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 basert på arbeid støttes delvis av National Science Foundation i henhold Grant No IIS0758410. Dataene ble levert av Carolinas Healthcare System.

1. Metodikk Oversikt Den foreslåtte rammeverket behandler hjernens CT-bilder av traumatisk hjerneskade (TBI) pasienter til automatisk å beregne midtlinjen skift i patologiske tilfeller og bruke det samt andre ekstrahert informasjon å forutsi intrakranielt trykk (ICP). Figur 1 viser skjematisk diagram av hele rammeverk. Den automatiserte midtlinjen skift måling kan deles inn i tre trinn. Først den ideelle midtlinjen av hjernen, dvs. midtlinjen før skaden, er funn...

<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 studien, er et intuitivt og fleksibelt rammeverk foreslått å ta to utfordrende problemer: estimering av midtlinjen skift i CT bilder og ICP nivå prediksjon basert på utvunnet funksjoner. Evalueringsresultatene viser effektiviteten av den foreslåtte metode. Så vidt vi vet, er dette første gang en systematisk studie for å møte disse to problemene. Vi legger merke til at basert på det generelle rammeverket, er det mange potensielle forbedringer som kan oppnås. For eksempel, i den foreslåtte segmentering...

Hvert år er det om lag 1,4 millioner traumatiske hjerneskader (TBI) relaterte akuttmottak tilfeller i USA, hvorav over 50.000 føre til dødsfall en. Alvorlig TBI er vanligvis ledsaget av en økning i intrakranielt trykk (ICP) med symptomer som hematomer og hevelse hjernevev. Disse resulterer i redusert cerebral perfusjon trykk og cerebral blodstrøm, plassere den skadde hjernen i ekstra risiko. Alvorlig ICP økningen kan være dødelig, så overvåking ICP for pasienter med hodeskader er avgjørende. Dette krever vanligvis plassering av inneliggende kateter direkte inn i hjernen for overvåking av trykk, en risikabel prosedyre for pasienter som bare kan utføres på spesialiserte medisinske sentre. Prosedyren innebærer også risiko som infeksjon. Imidlertid kan noen tegn til forhøyet ICP bli merkbar i medisinsk avbildning. I særdeleshet er midtlinjen skift ofte forbundet med en økning i ICP og kan fanges fra hjernen beregnede tomography (CT) bilder. Som sådan, disse bilder gir en mulighet for ikke-invasiv påvisning av forhøyede ICP som kan brukes som en pre-screening trinn før kranial trepanation. CT bildebehandling er fortsatt gullstandarden for første TBI vurderingen blant alle andre bildediagnostikk, f.eks MR, på grunn av sin høye hastighet og relative lave kostnader 2. Videre har et CT undersøkelse ikke krever strenge pasient immobilitet, og har fordelen i å avsløre alvorlige misdannelser som benbrudd og hematomer. Mens CT er ofte brukt for påvisning av skader i hjernen, basert på dagens teknologi, er midtlinjen skift ikke automatisk målt og derfor leger må vurdere dette viktig faktor ved visuell inspeksjon. Unøyaktig eller inkonsistent CT tolkning er ofte forbundet med arten av den menneskelige visuelle system og den komplekse strukturen av hjernen. Mens små midtlinjen skift er unnvikende, er de ofte uvurderlig for vurdering av hjerneskade, i partikulære på tidlige stadier av skade før en pasients tilstand blir mer alvorlig. På den andre siden av spekteret, antyder stort midtlinjen skift svært forhøyede ICP og mer alvorlig TBI. Men det er en svært utfordrende oppgave for mennesker å visuelt inspisere CT-bilder og forutsi nivået på ICP kvantitativt. På grunn av fremskritt i automatiserte beregningsorientert teknikker, kan funksjoner hentet fra CT-bilder, for eksempel midtlinjen skift, hematom volum og tekstur av hjernen CT-bilder, måles nøyaktig og automatisk ved hjelp av avanserte bildebehandlingsprogrammer metoder. Imidlertid, forholdet mellom ICP og midtlinjen skift samt andre funksjoner som grad av blødning, har tekstur fra CT bilder ikke er utforsket. I denne artikkelen har en beregningsorientert rammeverk vært foreslått å måle midtlinjen skift måling samt andre fysiologiske / anatomiske funksjoner på hjernen CT-bilder, og deretter forutsi graden av ICP non-intrusively bruker maskinen læring teknikker.

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

I denne artikkelen presenterer vi et automatisert system basert hovedsakelig på computertomografi (CT) bilder som består av to hovedkomponenter: midtlinjen skift estimering og intrakranielt trykk (ICP) pre-screening system. Å anslå midtlinjen skift, først en estimert den ideelle midtlinjen utføres basert på symmetri av skallen og anatomiske trekk i hjernen CT scan. Deretter er segmentering av ventriklene fra CT scan utføres og brukes som en veiledning for å identifisere selve midtlinjen gjennom formen matching. Disse prosessene etterligne måleprosessen av leger og har vist lovende resultater i evalueringen. I den andre komponenten, er flere funksjoner relatert til ekstrahert ICP, eksempel tekstur informasjon, blod beløp fra CT skanner og andre registrerte funksjoner, så som alder, skadegradstetthet vurdering å estimere ICP er også innarbeidet. Maskinlæring teknikker inkludert funksjonen utvalg og klassifisering, for eksempel støtte(SVMer), er ansatt for å bygge prediksjon modellen med RapidMiner. Evalueringen av prediksjon viser potensielle nytten av modellen. Den estimerte ideelle midtlinjen skift og spådde ICP nivåer kan brukes som en rask pre-screening steg for leger å ta avgjørelser, slik som å anbefale for eller mot invasiv ICP overvåking.

Testing CT datasett ble levert av Carolinas Healthcare System (CHS) under Institutional Review Board godkjennelse. Alle forsøkspersonene ble diagnostisert med mild til alvorlig TBI når den først innlagt på sykehuset. For hver pasient ble ICP verdien registreres hver time ved hjelp av ICP sonder inne ventrikkelen regionen både før og etter at CT ble erholdt. Å knytte ICP verdi med hver CT scan, gjennomsnittlig de to nærmeste målinger av ICP til den tiden av CT scan, som begge er innen en time av CT scan. Derette...

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 automatisert midtlinjen skift estimering og intrakranielt trykk (ICP) pre-screening system basert på computertomografi (CT) bilder for pasienter med traumatisk hjerneskade (TBI) er foreslått med bildebehandling og maskin lære teknikker.

Automatisert Midline Shift og intrakranielt trykk Estimering basert på Brain CT-bilder

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 Intrakraniell Trykkmåling i rotter ved hjelp av en fiberoptisk Pressure Svinger

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 Høy oppløsning<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging teknikk for å studere den dynamiske respons Intrakraniale Structures til tumorvekst 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

Opprette Anatomisk nøyaktige og reproduserbare Intrakraniell xenografts of Human Brain tumorer

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-bilder

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

Proksimale avdød Femur Forberedelse til Fracture Styrke Testing og kvantitativ CT-basert 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

Bestemme Glucose Metabolism Kinetics hjelp<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG mikro-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 metoden for etablering av en In Vitro blod - hjerne barrieren modell basert på svin hjernen endotelceller

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

Gene regulering og målrettet terapi på magekreft Peritoneal metastasering: radiologisk funn fra Dual energi 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-basert modell for skjoldbrusk knutedeteksjon i ultralydbilder

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

kimær antigenreseptor T-celleproduksjon på en automatisert celleprosessor

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