כימות אזור חתך עצב הראייה על MRI: פרוטוקול חדשני באמצעות תוכנת פיג'י

סיפקנו פרוטוקול מפורט לשיטה סטנדרטית של הערכה וכימות של עצב הראייה באמצעות MRI, תוך שימוש ברצף הדמיה זמין נרחב ותוכנת גישה פתוחה לניתוח תמונה. בעקבות פרוטוקול מתוקנן זה יספק נתונים משמעותיים להשוואה בין חולים שונים ומחקרים שונים.

הערכת עצב הראייה היא היבט חשוב של אבחון גלאוקומה ומעקב. פרויקט זה מתאר פרוטוקול למתודולוגיה מאוחדת של הערכה וכימות חתך של עצב הראייה באמצעות 3 T MRI לרכישת תמונות ותוכנת פיג'י של ImageJ לכימות עיבוד תמונה. רכישת תמונה בוצעה באמצעות 3 T MRI, עם הוראות מתאימות למטופל כדי להבטיח קיבוע ישר במהלך ההדמיה. נעשה שימוש ברצף מודחק שומן משוקלל T2. יש להעלות לתוכנה חתך קורונל שנלקח 3 מ"מ מאחורי הגלובוס וניצב לציר עצב הראייה. באמצעות פונקציית הסף, אזור החומר הלבן של עצב הראייה נבחר ומכומת, ובכך מבטל הטיית מדידה בין-אישית. תיארנו גם את הגבולות הרגילים לאזור חתך עצב הראייה בהתאם לגיל, בהתבסס על ספרות שפורסמה בעבר. השתמשנו בפרוטוקול המתואר כדי להעריך עצב ראייה של חולה גלאוקומה חשוד. אזור חתך עצב הראייה נמצא בגבולות הנורמליים, ממצא שאושר עוד יותר באמצעות טומוגרפיה קוהרנטית אופטית של עצב הראייה.

גלאוקומה היא נוירופתיה אופטית הנחשבת לסיבה הנפוצה ביותר לעיוורון בלתי הפיך¹. למרות זאת, הוא עדיין מובן היטב מבחינת הפתופיזיולוגיה והאבחון שלו, ללא התייחסות סטנדרטית אחת לביסוס האבחנה². על פי המכון הלאומי למצוינות בבריאות ובטיפול (NICE) האבחנה של גלאוקומה בזווית פתוחה ראשונית (POAG) דורשת הערכה של תחומים מרובים, כולל הערכת דיסק אופטי על בדיקת פונדוס או טומוגרפיה קוהרנטית אופטית (OCT), הערכת שדה ראייה ומדידת לחץ תוך עיני ³. הרעיון מאחורי אבחון גלאוקומה הוא ביסוס נוכחות של נוירופתיה אופטית מתקדמת, אשר ניתן לעשות כמותית על OCT⁴. בהקשר זה, MRI יכול לשמש גם להערכה וכימות עצב הראייה של אזור החומר הלבן שלה⁵, אבל כדי שזה יהיה משמעותי מבחינה קלינית, הפרוטוקול המשמש כימות חומר לבן עצב הראייה צריך להיות מתוקנן. יתר על כן, פרוטוקול צריך להכיל גם וריאציה בין אינדיבידואלית, גורם שעשוי להשפיע על הדיוק במחלות שונות⁶.

הערכת עצב הראייה בגלאוקומה מוערכת באופן אופטימלי באמצעות הדמיה עיניים, כולל OCT, שם מוערך החלק החלקי ביותר של עצב הראייה (למשל, דיסק אופטי). מצד שני, השימוש ב- MRI להערכת עצב הראייה בדרך כלל מעריך את החלק הרטרובולבר של עצב הראייה במרחקים שונים מהגלובוס. מספר מחקרים מצאו מתאם חזק בין הערכת דיסק אופטי באמצעות OCT ו- MRI^7,8. עם זאת, עדיין אין פרוטוקול מאוחד להערכת עצב הראייה וכימות על MRI. תיוג הגבול העצבי האופטי ב-MRI שימש לכימות האזור החתך שלו^5. עם זאת, שיטה זו יש שונות בין-שיעור ניכרת, כפי שהוא צריך להיעשות על ידי שיעור מנוסה ודורש זמן רב עבור מתווה. מטרת הפרויקט הנוכחי הייתה לספק פרוטוקול למתודולוגיה מאוחדת להערכה וכימות חתך רוחב של עצב הראייה באמצעות 3 T MRI לרכישת תמונות ותוכנת פיג'י של ImageJ לעיבוד וכימות תמונה.

המחקר הבא אושר על ידי ועדת המחקר וועדת הביקורת המוסדית של בית החולים אוניברסיטת ירדן. הפרוטוקול הבא יתאר את טכניקת ההדמיה המשמשת לרכישת תמונות MRI, ואחריה עיבוד תמונה וכימות עצב הראייה באמצעות תוכנת פיג'י.

1. רכישת תמונת MRI

הערה: רכישת התמונה MR נעשתה באמצעות MRI 3 טסלה (3 T) כדי לבצע רצף דיכוי שומן משוקלל T2 multiplanar(טבלת חומרים).

1. הסבר מלא את הבדיקה למטופל. להלן הוראות והסברים שיש להזכיר למטופל.
   1. להסביר למטופל שהם יצטרכו להחליף בגדים וללבוש שמלה מיוחדת להדמיה.
   2. יש חולים להסיר כל אייליינר שחוק כפי שהוא יכול לייצר חפצים (במיוחד ב 3 T) בשל מוליכות חשמלית של פיגמנט תחמוצת טיטניום.
   3. ודא כי לחולה אין התוויות נגד לביצוע הדמיית MRI⁹:
      1. שאל את המטופל על כל חומרים מתכתיים, אשר עשויים לכלול מסכות פנים, פירסינג, גפיים מלאכותיות, שתלים דנטליים מגנטיים, קליפסים מפרצת בעורק המוח.
      2. שאל את המטופל על גופים זרים תוך עיני מתכתיים. בשביל זה, לשאול את המטופל אם הם ריתכו ללא ציוד מגן מתאים.
      3. שאל את המטופל על כל מכשיר מושתל עשוי להיות לא תואם MRI, כולל קוצבי לב ומשאבות אינסולין, תרופות משכך משכךך, או משאבות כימותרפיה. בנוסף לכך, שתלי שבלול / שתל אוזניים, מערכות גירוי עצבי מושתלות, מערכות גירוי עצבי מושתלות, קטטרים עם רכיבים מתכתיים, כולם התווית.
      4. שאל את המטופל על גוף זר מתכתי שנותר בתוך גופם. זה כולל כדורים, כדורי רובה ציד ורסיסי מתכת
      5. שאל את המטופל על כל קליפים כירורגיים או תפרי תיל, החלפת מפרק או תותבת, מסנן veva הנתון (IVC) נחות, תותבת העין, סטנטים, או התקן תוך רחמי.
      6. שאל את המטופל אם הם עשו קעקוע בשת השבועות האחרונים.
      7. שאל את המטופל אם הוא עבר הליך קולונוסקופיה בשמונת השבועות האחרונים.
      8. בשל המרחב הסגור של מכונת ה- MRI, שאל את המטופל אם יש לו קלסטרופוביה.
         הערה: קושי ניתן למצוא עם חולים בעלי מדד מסת גוף גבוהה (BMI).
   4. להסביר למטופל כי הבדיקה צפויה להימשך 15 דקות, שם המטופל צריך להישאר עדיין.
2. לאחר השלמת ההוראות וודא שהמטופל מבין את הבחינה במלואה, יש לקבל הסכמה חתומה.
3. במהלך רכישת תמונת MRI, הניחו את הגופין של המטופל במכונת ה-MRI, והתקבעו על מטרה ישרה במהלך הדמיה ללא כל תנועת ראש. עבור חולים עם חדות ראייה ירודה, השתמש בגירוי קול כדי לייעל את הקיבעון. שיטות מקיפות יותר עבור קיבעון כוללות עוצם עין אחת, שימוש ביעד קיבעון באופן מרכזי בצורה של מסך LCD שמשנה צבעים, ושימוש בסיכה עינית.
4. ודא כי המטופל מודע לכך שיש כפתור לחיצה שניתן ללחוץ עליו אם הוא זקוק למשהו בזמן שהוא נמצא במכונת ה- MRI. בעוד סליל ראש ניתן להשתמש, סליל העין סליל מסלולית עשוי להיות מתאים יותר הדמיה עיניים.
5. הזן את הפרמטרים הבאים לרכישת תמונה: רצף דיכוי שומן משוקלל T2 (TR = 3000 אלפיות השניה; TE = 90 אלפיות שניה; TE = 100; שדה הראייה = 16 ס"מ×16 ס"מ; מטריצה = 296*384; עובי פרוסה = 3 מ"מ; מרווח פרוסה = 0.3 מ"מ). התמונה הסופית שנותחה הייתה תמונה קורונית עקשנית 3 מ"מ מאחורי הגלובוס. חשוב לציין כי בעוד רצף דיכוי שומן משוקלל T2 משמש בדרך כלל להדמיה עצב הראייה, רצפים אחרים יכולים לשמש, כולל דימות הד ספין מהיר T2.
6. קח חתך קורונל של אורתוגונל עצב הראייה (כלומר, מאונך) אל העצב 3 מ"מ אחורי לכדור הארץ. השתמש בתמונות סקאוט במישורי הקשת הבין-רוחביים והאיפטיים כדי להבטיח כיוון אופטימלי של עצב הראייה ומיצוב צומת עצבי הראייה.
7. להעריך את איכות קיבוע המבט על ידי התפלגות CSF סביב עצב הראייה, שם זה צריך להיות מופץ באופן אחיד סביב עצב הראייה עם עובי כמעט שווה בכל הצדדים.
8. חזור על התהליך כדי לדמיין את עצב הראייה עבור הצד השני.

2. ניתוח תמונה

1. הורד חבילת עיבוד תמונה פיג'י מ (https://imagej.net/Fiji).
2. העלה את התמונה הקוורלית של עצב הראייה לתוכנת ImageJ פיג'י לניתוח על ידי לחיצה על קובץ מתוך שורת התפריטים, ואחריו לחצן פתח. בחר את התמונה קורונל לעיבוד. העבר את התמונות לתוכנת פיג'י מבלי לאבד את איכות התמונה במהלך ההעברה, שכן אובדן איכות התמונה יוביל לתוצאות ניתוח תמונה לא אמינות.
3. תקן את קנה המידה על-ידי ציון מספר הפיקסלים ליחידת אורך על-ידי ציור קו ישר בסרגל המפה. לאחר מכן בחרו 'קבע קנה מידה' בשורת התפריטים 'נתח'. ציין את אורך הקו כפי שמופיע בסולם המפה עם איחוד האורך הנכון (כלומר, בעיקר מ"מ).
4. המר את התמונה לגווני אפור באמצעות תפריט התמונה ולאחר מכן בחר אות ו- 8 סיביות.
5. כימת את טווח העוצמה של פיקסלים של חומר לבן.
   1. שימוש בכלי בחירת לאסו(תוסף | | פילוח הכלי לאסו), בחרו שטח מספיק של חומר לבן, והקפידו לא לכלול אזור חומר אפור במהלך הבחירה. גילינו שמספיק אזור חומר לבן נבחר של כ-1000 פיקסלים. השתמשו בכלי ניתוח ומידה לכימות האזור שנבחר.
6. הצג את הכלי היסטוגרמה מתפריט ניתוח, המציג את התפלגות עוצמת הפיקסלים באזור החומר הלבן שנבחר. לחץ על התיבה Live כדי לוודא שההיסטוגרמה מעריכה את האזור שנבחר. הגרף על היסטוגרמה צריך להראות התפלגות נורמלית של אינטנסיביות.
7. חשב טווח עוצמת החומר הלבן באופן הבא:
   גבול תחתון = עוצמת ממוצעת - (3* סטיית תקן)
   גבול עליון = עוצמת ממוצעת + (3* סטיית תקן)
8. פתחו את הכלי סף מתפריט 'תמונה', ואחריו את הפונקציה 'התאם'. ציין את הטווח המחושב מהשלב הקודם. סמן פונקציית רקע כהה בלבד וציין ביאור בשחור-לבן B&W מרשימת השחרור ולאחר מכן לחץ על החל. המסכה לחומר לבן הנמצאת בתוך הדיסק האופטי תופיע.
9. שימוש בכלי בחירת לאסו(תוסף | | פילוח הכלי לאסו), בחר את האזור השחור המייצג את הדיסק האופטי.
10. השתמש בפונקציה Measure בשורת התפריטים 'ניתוח', שתחשב את האזור המסומן בפונקציית הסף ב- mm.

יחס הכוס לדיסק עבור מטופל בן 30 שהציג לבדיקת עיניים לבדיקה היה 0.8 (איור 1A),שהוא חשוד ועשוי להיות מרמז על גלאוקומה. לאחר ביצוע טומוגרפיה קוהרנטית אופטית לעובי שכבת סיבי עצב, גילינו שעובי העצבים נמצא בגבולות הנורמליים לגיל(איור 1B). החולה תוכנן ל-MRI במסלול, שם הוזמן חתך קורונל להערכת עצב הראייה ובוצע לפי הפרוטוקול הנ"ל.

השגנו חתך MRI קורונל, 3 מ"מ מאחורי הדיסק האופטי. עוצמת החומר הלבן הייתה 94.372 (SD 7.085), מה שגרם לטווח עוצמת החומר הלבן של:

גבול תחתון = 94.372 - 21.255 = 73.117

גבול עליון = 94.372 + 21.255 = 115.627

איור 2 מציג את התמונה העכומה (איור 2A), את התמונה העקורה לאחר החלת סף החומר הלבן באמצעות הגבולות העליונים והתחתונים המחושבים (איור 2B)והחומר הלבן של עצב הראייה לכימות (איור 2C). האזור החתך של החומר הלבן של עצב הראייה השמאלי היה 6.9 מ"מ² (0.069 ס"מ^2),שהוא בגבולות הרגילים לגילו, כפי שמוצג בטבלה 1.

איור 1: תמונת Fundus המציגה יחס גבוה בין לדיסק, שעשויה לרמוז על גלאוקומה (A). טומוגרפיה קוהרנטית אופטית לשכבת סיבי העצב (NFL) המציגה בתוך גבולות נורמליים NFL (B). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: שומן משוקלל T2 - תמונת MRI משוקללת שהושגה בניצב עצב הראייה 3 מ"מ מאחורי הדיסק האופטי (A). אותו חתך קורונל לאחר החלת טווח סף מחושב מראש (B). חומר לבן עצב הראייה (C). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

טבלה 1 מציגה את הטווח הנורמלי של קוטר חתך עצב הראייה באמצעות MRI 3 מ"מ מהגלובוס, כפי שנמצא במחקרים קודמים.

תיארנו פרוטוקול להערכה וכימות של חומר לבן של עצב הראייה שעשוי לשמש להערכת מטופל גלאוקומה. הפרוטוקול משתמש ברצפי הדמיה זמינים נרחבים לרכישת תמונות, והוא משתמש בתוכנת פיג'י בקוד פתוח לניתוח תמונה. תיקנו את פרמטרי התמונה שנמצאו בעבר כמדויקים ביותר וניתן לשחזור גבוהים ביותר ברכישת תמונת עצב הראייה, כולל לבקש מהמטופל להתקבע ישר קדימה, באמצעות T2 עם רצף דיכוי שומן, ולכידת האזור החתך 3 מ"מ מאחורי הגלובוס. בנוסף, תיארנו שיטת ניתוח תמונה מפורטת שמבטלת פילוח ידני ומתקנת את השתנות האותות בין המטופלים. החשיבות של פרוטוקול זה היא כי הוא מבטל את השונות באזור עניין (ROI) פילוח על ידי הרדיולוג, שהוא בדרך כלל המקור העיקרי של שגיאה בהערכת עצב הראייה על MRI¹². בעוד שניסינו לספק נתונים נורמטיביים עבור אזור חתך עצב הראייה עם טבלה 1, נתונים נוספים באמצעות הפרוטוקול הסטנדרטי המתואר נדרש לשימוש והשוואה בהגדרות קליניות. נתונים כאלה צריכים להכיל קבוצות גיל שונות בשל וריאציית הגיל בגודל עצב הראייה, כפי שמוצג בטבלה 1. וריאציה כזו אינה ניכרת בין המינים¹⁵, אך לאחרונה הוצע להיות נוכח עבור שגיאה שבירה¹⁶.

מחקרים קודמים יישמו מתודולוגיות שונות לכימות חומר לבן של עצב הראייה, והם השתמשו בעיקר בתוכנה הקיימת בתחנת העבודה שלהם לניתוח תמונה. מחקרים ראשוניים על הערכת עצב הראייה אימצו גישת כימות המבוססת על שטח חתך, באמצעות פילוח ידני על ידי טכנאים או רדיולוגים^12,17. וואנג ואח ' גם השתמש פילוח ידני של אזור חתך עצב הראייה במרחקים שונים מן הגלובוס עבור מתאם עם OCT ¹¹. Omodaka ואח ' השתמש באזור חתך ממוצע על חתך קורונל ואת אורך עצב הראייה מן הדיסק כדי chiasm אופטי על ציר לחתוך דרך ביאור ידני כדי לחלץ אינדיקטורים של עצב הראייה עבור מתאם עם OCT⁸. למרות היותו בקורלציה עם OCT, רבייה של שיטה זו לא יכול להניב את הדיוק הנדרש להערכה אורך של עצב הראייה. Ramli ואח ' כימת את נפח עצב הראייה באמצעות פילוח ידני של אות isointense בכל קטעי צירי 5 , גישה שעלולה לפספס את החומר עצב הראייה לא נתפס על ידי החלקים ציריים עצמם, טעות אנוש במהלך פילוח ידני תמונה, או אפילו בקביעה של ^אורךעצב הראייה להיכלל בהערכת כימות.

בעוד שמחקרים שונים השתמשו בהערכת האזור החתך של עצב הראייה, הם היו שונים במרחק המדידות מהגלובוס. וואנג ואח' העריכו 3 מ"מ, 9 מ"מ ו-15 מ"מ מאחורי הגלובוס, ומצאו כי להערכה חתך 3 מ"מ יש את המתאם הגבוה ביותר עם לחץ תוך עיני¹¹. Bäuerle ואח ' ניתחו את יכולת הרבייה של הערכת עצב הראייה על MRI ב 3 מ"מ ו 5 מ"מ מאחורי הגלובוס, והם מצאו הערכה טובה עבור שני המקרים¹⁰. Lagrèze ואח ' מדדו את האזור החתך 5 מ"מ, 10 מ"מ, ו 15 מ"מ מאחורי הגלובוס ומצא כי ההערכה חתך היה מדויק ביותר באזור 5 מ"מ חתך בהשוואה למדידות רחוק יותר מן העולם¹⁷. בפרוטוקול זה, השתמשנו 3 T MRI לרכישת תמונות, שבו השימוש בו בהערכת עצב הראייה נמצא בעבר עדיף על 1.5 T MRI^18,19. 7 T MRI מנוצל יותר ויותר עשוי גם לספק תוצאות מעולות, אבל גם ידרוש את הערכים הנורמטיביים שלה. לגבי רצף MRI בשימוש, השתמשנו ברצף דיכוי השומן T2, בעיקר בשל הזמינות הרחבה שלה ואת היכולת הטבועה שלה כדי לתאר את עצב הראייה סביב CSF לאחר ביטול השומן תוך-תאי שמסביב. מחקרים קודמים השתמשו רצפים אחרים עם תוצאות אמינות, כולל חצי פורייה חד פעמי טורבו ספין-הד (HASTE) רצף הדמיה טנזור (DTI)^7,12, אשר לא יכול להיות זמין באופן נרחב.

היבט חשוב שיש לקחת בחשבון במהלך רכישת התמונה הוא לוודא כי המטופל מתקבע על מטרה ישרה, כמו קיבוע על יעד לא ישר במהלך הדמיה יניב כימות עצב הראייה לא מדויק¹². קיבעון ב- OCT הוא חד-עיני על מטרה קרובה, המחייב את המטופל להיות חדות ראייה טובה בעין כדי להעריך לראות את היעד הקרוב בעין אחת, ואילו עבור MRI היעד הוא רחוק יותר, הקיבעון הוא דו-עיני, ודורש פחות דרישות חזותיות. עם זאת, קיבעון עדיין יכול להיות בעיה עבור חולים שיש להם שגיאת שבירה גבוהה או ראייה לקויה. בעוד שהשימוש ב- MRI כדי להעריך ולעקוב אחר חולים עם גלאוקומה לא יכול להיות ריאלי בנוכחות עלות נמוכה, טכניקות הדמיה פשוטות יותר, כולל OCT, MRI יכול להיות שימושי במצבים מיוחדים שבהם OCT אינם מספקים נתונים חד משמעיים, או OCT עצמו לא ניתן להשיג, כגון בנוכחות אטימות מדיאלית עינית משמעותית. יתר על כן, הפרוטוקול המתואר יכול לשמש כאשר הדמיית MRI מוצדק במקרים של נוירופתיה אופטית בלתי מוסברת כדי לא לכלול גורמים משניים^20,21.

אחת המגבלות העיקריות של פרוטוקול זה היא חוסר היכולת להעריך חולים שאינם יכולים להתקבע כראוי, כולל חולים עם חדות ראייה ירודה בשתי העיניים. בהקשר זה, השימוש בגירוי קול ישפר את איכות הקיבעון במהלך רכישת תמונה²². יתר על כן, כמתודולוגיה חדשה, דרושים מחקרים עתידיים כדי לתאר ערכים נורמליים עבור אזורים חתך מבוססי MRI עבור חומר לבן עצב הראייה. החשיבות של קביעת ערכים נורמליים נלחצת עוד יותר על ידי העובדה כי עצב הראייה מורכב גם של כמות משמעותית של רקמת חיבור²³, רקמה שאין לה יכולות תפקודיות דומות כמו סיבי עצב. בעוד כימות של עובי שכבת סיבי עצב אופטיים ב OCT עשוי לספק רושם מוטעה של רקמת עצב מתן זמן בשל הכללת רקמת חיבור בתהליך הכימות²⁴, רושם מוטעה כזה אינו קיים בשיטת כימות מבוססת MRI זו. חפצי תנועה עשויים גם להוביל לטשטוש בתמונות, במיוחד על תנועת עיניים במהלך הבדיקה. אמנם יש להימנע מכך במהלך ההדמיה, אך הקמת טווח החומר הלבן תפחית את ההשפעה של ממצאים כאלה על הדיוק של כימות החומר הלבן של עצב הראייה, שכן השינויים הנגרמים על ידי חפץ התנועה על החומר הלבן המוחי הם כמעט כמו החומר הלבן של עצב הראייה.

הכוח העיקרי של הפרוטוקול הנוכחי הוא חיסול של הבדלים בין אינדיבידואליים במהלך כימות עצב הראייה, גם כאשר מבוצע על ידי רופאים או טכנאים שאינם מיוחדים. בנוסף, היא השתמשה בתוכנת קוד פתוח זמינה באופן נרחב לניתוח תמונה. אמנם זה לא ריאלי לעשות הדמיית MRI ייעודי לכימות עצב הראייה, במיוחד בנוכחות OCT, מומלץ לבצע פרוטוקול זה במהלך הדמיית MRI נעשה למטרות אחרות, כולל הדרה של גורמים משניים של נוירופתיה אופטית וגלאוקומה.

כל המחברים מצהירים שאין ניגוד אינטרסים.

ברצוננו להודות לפאריס חדד וחסן אל-איסא על תרומתם החשובה בצילומי וידאו ופיתוח.