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 ønsker å takke for økonomisk støtte fra følgende kilder. Utvikling og testing av ulike bildediagnostiske analyser ble støttet av flere stipender, særlig fra den kanadiske Institutes of Health Research (MOP # 13129), Alzheimer Society of Canada og Alzheimers Association (US), the Heart og Stroke Foundation kanadiske Partnerskap for Stroke Recovery (HSFCPSR), og LC Campbell Foundation. JR mottar lønn støtte fra Alzheimer Society of Canada; SEB fra Sunnybrook Research Institute og Institutt for indremedisin ved Sunnybrook og U of T, inkludert Brill Chair i Neurology. Forfattere får også lønn støtte 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 ingenting å avsløre.

LE segmentering og parcellation prosedyren ble utviklet spesielt for å oppnå regionale Volumetrics fra MR av AD og normal eldre. Mens det er mange helautomatiske rørledninger som gjelder komplekse beregningsalgoritmer for å utføre disse operasjonene, disse verktøyene har en tendens til å mangle individualisert nøyaktighet og presisjon som LE semi-automatisk rørledning produserer. Avveiningen med semi-automatiske prosesser er de ressursene som kreves for å trene operatører med anatomisk kunnskap og beregningsorientert ferdigheter som trengs for å bruke en slik omfattende rørledning. Imidlertid er en av de viktigste fordelene med en individualisert avbildning rørledningen er evnen til å oppnå kvantitative volume fra moderate til alvorlige tilfeller av neurodegenerering når automatiske rørledninger svikter. Som LE rørledningen har tidligere blitt evaluert og brukt til ulike eldre og demente populasjoner 1,2,13,14,19,22,23, de viktigste spørsmålene som are vanligvis møtt av opplærte operatører har blitt godt dokumentert og er oppsummert nedenfor. Den manuelle kontroll og redigering nødvendig med Brain-Sizer komponent omfatter TIV utvinning maskeringsprosedyre, vCSF omdisponering og manuell fjerning av hjernestammen, lillehjernen og andre subtentorial strukturer. For hjernen utvinning, er den automatiske TIV utgang generelt en anstendig maske, forutsatt at de opprinnelige PD/T2 bildene er av god kvalitet. Men på grunn av de relative intensitetsverdier av vaskulær og nervevev medial til den mindreverdige time poler, proksimalt til carotis, denne regionen krever vanligvis noen redigering. I tillegg, slim i nesehulen har en tendens til å påvirke regionale intensitet histogrammer, forvrenger intensitet avskjær verdier i de fremre frontal regionene, som har en tendens til å kreve ekstra manuell redigering av den automatiske TIVauto maske. Endelig er ekstra manuell redigering vanligvis kreves i de mest overlegne regioner, hvor global atrofi har en tendens til å resultere i en økning i volumet av subarachnoid CSF like under dura mater. Alternativt atrofi assosiert med ventrikkel utvidelse tendens til å minimalisere operatør intervensjoner som kreves med vCSF omdisponering. En annen fordel med å ha en tri-funksjon coregistration metode er muligheten til å identifisere pasienter med cystisk væskefylte infarkter proksimalt til ventriklene, muligens på grunn av periventrikulær venøs vaskulopati 5,24-26, som kan identifiseres på grunn av deres relative intensitet på PD og T1 ( hyperintense på PD, hypointense på T1). Disse hypointensities kan være avgrenset fra vCSF bruker manuelle grenser trukket i ITK-SNAP_sb før floodfilling operasjoner. Siden vCSF omdisponering er utført i T1-oppkjøpet plass, i tilfeller der justering avviker langt fra ACPC flyet, kan bli pålagt en grense for 3. ventrikkel og quadrigeminal sisterne, dersom PCen ikke er fullt synlig. Selv tentorium er en relativt enkel struktur til å differentiate flere anatomi baserte regler letter styringen manuell fjernelse av hjernestammen og subtentorial strukturer, spesielt når lokalisere separasjon av de cerebrale peduncles fra det mediale temporal lapp. SABRE landmarking er en stereotaxic-basert prosedyre utført i standard ACPC justert bildene, noe som åpner for moderat forutsigbar lokalisering av spesielle anatomiske landemerker. Unntak fra dette er tilfeller med ekstrem atrofi og normal variasjon pga individuelle forskjeller i nevroanatomi. Brain atrofi resulterer i et samlet tap av parenchyma, økende CSF langs midtlinjen rundt falx cerebri, som øker vanskeligheten av å velge hensiktsmessige poeng å plassere landemerker. Regelbaserte protokoller er nødvendig, å identifisere tilfeller hvor unntak fra den generelle regelen er nødvendig. Normale variasjoner i anatomi, særlig i den relative plassering av det sentrale sulcus og parieto-occipital sulcus, øker også vanskeligheterty til manuell avgrensning av disse strukturene. Men det grafiske brukergrensesnittet som brukes av SABRE muliggjør sanntids rotasjon av overflategjengitte bilder, som i betydelig grad bistår i beslutningsprosessen for visualisering av disse spesielle landemerker. Til slutt, noen regelbasert protokoll har blitt integrert programmatisk inn i programvaren for å hindre brudd operatør f.eks sentrale sulcus avgrensing er tvunget til å flytte bakover (linje tracing er forhindret fra å gå tilbake til seg selv). Lesjonen-Seg komponentens manuell kontroll prosedyren krever kompetanse i visuell identifisering av relevant hyperintensities, en visuell persepsjon ferdighet som er bare ervervet etter eksponering for skanninger med varierende grad av SH. Falske positive minimalisering algoritmer bistå med fjerning av de fleste feilene i den innledende segmentering. Men differensiering mellom utvidede perivaskulære mellomrom (Virchow-Robin mellomrom: VRS) i lentiform kjernen og relevant SH i det ytre kapsel, Claustrum, ekstrem kapsel, og subinsular regioner kan være vanskelig. Dette er spesielt vanskelig i tilfeller med VRS i basalgangliene. En nyere artikkel som beskriver standarder for rapportering Vaskulær endringer på bildediagnostiske (STREBER), anbefales en størrelse kriterium for å skille VRS fra lacunes, og beskrive VRS å være mer lineær og CSF intensitet på MR. For å løse disse problemene med VRS identifikasjon, har LE vedtatt: a) en anatomi-baserte regelen som hindrer operatører fra å velge en hvilken som helst hyperintensity som faller innenfor lentiform kjernen, b) en størrelse kriterium for å utelukke hyperintensities mindre enn 5 mm i diameter, og c) en relativ intensitet regel for ekstra uttrekk på grunn av den relative intensiteten CSF på PD, T2 og T1 27.. I tillegg kan normal hyper signal finnes langs midtlinjen og falx cerebri, spesielt på FLAIR bildebehandling, noe som kan være vanskelig å skille mellom relevant SH langs corpus callosum. I tilfeller avslik overlapping, blir det iverk anatomi baserte regler hvor bare SH som strekker seg ut i periventricular regionene er akseptert. I konklusjonen, er det viktig å sette pris på at denne skriftlige delen er ment å supplere en video-guided, standardisert protokoll publisering i Jove ( <a href="http://www.jove.com">http://www.jove.com</a> ). Mens tradisjonelle statiske figurer bistå i å forklare noen begreper, videobaserte opplæringsprogrammer er mer effektiv på å kommunisere de komplekse metodiske prosesser involvert med en omfattende Bildediagnostiske rørledning som Lesjon Explorer.

Brain bildeanalyse er et voksende felt av nevrovitenskap som krever dyktige operatører med en høy grad av beregningsorientert og nevroanatomi kompetanse. For å oppnå kvantitativ informasjon fra magnetic resonance imaging (MRI), er opplært operatør ofte nødvendig for å implementere, overvåke og redigere datagenererte bildeutganger generert fra rå MRI. Mens mange &#39;helautomatiske&#39; tenkelig verktøy er fritt tilgjengelig via internett, nøyaktighet og pålitelighet er tvilsom når den brukes av en nybegynner operatør mangler kunnskap, opplæring og kjennskap til den nedlastede verktøyet. Selv om opplæring på stedet er den mest foret pedagogisk tilnærming, er presentasjonen av en video-guided, standardisert protokoll et levedyktig alternativ, spesielt hvis ledsaget av en trenings sett med bilder. Videre kan treningssett av bilder benyttes til kvalitetskontroll tiltak, slik som et off-site inter-rater pålitelighet test. Den challenges for å utvikle et bildebehandlings rørledningen, særlig når en skal studere aldring og Alzheimers sykdom (AD), omfatter et bredt spekter av tekniske og biologiske problemstillinger. Selv om noen tekniske problemene løses med etterbehandling korreksjonsalgoritmer 3, variasjon pga individuelle forskjeller og patologiske prosesser innføre mer kompliserte hindringer. Brain atrofi og ventrikkel utvidelse kan redusere levedyktigheten til registreringen fordreining og mal-samsvarende tilnærminger. Tilstedeværelsen av aldersrelatert hvit materie forandrer 4 og småkarssykdom 5,6, observert som subcortical hyperintensities (SH) 7,8, cystisk væskefylte lakunært lignende infarkter 9,10, og utvidede perivaskulære mellomrom 11,12, videre komplisere segmenteringsalgoritmer. I tilfeller med betydelig hvit substans sykdom, kan en enkelt T1 segmentering resultere i overestimering av grå substans (gm) 13, som bare kan korrigeres med en ekstra segmentation bruker proton tetthet (PD), T2-vektet (T2), eller væske-svekkede inversjon recovery (FLAIR) bildebehandling. I lys av disse utfordringene, implementerer Lesjon Explorer (LE) bildebehandling rørledning en semi-automatisk tri-funksjonen (T1, PD, T2) tilnærming, utnytte trente operatører på bestemte stadier når menneskelig intervensjon er å foretrekke 1,2. Brain ekstraksjon (eller skalle stripping) er typisk en av de første operasjoner som utføres i neuroimaging. Gitt dette, nøyaktigheten av den totale intrakranielle hvelv (TIV) utpakkingen påvirker sterkt påfølgende operasjoner lenger ned rørledningen. Betydelig over-erosjon, noe som resulterer i tap av hjernen, kan føre til overestimering av hjernen atrofi. Alternativt, betydelig under-erosjon, noe som resulterer i inkludering av dura og andre nonbrain saken, kan føre til inflasjon av hjernevolum. LE Brain-Sizer komponentadresser mange av disse spørsmålene ved hjelp av en tri-funksjon (T1, T2, og PD) tilnærming til å generereen TIV maske, som gir overlegne resultater i forhold til enkeltfunksjonsmetoder en. I tillegg er det automatisk genererte TIV maske manuelt kontrollert og redigeres ved hjelp av standardisert protokoll som identifiserer områder som er mottakelige for skallen stripping feil. Etter ekstraksjon hjernen, er segmentering utført på skallen-strippet T1, hvor hver voksel hjernen er tilordnet en av tre etiketter: GM, hvit substans (WM), eller cerebrospinal væske (CSF). Segmentering gjøres automatisk ved hjelp av en robust kurvetilpasning algoritme anvendt på globale og lokale intensitet histogrammer; en teknikk utviklet for å håndtere intensitet uniformiteter gjenstand og en redusert atskillelse mellom GM og WM intensitet amplitude i AD tilfeller 14. The Brain-Sizer komponent inneholder også prosedyrer for manuell utpeking av ventriklene og fjerning av subtentorial strukturer. Segmentering av ventrikkel CSF (vCSF) er spesielt viktig som ventrikkel størrelse er et vanlig brukt BioMarker for AD demens 15. I tillegg er avgrensing av ventriklene og årehinnen plexus avgjørende for riktig identifisering av periventricular hyperintensities (pvSH), som antas å reflektere en form for små fartøy sykdom karakterisert ved venøs collagenosis 5,16,17. Ved hjelp av T1 for referanse, er manuell relabeling av CSF voxel til vCSF oppnås med manuelle floodfill operasjoner på segmentert bildet. Vanligvis sideventriklene er lettere å skille fra lengdefure CSF. Av denne grunn er det anbefalt å begynne floodfilling i aksial visning, fra overlegen skiver og flytte inferiorly. Den mediale deler av ventrikkel-systemet, spesielt i 3. ventrikkel, er vanskeligere å avgrense og gis spesielle anatomi baserte regler som er skissert i manualen. Brain-Sizer endelige trinn omfatter fjernelse av hjernestammen, cerebellum og andre subtentorial konstruksjoner, ved hjelp av manuelle tracing fremgangsmåter beskrevet i et ekstra sett ot anatomi-basert standardiserte protokoller. Den semi-automatisert Brain Region Extraction (SABRE) komponenten er rørledningen parcellation prosedyre. Denne fasen krever opplærte operatører å identifisere følgende anatomiske landemerker: fremre og bakre commissure (AC, PC); posterior hjernen kanten; sentrale kanalen; mid-sagittalplan; preoccipital hakk; bakhode-parietal sulcus; sentrale sulcus, og; Sylvian sprekken. Basert på disse skjell koordinater, er en Talairach lignende 18 grid automatisk generert og regional parcellation oppnås 19. Landemerker er lett identifiseres på ACPC stilte bilder, som blir generert automatisk og manuelt kontrollert før SABRE landmarking prosedyrer. Lesjonen-Seg komponenten er den siste fasen av rørledningen der SH identifisering og kvantifisering er skjedd. Den første automatiske SH segmentering implementerer en kompleks algoritme som inkluderer PD/T2-based SH segmentation, fuzzy c-midler maskering, og ventrikkel dilatasjon. Disse operasjonene resultere i en automatisk generert lesjon segmentering maske som er manuelt kontrollert og redigert for falske positiver og andre feil. Som hyper signal på MR kan resultere fra nonpathological kilder (f.eks bevegelsesartefakt, normal biologi), kreves riktig trening for nøyaktig identifikasjon av relevant SH. Det endelige resultatet av LE rørledningen er en omfattende volumet profil som inneholder åtte forskjellige vev og lesjon Volumetrics som parcellated inn 26 SABRE hjerneregioner. For å få en individuell bruker inter-rater reliabilitet test off-site, anbefales det å utføre den fullstendige LE rørledning på treningssettet som følger med programvaren (http://sabre.brainlab.ca). Bruke volumetriske resultater, inter-klasse korrelasjonskoeffisient (ICC) 20 statistikk kan beregnes for hvert organ klasse (GM / WM / CSF) i hver SABRE regionen. Bruke segmentation bilder, Likhet Index (SI) 21 statistikk kan beregnes for å vurdere graden av romlig kongruens. I tillegg kan intra-rater reliabilitet vurderes på samme operatørens resultater, etter en kort periode av tid som har gått mellom operatørens 1 og 2. segmentering redigeringer. Forutsatt at off-site operatør følger filen navnekonvensjoner skissert i LE manualen, kan pålitelighet statistikk beregnes off-site bruker mest grunnleggende statistiske programvarepakker. Gitt disse kvalitetskontroll og video-guidet standardisert protokoll, kan off-site operatører har større tillit til at LE rørledningen påføres nøyaktig og pålitelig.

<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

Innhenting in vivo menneskelige hjerne vev Volumetrics fra MR er ofte komplisert av ulike tekniske og biologiske problemstillinger. Disse utfordringene blir forverret når betydelig hjerne atrofi og aldersrelaterte hvit substans endringer (f.eks Leukoaraiosis) er til stede. Lesjon Explorer (LE) er en nøyaktig og pålitelig Bildediagnostiske rørledning spesielt utviklet for å håndtere slike saker ofte observert på MR av Alzheimers sykdom og normal eldre. Rørledningen er et komplekst sett av halvautomatiske prosedyrer som tidligere er blitt validert i en serie av indre og ytre pålitelighet tester 1,2. Men, er LE sin nøyaktighet og pålitelighet svært avhengig av riktig opplæring manuelle operatører for å utføre kommandoer, identifisere tydelige anatomiske landemerker, og manuelt redigere / verifisere ulike datagenerert segmentering utganger. LE kan deles inn i tre hovedkomponenter, som hver krever et sett av kommandoer og manuell operasjoner: 1) Brain-Sizer, 2) SABRE, og 3) Lesjon-seg. Brain-Sizer sin manuelle operasjoner innebærer redigering av den automatiske skallen-strippet totale intrakranielle hvelv (TIV) ekstraksjon maske, utpeking av ventrikkel cerebrospinalvæsken (vCSF) og fjerning av subtentorial strukturer. Den SABRE komponenten krever kontroll av bildejusteringen langs fremre og bakre commissure (ACPC) plan, og identifisering av flere anatomiske landemerker som kreves for regional parcellation. Endelig innebærer Lesjon-Seg komponent manuell kontroll av den automatiske lesjon segmentering av subcortical hyperintensities (SH) for falske positive feil. Mens opplæring av LE rørledning på stedet er å foretrekke, lett tilgjengelige visuelle læringsverktøy med interaktive treningsbilder er et levedyktig alternativ. Utviklet for å sikre en høy grad av nøyaktighet og pålitelighet, følgende er en steg-for-steg, video-guidet, standardisert protokoll for LE sin manuelle prosedyrer.

Inter-rater reliabilitet kan vurderes ved hjelp av flere beregninger. Bruke treningssett som ligger på Internett ( <a href="http://sabre.brainlab.ca">http://sabre.brainlab.ca</a> ), er følgende trinn anbefales å vurdere inter-rater reliabilitet for hver av prosesstrinnene etter ferdigstillelse av LE. Brain-Sizer: For å vurdere inter-rater reliabilitet av hjernen utvinning prosedyrer, generere Volumetrics for hver TIV-E masker, &lt;navn&gt; _TIVedit, ved hjelp av &lt;img_count&gt; kommandoen. Skriv inn disse Volumetrics inn i en statistisk programpakke (for eksempel SPSS), sammen med TIVedit Volumetrics gitt for hver av treningssett (se Excel / CSV-fil som ligger på Internett) og beregne den inter-rater korrelasjonskoeffisient (ICC). Hele hjernen Volumetrics for in-house trente raters skaffe rapportert ICC = 0,99, p &lt;0,0001 1,2. I tillegg kan evaluering av den romlige avtale for TIV maskering vurderes ved bruk avSI 21. MATLAB-kode er gitt på nettet for å beregne SI verdier mellom to raters. For å vurdere ventrikkel omdisponering, generere vCSF volumer bruker &lt;img_count&gt; kommando for hver av de segmenterings filer med vCSF voxel reassigned, dvs.. &lt;navn&gt; _ seg_vcsf. Den vCSF volumet er verdien ved siden av raden &#39;7 &#39;under kolonnen med tittelen&#39; volum &#39;. Ved hjelp av de samme prosedyrer for å evaluere TIV inter-rater reliabilitet, beregne ICC og SI for vCSF. Fjerning av hjernestammen, lillehjernen og subtentorial strukturer kan vurderes på samme måte ved å kjøre &lt;img_count&gt; kommandoen på &lt;navn&gt; _seg_vcsf_st. Volumene som brukes for denne segmentering maske vises på den nest siste raden med tittelen &#39;total telling av nonzero voxel: &quot;under&quot; volum &quot;(den siste kolonnen til høyre). Ved hjelp av de samme prosedyrer for å evaluere TIV og vCSF, beregne ICC og SI for denne maske procedure bruker Volumetrics i excel-filen som tilbys, samt &lt;name&gt; _seg_vcsf_st filer. SABRE: Mens Brain-Sizer sin manuelle rutiner kan lett bli vurdert ved hjelp av standard beregninger, er ACPC justering litt vanskeligere. Av denne grunn er matrisefiler forutsatt å sammenligne visuelt for opplæring av off-site operatører. Etter ferdigstillelse av ACPC justering, åpne en ny ITK-SNAP_sb vinduet, laste T1 bilde, legg deretter matrisen for opplæringen saken som ligger på Internett, &lt;name&gt; _T1_IHCpre_toACPC.mat, og visuelt sammenligne pitch, roll, yaw, og ACPC skive mellom de to bildene. Å evaluere SABRE landmarking prosedyrer, kjøre &lt;img_count&gt; på parcellated maske, &lt;name&gt; _SABREparcel_inACPC for hver trening saken. Angi Volumetrics for hver region (3-28). SABRE regionkoder er gitt på nettet. Ved hjelp av de samme prosedyrer for å evaluere TIV og vCSF, beregne ICC for hver SABRE hjernen regionen.SABRE parcellated regionale Volumetrics for in-house trente raters få rapporterte gjennomsnitts ICC-verdiene = 0,98, p &lt;0,01, med ICC-verdier i området 0,91 til 0,99 1,2. Lesjon-Seg: Ettersom denne komponenten er den siste delen av LE rørledningen, vil pålitelighet og nøyaktighet er avhengig av de tidligere stadier. Inter-rater reliabilitet av SH segmentering gjøres ved hjelp av regional ICC av SH volumer og romlig avtale mellom SH masker. Å evaluere regionale SH volumer, kjøre &lt;SH_volumetrics&gt;, inn både lobmask filen i T1-oppkjøpet plass, &lt;name&gt; _SABREparcel og den endelige redigerte lesjon segmentering fil, &lt;navn&gt; _LEedit. Ved hjelp av de samme prosedyrer for å evaluere SABRE Volumetrics, beregne ICC for lesjon volumer innenfor hver SABRE hjernen regionen. Ved hjelp av de samme prosedyrer for å evaluere romlige avtale med TIV maskeringsprosessen, beregne SI for den endelige redigerte lesjon masker, &lt;navn&gt; _LEedit (eller FLEXedit). De samme pålitelighet tester kan utføres på både PD/T2-based segmentering og FLAIR-basert segmentering. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td></td><td> 3D-T1 </td><td> PD/T2 </td></tr><tr><td> Imaging Parametere </td><td> Axial Volume SAT (S 1) SPGR </td><td> Axial Spin Echo FC VEMP VB (interleave) </td></tr><tr><td> Puls 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> 3000 </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> Slice tykkelse (mm) </td><td> 10,2 / 0 </td><td> 3/0 </td></tr><tr><td> No Slices </td><td> 124 </td><td> 62 </td></tr><tr><td> Oppkjøp </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Matrix størrelse </td><td> 256 x 192 </td><td> 256 x 192 </td></tr><tr><td> Voxel størrelse (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> 12:00 </td></tr></tbody></table> Tabell 1. General Electric 1.5T Strukturelle MRI Oppkjøps parametere. <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 Parametere </td><td> Axial 3D FSPGR EDR IR Prep </td><td> Axial 2D FSE-XL, EDR, FAST, fett lø </td> &lt;td&gt; Axial T2Flair, EDR, FAST </td></tr><tr><td> Puls 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> 2500 </td><td> 9700 </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> 2200 </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> Slice tykkelse (mm) </td><td> 1 </td><td> 3 </td><td> 3 </td></tr><tr><td> No Slices </td><td> 186 </td><td> 48 </td><td> 48 </td></tr><tr><td> Oppkjøp </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> Voxel størrelse (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> Tabell 2. General Electric 3T Strukturelle MRI Oppkjøps parametere. <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig1highres.jpg" width="500" /> Figur 1 Axial T1. Med uredigerte totale intrakranielle hvelv (TIV) maske overlegg (grønn). Dette er et eksempel på bruk av den lukkede polygon verktøy i ITK-SNAP_sb å fjerne nonbrain vev som en del av manuell redigering prosedyren av Brain- Sizer er TIV utvinning prosedyre. <pclass = &quot;jove_content&quot; fo: keep-together.within-page = &quot;always&quot;&gt; <img alt="Fig. 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig2highres.jpg" width="500" /> . Merk at etikettfarger er vilkårlig og kan endres ved hjelp av Label tool Figur 2. Axial T1 med vev segmentering overlegg. Venstre bilde viser standardfarger. Midterste bildet viser hvordan CSF (5 = lilla) er overført til vCSF (7 = magenta). Bilde til høyre viser hvordan WM farge kan endres uten å endre vev klassen etiketten, altså. Label 3 = WM fortsatt, men fargen kan endres til blått. <img alt="Figur 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig3highres.jpg" width="500" /> Figur 3. Axial T1 med vev segmentering overlegg (venstre bilde, GM = gul, WM = orange, CSF = lilla) (til venstre). Avbildet er et eksempel på manuell fjerning av subtentorial strukturer ved hjelp av den lukkede polygo n verktøy i ITK-SNAP_sb (midten) og slutt vev segmentering etter fjerning (til høyre). Som i figur 2, viser riktig bilde hvordan WM farge kan modifiseres uten å endre vevet klasse-merket, f.eks. Label 3 = WM fortsatt, men fargen kan endres til blått. <img alt="Figur 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig4highres.jpg" width="500" /> Figur 4. Axial T1 i oppkjøpet plass før (til venstre), og etter (høyre) AC-PC justeringen er utført. <img alt="Figur 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig5highres.jpg" width="500" /> Figur 5. To eksempler som viser SABRE landmarking prosedyrer. Axial AC-PC på linje T1 med AC (gul), PC (blå), og bakre kant (rosa) landemerke plasseringer (venstre). En 3D overflategjengitt T1 (til høyre) med Sylvian fissure (lilla) og prosentral sulcus (rosa) avgrensning. <img alt="Figur 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig6highres.jpg" width="500" /> Figur 6. Axial PD (til venstre) med automatisk generert lesjon overlegg (i midten), og manuelt redigert lesjon (rød) overlay (til høyre). <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 genererte lesjon overlegg (i midten), og manuelt redigert lesjon (rød) overlay (til høyre).

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

Lesjon Explorer: En video-guidet, Standardisert protokoll for nøyaktig og pålitelig MRI-avledet Volumetrics i Alzheimers sykdom og Normal eldreomsorg

Lesjon Explorer (LE) er en semi-automatisk, bildebehandling rørledning utviklet for å oppnå regional hjernevev og subkortikale hyperintensity lesjon Volumetrics fra strukturell MR av Alzheimers sykdom og normal eldre. For å sikre en høy grad av nøyaktighet og pålitelighet, er følgende en video-guided, standardisert protokoll for LE sin manuelle prosedyrer.

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 av oppløselige og uoppløselige PrP oligomerer i Normal Human Brain

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 Ischemia: en minimal invasiv og reproduserbar fotokjemisk Cortical Lesion Modell for Mouse 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

En Standardisert hinderløype for vurdering av visuell funksjon 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

Rask og nøyaktig utåndet pust Ammoniakk 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 av UTI og CAUTI i en musemodell

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 hippocampus Avhengig romfølelse og Reference Minne Vurdering i en transgen Rat Model of Alzheimers Disease 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 trinnvis protokoll for subretinal Surgery 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

En Intramedullære Låse Nail for Standardisert Fiksering av Femur osteotomier å 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 av Granger kausalitet analyse av regissert funksjonelle tilkoblingen i Alzheimers sykdom og Mild kognitiv svekkelse

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