal de mais ao lado da janela axial.
5. Zoom (clique e arraste para a direita).
6. Carregar a imagem _seg sobre o T1, selecionando segmentation -> Load da imagem -> Browse -> _seg -> Next -> Finish.
7. Ajuste os rótulos de desenho para as cores apropriadas, por meio de editor de etiquetas.
8. Mude as cores de modo que 5 é roxo, 7 é magenta, e 3 e 4 são algo facilmente distinguível dos demais (por exemplo, a Figura 2 mostra 3 = WM muda para azul, e 4 = mudança GM para amarelo). Nota: As cores são arbitrárias.
9. Reatribuir vCSF usando a função floodfill. Veja a Figura 2.
10. Sobe fatias através do cérebro para determinar a fatia mais superior com ventrículo e começar lá.
11. Clique na ferramenta floodfill, 'label desenho ativo' Select = 7 e 'Desenhe sobre' = 5.
12. Alternar frente e para trás entre "Floodfilling 'e desenho Limits, pressionando a barra de espaços. Os limites são usados ​​para evitar que o floodfill de preencher certas áreas do ventrículo que são considerados os buracos negros periventriculares ou parte de hyperintensities matéria branca.
13. Wgalinha floodfilling, uma ponta de seta verde é visível, e quando estiver pronto para desenhar um limite, uma ponta de seta vermelha será visível.
14. Para preencher, basta clicar à esquerda. Mover para baixo uma fatia, e repetir, se necessário. Use limites, conforme necessário para evitar floodfilling de regiões nonventricle.
15. Se as operações floodfilling estiverem incorretos, basta clicar em "Desfazer", ou reverter o "rótulo de desenho ativa 'e' Desenhe sobre 'cores.
16. Preencha cada voxel que se conecta ao ventrículo, sabendo que não se deve preencher é tão importante quanto saber o que preencher.
17. Continue descendo até o 3 ^º ventrículo abre na cisterna quadrigeminal e desenhar um limite na borda posterior da cisterna quadrigeminal até a comissura posterior separa o terceiro ventrículo da cisterna quadrigeminal.
18. Um limite é necessária se a comissura posterior não é totalmente visível e não cria um espaço fechado. Uma vez que a comissura posterior cria um espaço fechado, interrompa a nova rotulagem quadcisterna rigeminal.
19. Também pode ser necessário Limits se a comissura anterior não incluir o 3 ^º ventrículo.
20. Pare de encher o 3 ^º ventrículo uma vez que os pedúnculos cerebrais são claramente visíveis em T1, eo canal central é redonda.
21. Também pode ser necessário Limites com a porção anterior dos ventrículos laterais ao redor do tronco cerebral, se eles aparecem para se conectar à CSF sulcal.
22. Use o T1 como um guia sobre o que preencher eo que não preencher para lobo temporal ventrículos laterais (Alternar segmentação e desliga com 's' key).
23. Quando terminar, salve a segmentação como "_seg_vcsf ', clicando em: Segmentação -> Salvar como imagem-> e em seguida, adicione _vcsf após _seg -> Salvar.

1.3 Remoção de Tronco Cerebral, Cerebelo, e Estruturas Subtentorial

1. Selecione "ferramenta Polígono 'do menu superior esquerdo.
2. Segmentação Alternar fora.
3. Vá até primeira fatia em quecerebelo começa (se separa do tronco cerebral cerebelo começa antes, ver as exceções da regra).
4. Selecione "rótulo desenho ativo '=' Limpar Label" e "desenhar sobre '=' Todos os rótulos '.
5. Esses rótulos de desenho ativos essencialmente exclui dados da imagem segmentação, então tome muito cuidado. Desfazer (CTRL + Z) ainda funciona, mas apenas para um número limitado de passos para trás.
6. Clique esquerdo para desenhar um polígono sobre a dura-máter em torno do cerebelo, e ao longo da base do tronco cerebral, do outro lado da colículos. Clique direito para fechar polígono.
7. Clique em "Aceitar" para "Delete" que a área de segmentação, que irá agora mostrar o T1 abaixo indicando que já não está incluído na segmentação.
8. Vá para a próxima fatia para baixo e repita. Sempre faça os traçados no T1, nunca na seg.
9. Uma vez que os pedúnculos cerebrais separar, começa também a remoção do tronco cerebral e da medula espinhal.
10. No aspecto anterior, trace diretamente em toda a diferença. Uma vez que há uma linha clara dural no antefinal orbitofrontal rior (geralmente abaixo do nível da hipófise, iniciar o rastreamento de um arco ao longo dessa linha dura).
11. Uma vez que o lobo occipital separa o lobo temporal, verifique se as saídas de rastreamento do centro da cidade, para remover qualquer "lixo" remanescente nesta região. Veja a Figura 3.
12. Em algum momento, desenhar os polígonos de modo que eles só manter o que é necessário, em vez de remover o que é desnecessário, utilizando a opção "desenhar invertido '(referindo-se a seg para ajudar no rastreamento).
13. Se apenas lobos temporais permanecem, simplesmente desenhar um grande poli em todo o cerebelo e remover isso.
14. Se é certo que o polígono irá conter apenas cerebelo em uma fatia subsequente abaixo, use o botão "colar" para colar no traçado anterior e usar isso para apagar o cerebelo.
15. Uma vez que o cerebelo é tudo o que resta na imagem, cole o grande rastreamento para baixo cada fatia e "aceitar" para excluí-lo até que não haja mais cerebelo na imidade.
16. Agora vá para cima através da fatia de imagem por fatia para verificar que as porções só da segmentação que permanecem são supratentorial.
17. Quando terminar, salve a segmentação como ' _seg_vcsf_st', clicando em: Segmentação -> Salvar como imagem-> e, em seguida, adicione '_vcsf_st' depois '_seg' -> Salvar.

2. Componente SABRE

2.1 Alinhamento CCCC

1. Abra ITK-SNAP_sb.
2. Carga 'T1_IHCpre_iso', conforme descrito no manual do Cérebro-Sizer.
3. Ajuste de intensidade, conforme descrito no manual do Brain-Sizer.
4. Selecione a opção "ferramenta de Navegação 'no menu superior esquerdo.
5. Em seguida, clique no botão "ferramenta de alinhamento CCCC.
6. Load "T1_IHCpre_toACPC.mat" arquivo de matriz usando a opção de carga no canto inferior esquerdo.
7. Zoom na imagem com o botão direito do mouse na vista axial e arrastando o mouse para cima.
8. Mude a posição do cérebro na janela (separado do zoom), clicando à esquerda em tele imagem e movendo o mouse ao redor para melhor o centro da visão ampliada. Também ajustar os pontos de vista sagital e coronal. Certifique-se o ponto de vista sagital está perto de médio-sagital.
9. Clique no botão 'ferramenta CCCC.
10. Alterar o incremento de 1.
11. Verifique inclinação, rotação e Yaw determinado pelo arquivo de matriz T1_IHCpre_toACPC.mat, modificar, se necessário.
12. Para encontrar o avião CCCC, é provável necessário para aumentar o zoom de perto usando a ferramenta de navegação. A qualquer momento, alternar entre a ferramenta de navegação ea ferramenta CCCC (para ajustar a vista), ea ferramenta CCCC vai manter a posição e devolvê-lo para a posição anterior. Ao alternar entre esses pontos de vista, a imagem vai mudar e para trás, mas isso é normal.
13. Ao usar a afinação para cima / baixo e elevar para cima / baixo, ajustar a vista axial para que o AC é na parte mais grossa (uma boa u-forma de fibras da substância branca), eo PC em linha reta, o que deve acabar formando uma agradável forma "buraco da fechadura".
14. O AC-PC deve tambémser visível com a mira passando diretamente através de ambos AC e PC na visão médio-sagital.
15. Não ajuste o passo mais longe uma vez que esta fatia foi determinada. No entanto, a função 'elevar' pode ser usado para mover para cima e para baixo, através da imagem, sem perder a fatia CCAM.
16. Agora ajustar o rolo, equilibrando os olhos na vista axial. Reajuste a exibição usando a ferramenta de navegação para trazer os olhos em que o campo de visão, em seguida, voltar para a ferramenta 'CCCC.
17. Use 'Roll' para a esquerda ou para a direita para se certificar de que os olhos parecem equilibrados (mesmo tamanho em ambos os lados) enquanto percorre a imagem uma fatia de cada vez usando "Elevate", certificando-se de ajustar o rolo, se necessário. Veja a Figura 4.
18. Uma vez satisfeito com o equilíbrio, não ajustar 'Roll' mais longe.
19. Agora, vá para uma fatia acima dos ventrículos e do corpo caloso em vista axial (usando "Elevate", ou clicando mira nesse nível usando 'Navigation ') e colocar a mira perto do centro do cérebro em vista axial.
20. Ajuste 'guinada', certificando-se de que a cruz vertical passa diretamente (ou o mais próximo possível) através do plano médio-sagital na vista axial. Às vezes pode ser difícil de pegar o avião para alinhar perfeitamente devido à curvatura natural do cérebro nos pólos - criar o melhor ajuste possível.
21. Uma vez satisfeito com a posição, não ajustar 'guinada' ainda mais.
22. Agora coloque mira de tal forma que fatia axial é um pouco acima dos ventrículos.
23. Esta deverá ser de aproximadamente onde foi a partir da etapa anterior.
24. Agora, clique em: Salvar (certifique-se o nome do arquivo é "T1_IHCpre_toACPC.mat ') -> OK.
25. NOTA: Se o arquivo de matriz "T1_IHCpre_toACPC.mat" não exige modificação simplesmente fechar sem salvar.
26. Se as mudanças foram feitas para o arquivo matriz, economizar mais de arquivo matriz "T1_IHCpre_toACPC.mat" ou salvar um novo arquivo matriz e apagar o arquivo matriz "T1_IHCpre_toACPC.mat". Opróximo comando não vai funcionar corretamente se houver mais de um arquivo de matriz.

2.2 SABRE Landmark Identificação

Parte 1 - coordenadas de grade arquivo

1. Carregar em '__T1_IHC_inACPC '.
2. Ajuste intensidade.
3. Desligue mira (x).
4. Aumente o zoom para a imagem até preencher cada janela (clique e arraste com a ferramenta mira direita).
5. Ajuste centro de vista axial, se necessário, com a ferramenta de navegação (pode ser preciso fazer várias vezes durante o procedimento).
6. Clique em '2 D-sabre ferramenta 'de marcação de terra.
7. Tendo em vista axial, vá para cima através do images / cérebro até encontrar a fatia CCAM.
8. Clique no botão 'AC' rádio à esquerda para selecionar o marco para definir, em seguida, clique sobre o AC na vista axial.
9. Um pequeno ponto aparecerá no local que você clicou, eo marco associado coordenada agora irá aparecer ao lado do botão 'AC' à esquerda.
10. Se o posicionamento não é desirable, clique novamente eo ponto será atualizado (isso se aplica a qualquer momento durante a criação do arquivo de grade).
11. Clique no botão 'PC' à esquerda e, em seguida, clique no PC na imagem axial.
12. Clique no botão "PE" para definir a borda posterior do cérebro em que fatia, e, em seguida, clique na parte mais posterior do cérebro, quer à esquerda ou à direita - este preenche os valores para 'fatia coronal ", que irá ser utilizado momentaneamente. Ver Figura 5.
13. Clique no botão 'CA' para definir o canal central. Desça até 10 fatias do ponto de vista axial atual e clique no centro do canal central. Isso preenche o valor para 'fatia sagital ", que será usado agora como ponto de partida para a qual encontrar o plano médio-sagital.
14. Clique no botão de rádio do 'M' para definir o plano médio-sagital.
15. Tendo em vista sagital, vá para a esquerda e para a direita algumas fatias para determinar qual fatia tem a menor quantidade de cérebro e da quantidade máxima of foice cerebral. Deve-se dentro de 2 ou 3 fatias do valor determinado a partir do ponto do canal central.
16. Clique em qualquer lugar da fatia médio-sagital e esse número fatia será inserido na esquerda ao lado de 'M'.
17. Clique no botão de opção "LPRON 'para definir a incisura pré esquerda. Tendo em vista coronal, vá até a fatia indicada ao lado de 'corte coronal.
18. Clique na parte mais inferior do cérebro para o hemisfério esquerdo, que aparece no lado direito da imagem (convenção radiológica).
19. Clique no botão de opção "RPRON 'para definir o hemisfério direito, e clique na parte mais inferior do lado esquerdo da imagem (convenção radiológica).
20. Os valores próximos de LPRON e RPRON deve agora ser preenchido, e deve estar dentro de alguns pontos de cada um dos outros.
21. O arquivo de rede está agora pronto para ser salvo. Clique em: Salvar -> _T1_IHC_inACPC_lobgrid.txt.

Criação Map Object - Parte 2

22. Aftecriação do arquivo grade r, a próxima etapa é a criação das primeiras quatro traçados do mapa de objeto. Todos estes quatro são traçados realizada no plano sagital. As fatias de rastreio são predeterminadas e baseadas no fatia seleccionada da linha média nas fases anteriores.
23. Clique no botão de opção "RSC" para definir o sulco central superior direita. Vá para a fatia indicado ao lado de "fatia sagital direito". Os cortes sagital esquerdo e direito em que será feito o traçado: 7 fatias peri-sagital da linha média de cada lado.
24. Clique um ponto directamente acima do centro do sulco central, na dura. O sulco central nessa fatia geralmente aparece como um pequeno recuo, e é mais comumente o primeiro anterior ao sulco (ascendente) ramo marginal do sulco do cíngulo. Vá para a esquerda ou para a direita para confirmar a localização do marco, mas o rastreamento deve ser feita sempre na fatia sagital adequado. Reclicking vai mudar o marco.
25. Clique no rad 'ROP'io botão para definir o sulco occipito-parietal direita. Este sulco / rastreamento é executado a partir da dura ao tentório do cerebelo.
26. Uma ferramenta de ranhura agora permitirá o rastreamento de sulco. Clique esquerdo para criar novos pontos ao longo dela, e clique direito para travá-lo e clique em aceitar. Modificações ou funções 'Desfazer' não pode ser realizada se houver erros durante o rastreamento. No entanto, uma vez que a ação "botão direito do mouse 'é realizada para completar o traçado, selecione" Excluir "para refazer o traçado.
27. Quando o rastreamento estiver concluída, selecione "Aceitar" para travá-lo dentro
28. Faça o mesmo para o lado esquerdo da fatia apropriada, definindo "LSC" e "LOP.
29. Clique: Salvar (no objeto mapa) -> _T1_IHC_inACPC_lobtrace.obj.

Parte 3 - Os traçados de superfície Prestados

31. Descarregue imagens anteriores (ou fechar e abrir ITK-SNAP_sb novamente) e carregar em imagem _T1_IHC_erode_inACPC .
32. Clique na ferramenta tombamento SABRE 3D (a janela should ampliar a só mostrar o painel 1).
33. Clique em 'esquerda' em Viewpoint 3D para mostrar a vista esquerda prestados (em convenção radiológica, em que esquerda e direita são invertidas, por isso vai parecer que é o hemisfério direito).
34. Carga no traçado a partir do passo anterior clicando objeto: Carga -> Select ' _T1_IHC_inACPC_lobtrace.obj' (NOTA: um bug no programa automaticamente tenta antecipar a carregar o arquivo necessário, mas incorretamente entradas 'corroer' no arquivo obj Nome Por favor, selecione Procurar e selecione o _T1_IHC_inACPC_lobtrace.obj Erro ao carregar o objeto do mapa traçado. 'para carregar Caso contrário, uma mensagem de erro será exibida,.': O arquivo não pode ser aberto para leitura ").
35. Para ajustar a qualidade do render, clique em: 'Guess', para ter o palpite programa com os melhores parâmetros para o uso.
36. Clique no botão 'LSF' rádio para se preparar para traçar a Esquerda Sylvian Fissura.
37. Botão 'Landmark' Agora clique na parte inferior da janela para 3D render begin tombamento / rastreamento (você pode alternar esta ligado e desligado com a tecla "x").
38. Os pontos para o traçado pode ser adicionado quando o botão 'Landmark' é sombreado verde.
39. Quando 'Landmark' é desmarcada, qualquer entrada do mouse irá girar o cérebro para examiná-lo a partir de um ângulo diferente. ATENÇÃO: Só traçar os marcos, enquanto em linha reta 'esquerda' ou orientação "direito", clicando novamente em nos botões Ponto de Vista 3D para a esquerda ou para a direita.
40. Ampliar ou reduzir a imagem com o botão direito e arrastando quando "Landmark" é desmarcada.
41. Cada clique irá adicionar um ponto à linha.
42. Comece traçando a fissura Sylvian do superior ao posterior fim, no ponto em que se bifurca em pequeno subindo e descendo rami.
43. Continue seguindo a Sylvian abaixo o aspecto superior do lobo temporal, até trilhas fora da final.
44. Se um erro é feito, basta clicar no botão "Desfazer" para se mover para trás, passo a passo (ou pressione CTRL + Z).
45. Uma vez satisfeito com orastreamento, clique em "Aceitar" para bloquear o rastreamento. Ver Figura 5.
46. IMPORTANTE: Se redo é necessário para um dos traçados, primeiro selecione o botão de rádio (no lado esquerdo) do traçado incorreto. Em seguida, clique em "SABRE3D 'na barra de menu na parte superior e selecione" Excluir CURRENT Aceito Tracing. Se em algum momento todos os seus traçados exigir a remoção, clique em "Excluir todos os traçados aceitos 'a partir deste menu suspenso.
47. Agora clique no botão 'LC' para rastrear a Central Sulcus Esquerda.
48. Iniciar a partir do final inferior no ponto de Sylvian fissura diretamente abaixo da terminação do sulco.
49. A linha só irá permitir que o programa superior e posterior significando movimento impede colocando pontos que são anterior a qualquer ponto anterior.
50. Terminar o traçado do sulco na extremidade superior, até que seja difícil de seguir a curvatura do cérebro.
51. Uma vez completo, clique em "Aceitar" para travá-lo dentro
52. Agora clique no botão "direito" under '3 D Ponto de Vista "e repita os passos para a direita Sylvian Fissura e Central Sulcus.
53. Lembre-se de clicar no botão de opção "RSF" para rastrear o direito Sylvian Fissura, e clique no botão de rádio do 'RC' para traçar o sulco central direita, clicando em "Aceitar" depois de cada traçado está completo.
54. Uma vez que todos os traçados são concluídas, clique em: Salvar -> Browse -> selecione ' _T1_IHC_erode_inACPC_lobtrace.obj'.
55. Feche ITK-SNAP_sb.

3. Componente Lesão-Seg

3.1 Para Scans com PD/T2 (sem DOM)

1. Abrir ITK-SNAP_sb, carga T1_IHC, _PD_inT1_IHC, _T2_inT1_IHC, clique em: Arquivo -> imagem em tons de cinza Open -> Browse -> vá para o diretório, clique em -> Imagem -> Abrir -> Next -> Concluir.
2. Clique no sinal de mais ao lado de vista axial para ampliar.
3. Desligue a mira (x).
4. Zoom (clique e arraste para a direita).
5. Ajuste intensidadeclicando em: Ferramentas -> contraste da imagem, em seguida, arrastar o ponto médio para cima e ligeiramente para a esquerda até a imagem ilumina para o nível apropriado, em Fechar.
6. Carga lesão-seg em PD_inT1_IHC clicando: Segmentação -> Carga de imagem -> Browse -> Selecionar _LEauto -> Open -> Next -> Finish.
7. Ajuste a intensidade de todas as três imagens, conforme descrito no manual do Brain-Sizer.
8. Clique na ferramenta pincel, Select 'Ativo rótulo desenho' = 2 e "desenhar sobre '= rótulos visíveis.
9. Use T1, T2 e PD para informar a decisão sobre o que a captura como lesão.
10. Utilize a ferramenta pincel para pintar etiqueta 2 sobre etiqueta 1 para significar lesão (positivos) (segmentação de alternância e desliga com 's' key).
11. Utilize a ferramenta pincel para pintar um rótulo sobre etiqueta 2 para significar falsos positivos. Veja a Figura 6.
12. Quando estiver satisfeito com as modificações da lesão-seg clique em: Segmentação -> Salvar como imagem -> e modificar o nome do arquivo, substituindo "auto" com "editar"para o final do arquivo para indicar que ele é 'Done' e clique em "Salvar" (ou seja, _LEedit)

NOTA: Label 2 (cor padrão é RED) é usado para significar lesão.

3.2 Para Scans com um toque de imagem

1. Abrir ITK-SNAP_sb, carregar _FL_inT1_IHC Clique em: Arquivo -> Abrir imagem em tons de cinza -> Browse -> vá para o diretório, clique em -> Imagem -> Abrir -> Next -> Finish.
2. Clique no sinal de mais ao lado de vista axial para ampliar.
3. Desligue a mira (x).
4. Zoom (clique e arraste para a direita).
5. Ajuste intensidade, clicando em: Ferramentas -> contraste da imagem, em seguida, arrastar o ponto médio para cima e ligeiramente para a esquerda até a imagem ilumina para o nível apropriado, em Fechar.
6. Carga lesão-seg em FL_inT1_IHC clicando: Segmentação -> Carga de imagem -> Browse -> Selecionar _FLEXauto -> Open -> Next -> Finish.
7. Ajuste intensidade como descreverd no manual do Cérebro-Sizer.
8. Clique na ferramenta pincel, Select 'Ativo rótulo desenho' = 2 e "desenhar sobre '= rótulos visíveis.
9. Use FL (uso T1, DP, T2, se necessário) para informar a decisão sobre o que a captura como lesão.
10. Utilize a ferramenta pincel para pintar etiqueta 2 sobre etiqueta 1 para significar lesão (positivos) (segmentação de alternância e desliga com 's' key).
11. Utilize a ferramenta pincel para pintar um rótulo sobre etiqueta 2 para significar falsos positivos. Ver Figura 7.
12. Quando estiver satisfeito com as modificações da lesão-seg clique em: Segmentação -> Salvar como imagem -> e modificar o nome do arquivo, alterando "auto" para "editar" para indicar que ele é 'Done' e clique em "Salvar" (ou seja, _FLEXedit ).

NOTA: Label 2 (cor padrão é RED) é usado para significar lesão.

Resultados

Confiabilidade entre avaliadores pode ser avaliada através de várias métricas. Usando o conjunto de treinamento oferecido on-line ( http://sabre.brainlab.ca ), os seguintes passos são recomendados para avaliar a confiabilidade entre avaliadores para cada um dos estágios de processamento após a conclusão do LE.

Brain-Sizer:
Para avaliar a confiabilidade entre avaliadores dos procedimentos de extração do cérebro, gerar volumetria para cada TIV-E máscaras, _TIVedit , usando o comando . Entre estes volumetria em um pacote de software estatístico (por exemplo, SPSS), junto com os volumetria TIVedit fornecidas para cada um o conjunto de treinamento (ver arquivo do Excel / csv fornecidos on-line) e calcular o coeficiente de correlação entre avaliadores (ICC). Volumetria do cérebro inteiro para in-house avaliadores treinados obtêm relatou ICC = 0,99, p <0,0001 ^1,2. Além disso, a avaliação do acordo espacial para o mascaramento TIV pode ser avaliada através doSI ^21. Código MATLAB é fornecido on-line para calcular os valores de SI entre dois avaliadores.

Para avaliar a mudança de ventricular, gerar volumes vCSF usando o comando para cada um dos arquivos de segmentação com os voxels vCSF realocados, ou seja. _ seg_vcsf. O volume vCSF é o valor ao lado de linha '7 ', na coluna intitulada "volume". Usando os mesmos procedimentos para avaliar TIV confiabilidade entre avaliadores, calcule ICC e SI para vCSF.

A remoção de tronco cerebral, cerebelo e estruturas subtentorial pode ser avaliado da mesma forma, executando o comando em _seg_vcsf_st . Os volumes utilizados para essa máscara segmentação são mostradas na penúltima linha intitulada "contagem total de voxels diferentes de zero:" sob "volume" (a última coluna à direita). Usando os mesmos procedimentos para avaliar TIV e vCSF, calcule ICC e SI para este mascaramento procedire usando as volumetria no arquivo excel prestados e os arquivos _seg_vcsf_st .

SABRE:
Enquanto procedimentos manuais de Brain-Sizer pode ser facilmente avaliada utilizando métricas padrão, alinhamento CCCC é um pouco mais difícil. Por este motivo, os arquivos da matriz são fornecidos para comparar visualmente para o treinamento de operadores fora do local. Após a conclusão do alinhamento CCCC, abra uma nova janela ITK-SNAP_sb, carregar a imagem de T1, em seguida, coloque a matriz para o caso de treinamento fornecido on-line, _T1_IHCpre_toACPC.mat , e compare visualmente a inclinação, rotação de guinada, e fatia CCCC entre as duas imagens.

Para avaliar os procedimentos SABRE landmarking, correr sobre a máscara parcellated, _SABREparcel_inACPC para cada caso de treinamento. Digite os volumetria para cada região (3-28). Códigos de região SABRE são fornecidos online. Usando os mesmos procedimentos para avaliar TIV e vCSF, calcule ICC para cada região do cérebro SABRE.SABRE parcellated volumetria regionais para in-house avaliadores treinados obter CCIs médios reportados = 0,98, p <0,01, com valores que variam ICC 0,91-0,99 ^1,2.

Lesão-Seg:
Como este componente é a etapa final do oleoduto LE, a fiabilidade e precisão dependerá das fases anteriores.

Confiabilidade entre avaliadores da segmentação do SH é realizado usando ICC regional da SH e volumes acordo espacial das máscaras SH. Para avaliar volumes SH regionais, execute , entrando o arquivo lobmask no espaço T1-aquisição, _SABREparcel eo arquivo final editado lesão segmentação, _LEedit . Usando os mesmos procedimentos para avaliar volumetria SABRE, calcule ICC para volumes de lesão dentro de cada região do cérebro SABRE. Usando os mesmos procedimentos para avaliar acordo espacial do processo de mascaramento TIV, calcular SI para as máscaras finais editados lesão, _LEedit (ou FLEXedit). Os mesmos testes de fiabilidade pode ser realizado em ambas a segmentação PD/T2-based e segmentação baseada em DOM.

	T1 3D	PD/T2
Parâmetros de imagem	Volume Axial SAT (S 1) SPGR	Rotação axial Eco FC VEMP VB (intercalação)
O tempo de pulso
TE (ms)	5	30/80
TR (ms)	35	3000
Virar Ângulo (°)	35	90
TI (ms)	N / D	N / D
Faixa de digitalização
FOV (cm)	22	20
A espessura de corte (mm)	10,2 / 0	3/0
Não. Fatias	124	62
Aquisição
Tamanho Matrix	256 x 192	256 x 192
Tamanho Voxel (mm)	0,86 x 0,86 x 1,4	0,78 x 0,78 x 3
NEX	1	0,5
Tempo Total (min)	11:00	00:00

Tabela 1. General Electric 1.5T MRI estruturais parâmetros de aquisição.

	T1 3D	PD/T2	DOM
Parâmetros de imagem	Axial 3D FSPGR EDR IR Prep	Axial 2D FSE-XL, EDR, RÁPIDO, gordura sentou	Axial T2Flair, EDR, RÁPIDO
O tempo de pulso
TE (EM)	3.2	11.1 / 90	140
TR (ms)	8.1	2500	9700
Virar Ângulo (°)	8 °	90 °	90 °
TI (ms)	650	N / D	2200
Faixa de digitalização
FOV (cm)	22	22	22
A espessura de corte (mm)	1	3	3
Não. Fatias	186	48	48
Aquisição
Tamanho Matrix	256 x 192	256 x 192	256 x 192
Tamanho Voxel (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
Tempo Total (min)	07:20	06:10	07:20

Tabela 2. General Electric 3T estruturais de ressonância magnética parâmetros de aquisição.

Figura 1. Axial T1 com inédito cofre intracraniana totais (TIV) sobreposição da máscara (verde). Este é um exemplo do uso da ferramenta polígono fechado em ITK-SNAP_sb para remover o tecido nonbrain como parte do processo de edição manual do Brain- procedimento de extração do TIV Sizer.

Figura 2. Axial T1 com segmentação tecido sobreposição. Note-se que as cores da etiqueta são arbitrários e pode ser modificada usando a ferramenta Label. Imagem à esquerda mostra as cores padrão. Imagem do meio mostra como CSF ​​(5 = roxo) é transferido para vCSF (7 = magenta). Imagem à direita mostra como a cor WM pode ser modificado sem alterar o rótulo da classe tecido, ie. Etiqueta 3 = WM permanece, mas a cor pode ser modificada para azul.

Figura 3. Axial T1 com tecido segmentação sobreposição (imagem à esquerda, GM = amarelo, WM = laranja, CSF = roxo) (esquerda). Descrita é um exemplo da remoção manual de estruturas subtentorial usando a ferramenta polygo n fechada em ITK-SNAP_sb (meio) e a segmentação do tecido final, após remoção do (à direita). Como na Figura 2, a imagem da direita mostra a forma como a cor WM pode ser modificado sem alteração da etiqueta de classe de tecido, isto é. Etiqueta 3 = WM permanece, mas a cor pode ser modificada para azul.

Figura 4. Axial T1 no espaço aquisição antes (esquerda) e depois (direita) alinhamento AC-PC é realizada.

T1 Figura 5. Dois exemplos que mostram procedimentos landmarking SABRE. Axial AC-PC alinhado com AC (amarelo), PC (azul), e borda posterior (rosa) colocações marco (esquerda). A-rendido superfície T1 3D (à direita) com fissura Sylvian (roxo) e centosulco ral delimitação (rosa).

Figura 6. Axial PD (esquerda) com sobreposição gerada automaticamente lesão (centro), e lesão editado manualmente (vermelho) sobreposição (à direita).

Figura 7. Axial FLAIR (esquerda), com sobreposição gerada automaticamente lesão (centro), e lesão editado manualmente (vermelho) sobreposição (à direita).

Discussão

A segmentação e divisão em parcelas procedimento LE foi desenvolvido especificamente para obter volumetria regionais de ressonância magnética do AD e idosos normal. Embora existam inúmeros pipelines totalmente automáticas que aplicam algoritmos computacionais complexas para executar essas operações, essas ferramentas tendem a falta de precisão individualizado e precisão que gasoduto semi-automática de LE produz. O trade-off com os processos semi-automáticos são os recursos necessários para treinar adequadamente os operadores com o conhecimento anatômico e habilidades computacionais necessários para aplicar um gasoduto tão abrangente. No entanto, um dos principais benefícios de um gasoduto de imagem individualizada é a capacidade de obter volumetria quantitativos de casos moderados a graves de neurodegeneração quando pipelines automático falhar.

Como o gasoduto LE tenha sido previamente avaliado e aplicado a vários idosos e dementes populações ^{1,2,13,14,19,22,23,} as principais questões que are tipicamente encontradas por operadores treinados têm sido bem documentados e encontram-se resumidos abaixo.

A verificação manual e edição necessários com o componente Brain-Sizer inclui o procedimento de extração de mascaramento TIV, vCSF mudança e remoção manual do tronco cerebral, cerebelo e outras estruturas subtentorial. Para a extração do cérebro, a saída automática TIV é geralmente uma máscara decente desde que as imagens originais PD/T2 são de boa qualidade. No entanto, devido aos valores de intensidade relativa do tecido vascular e nervo mediano para os pólos temporais inferiores, proximal para as artérias carótidas, a região geralmente requer alguma edição. Além disso, a mucosa da cavidade nasal tende a afetar os histogramas de intensidade regionais, desviando intensidade valores cut-offs nas regiões frontais anteriores, que tendem a exigir a edição manual adicional da máscara TIVauto automática. Finalmente, a edição manual adicional é normalmente necessária nas regiões mais superiores, onde glatrofia obal tende a resultar em um aumento do volume de CSF subaracnóide logo abaixo da dura-máter. Alternativamente, atrofia associada ao aumento do ventrículo tende a minimizar as intervenções do operador necessárias com vCSF redesignação. Outra vantagem de ter uma abordagem coregistration tri-característica é a capacidade de identificar infartos cheias de líquido cístico proximal para os ventrículos, potencialmente devido à vasculopatia venosa periventricular ^5,24-26, que são identificáveis, devido à sua intensidade relativa no PD e T1 ( hiperintensas em PD, hipointensa em T1). Estes hypointensities pode ser delineada a partir vCSF usando limites manual elaborado em ITK-SNAP_sb antes das operações floodfilling. Desde vCSF reatribuição é executada no espaço T1-aquisição, em casos em que o alinhamento se desvia muito do plano CCCC, um limite pode ser necessária para o ventrículo ³ e a cisterna quadrigémea, se o computador não está totalmente visível. Embora o tentorium é uma estrutura relativamente fácil de diferentiate, várias regras baseadas em anatomia auxiliar na orientação a remoção manual do tronco cerebral e estruturas subtentorial, particularmente quando localizar a separação dos pedúnculos cerebrais do lobo temporal medial.

SABRE tombamento é um procedimento baseado em estereotáxica realizada em imagens CCCC alinhados padrão, permitindo a localização moderadamente previsível de pontos anatômicos específicos. As exceções a esta são casos com atrofia extrema e variabilidade normal devido a diferenças individuais em neuroanatomia. Resultados atrofia cerebral em uma perda global de parênquima, aumentando CSF ​​ao longo da linha média em torno da foice cerebral, o que aumenta a dificuldade de escolha de locais adequados para colocar marcos. Protocolos baseados em regras são necessárias, identificando os casos em que são necessárias exceções à regra geral. As variações normais na anatomia, especialmente na localização relativa do sulco central e o sulco parieto-occipital, também aumentam a difity de delimitação manual de uma dessas estruturas. No entanto, a interface gráfica do usuário usado por SABRE permite a rotação em tempo real da superfície rendeu imagens, que auxilia de forma significativa no processo de tomada de decisão para a visualização desses locais particulares. Finalmente, algum protocolo baseado em regras foram integrados por meio de programação no software para evitar operador violação eg delimitação sulco central é forçado a mover-se posteriormente (traçado da linha é impedido de voltar para si mesmo).

Procedimento de verificação O manual do componente Lesão-Seg requer experiência na identificação visual de hyperintensities relevante, uma habilidade de percepção visual que só é adquirido após a exposição a exames com graus variados de SH. Algoritmos de minimização de falsos-positivos auxiliar na remoção da maioria dos erros na segmentação inicial. No entanto, a diferenciação entre os espaços perivasculares dilatados (espaços de Virchow-Robin: VRS) no núcleo lentiforme e reSH vante na cápsula externa, claustrum, extremo da cápsula, e regiões subinsular pode ser difícil. Isto é particularmente difícil nos casos com VRS nos gânglios basais. Um artigo recente descrevendo normas para apresentação Alterações vasculares em neuroimagem (STRIVE), recomenda-se um critério de tamanho de diferenciar VRS de lacunoso, e descrever VRS a ser mais linear e intensidade CSF em ressonância magnética. Para tratar dessas questões com identificação VRS, LE adotou: a) uma regra baseada na anatomia, que impede os operadores de seleção de qualquer hiperintensas que cai dentro do núcleo lentiforme, b) um critério de tamanho de excluir hyperintensities menos de 5 mm de diâmetro e, c) uma regra de intensidade relativa de exclusão adicional devido à intensidade CSF relativo no PD, T2 e T1 ^27. Além disso, o alto sinal normal pode ser encontrado ao longo da linha média e foice cerebral, especialmente em imagens FLAIR, que pode ser difícil diferenciar entre SH relevantes ao longo do corpo caloso. Em casos detal sobreposição, baseado em regras de anatomia são implementados onde apenas SH que se estendem para fora das regiões periventriculares são aceitos.

Em conclusão, é importante ter em conta que este componente escrito se destina a complementar, uma publicação guiada por vídeo padronizado protocolo de Jove ( https://www.jove.com ). Enquanto figuras tradicionais estáticos ajudar a explicar alguns conceitos, tutoriais em vídeo são mais eficientes em comunicar os processos metodológicos complexos envolvidos com um pipeline de neuroimagem abrangente, como Lesão Explorer.

Materiais

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