Ручная сегментация сосудистого сплетения человека с помощью МРТ головного мозга

Резюме

Несмотря на важнейшую роль сосудистого сплетения в головном мозге, нейровизуализационные исследования этой структуры скудны из-за отсутствия надежных автоматизированных средств сегментации. Настоящий протокол направлен на обеспечение золотого стандарта ручной сегментации сосудистого сплетения, которая может быть использована для будущих нейровизуализационных исследований.

Аннотация

Сосудистое сплетение вовлечено в развитие нервной системы и ряд заболеваний головного мозга. Данные свидетельствуют о том, что сосудистое сплетение имеет решающее значение для созревания мозга, иммунной/воспалительной регуляции и поведенческого/когнитивного функционирования. Тем не менее, современные автоматизированные инструменты сегментации нейровизуализации плохо справляются с точной и надежной сегментацией сосудистой оболочки бокового желудочка. Кроме того, не существует инструмента, который сегментирует сосудистое сплетение, расположенное в третьем и четвертом желудочках головного мозга. Таким образом, протокол, описывающий, как сегментировать сосудистое сплетение в латеральном, третьем и четвертом желудочках, необходим для повышения надежности и воспроизводимости исследований, изучающих сосудистое сплетение при нарушениях развития нервной системы и головного мозга. Этот протокол предоставляет подробные шаги по созданию отдельно размеченных файлов в 3D Slicer для сосудистого сплетения на основе изображений DICOM или NIFTI. Сосудистое сплетение будет вручную сегментировано с использованием аксиальной, сагиттальной и корональной плоскостей изображений T1w, чтобы исключить вокселы из структур серого или белого вещества, граничащих с желудочками. Окна будут скорректированы, чтобы помочь в локализации сосудистого сплетения и его анатомических границ. В рамках данного протокола будут продемонстрированы методы оценки точности и надежности. Золотой стандарт сегментации сосудистого сплетения с использованием ручных разграничений может быть использован для разработки более совершенных и надежных автоматизированных инструментов сегментации, которыми можно открыто делиться для выяснения изменений в сосудистом сплетении на протяжении всей жизни и при различных заболеваниях головного мозга.

Введение

Функция сосудистого сплетения
Сосудистое сплетение представляет собой высоковаскуляризированную структуру в головном мозге, состоящую из фенестрированных капилляров и монослоя эпителиальных клеток сосудистого сплетения¹. Сосудистое сплетение проецируется в латеральный, третий и четвертый желудочки головного мозга и вырабатывает спинномозговую жидкость (ликвор), которая играет важную роль в формировании нейронных паттернов² и физиологии мозга ^3,4. Сосудистое сплетение секретирует нервно-сосудистые вещества, включает в себя хранилище, подобное с....

протокол

Настоящий протокол был одобрен Институциональным наблюдательным советом в Медицинском центре Бет Исраэль Диаконисс. Для демонстрации этого протокола был использован здоровый субъект с МРТ-сканированием головного мозга, на котором не было артефактов или движений, и было получено письменное информированное согласие. Для получения изображений 3D-T1 с разрешением 1 мм x 1 мм x 1,2 мм использовался МРТ-сканер 3,0 Тл с 32-канальной головной катушкой (см. таблицу материалов). Использовалась последовательность MP-RAGE ASSET с полем зрения 256 x 256, TR/TE/TI=7,38/3,06/400 мс и углом поворота 11 градусов.

1. Импорт МРТ головно....

Результаты

Предложенный метод подвергся итеративной доработке для сосудистого сплетения бокового желудочка, включая обширное тестирование на когорте из 169 здоровых людей контрольной группы и 340 пациентов с клинически высоким риском^{психоза.} Используя методику, описанную выше, автор.......

Обсуждение

Критические этапы протокола
При внедрении этого протокола особое внимание требуют три важных шага. Во-первых, проверка качества и контрастности МР-изображений является ключом к обеспечению точной сегментации. Если качество изображения слишком низкое, или контраст слишком ?.......

Материалы

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.