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

Författarna erkänner tacksamt ekonomiskt stöd från följande källor. Utveckling och testning av olika neuroradiologiska analyser stöddes av flera bidrag, främst från den kanadensiska Institutes of Health Research (MOP # 13129), Alzheimer Society of Canada och Alzheimer Association (USA), hjärtat och Stroke Foundation Partnerskap kanadensiska för Stroke Återhämtning (HSFCPSR), och LC Campbell Foundation. JR får lön stöd från Alzheimer Society of Canada; SEB från Sunnybrook Research Institute och institutionerna för medicin vid Sunnybrook och U av T, däribland Brill ordförande i neurologi. Författarna får också lön stöd från 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>

Författarna har ingenting att lämna ut.

LE segmentering och parcelförfarande har utvecklats speciellt för att få regionala Volumetrics från MRT av AD och normal äldre. Medan det finns många helautomatiska rörledningar som gäller komplicerade beräkningsalgoritmer för att utföra dessa operationer, dessa verktyg tenderar att sakna den individualiserade noggrannhet och precision som LE: s halvautomatisk pipeline producerar. Avvägningen med halvautomatiska processer är de resurser som krävs för att korrekt utbilda operatörer med den anatomiska kunskaper och beräknings färdigheter som behövs för att tillämpa en sådan omfattande pipeline. Det är dock en av de främsta fördelarna med en individualiserad avbildning pipeline förmågan att erhålla kvantitativa Volumetrics från måttliga till allvarliga fall av neurodegeneration när automatiska rörledningar misslyckas. Eftersom LE pipeline har tidigare utvärderats och tillämpats på olika äldre och dementa populationer 1,2,13,14,19,22,23, de viktigaste frågorna som are oftast stött av utbildade operatörer har väldokumenterade och sammanfattas nedan. Den manuella kontrollen och redigering krävs med Brain-Sizer komponent inkluderar TIV utvinning maskeringsförfarande, vCSF omställning och manuellt avlägsnande av hjärnstammen, lillhjärnan och andra subtentorial strukturer. För hjärnan utvinning, är den automatiska TIV utgång i allmänhet en anständig mask under förutsättning att de ursprungliga PD/T2 bilderna är bra kvalitet. Men på grund av de relativa intensitetsvärden för kärl-och nervvävnad medial till sämre timliga stolpar, proximalt halspulsåder, denna region kräver typiskt någon redigering. Dessutom slemhinnor i näshålan tenderar att påverka regionala intensitet histogram, skev intensitet cut-off värden i de främre regionerna frontal, som tenderar att kräva ytterligare manuell redigering av den automatiska TIVauto masken. Slutligen ytterligare manuell redigering normalt krävs i de mest överlägsna regionerna, där global atrofi tenderar att resultera i en ökning av volymen av subaraknoid CSF precis under dura mäter. Alternativt, atrofi i samband med ventricular utvidgningen tenderar att minimera operatörsinsatser som krävs med vCSF omplacering. En annan fördel med att ha en tri-feature coregistration tillvägagångssätt är möjligheten att identifiera cystisk vätskefyllda infarkter proximalt till ventriklarna, potentiellt på grund av periventrikulär venös vaskulopati 5,24-26, som kan identifieras på grund av deras relativa intensitet på PD och T1 ( hyper på PD, hypointense på T1). Dessa hypointensities kan avgränsas från vCSF använda manuella gränser dras i ITK-SNAP_sb innan floodfilling verksamheten. Eftersom vCSF omplacering sker i T1-förvärvsutrymme, i de fall där anpassningen avviker betydligt från CCAM planet, en gräns kan krävas för den 3: e ventrikeln och quadrigeminal cistern, om datorn inte är fullt synliga. Även tentorium är en relativt enkel struktur för att differentiate flera anatomi baserade regler hjälpa till att styra manuellt avlägsnande av hjärnstammen och subtentorial strukturer, särskilt när lokaliserings separationen av de cerebrala stjälkar från den mediala tinningloben. SABRE landmärkes är en stereotaktisk baserat ingrepp som utförs i standard ACPC linje bilder, vilket möjliggör måttligt förutsägbar lokalisering av vissa anatomiska landmärken. Undantag är fall med extrem atrofi och normal variation beroende på individuella skillnader i neuroanatomi. Hjärnan förtvinar resulterar i en total förlust av parenkym, ökad CSF längs mittlinjen som omger falx cerebri, vilket ökar svårigheten att välja lämpliga punkter för att placera landmärken. Regelbaserade protokoll behövs, identifiera fall där det krävs undantag från den allmänna regeln. Normala variationer i anatomin, särskilt när den relativa placeringen av den centrala sulcus och parieto-occipital sulcus, också öka svårigheterty av manuell avgränsning av dessa strukturer. Men det grafiska användargränssnitt som används av SABRE möjliggör realtids rotation av ytan renderade bilder, som avsevärt bistår i beslutsprocessen för visualisering av dessa speciella landmärken. Slutligen har vissa regel-baserat protokoll integrerats programmässigt i programvaran för att förhindra operatörs kränkning t.ex. centrala sulcus avgränsning tvingas flytta posteriort (line spårning hindras från att gå tillbaka till sig själv). Lesionen-Seg komponentens manuella kontroller som kräver kompetens inom visuell identifiering av relevanta hyperintensities, en visuell perception färdighet som bara förvärvas efter exponering för skanningar med olika grader av SH. Falskt positiva minimeringsalgoritmer hjälpa till med att avlägsna de flesta felen i den ursprungliga segmentering. Men differentiering mellan vidgade perivaskulära utrymmen (Virchow-Robin utrymmen: VRS) i lentiform kärnan och relevant SH i den yttre kapseln, klausur, extrem kapseln och subinsular regioner kan vara svårt. Detta är särskilt svårt i fall med VRS i de basala ganglierna. Ett papper nyligen skisserar rapporteringsstandarder Kärl ändringar på hjärnavbildning (STRIVE), rekommenderas en storlek kriterium för att skilja VRS från lacunes, och beskriva VRS vara mer linjära och CSF intensitet på MRI. För att hantera dessa frågor med VRS identifiering, har LE antagit: a) en anatomi baserad regel som hindrar operatörer från att välja någon hyperintensity som faller inom lentiform kärnan, b) en storlek kriterium för att utesluta hyperintensities mindre än 5 mm i diameter, och c) en relativ intensitet regel för ytterligare uteslutning på grund av den relativa CSF intensiteten på PD, T2 och T1 27. Dessutom kan normala hyper signal hittas längs mittlinjen och falx cerebri, särskilt på FLAIR avbildning, vilket kan vara svårt att skilja mellan relevanta SH längs corpus callosum. I fall avsådan överlappning är anatomi baserade regler tillämpas där endast SH, som sträcker sig ut i periventrikulära regionerna accepteras. Sammanfattningsvis är det viktigt att inse att denna skriftliga komponent är tänkt att komplettera en video-guidad, standardiserat protokoll offentliggörs i JUPITER ( <a href="http://www.jove.com">http://www.jove.com</a> ). Medan traditionella statiska siffror hjälpa till att förklara några begrepp, video-baserade självstudier är mer effektiva på att kommunicera de komplexa metodologiska processer med en omfattande neuroradiologiska pipeline såsom Lesion Explorer.

Hjärn bildanalys är en framväxande området neurovetenskap kräver skickliga operatörer med en hög grad av beräknings och neuroanatomiska kompetens. För att erhålla kvantitativ information från magnetisk resonanstomografi (MRT), är en utbildad operatör ofta krävs för att genomföra, övervaka och redigera, datorgenererade imaging utgångar genereras från rå MRI. Medan många &quot;helautomatiska&quot; bildframställning är fritt tillgängliga via Internet, noggrannhet och tillförlitlighet kan ifrågasättas när den tillämpas av en novis operatör som saknar kunskap, utbildning och förtrogenhet med den nedladdade verktyget. Även utbildning på plats är den mest föredra att undervisa, är presentationen av en video-styrd, standardiserat protokoll ett lönsamt alternativ, särskilt om de har en utbildning uppsättning bilder. Dessutom kan utbildning uppsättning bilder användas för kvalitetskontroll, som en off-site inter-rater reliability test. Lmallenges att utveckla en bildbehandlings pipeline, speciellt när man studerar åldrande och Alzheimers sjukdom (AD), omfattar ett brett spektrum av tekniska och biologiska frågeställningar. Även om vissa tekniska frågor behandlas med efterbehandling korrektionsalgoritmer 3, variabilitet beroende på individuella skillnader och patologiska processer införa mer komplicerade hinder. Hjärnan förtvinar och ventricular utvidgningen kan minska lönsamheten för registrerings skevhet och mall-matchande metoder. Närvaron av åldersrelaterad vita substansen förändras 4 och småkärlssjukdom 5,6, observerades som subkortikal hyperintensities (SH) 7,8, cystiska vätskefyllda lakunära liknande infarkter 9,10 och dilaterade perivaskulära utrymmen 11,12, vidare komplicera segmenteringsalgoritmer. I fall av betydande vit substans sjukdom, kan en enda T1 segmente leda överskattning av grå substans (GM) 13, som bara kan rättas till med en extra SEgmentation användning av protondensiteten (PD), T2-viktad (T2) eller vätska-attenuerade inversionsåtervinning (FLAIR) avbildning. Mot bakgrund av dessa utmaningar, genomför Lesion Explorer (LE) bildbehandling rörledning en halvautomatisk tri-funktionen (T1, PD, T2) metod, som använder utbildade operatörer vid vissa stadier när mänskliga ingrepp är att föredra 1,2. Brain utvinning (eller skallen stripp) är vanligtvis en av de första som utförs i neuroimaging. Med tanke på detta, noggrannheten av den totala intrakraniell valv (TIV) utvinningsprocessen i hög grad påverkar efterföljande operationer längre ner ledningen. Betydande över erosion, vilket resulterar i förlust av hjärnan, kan leda till överskattning av hjärnan förtvinar. Alternativt betydande under erosion, vilket resulterar i införandet av dura och annan nonbrain materia, kan leda till inflation i hjärnvolymer. LE hjärna-Sizer komponentadresser många av dessa frågor med hjälp av en tri-funktion (T1, T2, och PD) strategi för att genereraen TIV mask, som ger överlägsna resultat jämfört med single-funktionen metoder 1. Dessutom är automatiskt genererade TIV mask manuellt kontrolleras och redigeras med standardiserat protokoll som identifierar områden som är känsliga för skallen strippa fel. Efter hjärn extraktionen segmente utförs på skallen-strippad T1, där varje hjärna voxel är tilldelad till en av tre etiketter: GM, vit substans (WM) eller cerebrospinalvätska (CSF). Segmentering sker automatiskt med hjälp av en robust kurvanpassningsalgoritm appliceras på globala och lokala intensitets histogram; en teknik som utvecklats för att ta itu med intensitet olikformighet artefakt och en minskad uppdelning mellan GM och WM intensitet amplitud i AD fall 14. Hjärnan-Sizer-komponenten innehåller också rutiner för manuell beteckning av ventriklar och borttagning av subtentorial strukturer. Segmentering av ventrikulär CSF (vCSF) är särskilt viktigt eftersom ventrikeln storlek är en vanligt förekommande BioMarsker för AD demens 15. Dessutom är avgränsning av ventriklar och choroid plexus absolut nödvändigt för korrekt identifiering av periventrikulär hyperintensities (pvSH), som tros spegla en form av små kärl sjukdom som karakteriseras av venös kollagenos 5,16,17. Använda T1 för referens, är manuell ommärkning av CSF voxlar till vCSF åstadkommit med manuella floodfill operationer på den segmenterade bilden. Typiskt är de laterala ventriklarna är lättare att skilja från sulcal CSF. Av denna anledning är det rekommenderat att börja floodfilling i axiell vy, från överlägsna skivor och rörliga nedtill. De mediala delarna av ventrikulära systemet, i synnerhet den 3: e ventrikeln, är svårare att avgränsa och ges speciella anatomi baserade regler som beskrivs i manualen. Brain-Sizer sista steget innefattar avlägsnande av hjärnstammen, lillhjärnan och andra subtentorial strukturer, med manuell spårning förfaranden som beskrivs i en extra uppsättning of anatomi baserade standardiserade protokoll. Hjärnan Region Extraction (SABRE) komponent halvautomatisk är rörledningens parcelförfarande. Denna etapp kräver utbildade operatörer för att identifiera följande anatomiska landmärken: främre och bakre commissure (AC, PC); posterior hjärnkant; central kanal; sagitalplan; preoccipital hack; occipito-parietal sulcus; centrala sulcus, och; Sylvian spricka. Baserat på dessa landmärke koordinater, är en Talairach liknande 18 rutnät automatiskt och regionala parcel sker 19. Landmärken är lätt identifieras på ACPC linje bilder, som genereras automatiskt och manuellt kontrolleras före SABRE landmärkesförfaranden. Lesionen-Seg komponenten är den sista etappen av rörledningen där SH identifiering och kvantifiering sker. Den inledande automatiska SH segmente genomför en komplicerad algoritm som inkluderar PD/T2-based SH segmetation, fuzzy c-medel maskering, och ventrikulär dilatation. Dessa operationer resulterar i en automatiskt genererad lesion segmente mask som manuellt kontrolleras och redigeras för falska positiva och andra fel. Som hyper signal på MRT kan bero nonpathological källor (t.ex. rörelseartefakt, normal biologi), är lämplig utbildning som krävs för korrekt identifiering av relevanta SH. Det slutliga resultatet av LE-rörledningen är en omfattande volymeprofil innehållande åtta olika vävnads-och organskada Volumetrics vilka parcellated in 26 SABRE hjärnregioner. För att få en personlig operatörs inter-rater reliability prov på annan plats, är det rekommenderat att köra den fulla LE pipeline på träningsuppsättning som medföljer programvaran (http://sabre.brainlab.ca). Med hjälp av volym resultat, inter-klass korrelationskoefficient (ICC) 20 statistik kan beräknas för varje vävnad klass (GM / WM / CSF) i varje SABRE region. Använda segmentation bilder, Likhet Index (SI) 21 statistik kan beräknas för att utvärdera graden av rumslig kongruens. Dessutom kan intra-rater reliability bedömas på samma operatörens resultat, efter en kort tid har gått mellan operatörens 1: a och 2: a segmenteredigeringar. Förutsatt att off-huvudmannen följer filen namngivning som beskrivs i LE manualen, kan tillförlitlighet statistik beräknas på annan plats med hjälp av de grundläggande statistiska programpaket. Med tanke på dessa kvalitetskontroll och video-guidad standardiserade protokoll, kan off-site operatörer har större förtroende för att LE rörledningen appliceras exakt och tillförlitligt.

<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

Att få in vivo mänsklig hjärnvävnad Volumetrics från MRT är ofta kompliceras av olika tekniska och biologiska frågeställningar. Dessa utmaningar förvärras när betydande hjärnan förtvinar och åldersrelaterade vita förändringar materia (t.ex. Leukoaraiosis) är närvarande. Lesion Explorer (LE) är en korrekt och tillförlitlig neuroradiologiska pipeline speciellt utvecklad för att ta upp sådana frågor som vanligen observeras på MRI av Alzheimers sjukdom och normala äldre. Rörledningen är en komplex uppsättning av halvautomatiska förfaranden som tidigare har godkänts i en rad interna och externa tillförlitlighetstester 1,2. Dock är LE: s noggrannhet och tillförlitlighet mycket beroende av rätt utbildade manuella operatörer att utföra kommandon, identifiera olika anatomiska landmärken, och manuellt redigera / verifiera olika datorgenererade segmente utgångar. LE kan delas in i tre huvudkomponenter, var och en kräver en uppsättning kommandon och manuell operationer: 1) Brain-Sizer, 2) SABRE, och 3) Lesion-Seg. Brain-Sizer s manuella operationer involverar redigering av den automatiska skallen-avskalade totala intrakraniell valv (TIV) utvinning mask, benämning på kammar cerebrospinalvätska (vCSF), och avlägsnande av subtentorial strukturer. I SABRE-komponenten kräver kontroll av bildjustering längs den främre och bakre kommissuren (ACPC)-planet, samt identifiering av flera anatomiska landmärken som krävs för regional parcel. Slutligen innebär Lesion-Seg del manuell kontroll av den automatiska lesion segmentering av subkortikala hyperintensities (SH) för falska positiva fel. Även utbildning på plats i LE pipeline är att föredra, lättillgängliga visuella pedagogiska verktyg med interaktiva träningsbilder är ett lönsamt alternativ. Utvecklad för att säkerställa en hög grad av exakthet och tillförlitlighet, följande är en steg-för-steg, video-styrda, standardiserat protokoll för LE: s manuella rutiner.

Inter-rater tillförlitlighet kan bedömas med hjälp av flera mått. Med hjälp av utbildning som ges på nätet ( <a href="http://sabre.brainlab.ca">http://sabre.brainlab.ca</a> ), är följande steg rekommenderas att utvärdera inter-rater reliability för varje bearbetningssteg efter avslutad LE. Brain-Sizer: För att bedöma inter-rater reliability av hjärn extraktion, genererar Volumetrics för varje TIV-E masker, &lt;name&gt; _TIVedit, med hjälp av kommandot &lt;img_count&gt;. Skriv in dessa Volumetrics i en statistisk mjukvara (t.ex. SPSS), tillsammans med TIVedit Volumetrics anges var och en av träningsmängden (se Excel / CSV-fil tillhandahålls på nätet) och beräkna den inter-rater korrelationskoefficient (ICC). Hela hjärnan Volumetrics för internt utbildade bedömare få rapporterade ICC = 0,99, p &lt;0,0001 1,2. Dessutom kan bedömas utvärdering av den rumsliga avtalet för TIV maskering med hjälp avSI 21. MATLAB-kod tillhandahålls på nätet för att beräkna SI-värden mellan två bedömare. För att bedöma kammar omplacering, generera vCSF volymer med kommandot &lt;img_count&gt; för var och en av de segmente filer med vCSF voxlar omfördelas, dvs. &lt;name&gt; _ seg_vcsf. Den vCSF Volymen är värdet bredvid raden 7 &quot;i kolumnen med titeln&quot; volym &quot;. Med användning av samma förfaranden för att utvärdera TIV inter-rater reliability, beräkna ICC och SI för vCSF. Borttagning av hjärnstammen, lillhjärnan och subtentorial strukturer kan bedömas på samma sätt genom att köra &lt;img_count&gt; kommandot på &lt;name&gt; _seg_vcsf_st. De mängder som används för denna segmente mask visas på den näst sista raden med titeln &quot;totala räkningen på nollskilda voxlar:&quot; under &quot;volym&quot; (den sista kolumnen till höger). Med användning av samma förfaranden för att utvärdera TIV och vCSF, beräkna ICC och SI för maskering procedurerre använda Volumetricsen i excel-filen tillhandahålls och &lt;name&gt; _seg_vcsf_st filer. SABRE: Medan Brain-Sizer s manuella rutiner lätt kan bedömas med hjälp av vanliga mått, är ACPC anpassning något svårare. Av denna anledning är matrisfiler tillhandahålls för att jämföra visuellt för utbildning av bort operatörer. Efter avslutad ACPC inriktning, öppnar en ny ITK-SNAP_sb fönster, ladda T1 bilden, ladda sedan matrisen för utbildningen fall som på nätet, &lt;name&gt; _T1_IHCpre_toACPC.mat, och visuellt jämföra planen, rulle, gir, och ACPC skiva mellan de två bilderna. För att utvärdera SABRE landmärkesförfaranden, kör &lt;img_count&gt; på parcellated masken, &lt;name&gt; _SABREparcel_inACPC för varje utbildning fall. Ange Volumetricsen för varje region (3-28). SABRE regionkoder finns på nätet. Med användning av samma förfaranden för att utvärdera TIV och vCSF, beräkna ICC för varje SABRE hjärnregion.SABRE parcellated regionala Volumetrics för interna utbildade bedömare få rapporterade medel ICCs = 0,98, p &lt;0,01, med ICC-värden mellan 0,91-0,99 1,2. Lesion-Seg: Eftersom denna komponent är det sista steget i den LE rörledningen kommer tillförlitlighet och noggrannhet är beroende av de tidigare stegen. Inter-rater reliability av SH segmentering sker med hjälp av regionala ICC av SH volymer och rumsliga överenskommelse av SH masker. För att utvärdera regionala SH volymer, köra &lt;SH_volumetrics&gt;, in både lobmask filen i T1-förvärvsutrymme, &lt;name&gt; _SABREparcel och den slutliga redigerade lesion segmente fil, &lt;namn&gt; _LEedit. Med användning av samma förfaranden för att utvärdera SABRE Volumetrics, beräkna ICC för lesion volymer inom varje SABRE hjärnregion. Med användning av samma förfaranden för att utvärdera fysisk överenskommelse av maskeringsprocessen TIV, beräkna SI för finalen redigerade lesion masker, &lt;name&gt; _LEedit (eller FLEXedit). Samma tillförlitlighet tester kan utföras på både PD/T2-based segmentering och FLAIR baserad segmentering. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td></td><td> 3D T1 </td><td> PD/T2 </td></tr><tr><td> Avbildningsparametrar </td><td> Axial Volym SAT (S 1) SPGR </td><td> Axiell Spin Echo FC VEMP VB (interleave) </td></tr><tr><td> Pulstransmissions </td><td></td><td></td></tr><tr><td> TE (ms) </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 tjocklek (mm) </td><td> 10,2 / 0 </td><td> 3/0 </td></tr><tr><td> Antal skivor </td><td> 124 </td><td> 62 </td></tr><tr><td> Förvärv </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Matrix storlek </td><td> 256 x 192 </td><td> 256 x 192 </td></tr><tr><td> Voxel storlek (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> Tabell 1. General Electric 1.5T Strukturella MRI Förvärv parametrar. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td></td><td> 3D T1 </td><td> PD/T2 </td><td> VÄDERKORN </td></tr><tr><td> Avbildningsparametrar </td><td> Axial 3D FSPGR EDR IR Prep </td><td> Axial 2D FSE-XL, EDR, FAST, satt fett </td> &lt;td&gt; Axial T2Flair, EDR, FAST </td></tr><tr><td> Pulstransmissions </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 tjocklek (mm) </td><td> 1 </td><td> 3 </td><td> 3 </td></tr><tr><td> Antal skivor </td><td> 186 </td><td> 48 </td><td> 48 </td></tr><tr><td> Förvärv </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Matrix storlek </td&gt; <td> 256 x 192 </td><td> 256 x 192 </td><td> 256 x 192 </td></tr><tr><td> Voxel storlek (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 Strukturella MRI Förvärv parametrar. <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig1highres.jpg" width="500" /> Figur 1. Axial T1 med oredigerad total intrakraniell valv (TIV) mask overlay (grön). Det här är ett exempel på användningen av sluten polygon verktyg i ITK-SNAP_sb att avlägsna nonbrain vävnad som en del av manuell redigering förfarandet av Brain- Sizer s TIV extraktionsmetod. <pclass = &quot;jove_content&quot; fo: keep-together.within-page = &quot;alltid&quot;&gt; <img alt="Figur 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig2highres.jpg" width="500" /> Figur 2. Axial T1 med vävnadssegmente overlay Anm. Att etikett färger är godtyckliga och kan ändras med hjälp av verktyget Label. Vänster bild visar standardfärger. Middle bild visar hur CSF (5 = lila) är igen till vCSF (7 = magenta). Höger bild visar hur WM färgen kan ändras utan att vävnaden klassen etikett, dvs. Etikett 3 = WM fortfarande men färgen kan ändras till blått. <img alt="Figur 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig3highres.jpg" width="500" /> Figur 3. Axial T1 med vävnadssegmente overlay (vänstra bilden, GM = gul, WM = apelsin, CSF = lila) (vänster). Avbildade är ett exempel på manuellt borttagande av subtentorial strukturer använder den slutna polygo n verktyget i ITK-SNAP_sb (mitten) och slutlig vävnadssegmentering efter borttagning (höger). Liksom i figur 2, visar rätt bild hur WM färg kan modifieras utan att ändra den vävnad klass etikett, dvs. Etikett 3 = WM fortfarande men färgen kan ändras till blått. <img alt="Figur 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig4highres.jpg" width="500" /> Figur 4. Axial T1 i förvärvsutrymme före (vänster) och efter (höger) är AC-PC justering utförs. <img alt="Figur 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig5highres.jpg" width="500" /> Figur 5. Två exempel som visar SABRE landmärkesförfaranden. Axial AC-PC linje T1 med AC (gul), PC (blå), och bakre kant (rosa) landmärke placeringar (vänster). En 3D-yta-renderade T1 (höger) med Sylvian spricka (lila) och central sulcus (rosa) avgränsning. <img alt="Figur 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig6highres.jpg" width="500" /> Figur 6. Axial PD (vänster) med automatiskt genererade lesion overlay (mitten), och manuellt redigerade lesion (röd) overlay (till höger). <img alt="Figur 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50887/50887fig7highres.jpg" width="500" /> Figur 7. Axial FLAIR (till vänster), med automatiskt genererade lesion overlay (mitten), och manuellt redigerade lesion (röd) overlay (till höger).

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

Lesion Explorer: En video-styrd, standardiserat protokoll för korrekt och tillförlitlig MRI-härledda Volumetrics i Alzheimers sjukdom och Normal Äldre

Lesion Explorer (LE) är en halvautomatisk, bild-bearbetning rörledning utvecklats för att erhålla regionalt hjärnvävnad och subkortikala hyperintensity lesion Volumetrics från strukturell MRI av Alzheimers sjukdom och normala äldre. För att säkerställa en hög grad av noggrannhet och tillförlitlighet, följande är en video-styrd, standardiserat protokoll för LE: s manuella rutiner.

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

Noggrann och enkel mätning av pro-inflammatoriska cytokin IL-1β med hjälp av en hel analys Blood stimulering

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 lösliga och olösliga PrP Oligomerer i den normala humana hjärnan

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 minimalinvasiv och reproducerbar fotokemisk Kortikal lesion modell för studier Mouse Stroke

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 standardiserad hinderbana för bedömning av synfunktion i Ultra Low Vision och Artificiell 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

Snabb och noggrann utandningsluft Ammoniak Mätning

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

Upprättande och karakterisering av UTI och CAUTI i en musmodell

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 och hippocampus Beroende spatial inlärning och referens minne bedömning i en transgen råttmodell av Alzheimers sjukdom 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 steg för steg protokoll för 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

En Märg Låsning Nail för standardiserad Fixering av lårbenet osteotomier Analysera Normal och Defekt benläkning hos möss

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

Tillämpningen av Granger kausalitet analys av riktad funktionella anslutningen i Alzheimers sjukdom och kognitiv svikt

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