Quantificação da Área Transversal do Nervo Óptico na Ressonância Magnética: Um novo protocolo usando o software Fiji

Resumo

Fornecemos um protocolo detalhado para um método padronizado de avaliação e quantificação do nervo óptico usando ressonância magnética, utilizando uma sequência de imagens amplamente disponível e software de acesso aberto para análise de imagens. Seguir este protocolo padronizado forneceria dados significativos para comparação entre diferentes pacientes e diferentes estudos.

Resumo

A avaliação do nervo óptico é um aspecto importante do diagnóstico e acompanhamento do glaucoma. Este projeto descreve um protocolo para uma metodologia unificada de avaliação transversal do nervo óptico e quantificação usando 3 T MRI para aquisição de imagens e software Fiji da ImageJ para quantificação de processamento de imagens. A aquisição de imagem foi realizada utilizando-se ressonância magnética 3 T, com instruções adequadas para o paciente garantir a fixação direta durante a imagem. Foi utilizada uma sequência suprimida de gordura t2. Um corte coronal levado 3 mm atrás do globo e perpendicular ao eixo nervoso óptico deve ser carregado para o software. Utilizando a função limiar, a área de matéria branca do nervo óptico é selecionada e quantificada, eliminando assim o viés de medição inter-individual. Também descrevemos os limites normais para a área transversal do nervo óptico de acordo com a idade, com base na literatura publicada anteriormente. Utilizamos o protocolo descrito para avaliar o nervo óptico de um paciente com glaucoma suspeito. A área transversal do nervo óptico foi encontrada dentro dos limites normais, um achado ainda confirmado através de tomografia de coerência óptica do nervo óptico.

Introdução

Glaucoma é uma neuropatia óptica que é considerada a causa mais comum de cegueira irreversível¹. Apesar disso, ainda é pouco compreendido em termos de sua fisiopatologia e diagnóstico, sem referência única para estabelecer o diagnóstico². De acordo com o Instituto Nacional de Excelência em Saúde e Cuidado (NICE), o diagnóstico de glaucoma de ângulo aberto primário (POAG) requer a avaliação de múltiplos domínios, incluindo avaliação de disco óptico em exame de fundus ou tomografia de coerência óptica (OCT), avaliação de campo visual e medição de pressão intraocular ³. A ideia por trás do diagnóstico de glaucoma é estabelecer a presença de neuropatia óptica progressiva, que pode ser feita de forma quantitativa em⁴de outubro . Nesse sentido, a ressonância magnética também pode ser utilizada para avaliação do nervo óptico e quantificação da sua área de matéria branca^5,mas para isso ser clinicamente significativo, o protocolo utilizado na quantificação da matéria branca do nervo óptico precisa ser padronizado. Além disso, um protocolo também deve acomodar a variação inter-individual, fator que pode afetar a precisão em diferentes doenças⁶.

A avaliação do nervo óptico no glaucoma é avaliada de forma ideal através de imagens oftálmicas, incluindo a OCT, onde a parte mais anterior do nervo óptico (por exemplo, disco óptico) é avaliada. Por outro lado, o uso de ressonância magnética para avaliação do nervo óptico geralmente avalia a parte retrobulbar do nervo óptico a várias distâncias do globo. Vários estudos encontraram uma forte correlação entre a avaliação do disco óptico utilizando OCT e MRI^7,8. No entanto, ainda não há um protocolo unificado para avaliação e quantificação do nervo óptico na ressonância magnética. Delinear a borda do nervo óptico na ressonância magnética tem sido usado para quantificar sua área transversal⁵. No entanto, este método tem uma considerável variabilidade inter-rater, pois precisa ser feito por um rater experiente e requer um tempo considerável para delinear. O objetivo do projeto atual foi fornecer um protocolo para uma metodologia unificada de avaliação transversal do nervo óptico e quantificação usando 3 T MRI para aquisição de imagens e software Fiji da ImageJ para processamento e quantificação de imagens.

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Protocolo

O estudo seguinte foi aprovado pelo comitê de pesquisa e pelo conselho de revisão institucional do Hospital da Universidade da Jordânia. O protocolo a seguir descreverá a técnica de imagem usada para adquirir imagens de ressonância magnética, seguida de processamento de imagem e quantificação do nervo óptico usando o software Fiji.

1. Aquisição de imagem de ressonância magnética

NOTA: A aquisição de imagem mr foi feita utilizando uma ressonância magnética de 3 Tesla (3 T) para realizar uma sequência de supressão de gordura multiplanar T2 ponderada(Tabela de Materiais).

1. Explique o exame ao paciente. A seguir, estão instruções e explicações que precisam ser mencionadas ao paciente.
   1. Explique ao paciente que eles precisarão trocar de roupa e usar um vestido especial para imagem.
   2. Os pacientes removam qualquer delineador desgastado, pois ele pode produzir artefatos (especialmente a 3 T) devido à condutividade elétrica do pigmento de óxido de titânio.
   3. Certifique-se de que o paciente não tenha nenhuma contraindicação para realizar a ressonância magnética⁹:
      1. Pergunte ao paciente sobre quaisquer materiais metálicos, que podem incluir máscaras faciais, piercings, membros artificiais, implantes dentários magnéticos, clipes de aneurisma de artéria cerebral.
      2. Pergunte ao paciente sobre corpos estranhos intraoculares metálicos. Para isso, pergunte ao paciente se ele soldou sem equipamento de proteção adequado.
      3. Pergunte ao paciente sobre quaisquer dispositivos implantáveis pode ser incompatível com a ressonância magnética, incluindo marcapassos e bombas de insulina, medicamentos analgésicos ou bombas de quimioterapia. Além disso, implantes cocleares/implante de ouvido, sistemas de neuroestimulação implantável, sistemas de neuroestimulação implantável, cateteres com componentes metálicos, são todos contraindicados.
      4. Pergunte ao paciente sobre o corpo estranho metálico deixado dentro de seu corpo. Isso inclui balas, balas de espingarda e estilhaços de metal
      5. Pergunte ao paciente sobre quaisquer clipes cirúrgicos ou suturas de fio, substituição articular ou prótese, filtro de veia cava inferior (IVC), prótese ocular, stents ou dispositivo intrauterino.
      6. Pergunte ao paciente se eles fizeram uma tatuagem nas últimas 6 semanas.
      7. Pergunte ao paciente se eles foram submetidos a um procedimento de colonoscopia nas últimas oito semanas.
      8. Devido ao espaço confinado da máquina de ressonância magnética, pergunte ao paciente se eles têm claustrofobia.
         NOTA: Pode-se encontrar dificuldade com pacientes com alto índice de massa corporal (IMC).
   4. Explique ao paciente que o exame deve levar 15 minutos, onde o paciente precisa ficar parado.
2. Após completar as instruções e certificar-se de que o paciente compreende plenamente o exame, obtenha um consentimento assinado.
3. Durante a aquisição de imagens de ressonância magnética, coloque o supino do paciente na máquina de ressonância magnética e fixe-se em um alvo reto durante a imagem sem qualquer movimento da cabeça. Para pacientes com baixa acuidade visual, use um estímulo sonoro para otimizar a fixação. Métodos mais abrangentes de fixação envolvem fechar um olho, usar um alvo de fixação centralmente na forma de uma tela LCD que muda de cor e uso de lubrificantes oculares.
4. Certifique-se de que o paciente está ciente de que há um botão de aperto que pode ser pressionado se precisar de alguma coisa enquanto estiver na máquina de ressonância magnética. Enquanto uma bobina da cabeça pode ser usada, uma bobina ocular e uma bobina orbital podem ser mais adequadas para imagens oftálmicas.
5. Insira os seguintes parâmetros para aquisição de imagem: Uma sequência de supressão de gordura ponderada t2 (TR = 3000 milissegundos; TE = 90 milissegundos; TE = 100; campo de visão = 16 cm×16 cm; matriz = 296 * 384; espessura da fatia = 3 mm; lacuna de fatia = 0,3 mm). A imagem final analisada foi uma imagem coronal oblíqua 3 mm atrás do globo. É importante notar que, embora a sequência de supressão de gordura ponderada t2 seja geralmente usada para imagens de nervo óptico, outras sequências podem ser usadas, incluindo imagem de eco de giro rápido T2.
6. Tome um corte coronal do nervo óptico ortogonal (ou seja, perpendicular) para o nervo 3 mm posterior ao globo. Use imagens de reconhecimento nos planos sagital transversal e oblíquo para garantir a direção ideal do nervo óptico e o posicionamento óptico de junção do globo nervoso.
7. Avalie a qualidade da fixação do olhar pela distribuição de CSF em torno do nervo óptico, onde deve ser distribuído uniformemente ao redor do nervo óptico com espessura quase igual em todos os lados.
8. Repita o processo para a imagem do nervo óptico para o outro lado.

2. Análise de imagem

1. Baixe o pacote de processamento de imagens fiji de (https://imagej.net/Fiji).
2. Carregue a imagem coronal do nervo óptico para o software ImageJ Fiji para análise clicando em Arquivo da barra de menu, seguido pelo botão Abrir. Escolha a imagem coronal a ser processada. Transfira as imagens para o software Fiji sem perder a qualidade da imagem durante a transferência, pois a perda da qualidade da imagem levará a resultados não confiáveis de análise de imagem.
3. Padronize a escala especificando o número de pixels por unidade de comprimento, desenhando uma linha reta na escala do mapa. Em seguida, escolha definir escala na barra de menu Analisar. Especifique o comprimento da linha como aparece na escala do mapa com a adequada unidade de comprimento (ou seja, principalmente mm).
4. Converta a imagem em uma escala de cinza usando o menu de imagem e, em seguida, escolhendo Tipo e 8 bits.
5. Quantifique a intensidade dos pixels de matéria branca.
   1. Usando a ferramenta de seleção de laços(Plugin | | de segmentação Ferramenta laço), selecione uma área suficiente de matéria branca, certificando-se de não incluir a área de matéria cinzenta durante a seleção. Descobrimos que uma área total de matéria branca selecionada de cerca de 1000 pixels é suficiente. Use a ferramenta Analisar e Medir para quantificar a área selecionada.
6. Mostre a ferramenta Histograma do menu Analyze, que mostra a distribuição da intensidade dos pixels na área de matéria branca selecionada. Clique na caixa Ao Vivo para garantir que o histograma avalie a área selecionada. O gráfico no histograma deve mostrar uma distribuição normal de intensidade.
7. Calcule o intervalo de intensidade da matéria branca da seguinte forma:
   Limite inferior = intensidade média - (desvio padrão de 3**
   Limite superior = intensidade média + (desvio padrão de 3** )
8. Abra a ferramenta Limiar do menu Imagem, seguida pela função Ajustar. Especifique o intervalo calculado a partir da etapa anterior. Marque apenas a função de fundo escuro e especifique a anotação em preto e branco B&W da lista de gotas e clique em aplicar. A máscara para matéria branca presente dentro do disco óptico aparecerá.
9. Usando a ferramenta de seleção de laços(Plugin | | de segmentação Ferramenta laço), selecione a área preta representando o disco óptico.
10. Use a função Medir a partir da barra de menu Analisar, que calculará a área marcada pela função limiar em mm.

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Resultados

A razão copo/disco para um paciente do sexo masculino de 30 anos que se apresentou para um exame de oftalmologia de checkup foi de 0,8 (Figura 1A), o que é suspeito e pode ser sugestivo de glaucoma. Ao realizar uma tomografia de coerência óptica para espessura da camada de fibra nervosa, descobrimos que a espessura do nervo estava dentro dos limites normais para a idade(Figura 1B). O paciente foi agendado para uma ressonância magnética em órbita, onde um ...

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Discussão

Descrevemos um protocolo para avaliar e quantificar a matéria branca do nervo óptico que poderia ser usada para avaliação do paciente com glaucoma. O protocolo usa sequências de imagem amplamente disponíveis para aquisição de imagens, e usa o software Fiji de código aberto para análise de imagens. Padronizamos os parâmetros de imagem que antes eram considerados mais precisos e altamente reprodutíveis na aquisição de imagens de nervo óptico, incluindo pedir ao paciente para se fixar em frente, usando T2 com...

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Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
Magnetic resonance imaging (MRI) machine	Siemens Magnetom Verio	N/A	3T MRI scanner