Name: lesion explorer: a video-guided, standardized protocol for accurate and reliable mri-derived volumetrics in alzheimer's disease and normal elderly
Uploaded: 2014-04-14T16:45:00
Duration: 12 min 50 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Lesion Explorer: A Video-guided, Standardized Protocol for Accurate and Reliable MRI-derived Volumetrics in Alzheimer's Disease and Normal Elderly at JoVE.com

Forfatterne takker for finansiel støtte fra følgende kilder. Udvikling og afprøvning af forskellige Neuroimaging analyser blev støttet af flere tilskud, især fra den canadiske Institutes of Health Research (MOP # 13129), Alzheimer Society of Canada og Alzheimers Association (USA), hjertet og slagtilfælde Foundation canadiske Partnerskab for slagtilfælde Recovery (HSFCPSR) og LC Campbell Foundation. JR modtager støtte løn fra Alzheimer Society of Canada; SEB fra Sunnybrook Research Institute og departementer of Medicine på Sunnybrook og U af T, herunder Brill Chair i Neurology. Forfattere får også støtte løn fra HSFCPSR.

<ol>
	<li>Ramirez, J., Gibson, E., Quddus, A., Lobaugh, N. J., Feinstein, A., Levine, B., Scott, C. J., Levy-Cooperman, N., Gao, F. Q., Black, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lesion+Explorer:+A+comprehensive+segmentation+and+parcellation+package+to+obtain+regional+volumetrics+for+subcortical+hyperintensities+and+intracranial+tissue.">Lesion Explorer: A comprehensive segmentation and parcellation package to obtain regional volumetrics for subcortical hyperintensities and intracranial tissue.</a> Neuroimage. 54 (2), 963-973 (2011).</li><li>Ramirez, J., Scott, C. J., Black, S. 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+short-term+scan-rescan+reliability+test+measuring+brain+tissue+and+subcortical+hyperintensity+volumetrics+obtained+using+the+lesion+explorer+structural+MRI+processing+pipeline.">A short-term scan-rescan reliability test measuring brain tissue and subcortical hyperintensity volumetrics obtained using the lesion explorer structural MRI processing pipeline.</a> Brain Topogr. 26 (1), 35-38 (2013).</li><li>Sled, J. G., Zijdenbos, A. P., Evans, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+nonparametric+method+for+automatic+correction+of+intensity+nonuniformity+in+MRI+data.">A nonparametric method for automatic correction of intensity nonuniformity in MRI data.</a> IEEE Trans. Med. Imaging. 17 (1), 87-97 (1998).</li><li>Wahlund, L. O., Barkhof, F., Fazekas, F., Bronge, L., Augustin, M., Sjogren, M., Wallin, A., Ader, H., Leys, D., Pantoni, L., Pasquier, F., Erkinjuntti, T., Scheltens, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+rating+scale+for+age-related+white+matter+changes+applicable+to+MRI+and.">A new rating scale for age-related white matter changes applicable to MRI and.</a> 32 (6), 1318-1322 (2001).</li><li>Pantoni, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebral+small+vessel+disease:+from+pathogenesis+and+clinical+characteristics+to+therapeutic+challenges.">Cerebral small vessel disease: from pathogenesis and clinical characteristics to therapeutic challenges.</a> Lancet Neurol. 9 (7), 689-701 (2010).</li><li>Black, S. E., Gao, F. Q., Bilbao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+white+matter+disease:+Imaging-pathological+correlations+in+vascular+cognitive+impairment.">Understanding white matter disease: Imaging-pathological correlations in vascular cognitive impairment.</a> Stroke. 40, (2009).</li><li>Arch Neurol, . <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 44, 21-23 (1987).</li><li>Carmichael, O., Schwarz, C., Drucker, D., Fletcher, E., Harvey, D., Beckett, L., Jack, C. R., Weiner, M., Decarli, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Longitudinal+changes+in+white+matter+disease+and+cognition+in+the+first+year+of+the+Alzheimer+disease+neuroimaging+initiative.">Longitudinal changes in white matter disease and cognition in the first year of the Alzheimer disease neuroimaging initiative.</a> Arch. Neurol. 67 (11), 1370-1378 (2010).</li><li>Wardlaw, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+is+a+lacune.">What is a lacune.</a> Stroke. 39 (11), 2921-2922 (2008).</li><li>Potter, G. M., Doubal, F. N., Jackson, C. A., Chappell, F. M., Sudlow, C. L., Dennis, M. S., Wardlaw, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Counting+cavitating+lacunes+underestimates+the+burden+of+lacunar+infarction.">Counting cavitating lacunes underestimates the burden of lacunar infarction.</a> Stroke. 41 (2), 267-272 (2010).</li><li>Barkhof, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enlarged+Virchow-Robin+spaces:+do+they+matter.">Enlarged Virchow-Robin spaces: do they matter.</a> J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 75 (11), 1516-1517 (2004).</li><li>Zhu, Y. C., Dufouil, C., Soumare, A., Mazoyer, B., Chabriat, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tzourio+C.+High+degree+of+dilated+Virchow-Robin+spaces+on+MRI+is+associated+with+increased+risk+of+dementia.">Tzourio C. High degree of dilated Virchow-Robin spaces on MRI is associated with increased risk of dementia.</a> J. Alzheimers Dis. 22 (2), 663-672 (2010).</li><li>Levy-Cooperman, N., Ramirez, J., Lobaugh, N. J., Black, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Misclassified+tissue+volumes+in+Alzheimer+disease+patients+with+white+matter+hyperintensities:+importance+of+lesion+segmentation+procedures+for+volumetric+analysis.">Misclassified tissue volumes in Alzheimer disease patients with white matter hyperintensities: importance of lesion segmentation procedures for volumetric analysis.</a> Stroke. 39 (4), 1134-1141 (2008).</li><li>Kovacevic, N., Lobaugh, N. J., Bronskill, M. J., Levine, B., Feinstein, A., Black, S. 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+robust+method+for+extraction+and+automatic+segmentation+of+brain+images.">A robust method for extraction and automatic segmentation of brain images.</a> Neuroimage. 17 (3), 1087-1100 (2002).</li><li>Nestor, S. M., Rupsingh, R., Borrie, M., Smith, M., Accomazzi, V., Wells, J. L., Fogarty, J., Bartha, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ventricular+enlargement+as+a+possible+measure+of+Alzheimer's+disease+progression+validated+using+the+Alzheimer's+disease+neuroimaging+initiative+database.">Ventricular enlargement as a possible measure of Alzheimer's disease progression validated using the Alzheimer's disease neuroimaging initiative database.</a> Brain. 131, 2443-2454 (2008).</li><li>Moody, D. M., Brown, W. R., Challa, V. R., Anderson, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Periventricular+venous+collagenosis:+association+with+leukoaraiosis.+Radiology.">Periventricular venous collagenosis: association with leukoaraiosis. Radiology.</a> (2), 469-476 .</li><li>Brown, W. R., Moody, D. M., Challa, V. R., Thore, C. R., Anstrom, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Venous+collagenosis+and+arteriolar+tortuosity+in+leukoaraiosis.">Venous collagenosis and arteriolar tortuosity in leukoaraiosis.</a> J. Neurol. Sci. 15, 203-204 (2002).</li><li>Talairach, J., Tournoux, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Co-planar Stereotaxic Atlas of the Human Brain. , (1988).</li><li>Dade, L. A., Gao, F. Q., Kovacevic, N., Roy, P., Rockel, C., O'Toole, C. M., Lobaugh, N. J., Feinstein, A., Levine, B., Black, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semiautomatic+brain+region+extraction:+a+method+of+parcellating+brain+regions+from+structural+magnetic+resonance+images.">Semiautomatic brain region extraction: a method of parcellating brain regions from structural magnetic resonance images.</a> Neuroimage. 22 (4), 1492-1502 (2004).</li><li>Shrout, P. E., Fleiss, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intraclass+correlations:+uses+in+assessing+rater+reliability.">Intraclass correlations: uses in assessing rater reliability.</a> Psychol. Bull. 86, 420-428 (2008).</li><li>Zijdenbos, A. P., Dawant, B. M., Margolin, R. A., Palmer, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphometric+analysis+of+white+matter+lesions+in+MR+images:+method+and+validation.">Morphometric analysis of white matter lesions in MR images: method and validation.</a> IEEE Trans. Med. Imaging. 13 (4), 716-724 (1994).</li><li>Chow, T. W., Takeshita, S., Honjo, K., Pataky, C. E., Comparison, S. t. J. a. c. q. u. e. s. ,. P. .. L. .. ,. K. u. s. a. n. o. ,. M. .. L. .. ,. C. a. l. d. w. e. l. l. ,. C. .. B. .. ,. R. a. m. i. r. e. z. ,. J. .. ,. B. l. a. c. k. ,. S. .. ,. V. e. r. h. o. e. f. f. ,. N. .. P. .. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=of+manual+and+semi-automated+delineation+of+regions+of+interest+for+radioligand+PET+imaging+analysis.">of manual and semi-automated delineation of regions of interest for radioligand PET imaging analysis.</a> BMC Nucl. Med. 7, (2007).</li><li>Gilboa, A., Ramirez, J., Kohler, S., Westmacott, R., Black, S. E., Moscovitch, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retrieval+of+autobiographical+memory+in+Alzheimer's+disease:+relation+to+volumes+of+medial+temporal+lobe+and+other+structures.">Retrieval of autobiographical memory in Alzheimer's disease: relation to volumes of medial temporal lobe and other structures.</a> Hippocampus. 15 (4), 535-550 (2005).</li><li>Black, S., Iadecola, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vascular+cognitive+impairment:+small+vessels,+big+toll:+introduction.">Vascular cognitive impairment: small vessels, big toll: introduction.</a> Stroke. 40(3 Suppl), S38-S39. , (2009).</li><li>Brown, W. R., Moody, D. M., Thore, C. R., Challa, V. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebrovascular+pathology+in+Alzheimer's+disease+and+leukoaraiosis.">Cerebrovascular pathology in Alzheimer's disease and leukoaraiosis.</a> , 903-939 (2000).</li><li>Moody, D. M., Brown, W. R., Challa, V. R., Anderson, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Periventricular+venous+collagenosis:+association+with+leukoaraiosis.+Radiology.">Periventricular venous collagenosis: association with leukoaraiosis. Radiology.</a> (2), 469-476 .</li><li>Hernandez, M. D., Piper, R. J., Wang, X., Deary, I. J., Wardlaw, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+the+automatic+computational+assessment+of+enlarged+perivascular+spaces+on+brain+magnetic+resonance+images:+A+systematic+review.">Towards the automatic computational assessment of enlarged perivascular spaces on brain magnetic resonance images: A systematic review.</a> J. Magn. Reson. Imaging. , (2013).</li></ol>

Forfatterne har ikke noget at afsløre.

LE segmentering og udstykning procedure blev udviklet specielt til at få de regionale volumetrics fra MR-scanning af AD og normal ældre. Mens der er mange fuldautomatiske rørledninger, der anvender komplekse beregningsmæssige algoritmer til at udføre disse operationer, disse værktøjer tendens til at mangle den individualiserede nøjagtighed og præcision, LE semi-automatisk rørledning producerer. Det trade-off med semi-automatiske processer er de ressourcer, der kræves til korrekt træne operatører med den anatomiske viden og beregningsmæssige færdigheder er nødvendige for at anvende en sådan omfattende pipeline. Men en af ​​de primære fordele ved en individualiseret imaging rørledning er evnen til at opnå kvantitative volumetrics fra moderate til svære tilfælde af neurodegeneration når automatiske rørledninger mislykkes. Da LE rørledning tidligere er blevet evalueret og anvendt til forskellige ældre og demente befolkninger 1,2,13,14,19,22,23, de vigtigste spørgsmål, der are typisk stødt af trænede operatører er veldokumenterede og er opsummeret nedenfor. Den manuelle kontrol og redigering påkrævet med Brain-Sizer komponent omfatter TIV udvinding maskering procedure, vCSF omplacering og manuel fjernelse af hjernestammen, lillehjernen og andre subtentorial strukturer. For hjerne udvinding, automatiske TIV output er generelt en anstændig maske forudsat at de oprindelige PD/T2 billederne er af god kvalitet. Men på grund af den relative intensitet værdier af vaskulære og nervevæv mediale til ringere tidsmæssige poler, proximalt til halspulsårerne denne region typisk kræver nogle redigering. Derudover slim i næsehulen tendens til at påvirke regionale intensitet histogrammer, skævvridning intensitet cut-offs værdier i de forreste frontale regioner, som har en tendens til at kræve yderligere manuel redigering af den automatiske TIVauto maske. Endelig er ekstra manuel redigering typisk kræves i de mest overlegne regioner, hvor glObal atrofi tendens til at resultere i en stigning i mængden af ​​subarachnoid CSF lige under dura mater. Alternativt atrofi er forbundet med ventrikelforstørrelse tendens til at minimere operatørens indgreb der er nødvendige med vCSF omplacering. En anden fordel ved at have en tri-feature coregistration fremgangsmåde er evnen til at identificere cystisk væskefyldte infarkter proximale til ventriklerne, eventuelt på grund af periventrikulær venøs vaskulopati 5,24-26, som kan identificeres på grund af deres relativ intensitet på PD og T1 ( hyperintense på PD, hypointense læsioner på T1). Disse hypointensities kan afgrænses fra vCSF bruge manuelle grænser trukket i ITK-SNAP_sb før floodfilling operationer. Da vCSF omplacering udføres i T1-erhvervelse plads i tilfælde, hvor tilpasningen afviger langt fra CCAM flyet, kan kræves en grænse for 3. ventrikel og quadrigeminal cisterne, hvis pc&#39;en ikke er fuldt synlig. Selv tentorium er en forholdsvis let struktur differentiate flere anatomi-baserede regler hjælpe med at vejlede manuel fjernelse af hjernestammen og subtentorial strukturer, især når lokalisering adskillelsen af ​​cerebrale stilke fra den mediale tindingelappen. SABRE landmarking er en stereotaktisk baseret procedure udført i standard ACPC afstemt billeder, der giver mulighed for moderat forudsigelig lokalisering af bestemte anatomiske kendetegn. Undtagelser fra denne er tilfælde med ekstrem atrofi og normale variabilitet på grund af individuelle forskelle i neuroanatomi. Hjerneatrofi resulterer i et samlet tab af parenkym, øget CSF langs midterlinien omgiver falx cerebri, hvilket øger vanskeligheden ved at vælge passende punkter at placere vartegn. Regelbaserede protokoller er påkrævet, identificere tilfælde, hvor undtagelser fra den generelle regel er påkrævet. Normale variationer i anatomien, især i den relative placering af den centrale sulcus og parieto-occipital sulcus, også øge vanskety manuel afgrænsning af disse strukturer. Men den grafiske brugergrænseflade anvendes af SABRE giver mulighed for real-time rotation af overflade rendered images, som i væsentlig grad bistår i beslutningsprocessen til visualisering af disse særlige vartegn. Endelig har nogle regel-baseret protokol blevet integreret programmering i softwaren for at forhindre operatør overtrædelse f.eks central sulcus afgrænsning er tvunget til at bevæge sig bagud (line sporing er forhindret i at gå tilbage på sig selv). Læsionen-Seg komponenten manual kontrolprocedure kræver ekspertise i visuel identifikation af relevant hyperintensities, en visuel perception færdighed, som kun erhverves efter udsættelse for scanninger med varierende grader af SH. Falsk-positive minimering algoritmer hjælpe med fjernelse af de fleste fejl i den indledende segmentering. Men differentiering mellem dilaterede perivaskulære rum (Virchow-Robin mellemrum: VRS) i lentiform kernen og reLevant SH i den eksterne kapsel, claustrum, ekstrem kapsel, og subinsular regioner kan være svært. Dette er særligt vanskeligt i tilfælde med VRS i basalganglierne. En nylig papir skitserer standarder for rapportering Vaskulære ændringer på Neuroimaging (STRIVE), anbefalede en størrelse kriterium for at skelne VRS fra lacunes, og beskrive VRS til at være mere lineære og CSF intensitet på MRI. For at løse disse problemer med VRS identifikation, har LE vedtaget: a) en anatomi-baserede regel, der forhindrer virksomhederne i at vælge en hyperintensity der falder inden for lentiform kerne, b) en størrelse kriterium for at udelukke hyperintensities mindre end 5 mm i diameter, og c) en relativ intensitet regel for yderligere udstødelse på grund af den relative CSF intensitet på PD, T2 og T1 27. Derudover kan normal hyperintense signal findes langs midterlinien og falx cerebri, især på FLAIR billedbehandling, hvilket kan være svært at skelne mellem relevant SH langs corpus callosum. I tilfælde afsådan overlapning, er anatomi-baserede regler implementeres, hvor kun SH, som strækker sig ud i periventrikulære regioner accepteres. Afslutningsvis er det vigtigt at forstå, at denne skriftlige komponent er beregnet til at supplere en video-styret, standardiseret protokol offentliggørelsen i JOVE ( <a href="http://www.jove.com">http://www.jove.com</a> ). Mens traditionelle statiske tal hjælpe med at forklare nogle begreber, er mere effektive video-baserede tutorials til at kommunikere de involverede med en omfattende neuroimaging rørledning såsom Læsion Explorer komplekse metodologiske processer.

Brain billedanalyse er en nye inden for neurovidenskab kræver dygtige operatører med en høj grad af beregningsmæssige og neuroanatomiske kompetence. For at få kvantitative oplysninger fra magnetisk resonans (MRI) er en uddannet operatør ofte forpligtet til at gennemføre, overvåge og redigere, computer-genereret imaging udgange genereret fra rå MRIs. Mens mange &#39;fuldautomatiske&#39; billeddiagnostiske værktøjer er frit tilgængelige via internettet, nøjagtighed og pålidelighed er tvivlsom, når den anvendes som en novice operatør mangler viden, uddannelse og kendskab til den downloadede værktøj. Selvom on-site uddannelse er den mest foretrække pædagogiske tilgang, præsentationen af ​​en video-guidet, standardiseret protokol er et levedygtigt alternativ, især hvis de ledsages af en uddannelse sæt billeder. Derudover kan uddannelsen sæt billeder skal bruges til kvalitetskontrol foranstaltninger såsom en off-site inter-rater pålidelighed test. CHallenges udvikle en billedbehandling rørledning, især når studere aldring og Alzheimers sygdom (AD), omfatter en lang række tekniske og biologiske problemer. Selv om nogle tekniske problemer løses med efterbehandling korrektionsalgoritmer 3, variabilitet på grund af individuelle forskelle og patologiske processer indføre mere komplekse hindringer. Brain atrofi og ventrikulær udvidelsen kan reducere levedygtighed registrering vridning og skabelon-matchende tilgange. Tilstedeværelsen af aldersrelateret hvide substans ændrer 4 og små karsygdom 5,6, observeret som subcortical hyperintensities (SH) 7,8, cystisk væskefyldte lacunar-lignende infarkter 9,10 og dilaterede perivaskulære rum 11,12, yderligere komplicere segmentering algoritmer. I tilfælde af signifikant hvide substans sygdom, kan en enkelt T1 segmentering medføre overvurdering af grå substans (GM) 13, som kun kan afhjælpes med en ekstra selvgmentation hjælp proton tæthed (PD), T2-vægtet (T2), eller væske-svækkede inversion recovery (FLAIR) billeddannelse. I lyset af disse udfordringer, læsionen Explorer (LE) billedbehandling rørledning implementerer en halvautomatisk tri-funktionen (T1, PD, T2) tilgang, udnytte uddannede operatører på bestemte stadier, når menneskelig indgriben er at foretrække 1,2. Brain ekstraktion (eller kranium stripning) typisk en af ​​de første operationer, der udføres i Neuroimaging. På denne baggrund nøjagtigheden af ​​den samlede intrakraniel hvælving (TIV) ekstraktion proces i høj grad påvirker efterfølgende operationer længere nede i rørledningen. Væsentlig over-erosion, hvilket resulterer i tab af hjernen, kan føre til overvurdering af hjernen atrofi. Alternativt betydelig under-erosion, hvilket resulterer i medtagelse af dura og andet nonbrain sag, kan føre til inflation i hjernen mængder. LE Brain-Sizer komponent adresser mange af disse spørgsmål ved hjælp af en tri-funktionen (T1, T2, og PD) tilgang til at generereen TIV maske, som giver bedre resultater i forhold til single-feature metode 1. Derudover er automatisk genereret TIV maske manuelt kontrolleres og redigeres ved hjælp af standardiseret protokol, der identificerer regioner modtagelige for kraniet stripping fejl. Efter hjernen ekstraktion segmentering udføres på kraniet-strippet T1, hvor hver hjerne voxel er tildelt til en af ​​3 etiketter: GM, hvid substans (WM) eller cerebrospinalvæske (CSF). Segmentering opnås automatisk ved hjælp af en robust kurvetilpasningsprogram algoritme anvendt på globale og lokale intensitet histogrammer; en teknik udviklet til at løse intensitet uensartethed artefakt og en nedsat adskillelse mellem GM og WM intensitet amplitude i antidumpingsager 14. The Brain-Sizer komponent indeholder også procedurer for manuel udpegning af hjertekamrene og fjernelse af subtentorial strukturer. Segmentering af ventrikulær CSF (vCSF) er særlig vigtig, da ventrikel størrelse er et almindeligt anvendt BioMarker for AD demens 15. Derudover afgrænsning af hjertekamrene og plexus chorioideus er bydende nødvendigt for korrekt identifikation af periventricular hyperintensities (pvSH), som menes at afspejle en form for lille fartøj sygdom karakteriseret ved venøs collagenosis 5,16,17. Brug T1 til reference, er manuel ommærkning af FSR voxel til vCSF opnået med manuelle floodfill operationer på segmenterede billede. Typisk laterale ventrikler er lettere at skelne fra sulcal CSF. Af denne grund anbefales det at begynde floodfilling i aksial, startende fra essentielle skiver og bevæger inferiorly. Den mediale dele af ventrikulære system, især den 3. ventrikel, er vanskeligere at afgrænse og er givet særlige anatomi-baserede regler, som er skitseret i manualen. Brain-Sizer endelige skridt omfatter fjernelse af hjernestammen, lillehjernen og andre subtentorial strukturer ved hjælp af manuelle sporingsforanstaltninger beskrevet i et ekstra sæt of anatomi-baserede standardiserede protokoller. Den semi-automatiske Brain Region Extraction (SABRE) komponent er rørledningens udstykning procedure. Denne fase kræver uddannede operatører til at identificere de følgende anatomiske kendetegn: forreste og bageste commissure (AC, PC); posterior hjerne kant; central kanal; medio sagittalplan; preoccipital hak; occipito-parietale sulcus; central sulcus, og; Sylvian revne. Baseret på disse skelsættende koordinater, er en Talairach-lignende 18 gitter automatisk genereret og regional udstykning er gennemført 19. Lokaliteter er let identificeres på CCAM afstemt billeder, som er genereret automatisk og manuelt kontrolleres forud for SABRE landmarking procedurer. Læsionen-Seg komponenten er den sidste fase af rørledningen, hvor identifikation og kvantificering SH er gennemført. Den indledende automatiske SH segmentering implementerer en kompleks algoritme, som omfatter PD/T2-based SH segmentation, fuzzy c-midler maskering, og ventrikulær dilatation. Disse operationer resulterer i en automatisk genereret læsion segmentering maske, der manuelt kontrolleret og redigeret for falske positiver og andre fejl. Som hyperintense signal på MRI kan skyldes nonpathological kilder (f.eks bevægelsesartefakt, normal biologi), er en ordentlig uddannelse, der kræves for præcis identifikation af relevant SH. Det endelige resultat af LE rørledning er en omfattende volumetrisk profil indeholder 8 forskellige væv og læsion volumetrics der parcellated i 26 SABRE hjernen regioner. For at opnå en individuel operatør inter-rater pålidelighed test off-site, anbefales det at udføre den fulde LE rørledningen på uddannelse sæt følger med softwaren (http://sabre.brainlab.ca). Brug af volumetriske resultater, inter-klasse korrelationskoefficient (ICC) 20 statistikker kan beregnes for hver væv klasse (GM / WM / CSF) i hver SABRE region. Brug af segmentation billeder, Similarity Index (SI) 21 statistikken kan beregnes til at vurdere graden af rumlig kongruens. Derudover kan intra-rater pålidelighed vurderes på samme operatørens resultater, efter en kort periode er gået mellem operatørens 1. og 2. segmentering redigeringer. Forudsat at off-site operatør klæber til navngivning konventioner skitseret i LE manual, kan pålidelighed statistik beregnes off-site bruger mest basale statistiske softwarepakker. I betragtning af disse kvalitetskontrol og video-styrede standardiseret protokol, kan off-site operatører har større tillid til, at LE rørledningen anvendes nøjagtigt og pålideligt.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="815">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:333px;">Magnetic resonance imaging machine (1.5 Tesla)</td>
			<td style="width:91px;">General Electric</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:273px;">See Table 1 for acquisition parameters</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:333px;">Magnetic resonance imaging machine (3 Tesla)</td>
			<td style="width:91px;">General Electric</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>See Table 2 for acquisition parameters</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

lesion explorer: a video-guided, standardized protocol for accurate and reliable mri-derived volumetrics in alzheimer's disease and normal elderly

Indhentning in vivo menneskelige hjerne væv volumetrics fra MRI er ofte kompliceret af forskellige tekniske og biologiske problemer. Disse udfordringer bliver forværrede, når betydelige hjerne atrofi og aldersrelaterede hvide substans ændringer (f.eks Leukoaraiosis) er til stede. Læsion Explorer (LE) er en præcis og pålidelig neuroimaging rørledning specielt udviklet til at behandle sådanne spørgsmål almindeligt observerede på MR-scanning af Alzheimers sygdom og normal ældre. Rørledningen er et komplekst sæt af semi-automatiske procedurer, der tidligere er blevet valideret i en række interne og eksterne pålidelighedsløb 1,2. Men er meget afhængig af veluddannede manuelle operatører LE nøjagtighed og pålidelighed til at udføre kommandoer, identificere distinkte anatomiske kendetegn, og manuelt redigere / kontrollere forskellige computer-genereret segmentering udgange. LE kan opdeles i 3 hovedkomponenter, hver kræver et sæt af kommandoer og manuel operationer: 1) Brain-Sizer, 2) SABRE, og 3) Læsion-seg. Brain-Sizer manuelle operationer involverer redigering af automatiske kraniet-strippet total intrakranielt hvælving (TIV) ekstraktion maske, udpegning af ventrikulær cerebrospinalvæske (vCSF), og fjernelse af subtentorial strukturer. SABRE komponent kræver kontrol af billedet justering langs forreste og bageste commissure (CCAM) plan, og identifikation af adskillige anatomiske kendetegn, der kræves for regional udstykning. Endelig Læsion-Seg komponent involverer manuel kontrol af den automatiske læsion segmentering af subcortical hyperintensities (SH) for falske positive fejl. Mens uddannelse på stedet af LE rørledningen er at foretrække, let tilgængelige visuelle pædagogiske værktøjer med interaktive uddannelse billeder er et levedygtigt alternativ. Udviklet til at sikre en høj grad af nøjagtighed og pålidelighed, følgende er en trin-for-trin, video-styret, standardiseret protokol for LE manuelle procedurer.

Inter-rater pålidelighed kan vurderes ved hjælp af flere målinger. Brug af uddannelsen sæt, forudsat online ( <a href="http://sabre.brainlab.ca">http://sabre.brainlab.ca</a> ), er de følgende trin anbefales at vurdere inter-rater pålidelighed for hver af procesleddene efter afslutningen af LE. Brain-Sizer: For at vurdere inter-Rater pålideligheden af ​​hjernen ekstraktionsprocedurer, generere volumetrics for hver TIV-E masker, &lt;navn&gt; _TIVedit, ved hjælp af &lt;img_count&gt; kommando. Indtast disse volumetrics ind i en statistisk softwarepakke (fx SPSS), sammen med de TIVedit volumetrics fastsatte hver af uddannelsen sæt (se Excel / csv-fil leveres online) og beregne den inter-rater korrelationskoefficient (ICC). Hele hjernen volumetrics til in-house uddannede testere få rapporteret ICC = 0,99, p &lt;0,0001 1,2. Derudover kan evalueringen af ​​den rumlige aftale om TIV maskering vurderes ved hjælp afSI 21. Matlab koden leveres online for at beregne SI-værdier mellem to raters. For at vurdere ventrikulær omplacering, generere vCSF volumener vha. &lt;img_count&gt; kommando for hver af de segmentering filer med vCSF voxels videretildelt, dvs. &lt;name&gt; _ seg_vcsf. Den vCSF volumen er værdien ved siden af ​​rækken &#39;7 &#39;i kolonnen med titlen&#39; volumen &quot;. Brug de samme procedurer til at evaluere TIV inter-rater pålidelighed, beregne ICC og SI for vCSF. Fjernelse af hjernestammen, lillehjernen og subtentorial strukturer kan vurderes på samme måde ved at køre &lt;img_count&gt; kommando på &lt;navn&gt; _seg_vcsf_st. De anvendes til denne segmentering maske voluminer vises på den anden sidste række med titlen &#39;total optælling af nonzero voxels:&#39; under &#39;volumen «(den sidste kolonne til højre). Anvendelse af de samme procedurer til at evaluere TIV og vCSF, beregne ICC og SI for denne maskering procere at bruge de volumetrics i excel-filen leveret og &lt;navn&gt; _seg_vcsf_st filer. SABRE: Mens Brain-Sizer manuelle procedurer nemt kan vurderes ved hjælp af standard målinger, ACPC justering er lidt sværere. Af denne grund er matrix-filer forudsat at sammenligne visuelt for uddannelse af off-site operatører. Efter afslutningen af ​​ACPC tilpasning, åbne en ny ITK-SNAP_sb vinduet indlæse T1 billede, så indlæse matrix for uddannelsen tilfælde leveres online, &lt;navn&gt; _T1_IHCpre_toACPC.mat og visuelt sammenligne hældning, rulning, drejning, og CCAM skive mellem de to billeder. At evaluere SABRE landmarking procedurer, køre &lt;img_count&gt; på parcellated maske &lt;navn&gt; _SABREparcel_inACPC for hver uddannelse tilfælde. Indtast volumetrics for hver region (3-28). SABRE regionskoder leveres online. Anvendelse af de samme procedurer til at evaluere TIV og vCSF, beregne ICC for hver SABRE hjerne region.SABRE parcellated regionale volumetrics til in-house uddannede testere få rapporterede gennemsnitspriser ICC = 0,98, p &lt;0,01, med ICC værdier i intervallet 0,91-0,99 1,2. Læsion-Seg: Da denne komponent er den sidste fase af LE rørledningen, vil pålidelighed og præcision afhænger af de forudgående etaper. Inter-Rater pålideligheden af ​​SH segmentering opnås ved hjælp af regional ICC af SH volumen og rumlige aftale af SH masker. At evaluere regionale SH mængder, køre &lt;SH_volumetrics&gt;, indtastning både lobmask filen i T1-erhvervelse rum, &lt;name&gt; _SABREparcel og den endelige redigerede læsion segmentering fil, &lt;navn&gt; _LEedit. Brug de samme procedurer til at evaluere SABRE volumetrics, beregne ICC for læsion volumen inden for hver SABRE hjerne region. Anvendelse af de samme procedurer for at vurdere rumlige aftale af TIV maskering processen beregne SI for den endelige redigerede læsionsområder masker &lt;navn&gt; _LEedit (eller FLEXedit). De samme pålidelighedstests kan udføres på både PD/T2-based segmentering og FLAIR-baserede segmentering. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td></td><td> 3D T1 </td><td> PD/T2 </td></tr><tr><td> Imaging Parametre </td><td> Axial Volume SAT (S 1) SPGR </td><td> Axial Spin Echo FC VEMP VB (interleave) </td></tr><tr><td> Pulse Timing </td><td></td><td></td></tr><tr><td> TE (msek) </td><td> 5. </td><td> 30/80 </td></tr><tr><td> TR (msek) </td><td> 35 </td><td> 3.000 </td></tr><tr><td> Flip Vinkel (°) </td><td> 35 </td><td> 90 </td></tr><tr><td> TI (msek) </td><td> N / A </td><td> N / A </td></tr><tr><td> Scan Range </td><td></td><td></td></tr><tr><td> FOV (cm) </td><td> 22 </td><td> 20 </td></tr><tr><td> Skive tykkelse (mm) </td><td> 1.2 / 0 </td><td> 3/0 </td></tr><tr><td> Nej Skiver </td><td> 124 </td><td> 62 </td></tr><tr><td> Erhvervelse </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Matrix størrelse </td><td> 256 x 192 </td><td> 256 x 192 </td></tr><tr><td> Voxelstørrelse (mm) </td><td> 0,86 x 0,86 x 1,4 </td><td> 0,78 x 0,78 x 3 </td></tr><tr><td> NEX </td><td> 1 </td><td> 0.5 </td></tr><tr><td> Total tid (min) </td><td> 11:00 </td><td> 00:00 </td></tr></tbody></table> Tabel 1.. General Electric 1.5T Strukturelle MR Acquisition parametre. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td></td><td> 3D T1 </td><td> PD/T2 </td><td> FLAIR </td></tr><tr><td> Imaging Parametre </td><td> Axial 3D FSPGR EDR IR Prep </td><td> Axial 2D FSE-XL, EDR, FAST, fedt sad </td> &lt;td&gt; Axial T2Flair, EDR, FAST </td></tr><tr><td> Pulse Timing </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td><h2> TE (MS) </h2></td><td> 3.2 </td><td> 11,1 / 90 </td><td> 140 </td></tr><tr><td> TR (msek) </td><td> 8.1 </td><td> 2.500 </td><td> 9.700 </td></tr><tr><td> Flip Vinkel (°) </td><td> 8 ° </td><td> 90 ° </td><td> 90 ° </td></tr><tr><td> TI (msek) </td><td> 650 </td><td> N / A </td><td> 2.200 </td></tr><tr><td> Scan Range </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> FOV (cm) </td><td> 22 </td><td> 22 </td><td> 22 </td></tr><tr><td> Skive tykkelse (mm) </td><td> 1 </td><td> 3 </td><td> 3 </td></tr><tr><td> Nej Skiver </td><td> 186 </td><td> 48 </td><td> 48 </td></tr><tr><td> Erhvervelse </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Matrix størrelse </td&gt; <td> 256 x 192 </td><td> 256 x 192 </td><td> 256 x 192 </td></tr><tr><td> Voxelstørrelse (mm) </td><td> 0,86 x 0,86 x 1 </td><td> 0,86 x 0,86 x 3 </td><td> 0,86 x 0,86 x 3 </td></tr><tr><td> NEX </td><td> 1 </td><td> 1 </td><td> 1 </td></tr><tr><td> Total tid (min) </td><td> 07:20 </td><td> 06:10 </td><td> 07:20 </td></tr></tbody></table> Tabel 2.. General Electric 3T Strukturelle MR Acquisition parametre. <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig1highres.jpg" width="500" /> Figur 1.. Axial T1 med uredigeret samlet intrakraniel hvælving (TIV) maske overlay (grøn). Dette er et eksempel på brugen af den lukkede polygon værktøjet i ITK-SNAP_sb at fjerne nonbrain væv som en del af den manuelle redigering proceduren for Brain- Sizer s TIV ekstraktionsprocedure. <pclass = &quot;jove_content&quot; fo: keep-together.within-side = &quot;altid&quot;&gt; <img alt="Figur 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig2highres.jpg" width="500" /> Figur 2.. Axial T1 med væv segmentering overlay. Bemærk at etiketfarver er vilkårlige og kan ændres ved hjælp værktøjet Label. Venstre billede viser standardfarver. Midterste billede viser, hvordan CSF (5 = lilla) er genindtrådt i vCSF (7 = magenta). Højre billede viser, hvordan WM farve kan ændres uden at ændre væv klasse etiket, dvs. Label 3 = WM stadig, men farven kan ændres til blå. <img alt="Figur 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig3highres.jpg" width="500" /> Figur 3.. Axial T1 med væv segmentering overlay (venstre billede, GM = gul, WM = orange, CSF = lilla) (til venstre). Afbildet er et eksempel på manuel fjernelse af subtentorial strukturer ved hjælp af den lukkede polygo n værktøj ITK-SNAP_sb (i midten) og sidste væv segmentering efter fjernelse (højre). Som i figur 2, højre billede viser, hvordan WM farve kan ændres uden at ændre væv klasse etiketten, dvs. Label 3 = WM stadig, men farven kan ændres til blå. <img alt="Figur 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig4highres.jpg" width="500" /> Figur 4.. Axial T1 i købet plads før (venstre) og efter (til højre) AC-PC justering udføres. <img alt="Figur 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig5highres.jpg" width="500" /> Figur 5.. To eksempler viser SABRE landmarking procedurer. Axial AC-PC linje T1 med AC (gul), PC (blå) og bageste kant (lyserød) skelsættende placeringer (venstre). En 3D overflade-renderet T1 (til højre) med Sylvian revne (lilla) og central sulcus (lyserød) afgrænsning. <img alt="Figur 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig6highres.jpg" width="500" /> Figur 6.. Axial PD (venstre) med automatisk genererede læsion overlay (i midten), og redigeres manuelt læsion (rød) overlay (højre). <img alt="Figur 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig7highres.jpg" width="500" /> Figur 7.. Axial FLAIR (til venstre), med automatisk genererede læsion overlay (i midten), og redigeres manuelt læsion (rød) overlay (højre).

Watch this Scientific Journal Video about Lesion Explorer: A Video-guided, Standardized Protocol for Accurate and Reliable MRI-derived Volumetrics in Alzheimer's Disease and Normal Elderly at JoVE.com

Lesion Explorer: A Video-guided, Standardized Protocol for Accurate and Reliable MRI-derived Volumetrics in Alzheimer's Disease and Normal Elderly

Læsion Explorer: En video-guidet, standardiseret protokol for præcise og pålidelige MRI-afledte Volumetrics i Alzheimers sygdom og normal Ældre

Læsion Explorer (LE) er en semi-automatisk, image-forarbejdning rørledning udviklet til at opnå regional hjernevæv og subkortikale hyperintensity læsion volumetrics fra strukturel MRI af Alzheimers sygdom og normal ældre. For at sikre et højt niveau af nøjagtighed og pålidelighed, følgende er en video-guidet, standardiseret protokol for LE manuelle procedurer.

Obtaining in vivo human brain tissue volumetrics from MRI is often complicated by various technical and biological issues. These challenges are ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Accurate and Simple Measurement of the Pro-inflammatory Cytokine IL-1&beta; using a Whole Blood Stimulation Assay

Accurate and Simple Measurement of the Pro-inflammatory Cytokine IL-1ÃƒÅ½Ã‚Â² using a Whole Blood Stimulation Assay

Inflammatory processes resulting from the secretion of soluble mediators by immune cells, lead to various manifestations in skin, joints and other tissues ...

Isolation of Soluble and Insoluble PrP Oligomers in the Normal Human Brain

Isolering af opløselige og uopløselige PrP Oligomerer i normal human hjerne

The central event in the pathogenesis of prion diseases involves a conversion of the host-encoded cellular prion protein PrPC into its pathogenic isoform ...

Photothrombotic Ischemia: A Minimally Invasive and Reproducible Photochemical Cortical Lesion Model for Mouse Stroke Studies

Photothrombotic Iskæmi: en minimalt invasiv og reproducerbar Fotokemisk Cortical Lesion Model for Mus Stroke Studies

The photothrombotic stroke model aims to induce an ischemic damage within a given cortical area by means of photo-activation of a previously injected ...

A Standardized Obstacle Course for Assessment of Visual Function in Ultra Low Vision and Artificial Vision

Et standardiseret forhindringsløb for Vurdering af synsfunktionen i Ultra Low Vision og kunstig Vision

We describe an indoor, portable, standardized course that can be used to evaluate obstacle avoidance in persons who have ultralow vision. Six sighted ...

Fast and Accurate Exhaled Breath Ammonia Measurement

Hurtig og præcis udåndingsluft Ammoniak Måling

This exhaled breath ammonia method uses a fast and highly sensitive spectroscopic method known as quartz enhanced photoacoustic spectroscopy (QEPAS) that ...

Establishment and Characterization of UTI and CAUTI in a Mouse Model

Etablering og karakterisering af UTI og CAUTI i en musemodel

Urinary tract infections (UTI) are highly prevalent, a significant cause of morbidity and are increasingly resistant to treatment with antibiotics. ...

Motor and Hippocampal Dependent Spatial Learning and Reference Memory Assessment in a Transgenic Rat Model of Alzheimer's Disease with Stroke

Motor og Hippocampal Afhængige Spatial læring og reference Memory Vurdering i en Transgene Rat Model af Alzheimers sygdom med Stroke

Alzheimer&#39;s disease (AD) is a debilitating neurodegenerative disease that results in neurodegeneration and memory loss. While age is a major risk ...

A Step by Step Protocol for Subretinal Surgery in Rabbits

En trin for trin Protokol for subretinal kirurgi i kaniner

Age related macular degeneration (AMD), retinitis pigmentosa, and other RPE related diseases are the most common causes for irreversible loss of vision in ...

An Intramedullary Locking Nail for Standardized Fixation of Femur Osteotomies to Analyze Normal and Defective Bone Healing in Mice

Et intramedullært Locking Nail for Standardiseret Fiksering af femur osteotomier at analysere Normal og Defekt Bone Healing i mus

Bone healing models are essential to the development of new therapeutic strategies for clinical fracture treatment. Furthermore, mouse models are becoming ...

Application of Granger Causality Analysis of the Directed Functional Connection in Alzheimer's Disease and Mild Cognitive Impairment

Anvendelsen af Granger kausalitet analyse af styret funktionelle forbindelsen i Alzheimers sygdom og Mild kognitiv svækkelse

Impaired functional connectivity in the Default Mode Network (DMN) may be involved in the progression of Alzheimer&#39;s Disease (AD). The Posterior ...