MRI에 시신경 단면 영역의 정량화: 피지 소프트웨어를 사용 하 여 새로운 프로토콜

MRI를 이용한 표준화된 시신경 평가 및 정량화 방법에 대한 상세한 프로토콜을 제공했으며, 널리 이용 가능한 이미징 서열을 활용하고 이미지 분석을 위한 개방형 액세스 소프트웨어를 제공했습니다. 이 표준화된 프로토콜에 따라 다른 환자와 다른 연구 사이 비교를 위한 의미 있는 데이터를 제공할 것입니다.

시신경 평가는 녹내장 진단 및 후속 조치의 중요한 양상입니다. 이 프로젝트는 이미지 수집을 위한 3T MRI를 사용하여 시신경 단면 평가 및 정량화의 통합 방법론을 위한 프로토콜을 설명하고 이미지 처리 정량화를 위한 ImageJ의 피지 소프트웨어입니다. 화상 수집은 화상 진찰 도중 곧게 고정을 지키기 위하여 환자를 위한 적당한 지침과 함께 3 T MRI를 사용하여 수행되었습니다. T2 가중 지방 억제 시퀀스가 사용되었습니다. 전 세계 3mm 뒤로 이동한 관상 동맥 절단은 시신경 축에 수직으로 업로드되어야 합니다. 임계값 함수를 사용하여 시신경의 백색 물질 영역을 선택및 정량화하여 개별 간 측정 편향을 제거합니다. 우리는 또한 이전에 간행된 문헌에 근거를 둔 나이에 따라 시신경 단면 지역에 대한 일반적인 한계를 기술했습니다. 우리는 의심되는 녹내장 환자의 시신경을 평가하기 위하여 기술된 프로토콜을 이용했습니다. 시신경 단면 영역은 정상 한계 내에 있는 것으로 나타났으며, 시신경의 광학 일관성 단층 촬영을 통해 추가로 확인된 발견.

녹내장은 돌이킬 수 없는 실명^1의일반적인 원인으로 여겨지는 시신경병증이다. 그럼에도 불구하고, 그것은 여전히 진단^2를확립하기위한 단일 표준 참조없이 병리학 및 진단측면에서 제대로 이해되지 않습니다. 국립보건의료연구원(NICE)에 따르면 1차 개방각 녹내장(POAG)의 진단은 fundus 시험 또는 광학 일관성 단층 촬영(OCT) 영상, 시각 필드 평가 및 내혈압 측정 ^3에대한 광학 디스크 평가를 포함한 다중 도메인의 평가를 필요로 한다. 녹내장 진단 뒤에 아이디어는 10월^4일에양적으로 행해질 수 있는 진행하는 광학 신경병증의 존재를 확립하고 있습니다. 이와 관련하여, MRI는 또한 백색 물질 영역^5의시신경 평가 및 정량화에 사용될 수 있지만, 이를 위해서는 임상적으로 의미가 있으므로 시신경 백색 물질 정량화에 사용되는 프로토콜을 표준화할 필요가 있다. 더욱이, 프로토콜은 또한 개별 간 변이를 수용해야 한다, 다른 질병 6의 정확도에 영향을 미칠 수 있는^요인.

녹내장의 시신경 평가는 시신경의 가장 전방 부분(예를 들어, 광학 디스크)이 평가되는 OCT를 포함하여 안과 영상을 통해 최적으로 평가됩니다. 다른 한편으로는, 시신경 평가를 위한 MRI의 사용은 일반적으로 지구로부터 다양한 거리에서 시신경의 역류 부분을 평가합니다. 몇몇 연구 결과는 OCT와 MRI^7,8를사용하여 광학 디스크 평가 사이 강한 상관관계를 찾아냈습니다. 그러나 MRI에 대한 시신경 평가 및 정량화를 위한 통합 프로토콜은 아직 없습니다. MRI의 시신경 테두리를 설명하는 것은 단면 면적^5를정량화하는 데 사용되었습니다. 그러나 이 방법은 숙련된 평가자가 수행해야 하고 개요에 상당한 시간이 필요하기 때문에 상당한 인터 레이터 가변성을 가지고 있습니다. 이번 프로젝트의 목적은 이미지 수집을 위한 3T MRI를 이용한 시신경 단면 평가 및 정량화를 위한 통합 방법론을 위한 프로토콜을 제공하는 것이었다.

다음 연구는 요르단 병원의 연구 위원회와 기관 검토 위원회에 의해 승인되었다. 다음 프로토콜은 피지 소프트웨어를 사용하여 이미지 처리 및 시신경 정량화 다음에 MRI 이미지를 획득하는 데 사용되는 이미징 기술을 설명합니다.

1. MRI 이미지 수집

참고: MR 이미지 수집은 3 테슬라(3T) MRI를 사용하여 멀티플래노어 T2 가중 지방 억제 서열(재료표)을수행하였다.

1. 환자에게 검사를 완전히 설명하십시오. 다음은 환자에게 언급해야 할 지침과 설명을 포함한다.
   1. 환자에게 옷을 갈아입고 영상에 특별한 가운을 입어야 한다고 설명한다.
   2. 환자는 티타늄 산화물 안료의 전기 전도성으로 인해 유물 (특히 3 T)을 생성 할 수 있으므로 마모 된 아이 라이너를 제거하십시오.
   3. 환자가 MRI 이미징^9을수행하기 위한 금기 사항이 없는지 확인합니다.
      1. 얼굴 마스크, 피어싱, 인공 사지, 자기 치과 임플란트, 대뇌 동맥류 클립을 포함 할 수있는 금속 재료에 대해 환자에게 물어보십시오.
      2. 환자에게 금속 내내 이물질에 대해 물어보십시오. 이를 위해 환자에게 적절한 보호 장비없이 용접되었는지 물어보십시오.
      3. 심박조율기 및 인슐린 펌프, 진통제 또는 화학 요법 펌프를 포함하여 MRI와 호환되지 않을 수 있는 이식형 장치에 대해 환자에게 물어보십시오. 이 외에도 인공와우/귀 임플란트, 이식형 신경 자극 시스템, 이식형 신경 자극 시스템, 금속 성분이 있는 카테터 등은 모두 금기시됩니다.
      4. 환자에게 몸 안에 남아있는 금속 이물질에 대해 물어보십시오. 여기에는 총알, 산탄총 펠릿 및 금속 파편이 포함됩니다.
      5. 어떤 외과 클립 또는 와이어 봉합사, 관절 교체 또는 보철물, 열등한 베나 카바 (IVC) 필터, 안구 보철물, 스텐트 또는 자궁 내 장치에 대해 환자에게 물어보십시오.
      6. 지난 6주 동안 환자에게 문신을 했는지 물어보십시오.
      7. 환자에게 지난 8주 동안 대장 내시경 검사를 받은 지 물어보십시오.
      8. MRI 기계의 제한된 공간으로 인해 환자에게 밀실 공포증이 있는지 물어보십시오.
         참고: 어려움은 높은 체질량 지수 (BMI)를 가진 환자로 찾아볼 수 있습니다.
   4. 환자에게 시험은 환자가 가만히 있어야 하는 15분 정도 걸릴 것으로 예상된다고 설명한다.
2. 지침을 완료하고 환자가 시험을 완전히 이해했는지 확인한 후 서명 된 동의를 얻습니다.
3. MRI 이미지 수집 중에 환자 척추를 MRI 기계에 놓고 머리 움직임없이 이미징 중에 직선 대상에 고정하십시오. 시력이 좋지 나는 환자의 경우 사운드 자극을 사용하여 고정을 최적화하십시오. 고정을 위한 보다 포괄적인 방법은 한쪽 눈을 닫고, 색상을 변경하는 LCD 화면 의 형태로 중앙에서 고정 대상을 사용하고, 안구 윤활유를 사용하는 것을 포함합니다.
4. 환자가 MRI 기계에 있는 동안 무엇이든 필요로 하는 경우에 누를 수 있는 짜기 버튼이 있다는 것을 알고 있는지 확인하십시오. 헤드 코일을 사용할 수 있지만 눈 코일과 궤도 코일은 안과 이미징에 더 적합할 수 있습니다.
5. 이미지 수집을 위한 다음 매개 변수 입력: T2 가중 지방 억제 서열(TR = 3000 밀리초; TE = 90 밀리초; TE = 100; 시야 = 16cm×16cm; 매트릭스 = 296*384; 슬라이스 두께 = 3mm; 슬라이스 갭 = 0.3 mm). 분석된 최종 이미지는 전 세계 3mm 의 경사 관상 이미지였습니다. T2 가중 지방 억제 서열은 일반적으로 시신경 이미징에 사용되지만 T2 빠른 스핀 에코 이미징을 포함한 다른 서열을 사용할 수 있다는 점에 유의해야 합니다.
6. 시신경 직교(즉, 수직)의 관상 절단을 전 세계 신경 3mm 후방에 가져가십시오. 최적의 시신경 방향과 시신경-글로브 접합 위치를 보장하기 위해 교차및 경사 좌활 평면에서 스카웃 이미지를 사용합니다.
7. 시신경 주위의 CSF 분포에 의한 시선 고정 품질을 평가하며, 시신경 주위에 는 모든 면에서 거의 동일한 두께로 균일하게 분포되어야 합니다.
8. 프로세스를 반복하여 다른 쪽의 시신경을 이미지화합니다.

2. 이미지 분석

1. (https://imagej.net/Fiji)에서 피지 이미지 처리 패키지를 다운로드합니다.
2. 메뉴 표시줄에서 파일을 클릭한 다음 열기 버튼을 클릭하여 분석을 위해 ImageJ Fiji 소프트웨어에 시신경의 관상 동맥 이미지를 업로드합니다. 처리할 관상 이미지를 선택합니다. 이미지 품질 손실로 인해 신뢰할 수 없는 이미지 분석 결과로 이어질 수 있기 때문에 전송 중에 이미지 품질을 잃지 않고 피지 소프트웨어로 이미지를 전송합니다.
3. 맵 배율에 직선을 그려 길이 단위당 픽셀 수를 지정하여 스케일을 표준화합니다. 그런 다음 분석 메뉴 모음에서 눈금 설정을 선택합니다. 적절한 길이(즉, 대부분 mm)와 함께 맵 축척에 나타나는 선의 길이를 지정합니다.
4. 이미지 메뉴를 사용하여 이미지를 회색 으로 변환한 다음 유형 및 8비트를 선택합니다.
5. 백색 물질 픽셀의 강도 범위를 정량화합니다.
   1. 라소 선택 도구 사용(플러그인 | 세분화 | 올가미 도구)는선택 중에 회색 물질 영역을 포함하지 않도록 흰색 물질의 충분한 영역을 선택합니다. 전체적으로 선택된 백색 물질 영역이 약 1,000픽셀으로 충분하다는 것을 발견했습니다. 분석 및 측정 도구를 사용하여 선택한 영역을 정량화합니다.
6. 선택한 흰색 물질 영역에서 픽셀 강도분포를 보여 준다는 분석 메뉴에서 히스토그램 도구를 표시합니다. 라이브 박스를 클릭하여 히스토그램이 선택한 영역을 평가하도록 합니다. 히스토그램의 그래프는 강도의 정상적인 분포를 보여줘야 합니다.
7. 다음과 같이 백색 물질 강도 범위를 계산합니다.
   하한 = 평균 강도 - (3* 표준 편차)
   상한 = 평균 강도 + (3* 표준 편차)
8. 이미지 메뉴에서 임계값 도구를 열고 조정 함수를 엽니다. 이전 단계에서 계산된 범위를 지정합니다. 어두운 배경 기능만 선택하여 드롭 리스트에서 흑백 음표 B&W를 지정한 다음 적용을 클릭합니다. 광학 디스크 내에 있는 백색 물질에 대한 마스크가 나타납니다.
9. 라소 선택 도구 사용(플러그인 | 세분화 | 올가미 도구)광학 디스크를 나타내는 검은 영역을 선택합니다.
10. 임계값 함수로 표시된 영역을 mm의 분석 메뉴 모음에서 측정 함수를 사용합니다.

검진 안과 검사를 위해 제시한 30세 남성 환자에 대한 컵 대 디스크 비율은 0.8(그림1A)로,이는 의심스럽고 녹내장을 암시할 수 있습니다. 신경 섬유 층 두께에 대한 광학 일관성 단층 촬영을 수행하자마자 신경 두께가연령(도 1B)의정상 한계 내에 있음을 발견했습니다. 환자는 시신경 평가를 위한 관상 절단이 전술한 프로토콜에 따라 주문되고 행해지는 궤도 MRI를 위해 예정되었습니다.

우리는 광학 디스크 뒤에 3mm, 관상 MRI 컷을 얻었다. 백색 물질 평균 강도는 94.372 (SD 7.085)였으며, 그 결과 백색 물질 강도 범위는 다음과 같은 것입니다.

하한 = 94.372 - 21.255 = 73.117

상한 = 94.372 + 21.255 = 115.627

도 2는 정량화용 시신경 백색 물질(도2B)을이용하여 백색 물질 임계값을 적용한 후 관상 이미지(도2A)를나타낸다. 좌시신경의 백색 물질에 대한 단면 영역은 표 1에도시된 바와 같이, 그의 나이에 대한 정상 한계 내에 있는 6.9 mm 2(0.069 cm ^2)였다.

그림 1: 녹내장(A)을암시 할 수있는 디스크 비율에 높은 컵을 보여주는 Fundus 이미지. 신경 섬유 층(NFL)에 대한 광학 일관성 단층 촬영은 정상 한계 내의NFL(B)을나타낸다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

도 2: 코로날 T2-가중 지방 억제 MRI 이미지는 시신경에 수직으로 얻어진 3mm 의 시신경 뒤에 있는 광학디스크(A). 미리 계산된 임계값범위(B)를적용한 후 동일한 관상 절단. 시신경 백색 물질(C). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

표 1은 이전 연구에서 알 수 있듯이 지구로부터 MRI 3mm를 사용하여 시신경 단면 직경의 정상 범위를 나타낸다.

우리는 녹내장 환자 평가에 사용될 지도 모르다 시신경 백색 물질을 평가하고 정량화하기 위하여 프로토콜을 기술했습니다. 이 프로토콜은 이미지 수집을 위해 널리 사용되는 이미징 시퀀스를 사용하며 이미지 분석을 위해 오픈 소스 피지 소프트웨어를 사용합니다. 우리는 이전에 시신경 이미지 획득에서 가장 정확하고 매우 재현 가능한 것으로 밝혀진 이미지 매개 변수를 표준화했으며, 여기에는 환자에게 바로 앞에 고정하도록 요청하고, 지방 억제 시퀀스를 사용하여 T2를 사용하고, 전 세계 3mm 의 단면 영역을 캡처하는 것을 포함합니다. 또한, 수동 세분화를 제거하고 환자 간의 신호 가변성을 교정하는 상세한 이미지 분석 방법을 설명했습니다. 이 프로토콜의 중요성은 일반적으로 MRI^12에대한 시신경 평가의 주요 오류 원인인 방사선학자에 의한 관심 영역(ROI) 세분화의 변동을 제거한다는 것이다. 우리는 표 1을가진 시신경 단면 영역에 대한 규범적인 데이터를 제공하기 위해 노력하는 동안, 기술된 표준 프로토콜을 사용하여 추가 데이터가 임상 설정에서 의 사용 및 비교를 위해 필요하다. 이러한 데이터는 표 1에도시된 바와 같이 시신경 크기의 연령 변화로 인해 다른 연령집단을 수용할 필요가 있다. 이러한 변화는^성별(15)사이에서 명확하지 않지만, 최근 굴절^{오류(16)에}대해 제시될 것을 제안했다.

이전 연구는 시신경 백색 물질 정량화를 위한 다른 방법론을 적용하고, 주로 이미지 분석을 위해 워크스테이션에 존재하는 소프트웨어를 사용했습니다. 시신경 평가에 대한 초기 연구는 기술자 또는 방사선 학자^(12,17)에의한 수동 세분화를 사용하여 단면 면적에 기초한 정량화 접근법을 채택했다. Wang 외.는 또한 10월 ^11일과의상관 관계를 위해 지구와 다른 거리에서 시신경 단면 영역의 수동 세분화를 사용했다. Omodaka 등.은 10월^8일과의상관관계에 대한 시신경의 지표를 추출하기 위해 수동 주석을 통해 축절단에 디스크에서 시신경의 길이와 관상 절단에 대한 평균 단면 영역및 시신경의 길이를 사용했다. OCT와 상관관계가 있음에도 불구하고, 이 방법의 재현성은 시신경의 세로 평가에 필요한 정확도를 산출하지 못할 수 있습니다. Ramli 등은 모든 축 ^섹션에서이소강렬한 신호의 수동 세분화를 통해 시신경의 부피를 정량화하5, 축 단면 자체에 의해 포착되지 않은 시신경 물질을 놓칠 수 있는 접근법, 이미지 수동 세분화 시 인간의 실수, 또는 정량화 평가에 포함될 시신경 길이의 결정에서도 정량화한다.

다른 연구는 시신경의 단면 면적의 평가를 사용 하는 동안, 그들은 지구로부터 측정의 거리에서 달랐다. Wang et al.은 전 세계 3mm, 9mm 및 15mm를 평가했으며, 3mm 단면 평가가 안내^{압력(11)과}가장 높은 상관관계를 가졌다는 것을 발견했습니다. Bäuerle 등은 전 세계 3mm 및 5mm에서 MRI에 대한 시신경의 평가의 재현성을 분석했으며, 두 경우^{모두 10건}에 대해 좋은 평가를 발견했다. Lagrèze 외. 전 세계 5mm, 10mm 및 15mm 의 단면 면적을 측정하고 단면 평가가 5mm 단면 영역에서 가장 정확했다는 것을^{발견했습니다 17.} 이 프로토콜에서, 우리는 시신경 평가에서 의 사용이 이전에 1.5 T MRI^18,19보다우수한 것으로 밝혀졌다 이미지^{수집을위해}3 T MRI를 사용했다. 점점 더 활용되는 7 T MRI는 우수한 결과를 제공할 수도 있지만 규범적 가치도 필요합니다. 사용 된 MRI 서열에 관해서는, 우리는 T2 지방 억제 서열을 사용, 주로 그것의 넓은 가용성및 주변 의 장내 지방을 제거 한 후 CSF를 둘러싼 시신경을 묘사 하는 그것의 고유 된 능력 때문에. 이전 연구는 널리 사용할 수 없을 수도 있는 하프 푸리에 단일 샷 터보 스핀 에코 (HASTE) 시퀀스와 확산 텐서 이미징 (DTI) 시퀀스^7,12를포함하여 신뢰할 수있는 결과를 가진 다른 시퀀스를 사용했다.

이미지 수집 중에 고려해야 할 중요한 측면은 이미징 중 비직선 표적에 고정하면 비정확한 시신경 정량화^12를얻을 수 있으므로 환자가 직선 대상에 고정되어 있는지 확인하는 것입니다. OCT의 고정은 가까운 표적에 단안경, 한 눈으로 가까운 표적을 보기 위하여 평가될 눈에서 좋은 시력을 가지고 있는 환자를 요구하는 반면, MRI에 대한 표적은 더 멀리 떨어져 있는 반면, 고정은 쌍안경이고, 더 적은 시각적 요구가 요구됩니다. 그러나, 고정은 아직도 높은 굴절 오류가 나 나쁜 비전이 있는 환자를 위한 문제일 지도 모릅니다. 녹내장 환자를 평가하고 따르는 MRI를 사용하는 것은 10월을 포함한 저렴한 비용의 간단한 이미징 기술이 있을 때 실현 가능하지 않을 수 있지만, MRI는 OCT가 결정적인 데이터를 제공하지 않거나 OCT 자체가 상당한 안구 내측 불투명도가 있는 경우와 같이 얻을 수 없는 특별한 상황에서 유용할 수 있습니다. 더욱이, 설명된 프로토콜은 MRI 이미징이 이차 원인^20,21을배제하기 위해 설명할 수 없는 광학 신경병증의 경우에 보증될 때 사용될 수 있다.

이 프로토콜의 주요 한계 중 하나는 두 눈에 시력이 좋지 않은 환자를 포함하여 제대로 고정할 수 없는 환자를 평가할 수 없다는 것입니다. 이와 관련하여, 사운드 자극의 사용은 이미지 수집²²동안 고정의 품질을 향상시킬 것이다. 또한, 새로운 방법론으로서 시신경 백색 물질에 대한 MRI 기반 단면 영역에 대한 정상적인 값을 묘사하기 위한 미래의 연구가 필요합니다. 정상 값을 확립하는 것의 중요성은 시신경이 또한 신경 섬유와 유사한 기능능력을 갖지 않는 조직인 결합^{조직(23)의}상당량으로 구성되어 있다는 사실에 의해 더욱 강조된다. OCT에서 시신경 섬유 층 두께의 정량화는 정량화^{과정(24)에}결합 조직의 포함으로 인한 리맨런트 신경 조직의 잘못된 인상을 제공할 수 있지만, 이러한 거짓 인상은 이 MRI 기반 정량화 방법에 존재하지 않는다. 모션 아티팩트는 특히 시험 중 눈의 움직임에 따라 이미지의 흐림으로 이어질 수 있습니다. 이미징 중에 피해야 하지만, 백색 물질 범위를 확립하면 대뇌 백색 물질에 대한 모션 아티팩트로 인한 변화가 시신경의 백색 물질과 거의 비슷하기 때문에 시신경 백색 물질 정량화의 정확도에 대한 이러한 유물의 영향을 줄일 수 있습니다.

현재 프로토콜의 주요 강점은 비전문 의사 또는 기술자에 의해 수행되는 경우에도 시신경 정량화 중 개인 간 차이를 제거하는 것입니다. 또한 이미지 분석을 위해 널리 사용되는 오픈 소스 소프트웨어를 사용했습니다. 특히 10월의 존재에서 시신경 정량화를 위한 전용 MRI 이미징을 수행하는 것은 불가능하지만, 시신경병증과 녹내장의 이차 원인을 배제하는 것을 포함하여 다른 목적을 위해 수행된 MRI 이미징 중에 이 프로토콜을 수행하는 것이 좋습니다.

모든 저자는 이해 상충을 선언하지 않습니다.

비디오 촬영과 개발에 중요한 공헌을 한 패리스 하다드와 하산 엘 이사에게 감사드립니다.