Name: automated midline shift and intracranial pressure estimation based on brain ct images
Uploaded: 2013-04-13T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Automated Midline Shift and Intracranial Pressure Estimation based on Brain CT Images at JoVE.com

Materialet er baseret på arbejdet delvist støttet af National Science Foundation under Grant No IIS0758410. Dataene blev leveret af Carolinas Healthcare System.

1. Metode Oversigt Den foreslåede ramme behandler hjernen CT-billeder af traumatisk hjerneskade (TBI) patienter til automatisk at beregne midterlinjen skift i patologiske tilfælde og bruge det så godt som andet udvundet information til at forudsige intrakranielle tryk (ICP). Figur 1 viser skematisk diagram af hele ramme. Den automatiserede midterlinje shift måling kan opdeles i tre trin. Dels den ideelle midterlinjen af hjernen, dvs midterlinjen før skaden, er fu...

<ol>
	<li>Langlois, J. A., Rutland-Brown, W., Thomas, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Traumatic brain injury in the united states: emergency department visits, hospitalizations, and deaths. , (2006).</li><li>Moore, E. E., Feliciano, D. V., Mattox, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Trauma. , (2003).</li><li>Chen, W., Smith, R., Ji, S. Y., Ward, K. R., Najarian, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+Ventricular+Systems+Segmentation+in+Brain+CT+Images+by+Combining+Low-level+Segmentation+and+High-level+Template+Matching.">Automated Ventricular Systems Segmentation in Brain CT Images by Combining Low-level Segmentation and High-level Template Matching.</a> BMC Medical Informatics and Decision Making. 9, (2009).</li><li>Chen, W., Najarian, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Segmentation+of+Ventricles+in+Brain+CT+Images+Using+Gaussian+Mixture+Model+Method.">Segmentation of Ventricles in Brain CT Images Using Gaussian Mixture Model Method.</a> , 15-20 (2009).</li><li>Chen, W., Ward, K. R., Najarian, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Actual+Midline+Estimation+from+Brain+CT+Scan+Using+Multiple+Regions+Shape+Matching.">Actual Midline Estimation from Brain CT Scan Using Multiple Regions Shape Matching.</a> , 2552-2555 (2010).</li><li>Chen, W., Cockrell, C., Ward, K. R., Najarian, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracranial+Pressure+Level+Prediction+in+Traumatic+Brain+Injury+by+Extracting+Features+from+Multiple+Sources+and+Using+Machine+Learning+Methods.">Intracranial Pressure Level Prediction in Traumatic Brain Injury by Extracting Features from Multiple Sources and Using Machine Learning Methods.</a> , 510-515 (2010).</li><li>Greenspan, H., Ruf, A., Goldberger, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Constrained+Gaussian+mixture+model+framework+for+automatic+segmentation+of+MR+brain+images.">Constrained Gaussian mixture model framework for automatic segmentation of MR brain images.</a> IEEE Trans. Med. Imaging. 25 (9), 1233-1245 (2006).</li><li>Belongie, S., Malik, J., Puzicha, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape+matching+and+object+recognition+using+shape+contexts.">Shape matching and object recognition using shape contexts.</a> IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell. 24, 509-522 (2002).</li><li>Weszaka, J. S., Dyer, C. R., Rosenfeld, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+study+of+texture+measures+for+terrain+classification.">A comparative study of texture measures for terrain classification.</a> IEEE Trans. on Syst., Man, Cyber. , (1976).</li><li>Kingsbury, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complex+wavelets+for+shift+invariant+analysis+and+filtering+of+signals.">Complex wavelets for shift invariant analysis and filtering of signals.</a> Applied and Computational Harmonic Analysis. 10 (3), 234-253 (2002).</li><li>Mierswa, I., Wurst, M., Klinkenberg, R., Scholz, M., Euler, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=+Yale:+Rapid+prototyping+for+complex+data+mining+tasks."> Yale: Rapid prototyping for complex data mining tasks.</a> , 935-940 (2006).</li></ol>

I denne undersøgelse er en intuitiv og fleksibel ramme foreslog at løse to udfordrende problemer: den anslåede midterlinjen skift i CT billeder og ICP-niveau forudsigelse baseret på udtrukne funktioner. Evalueringsresultaterne viser effektiviteten af ​​den foreslåede metode. Så vidt vi ved, er det første gang en systematisk undersøgelse til at løse disse to problemer. Vi bemærker, at baseret på den generelle ramme, der er mange potentielle forbedringer, der kan opnås. For eksempel, i den foreslåede opde...

Hvert år er der omkring 1,4 mio traumatiske hjerneskader (TBI) relaterede skadestuebesøg sager i USA, hvoraf. Over 50.000 dødsulykker 1 Svær TBI er som regel ledsaget af en stigning i det intrakranielle tryk (ICP) med symptomer som hæmatomer og hævelse hjernevæv. Disse medfører reduceret cerebral perfusion tryk og cerebral blodstrøm, hvilket placerer den skadede hjerne i yderligere risiko. Svær ICP stigning kan være dødelig, så overvågningen ICP for patienter med TBI er afgørende. Dette kræver typisk placering af indlagte katetre direkte ind i hjernen til overvågning af tryk, en risikabel fremgangsmåde for patienter, der kun kan udføres ved specialiserede medicinske centre. Proceduren indebærer også risiko såsom infektion. Dog kan visse tegn på forhøjet ICP være mærkbar i medicinsk billedbehandling. Især er midterlinjen forskydning ofte forbundet med en stigning i ICP og kan opfanges fra hjernen beregnede tomography (CT) billeder. Således giver disse billeder mulighed for ikke-invasiv detektion af forhøjet ICP, som kan anvendes som en forudgående screening trin før kranial trepanation. CT scanning er stadig den gyldne standard for indledende TBI vurdering blandt alle andre afbildningsmodaliteter, fx MRI på grund af dens høje hastighed og relativt lave omkostninger 2. Hertil kommer, at en CT-undersøgelse ikke kræve en stram patient immobilitet, og har fordel i at afsløre alvorlige abnormiteter såsom knoglebrud og hæmatomer. Mens CT er almindeligt anvendt til påvisning af skader i hjernen, der er baseret på den nuværende teknologi, er midterlinjen skift ikke automatisk målt og derfor læger skal vurdere denne vigtige faktor ved visuel inspektion. Unøjagtig eller i uoverensstemmelse CT fortolkning er ofte forbundet med arten af ​​det menneskelige iagttagelsessystem, og den komplekse struktur af hjernen. Mens små midterlinjen skift er undvigende, er de ofte uvurderlige for vurdering af hjerneskade, i partikulær i de tidlige stadier af skader før en patients tilstand bliver mere alvorlig. På den anden side af spektret, tyder store midterlinjen skift stærkt forhøjet ICP og mere alvorlig TBI. Men det er en meget udfordrende opgave for mennesket til visuelt at undersøge CT-billeder og forudse omfanget af ICP kvantitativt. På grund af fremskridt inden for automatiserede beregningsmæssige teknikker, kan funktioner udvundet af CT-billeder, såsom midterlinjen skift, hæmatom volumen og tekstur af hjernen CT-billeder, måles præcist og automatisk ved hjælp af avancerede billedbehandling metoder. Men forholdet mellem ICP og midterlinjen skift samt andre funktioner såsom graden af ​​blødning, er teksturen fra CT billeder ikke blevet undersøgt. I dette papir, har en beregningsmæssige rammer blevet foreslået at måle midterlinjen skift måling samt andre fysiologiske / anatomiske træk på hjernen CT-billeder og derefter forudsige graden af ​​ICP non-forstyrrende med machine learning teknikker.

automated midline shift and intracranial pressure estimation based on brain ct images

I denne afhandling præsenterer vi et automatiseret system, der bygger hovedsageligt på computertomografi (CT)-billeder, der består af to hovedkomponenter: midterlinjen skift estimering og intrakranielle tryk (ICP) pre-screening system. For at estimere midterlinjen skift, først et skøn over den ideelle midterlinjen udføres på grundlag af symmetri af kraniet og anatomiske træk i hjernen CT-scanning. Derpå segmentering af hjertekamrene fra CT-scanning udføres og anvendes som en guide til identifikation af den faktiske midterlinien gennem formen matching. Disse fremgangsmåder efterligner måleprocessen af ​​læger og har vist lovende resultater i evalueringen. I den anden komponent, er flere funktioner ekstraheres forbindelse med ICP, såsom tekstur information, blod mængde fra CT-scanninger og andre registrerede funktioner, såsom alder, skade sværhedsscore at estimere ICP er også indbygget. Machine learning teknikker, herunder træk udvælgelse og klassificering, såsom støtteVector Machines (SVMs), er ansat til at opbygge forudsigelse model ved hjælp RapidMiner. Evalueringen af ​​forudsigelsen viser potentielle nytte af modellen. Den estimerede ideal midtlinie shift og forudsagt ICP-niveauer kan anvendes som en hurtig pre-screening trin for læger at træffe beslutninger, således at anbefale for eller imod invasiv ICP overvågning.

De test CT datasæt blev leveret af Carolinas Healthcare System (CHS) under Institutional Review Board godkendelse. Alle forsøgspersoner blev diagnosticeret med mild til svær TBI, når først indlagt på hospital. For hver patient blev ICP-værdien registreres hver time ved hjælp af ICP-prober inden i ventriklen region både før og efter CT-scanninger blev opnået. At knytte ICP værdien med hver CT-scanning, gennemsnittet af de to nærmeste målinger af ICP til tidspunktet for CT-scanning, som begge er inden for en...

Watch this Scientific Journal Video about Automated Midline Shift and Intracranial Pressure Estimation based on Brain CT Images at JoVE.com

Automated Midline Shift and Intracranial Pressure Estimation based on Brain CT Images

En automatiseret midterlinje shift estimation og intrakranielle tryk (ICP) pre-screening baseret på computertomografi (CT) billeder til patienter med traumatisk hjerneskade (TBI) er foreslået at bruge billedbehandling og machine learning teknikker.

Automatiseret Midline Shift og Intrakraniel Pressure Skøn baseret på Brain CT-billeder

In this paper we present an automated system based mainly on the computed tomography (CT) images consisting of two main components: the midline shift ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Epidural Intracranial Pressure Measurement in Rats Using a Fiber-optic Pressure Transducer

Epidural intrakranielt tryk Måling i rotter med et fiberoptisk Pressure Transducer

Elevated intracranial pressure (ICP) is a significant problem in several forms of ischemic brain injury including stroke, traumatic brain injury and ...

A Novel High-resolution In vivo Imaging Technique to Study the Dynamic Response of Intracranial Structures to Tumor Growth and Therapeutics

A Novel High-resolution In vivo Imaging Technique to Study the Dynamic Response of Intracranial Structures to Tumor Growth and Therapeutics

A Novel Høj opløsning<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging teknik til at undersøge den dynamiske respons af Intrakranielle Structures til tumorvækst og Therapeutics

We have successfully integrated previously established Intracranial window (ICW) technology 1-4 with intravital 2-photon confocal microscopy to develop a ...

Creating Anatomically Accurate and Reproducible Intracranial Xenografts of Human Brain Tumors

Oprettelse Anatomisk nøjagtig og reproducerbar Intrakraniel xenotransplantater of Human hjernetumorer

Orthotopic tumor models are currently the best way to study the characteristics of a tumor type, with and without intervention, in the context of a live ...

Assessing Cortical Cerebral Microinfarcts on High Resolution MR Images

Vurdere Kortikale Cerebral Microinfarcts på High Resolution MR-billeder

Cerebral microinfarcts are frequent findings in the post-mortem human brain, and are related to cognitive decline and dementia. Due to their small sizes ...

Proximal Cadaveric Femur Preparation for Fracture Strength Testing and Quantitative CT-based Finite Element Analysis

Proksimal afdød Lårben Forberedelse til brudstyrken Test og Quantitative CT-baserede Finite Element Analysis

Cadaveric fracture testing is routinely used to understand factors that affect proximal femur strength.  Because ex vivo biological tissues are prone to ...

Determining Glucose Metabolism Kinetics Using 18F-FDG Micro-PET/CT

Determining Glucose Metabolism Kinetics Using 18F-FDG Micro-PET/CT

Bestemmelse glucosemetabolisme Kinetics Brug<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG Micro-PET / CT

This paper describes the use of 18F-FDG and micro-PET/CT imaging to determine in vivo glucose metabolism kinetics in mice (and is transferable to rats). ...

Improved Method for the Establishment of an In Vitro Blood-Brain Barrier Model Based on Porcine Brain Endothelial Cells

Improved Method for the Establishment of an In Vitro Blood-Brain Barrier Model Based on Porcine Brain Endothelial Cells

Forbedret metode til etablering af et In Vitro blod - hjerne barrieren Model baseret på svin hjernen Endothelial Cells

The aim of this protocol presents an optimized procedure for the purification and cultivation of pBECs and to establish in vitro blood-brain barrier (BBB) ...

Gene Regulation and Targeted Therapy in Gastric Cancer Peritoneal Metastasis: Radiological Findings from Dual Energy CT and PET/CT

RIBOREGULATION og målrettet terapi i mavekræft Peritoneal metastase: radiologiske fund fra Dual Energy CT og PET/CT

Gastric cancer remains fourth in cancer incidence worldwide with a five-year survival of only 20%-30%. Peritoneal metastasis is the most frequent type of ...

A Swin Transformer-Based Model for Thyroid Nodule Detection in Ultrasound Images

En swin transformer-baseret model til skjoldbruskkirtlen knude detektion i ultralyd billeder

In recent years, the incidence of thyroid cancer has been increasing. Thyroid nodule detection is critical for both the detection and treatment of thyroid ...

Automated Processor for Clinical-Scale CAR-T Cell Manufacturing

Chimeric Antigen Receptor T Cell Manufacturing on an Automated Cell Processor

Advancements in CAR-T Cell Manufacturing and Gene Therapy Production (Video) | JoVE

Chimeric Antigen Receptor T-cellefremstilling på en automatiseret celleprocessor

Chimeric antigen receptor (CAR)-T cells represent a promising immunotherapeutic approach for the treatment of various malignant and non-malignant ...