Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Burada verilen lezyon-belirti haritalama amacıyla açık erişim, standart görüntü işleme boru hattı için pratik bir öğretici. CT/MRG'deki manuel enfarktüs segmentasyonundan sonraki kayıttan standart alana kadar her işlem adımı için, örnek durumlarda pratik öneriler ve resimlerle birlikte adım adım gözden geçirilir.
Lezyon-semptom haritalamada (LSM), beyin fonksiyonu bir grup hastada edinsel beyin lezyonlarının yerini davranışsal veya bilişsel semptomlarla ilişkilendirerek çıkarılır. Beyin görüntüleme ve görüntü işleme son gelişmeler ile, LSM bilişsel nörobilimde popüler bir araç haline gelmiştir. LSM bilişsel ve bilişsel olmayan işlevler çeşitli insan beyninin fonksiyonel mimarisi içine temel anlayışlar sağlayabilir. LSM çalışmalarının gerçekleştirilmesinde önemli bir adım, büyük bir hasta grubunun beyin taramalarındaki lezyonların segmentasyonu ve her tetkikin ortak bir stereotaksik alana kaydedilmesidir (standart alan veya standart beyin şablonu olarak da adlandırılır). Burada açıklanan açık erişimli, lsm amacıyla enfarktüs segmentasyonu ve kayıt için standart bir yöntem, hem de örnek durumlarda dayalı ayrıntılı ve eller üzerinde bir geçiş. Ct taramaları ve DWI veya FLAIR MRI dizileri beyin enfarktüslerinin manuel segmentasyonu için kapsamlı bir öğretici, farklı tarama türleri için enfarktüs tanımlama ve tuzaklar için kriterler de dahil olmak üzere sağlanmaktadır. Kayıt yazılımı heterojen edinme parametreleri ile CT ve MRI verilerinin işlenmesi için kullanılabilecek birden çok kayıt düzeni sağlar. Bu kayıt yazılımının kullanılması ve görsel kalite kontrolleri ve manuel düzeltmelerin (bazı durumlarda gerekli olan) yapılması konusunda bir öğretici sağlanır. Bu yaklaşım, araştırmacılara, verilerin toplanmasından sonuçların nihai kalite kontrollerine kadar bir LSM çalışması gerçekleştirmek için gereken beyin görüntü işleme sürecinin tamamı için bir çerçeve sağlar.
Lezyon-semptom haritalama (LSM), ayrıca lezyon-davranış haritalama denir, insan beyninin fonksiyonel mimarisi ni incelemek için önemli bir araçtır1. Lezyon çalışmalarında, beyin fonksiyonu çıkarılan ve edinsel beyin lezyonları olan hastalar incelenerek lokalize. On dokuzuncu yüzyılda gerçekleştirilen belirli beyin konumları nörolojik belirtiler bağlayan ilk vaka çalışmaları zaten dil ve diğer birçok bilişsel süreçlerin anatomik korelasyoniçine temel anlayışlar sağladı2. Ancak, biliş ve diğer beyin fonksiyonlarının birçok yönünü nöroanatomik korelasyonlar zor kaldı. Son yıllarda, gelişmiş yapısal beyin görüntüleme yöntemleri ve teknik gelişmeler yüksek mekansal çözünürlük (yani, bireysel voxels veya ilgi belirli kortikal / subkortikal bölgeler düzeyinde) ile vivo LSM çalışmalarda büyük ölçekli sağlamıştır1 ,2. Bu metodolojik gelişmeler ile, LSM bilişsel nörobilimde giderek daha popüler bir yöntem haline gelmiştir ve biliş ve nörolojikbelirtilerinnöroanatomi içine yeni anlayışlar sunmaya devam ediyor 3 . Herhangi bir LSM çalışmada önemli bir adım lezyonların doğru segmentasyonu ve bir beyin şablonu kayıt. Ancak, LSM amacıyla beyin görüntüleme verilerinin ön işlenmesi için kapsamlı bir öğretici eksiktir.
Burada standart lezyon segmentasyon ve kayıt yöntemi için tam bir öğretici sağlanan. Bu yöntem, araştırmacılara standart laştırılmış beyin görüntü işleme için bir boru hattı ve kaçınılması gereken potansiyel tuzaklara genel bir bakış sağlar. Sunulan görüntü işleme boru hattı uluslararası işbirlikleri4 ile geliştirilmiştir ve amacı çok merkezli lezyon-semptom haritalama çalışmaları gerçekleştiren yeni kurulan Meta VCI harita konsorsiyumu, çerçevesinin bir parçasıdır vasküler kognitif bozukluk 5. Bu yöntem, farklı kaynaklardan görüntüleme veri kümelerinin birlikte işlenmesine olanak sağlamak için birden çok satıcının bt ve MRG taramalarını ve heterojen tarama protokollerini işlemek için tasarlanmıştır. Gerekli RegLSM yazılımı ve bu protokol için gerekli diğer tüm yazılımlar, lisans gerektiren MATLAB dışında serbestçe kullanılabilir. Bu öğretici segmentasyon ve beyin enfarktüslerinin kayıt üzerinde duruluyor, ancak bu görüntü işleme boru hattı da diğer lezyonlar için kullanılabilir, beyaz madde hiperintensiteleri gibi6.
Bir LSM çalışması başlamadan önce, genel kavramlar ve tuzaklar temel bir anlayış gereklidir. Çeşitli ayrıntılı kurallar ve bir otostopçu kılavuzu mevcuttur1,3,6. Ancak, bu değerlendirmeleri toplama ve uygun bir biçime beyin taramaları dönüştürme dahil pratik adımlar için ayrıntılı bir uygulamalı öğretici sağlamaz, beyin enfarktüs segmente, ve bir beyin şablonuna taramaları kayıt. Mevcut kağıt böyle bir öğretici sağlar. LSM'nin genel kavramları, konuyla ilgili daha fazla okumak için referanslar ile girişte verilmiştir.
Lezyon-semptom haritalama çalışmalarının genel amacı
Bilişsel nöropsikoloji açısından bakıldığında, beyin hasarı daha iyi bazı bilişsel süreçlerin nöronal temellerini anlamak ve beynin bilişsel mimarisinin daha eksiksiz bir resim elde etmek için bir model durum olarak kullanılabilir1 . Bu ilk Broca ve Wernicke2gibi öncüler tarafından on dokuzuncu yüzyılda post-mortem çalışmalarda uygulanan nöropsikoloji klasik bir yaklaşımdır. Fonksiyonel beyin görüntüleme çağında, lezyon yaklaşımı nörolojide önemli bir araç olarak kalmıştır, çünkü belirli bir beyin bölgesindeki lezyonların görev performansını bozduğunu kanıtlatır, fonksiyonel görüntüleme çalışmaları ise beyin bölgelerini görev performansı sırasında etkinleştirilir. Bu nedenle, bu yaklaşımlar tamamlayıcı bilgisağlar 1.
Klinik nöroloji açısından, LSM çalışmaları akut semptomatik infarktları, beyaz madde hiperintensitleri, lakunlar veya diğer lezyon tipleri (örneğin, tümörler) olan hastalarda lezyon yeri ile bilişsel işleyişi arasındaki ilişkiyi açıklığa kavuşturabilir. ). Son çalışmalar stratejik beyin bölgelerinde bu tür lezyonlar küresel lezyon yükü2,5,7,8daha bilişsel performans açıklayan daha alakalı olduğunu göstermiştir . Bu yaklaşım, karmaşık bozuklukların patofizyolojisinin anlaşılmasını geliştirme potansiyeline sahiptir (bu örnekte, vasküler kognitif bozukluk) ve yeni tanısal ve prognostik araçlar geliştirmek veya tedaviyi desteklemek için fırsatlar sağlayabilir stratejileri2.
LSM'nin biliş alanının ötesinde uygulamaları da vardır. Aslında, herhangi bir değişken lezyon yeri ile ilgili olabilir, klinik belirtiler de dahil olmak üzere, biyobelirteçler, ve fonksiyonel sonuç. Örneğin, yakın zamanda yapılan bir çalışmada iskemik inme sonrası fonksiyonel sonucun tahmin edici olduğu enfarktüs yerleri saptandı10.
İlgi tabanlı lezyon-semptom haritalamanın voxel tabanlı ve bölgesi
Lezyon-semptom haritalama yapmak için lezyonların bölümlere ayrılması ve beyin şablonuna kaydedilmesi gerekir. Kayıt işlemi sırasında, her hastanın beyni uzamsal olarak hizalanır (yani, normalleştirilmiş veya ortak bir şablona kayıtlıdır) beyin büyüklüğü, şekli ve oryantasyon farklılıklarını düzeltmek için, böylece lezyon haritasındaki her voxel aynı anatomik anatomik temsil eder tüm hastalar için yapı7. Standart alanda, burada kısaca özetlenen çeşitli analiz türleri yapılabilir.
Açıkları olan hastalarda, eksikliği olmayan hastalara göre lezyon dağılımındaki farkı göstermek için ham lezyon-çıkarma analizi yapılabilir. Ortaya çıkan çıkarma haritası, açıkları olan hastalarda daha sık hasar gören ve açıkları olmayan hastalarda bağışlanan bölgeleri göstermektedir1. Lezyon-çıkarma analizi belirli bir fonksiyonun ilişkili olduğu bazı içgörüler sağlasa da, istatistiksel bir kanıt sağlamaz ve örneklem boyutu voksel bazlı lezyon-semptom için yeterli istatistiksel güç sağlamak için çok düşük olduğunda artık çoğunlukla kullanılır. Eşleme.
Voksel tabanlı lezyon-semptom haritalamada, beyindeki her bir voksel düzeyinde bir lezyon varlığı ile bilişsel performans arasındaki ilişki belirlenir (Şekil 1). Bu yöntemin en büyük avantajı yüksek uzamsal çözünürlüktür. Geleneksel olarak, bu analizler birden fazla test için düzeltme yi garanti eden vedikkatealınmayan inter-voxel korelasyonların neden olduğu mekansal bir önyargıyı ortaya çıkaran toplu tek değişkenli bir yaklaşımlagerçekleştirilmiştir. , 11. Son zamanlarda geliştirilen yaklaşımlar inter-voxel korelasyonları dikkate alır (genellikle bayes analizi13gibi çok değişkenli lezyon-semptom haritalama yöntemleri olarak adlandırılır , destek vektör regresyonu4, 14, veya diğer makine öğrenme algoritmaları15) umut verici sonuçlar göstermek ve geleneksel yöntemlere göre voxel-bilge LSM analizleri bulguların duyarlılığı ve özgüllüğünü artırmak için görünür. Voxel-wise LSM için çok değişkenli yöntemlerin daha da geliştirilmesi ve doğrulanması devam eden bir süreçtir. Spesifik lezyon-semptom eşleme için en iyi yöntem seçimi, lezyonların dağılımı, sonuç değişkeni ve yöntemlerin altta yatan istatistiksel varsayımları da dahil olmak üzere birçok faktöre bağlıdır.
İlgi alanı (RoI)tabanlı lezyon-semptom haritalamada, belirli bir beyin bölgesindeki lezyon yükü ile bilişsel performans arasında bir ilişki belirlenir (bir illüstrasyon için Şekil 1 Biesbroek ve ark.2'ye bakınız). Bu yöntemin en büyük avantajı, anatomik yapı daki kümülatif lezyon yükünü dikkate almadır, bu da bazı durumlarda tek bir vokseldeki bir lezyondan daha bilgilendirici olabilir. Öte yandan, Yatırım Getirisi tabanlı analizler, yalnızca16. Geleneksel olarak, Roi tabanlı lezyon-semptom haritalama lojistik veya lineer regresyon kullanılarak yapılır. Son zamanlarda, collinearity ile daha iyi başa çok değişkenli yöntemler tanıtıldı (örneğin, Bayes ağ analizi17, destek vektör regresyon4,18, veya diğer makine öğrenme algoritmaları19), hangi olabilir lezyon-semptom haritalama çalışmalarından elde edilen bulguların özgüllüğünü artırmak.
Hasta seçimi
LSM çalışmalarında hastalar genellikle belirli bir lezyon tipine (örn. beyin enfarktları veya beyaz madde hiperintansitleri) ve tanı ile nöropsikolojik değerlendirme arasındaki zaman aralığına (örn. akut vs. kronik inme) göre seçilirler. En uygun çalışma tasarımı araştırma sorusuna bağlıdır. Örneğin, insan beyninin fonksiyonel mimarisi ni incelerken, akut inme hastaları ideal olarak bu aşamada fonksiyonel yeniden yapılanma gerçekleşmediği için dahil edilirken, kronik inme hastaları inmenin biliş üzerindeki uzun süreli etkileri. Hasta seçiminde dikkat edilmesi gereken hususların ve tuzakların ayrıntılı bir açıklaması başka bir yerde verilmiştir7.
Lezyon-semptom haritalama amacıyla beyin görüntüsü önişleme
Doğru lezyon segmentasyonu ve ortak bir beyin şablonuna kayıt lezyon-semptom haritalama da önemli adımlardır. Lezyonların manuel segmentasyonu, enfarktlar7dahil olmak üzere birçok lezyon tipi için altın standart olmaya devam etmektedir. Sağlanan BT taramaları manuel enfarktüs segmentasyon kriterleri hakkında ayrıntılı bir öğretici, difüzyon ağırlıklı görüntüleme (DWI), ve sıvı zayıflatılmış inversiyon kurtarma (FLAIR) MRI dizileri hem akut hem de kronik aşamalarında. Bölümlü enfarktüslerin (yani 3D ikili lezyon haritalarının) herhangi bir konu ötesi analiz ler yapılmadan önce kaydedilmesi gerekir. Bu protokol, çok merkezli bir ayar4geliştirilmiştir kayıt yöntemi RegLSM kullanır. RegLSM, hem BT hem de MRG için elastix20'ye dayalı doğrusal ve doğrusal olmayan kayıt algoritmaları uygular ve ct taramalarının kayıt kalitesini artırmak için özel olarak tasarlanmış ek bir CT işleme adımı21'dir. Ayrıca, RegLSM farklı hedef beyin şablonları ve yaşa özel CT / MRIşablon22bir (isteğe bağlı) ara kayıt adımı kullanarak sağlar. Hem BT hem de MRG taramalarını işleme imkanı ve orta ve hedef beyin şablonları ile ilgili özelleştirilebilirliği RegLSM'i LSM için son derece uygun bir görüntü işleme aracı haline getirir. CT/MRG taramalarının hazırlanması ve segmente edilmesi, beyin şablonuna kayıt ve gerekirse manuel düzeltmelerin (gerekirse) tüm süreci bir sonraki bölümde açıklanmıştır.
Şekil 1: Voksel bazlı lezyon-semptom haritalama kavramının şematik illüstrasyonu. Üst kısım, lezyonu segmente eden beyin görüntüsünü ön işleme adımlarını (bu durumda akut enfarktüs) ve ardından bir beyin şablonuna (bu durumda MNI-152 şablonu) kaydederek gösterir. Aşağıda, aynı hastanın kayıtlı ikili lezyon haritasının bir bölümü, her küpün bir voxel temsil ettiği 3B ızgara olarak gösterilmiştir. Diğer 99 hastanın lezyon haritaları ile birlikte bir lezyon kaplama haritası oluşturulur. Her voxel için, lezyon durumu ve bilişsel performans arasındaki ilişkiyi belirlemek için istatistiksel bir test yapılır. Burada gösterilen ki-kare testi sadece bir örnektir, herhangi bir istatistiksel test kullanılabilir. Tipik olarak, voxelyüz binlerce beyin boyunca test edilir, birden fazla karşılaştırmalar için bir düzeltme izledi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Bu protokol, kurumlarımızın insan araştırma etik komitesinin yönergelerini takip eder.
1. Taramalar ve Klinik Verilerin Toplanması
2. DICOM Görüntülerinin Nifti Dosyalarına Dönüştürülmesi
3. Enfarkt Segmentasyonu
Tsama türü | Kontur dan sonra zaman penceresi | Enfarkt özellikleri | Referans taradığı | Tuzaklar |
Ct | >24 saat | Akut: hipodens | - | - Sisleme fazı |
Kronik: BOS ve daha az hipodens jant ile hipodens kavite | - Hemorajik dönüşüm | |||
Dag | <7 gün | Aşırı yoğun | ADC: tipik hipoyoğun | - T2 parlaklık |
- Hava ve kemik/doku arasındaki arayüzlere yakın yüksek DWI sinyali | ||||
Flair | >48 saat | Akut: aşırı yoğun | Akut: DWI/ADC, T1 (yoğun veya hipoyoğun) | - Beyaz madde hiperintensitleri |
Kronik: hipoyoğun veya izointense (kavite), hiperyoğun jant | Kronik: T1 (BOS özelliği olan hipoyoğun kavite). | - Lakunlar |
Tablo 1: Farklı tarar türleri için enfarkt segmentasyonu ölçütlerinin özeti.
4. Standart Alana Kayıt
5. Kayıt Sonuçlarını İnceleyin
6. Elle Doğru Kayıt Hataları
7. Lezyon-semptom Eşleme Için Veri Hazırlama
CT(Şekil 3),DWI (Şekil 5) ve FLAIR (Şekil 6) görüntüleri ve MNI-152 şablonuna sonraki kayıt beyin enfarktüs segmentasyonları örnek durumlarda burada sağlanır. Şekil 3B ve Şekil 5C'de gösterilen kayıt sonuçları, ventrikülün ön boynuzunun yakınında yanlış hizalama olduğu için tam olarak başarılı olamadı. Bu baş...
LSM, insan beyninin fonksiyonel mimarisini incelemek için güçlü bir araçtır. Herhangi bir lezyon-semptom haritalama çalışmasında önemli bir adım görüntüleme verilerinin ön işlenmesi, lezyonun segmentasyonu ve beyin şablonuna kayıttır. Burada, lezyon-semptom haritalama amacıyla lezyon segmentasyonu ve kayıt için standart bir boru hattı rapor ediyoruz. Bu yöntem serbestçe kullanılabilir görüntü işleme araçları ile yapılabilir, hem BT hem de yapısal MRI taramaları işlemek için kullanıl...
Yazarlar çıkar çatışması olmadığını açıklarlar.
Dr Biesbroek çalışmaları Beyin Merkezi Rudolf Magnus Üniversitesi Tıp Merkezi Utrecht bir Genç Yetenek Bursu tarafından desteklenir. Bu çalışma ve Meta VCI Harita konsorsiyumu, Hollanda'nın ZonMw, Sağlık Araştırma ve Geliştirme Örgütü'nden Geert Jan Biessels'e vici Grant 918.16.616 tarafından desteklenmiştir. Yazarlar, dr. Tanja C.W. Nijboer'a figürlerden birinde kullanılan taramaları paylaştığı için teşekkür etmek isterler.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
dcm2niix | N/A | N/A | free download https://github.com/rordenlab/dcm2niix |
ITK-SNAP | N/A | N/A | free download www.itksnap.org |
MATLAB | MathWorks | N/A | Version 2015a or higher |
MRIcron | N/A | N/A | free download https://www.nitrc.org/projects/mricron |
RegLSM | N/A | N/A | free download www.metavcimap.org/support/software-tools |
SPM12b | N/A | N/A | free download https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/ |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır