MRG'de Optik Sinir Kesit Alanının Nicelemesi: Fiji Yazılımını Kullanan Yeni Bir Protokol

MRI kullanarak standartlaştırılmış bir optik sinir değerlendirmesi ve niceleme yöntemi, yaygın olarak bulunan bir görüntüleme dizisi ve görüntü analizi için açık erişim yazılımı için ayrıntılı bir protokol sağladık. Bu standartlaştırılmış protokolün ardından farklı hastalar ve farklı çalışmalar arasında karşılaştırma için anlamlı veriler sağlayacaktır.

Optik sinir değerlendirmesi glokom tanı ve takibinin önemli bir yönüdür. Bu proje, görüntü alımı için 3 T MRI ve görüntü işleme nicelemesi için ImageJ'in Fiji yazılımı kullanılarak optik sinir kesitsel değerlendirme ve nicelemenin birleşik bir metodolojisi için bir protokol açıklamaktadır. Görüntü alımı, görüntüleme sırasında düz fiksasyonu sağlamak için hastanın uygun talimatlarla birlikte 3 T MR kullanılarak gerçekleştirildi. T2 ağırlıklı yağ baskılanmış dizi kullanıldı. Dünyanın 3 mm gerisinden alınan ve optik sinir eksenine dik bir koronal kesim yazılıma yüklenmelidir. Eşik fonksiyonu kullanılarak, optik sinirin beyaz madde alanı seçilir ve ölçülür, böylece bireyler arası ölçüm önyargısı ortadan kalkar. Ayrıca daha önce yayınlanan literatüre dayanarak, yaşa göre optik sinir kesit alanı için normal sınırları tanımladık. Şüpheli bir glokom hastasının optik sinirini değerlendirmek için tarif edilen protokolü kullandık. Optik sinir kesit alanının normal sınırlar içinde olduğu tespit edildi, bu da optik sinirin optik tutarlılık tomografisi ile daha da doğrulandı.

Glokom, geri dönüşü olmayan körlüğün en yaygın nedeni olarak kabul edilen optik bir nöropatidir¹. Buna rağmen, patofizyolojisi ve tanısı açısından hala yezih anlaşılmaktadır, tanıyı belirlemek için tek bir standart referans yoktur². Ulusal Sağlık ve Bakım Mükemmelliği Enstitüsü'ne (NICE) göre, primer açık açılı glokom (POAG) tanısı, fundus sınavı veya optik tutarlılık tomografisi (OCT) görüntüleme, görsel alan değerlendirmesi ve göz içi basınç ölçümü ³dahil olmak üzere birden fazla alanın değerlendirilmesini gerektirir. Glokom tanısının arkasındaki fikir, OCT^4'tenicel olarak yapılabilen ilerleyen optik nöropatinin varlığını belirlemektir. Bu bağlamda, MRI optik sinir değerlendirmesi ve beyaz madde alanının nicelemesi için de kullanılabilir⁵, ancak bunun klinik olarak anlamlı olması için optik sinir beyaz madde nicelemesinde kullanılan protokolün standartlaştırılması gerekir. Ayrıca, bir protokol, farklı hastalıklarda doğruluğu etkileyebilecek bir faktör olan bireyler arası varyasyonu da karşılamalıdır⁶.

Glokomda optik sinir değerlendirmesi, optik sinirin en ön kısmının (örneğin optik disk) değerlendirildiği OCT dahil olmak üzere oftalmik görüntüleme ile en iyi şekilde değerlendirilir. Öte yandan, optik sinir değerlendirmesi için MRG kullanımı genellikle optik sinirin retrobulbar kısmını dünya çapından çeşitli mesafelerde değerlendirir. Çeşitli çalışmalar OCT ve MRI^7,8kullanılarak optik disk değerlendirmesi arasında güçlü bir korelasyon buldu. Bununla birlikte, MRG'de optik sinir değerlendirmesi ve niceliği için hala birleşik bir protokol yoktur. MRG'deki optik sinir kenarlığının ana hatları kesitsel alanını ölçmek için kullanılmıştır^5. Bununla birlikte, bu yöntem deneyimli bir oranlayıcı tarafından yapılması gerektiğinden ve anahat için önemli bir zaman gerektirdiği için önemli bir oranlar arası değişkenliğe sahiptir. Mevcut projenin amacı, görüntü alımı için 3 T MRI ve görüntü işleme ve niceleme için ImageJ'in Fiji yazılımı kullanılarak optik sinir kesitsel değerlendirme ve niceleme için birleşik bir metodoloji için bir protokol sağlamaktı.

Aşağıdaki çalışma Ürdün Üniversitesi Hastanesi araştırma komitesi ve kurumsal inceleme kurulu tarafından onaylanmıştır. Aşağıdaki protokol, MRI görüntülerini elde etmek için kullanılan görüntüleme tekniğini ve ardından Fiji yazılımını kullanarak görüntü işleme ve optik sinir nicelemesini açıklayacaktır.

1. MRI görüntü alımı

NOT: MR görüntü alımı, çokplaner T2 ağırlıklı yağ bastırma sırası(Malzeme Tablosu)gerçekleştirmek için 3 Tesla (3 T) MRI kullanılarak yapılmıştır.

1. Muayeneyi hastaya tam olarak açıklayın. Aşağıda hastaya belirtilmesi gereken talimatlar ve açıklamalar yer almaktadır.
   1. Hastaya kıyafet değiştirmeleri ve görüntüleme için özel bir önlük giymeleri gerektiğini açıklayın.
   2. Titanyum oksit pigmentinin elektriksel iletkenliği nedeniyle eserler üretebildiği için (özellikle 3 T'de) aşınmış göz kaleminin hastalara çıkarılmasını sağlamak.
   3. Hastanın MRI görüntülemesini yapmak için herhangi bir kontrendikasyona sahip olmadığından emin olun⁹:
      1. Hastaya yüz maskeleri, piercingler, yapay uzuvlar, manyetik diş implantları, serebral arter anevrizma klipsleri içerebilecek metalik malzemeleri sorun.
      2. Hastaya metalik göz içi yabancı cisimleri sorun. Bunun için hastaya uygun koruyucu ekipman olmadan kaynak yapıp yapmadıklarını sorun.
      3. Hastaya, kalp pilleri ve insülin pompaları, analjezik ilaçlar veya kemoterapi pompaları da dahil olmak üzere herhangi bir implante edilebilir cihazın MRI ile uyumsuz olabileceğini sorun. Buna ek olarak koklear implantlar/kulak implantı, implante edilebilir nörostimülasyon sistemleri, implante edilebilir nörostimülasyon sistemleri, metalik bileşenlere sahip kateterler kontrendikedir.
      4. Hastaya vücudunda kalan metalik yabancı cisim hakkında soru sorun. Buna mermiler, av tüfeği topakları ve metal şarapnel dahildir.
      5. Hastaya herhangi bir cerrahi klips veya tel dikiş, eklem protezi veya protez, alt vena kava (IVC) filtresi, oküler protez, stent veya rahim içi cihazı sorun.
      6. Hastaya son 6 haftada dövme yaptırıp yaptırmadıklarını sorun.
      7. Hastaya son sekiz hafta içinde kolonoskopi işlemi geçirip geçirmediklerini sorun.
      8. MR makinesinin kapalı alanı nedeniyle hastaya klostrofobisi olup olmadığını sorun.
         NOT: Vücut kitle indeksi (VKİ) yüksek olan hastalarda zorluk bulunabilir.
   4. Hastaya, hastanın hareketsiz kalması gereken yerde sınavın 15 dakika sürmesinin beklendiğini açıklayın.
2. Talimatları tamamladıktan ve hastanın sınavı tam olarak anladığından emin olduktan sonra imzalı bir onay alın.
3. MRI görüntü alımı sırasında, hasta supine'i MRI makinesine yatırın ve görüntüleme sırasında herhangi bir kafa hareketi olmadan düz bir hedefe sabitlenin. Görme keskinliği zayıf olan hastalar için, fiksasyonu optimize etmek için bir ses uyaranı kullanın. Fiksasyon için daha kapsamlı yöntemler arasında bir gözün kapatılması, bir fiksasyon hedefinin merkezi olarak renk değiştiren bir LCD ekran şeklinde kullanılması ve oküler yağlayıcıların kullanılması yer içerir.
4. Hastanın MR makinesindeyken herhangi bir şeye ihtiyaç duyarsa basılabilen bir sıkma düğmesi olduğunun farkında olduğundan emin olun. Bir kafa bobini kullanılabilirken, göz bobini ve orbital bobin oftalmik görüntüleme için daha uygun olabilir.
5. Görüntü alımı için aşağıdaki parametreleri girin: T2 ağırlıklı yağ bastırma sırası (TR = 3000 milisaniye; TE = 90 milisaniye; TE = 100; görüş alanı = 16 cm×16 cm; matris = 296*384; dilim kalınlığı = 3 mm; dilim boşluğu = 0,3 mm). Analiz edilen son görüntü, dünyanın 3 mm gerisinde eğik bir koronal görüntüydü. T2 ağırlıklı yağ bastırma dizisi genellikle optik sinir görüntüleme için kullanılırken, T2 hızlı spin eko görüntüleme de dahil olmak üzere diğer dizilerin kullanılabileceğini belirtmek önemlidir.
6. Optik sinir ortogonalinin koronal bir kesimini (yani dik) dünyaya 3 mm posterior sinire alın. Optimum optik sinir yönü ve optik sinir küresi kavşak konumlandırması sağlamak için transversal ve eğik sagittal düzlemlerde scout görüntülerini kullanın.
7. Bakış fiksasyonunun kalitesini optik sinirin etrafındaki CSF dağılımı ile değerlendirin, burada optik sinirin etrafına neredeyse eşit kalınlıkta eşit olarak dağıtılmalıdır.
8. Diğer taraf için optik siniri görüntüleyen işlemi tekrarlayın.

2. Görüntü analizi

1. Fiji görüntü işleme paketini (https://imagej.net/Fiji) indirin.
2. Menü çubuğundan Dosya'yı ve ardından Aç düğmesini tıklatarak optik sinirin koronal görüntüsünü analiz için ImageJ Fiji yazılımına yükleyin. İşlenecek koronal görüntüyü seçin. Görüntü kalitesi kaybı güvenilmez görüntü analizi sonuçlarına yol açacağından, görüntüleri aktarım sırasında görüntü kalitesini kaybetmeden Fiji yazılımına aktarın.
3. Harita ölçeğinde düz bir çizgi çizerek bir uzunluk birimi başına piksel sayısını belirterek ölçeği standartlaştırın. Ardından Çözümle menü çubuğundan Ölçeği Ayarla'yı seçin. Çizginin uzunluğunu harita ölçeğinde göründüğü gibi, uygun uzunluk birleştirmesiyle (yani çoğunlukla mm) belirtin.
4. Görüntü menüsünü kullanarak görüntüyü gri tonlamalı bir tona dönüştürün ve Sonra Tür ve 8 bit'i seçin.
5. Beyaz madde piksellerinin yoğunluk aralığını ölçün.
   1. Kement seçim aracını kullanma (Eklenti | Segmentasyon | Kement aracı), seçim sırasında gri madde alanını eklememeye dikkat ederek yeterli miktarda beyaz madde seçin. Yaklaşık 1000 piksellik toplam seçilmiş bir beyaz madde alanının yeterli olduğunu gördük. Seçili alanı ölçmek için Çözümle ve Ölç aracını kullanın.
6. Seçilen beyaz madde alanındaki piksel yoğunluğunun dağılımını gösteren Histogram aracını Analiz menüsünden gösterin. Histogramın seçili alanı değerlendirdiğinden emin olmak için Canlı kutusunu tıklatın. Histogramdaki grafik normal bir yoğunluk dağılımı göstermelidir.
7. Beyaz madde yoğunluk aralığını aşağıdaki gibi hesaplayın:
   Alt sınır = ortalama yoğunluk - (3* standart sapma)
   Üst sınır = ortalama yoğunluk + (3* standart sapma)
8. Görüntü menüsünden Eşik aracını ve ardından Ayarla işlevini açın. Önceki adımdan hesaplanan aralığı belirtin. Yalnızca koyu arka plan işlevini işaretleyin ve bırakma listesinden siyah beyaz ek açıklama B&W'yi belirtin, sonra Uygula'yı tıklatın. Optik disk içinde bulunan beyaz madde maskesi görünecektir.
9. Kement seçim aracını kullanma (Eklenti | Segmentasyon | Kement aracı), optik diski temsil eden siyah alanı seçin.
10. Çözümle menü çubuğundan Ölçü işlevini kullanın;

Checkup oftalmolojisi muayenesine başvuran 30 yaşındaki erkek hastanın fincandan diske oranı 0.8(Şekil 1A)idi, bu şüpheli ve glokom düşündürücü olabilir. Sinir lifi tabakası kalınlığı için optik koherens tomografisi yapıldıktan sonra sinir kalınlığının yaş için normal sınırlar içinde olduğunu gördük (Şekil 1B). Hastanın yörünge MRI'ı için planlandı, burada optik sinir değerlendirmesi için koronal bir kesim emredildi ve yukarıda belirtilen protokole göre gerçekleştirildi.

Optik diskin 3 mm arkasında koronal MRI kesimi elde ettik. Beyaz madde ortalama yoğunluğu 94.372 (SD 7.085) idi ve bu da beyaz madde yoğunluğu aralığına neden oldu:

Alt sınır = 94.372 - 21.255 = 73.117

Üst sınır = 94.372 + 21.255 = 115.627

Şekil 2, hesaplanan üst ve alt sınırları (Şekil 2B) ve nicelik için optik sinir beyaz maddesini kullanarak beyaz madde eşiğini uyguladıktan sonra koronal görüntü (Şekil 2A) gösterir . Sol optik sinirin beyaz maddesi için kesit alanı, Tablo 1'degösterildiği gibi yaşı için normal sınırlar içinde olan 6,9^{mm 2 (0,069 cm 2)}idi.

Şekil 1: Glokom(A)düşündürücü olabilecek yüksek fincandan disk oranına gösteren Fundus görüntüsü. Sinir lifi tabakası (NFL) için normal sınırlar içinde NFL(B)gösteren optik tutarlılık tomografisi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Koronal T2 ağırlıklı yağ baskılanmış MRG görüntüsü optik diskin(A)3 mm arkasındaki optik sinire dik olarak elde edilir. Önceden hesaplanmış bir eşik aralığı(B)uygulandıktan sonra aynı koronal kesim. Optik sinir beyazı maddesi(C). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Tablo 1, önceki çalışmalarda bulunduğu gibi, dünyadan 3 mm MRI kullanarak normal optik sinir kesit çap aralığını göstermektedir.

Glokom hasta değerlendirmesi için kullanılabilecek optik sinir beyazı maddesini değerlendirmek ve ölçmek için bir protokol tanımladık. Protokol, görüntü alımı için yaygın olarak kullanılabilen görüntüleme dizilerini kullanır ve görüntü analizi için açık kaynaklı Fiji yazılımını kullanır. Daha önce optik sinir görüntüsü alımında en doğru ve yüksek oranda tekrarlanabilir olduğu tespit edilen görüntü parametrelerini standartlaştırdık, hastadan düz bir şekilde sabitlenerek sabitlenilmesini istemek, yağ bastırma dizisi ile T2 kullanmak ve dünyanın 3 mm gerisinde kesit alanını yakalamak da dahil olmak üzere. Ayrıca, manuel segmentasyonu ortadan kaldıran ve hastalar arasındaki sinyal değişkenliğini düzelten ayrıntılı bir görüntü analizi yöntemi tanımladık. Bu protokolün önemi, genellikle MRI^12'dekioptik sinir değerlendirmesinde ana hata kaynağı olan radyolog tarafından ilgi alanı (ROI) segmentasyonundaki varyasyonu ortadan kaldırmasıdır. Tablo 1ile optik sinir kesit alanı için normatif veriler sağlamaya çalışırken, klinik ortamlarda kullanım ve karşılaştırma için açıklanan standart protokolü kullanarak daha fazla veriye ihtiyaç vardır. Bu tür verilerin, Tablo 1'degösterildiği gibi optik sinir boyutundaki yaş değişimi nedeniyle farklı yaş gruplarını barındırması gerekir. Bu tür bir varyasyon cinsiyetler arasında belirgin değildir¹⁵, ancak yakın zamanda kırılma hatası için mevcut olduğu önerildi¹⁶.

Önceki çalışmalar optik sinir beyazı madde nicelemesi için farklı metodolojiler uyguladı ve çoğunlukla iş istasyonlarında bulunan yazılımı görüntü analizi için kullandılar. Optik sinir değerlendirmesi üzerine yapılan ilk çalışmalar, teknisyenler veya radyologlar tarafından manuel segmentasyon kullanılarak kesit alanına dayalı bir nicel yaklaşım benimsemiştir^12,17. Wang ve arkadaşları ayrıca OCT ¹¹ile korelasyon için dünyadan farklı mesafelerde optik sinir kesit alanının manuel segmentasyonunu kullandı. Omodaka ve arkadaşları, koronal kesimdeki ortalama kesit alanını ve optik sinirin uzunluğunu, OCT⁸ile korelasyon için optik sinirin göstergelerini ayıklamak için manuel ek açıklama yoluyla eksenel kesimdeki optik chiasm'a kullandı. OCT ile ilişkili olmasına rağmen, bu yöntemin tekrarlanabilirliği optik sinirin boyuna değerlendirilmesi için gerekli doğruluğu vermeyebilir. Ramli ve ark. tüm eksenel bölümlerde izointense sinyalinin manuel segmentasyonu yoluyla optik sinirin hacmini ölçtü ⁵, eksenel bölümlerin kendileri tarafından yakalanmayan optik sinir maddesini, görüntü manuel segmentasyonu sırasında insan hatasını veya hatta nicelik değerlendirmesine dahil edilecek optik sinir uzunluğunun belirlenmesini kaçırabilecek bir yaklaşım.

Farklı çalışmalarda optik sinirin kesit alanının değerlendirilmesi kullanılırken, ölçümlerin dünya ile olan uzaklığında farklılık gösterdi. Wang ve arkadaşları dünyanın 3 mm, 9 mm ve 15 mm gerisinde değerlendirildi ve 3 mm kesit değerlendirmesinin göz içi basıncı¹¹ile en yüksek korelasyona sahip olduğunu buldu. Bäuerle ve ark. optik sinirin MRG'deki değerlendirmesinin tekrarlanabilirliğini dünyanın 3 mm ve 5 mm gerisinde analiz etti ve her iki vaka için de iyi bir değerlendirme buldular¹⁰. Lagrèze ve ark. dünyanın 5 mm, 10 mm ve 15 mm arkasındaki kesit alanını ölçtü ve kesitsel değerlendirmenin 5 mm kesit alanında, dünyadan daha uzak ölçümlere kıyasla en doğru olduğunu buldu¹⁷. Bu protokolde, optik sinir değerlendirmesinde kullanımının daha önce 1.5 T MRI 18^,19'danüstün olduğu tespit edilen görüntü alımı için³T MRI kullandık. Giderek daha fazla kullanılan 7 T MR da üstün sonuçlar sağlayabilir, ancak normatif değerlerini de gerektirecektir. Kullanılan MRI dizisi ile ilgili olarak, esas olarak geniş kullanılabilirliği ve çevredeki intrakonal yağı ortadan kaldırdıktan sonra CSF'yi çevreleyen optik siniri tanımlama yeteneği nedeniyle T2 yağ bastırma dizisini kullandık. Önceki çalışmalar, yarı Fourier tek atışlı turbo spin-echo (HASTE) dizisi ve Yaygın olarak kullanılamayan Difüzyon Tensör Görüntüleme (DTI) dizisi^7,12dahil olmak üzere güvenilir sonuçlara sahip diğer dizileri kullandı.

Görüntü alımı sırasında göz önünde bulundurulması gereken önemli bir husus, hastanın düz bir hedefe sabitlenerek olduğundan emin olmaktır, çünkü görüntüleme sırasında düz olmayan bir hedefe sabitlemek doğru olmayan bir optik sinir nicelemesi^{sağlayacaktır 12}. OCT'deki fiksasyon yakın bir hedef üzerinde monokülerdir, hastanın tek gözle yakın hedefi görmek için değerlendirilmek için gözde iyi görme keskinliğine sahip olmasını gerektirir, MRI için hedef daha uzaktadır, fiksasyon dürbündür ve daha az görsel talep gerektirir. Bununla birlikte, fiksasyon, yüksek kırma kusuru veya görme zayıflığı olan hastalar için hala bir sorun olabilir. Glokomlu hastaları değerlendirmek ve takip etmek için MRI kullanımı düşük maliyetli, OCT dahil daha basit görüntüleme teknikleri varlığında mümkün olmasa da, MRI, OCT'nin kesin veri sağlamadığı veya önemli oküler medial opaklık varlığında olduğu gibi OCT'nin kendisinin elde edilemediği özel durumlarda yararlı olabilir. Ayrıca, açıklanan protokol, ikincil nedenleri dışlamak için açıklanamayan optik nöropati durumlarında MRI görüntüleme garanti edildiğinde kullanılabilir^20,21.

Bu protokolün ana sınırlamalarından biri, her iki gözünde görme keskinliği zayıf olan hastalar da dahil olmak üzere düzgün bir şekilde sabitleyemeyen hastaların değerlendirilememesidir. Bu bağlamda, ses uyaranı kullanımı, görüntü alımı sırasında sabitleme kalitesini artıracaktır²². Ayrıca, yeni bir metodoloji olarak, optik sinir beyazı maddesi için MRG tabanlı kesit alanları için normal değerlerin tasviri için gelecekteki çalışmalara ihtiyaç vardır. Normal değerlerin oluşturulmasının önemi, optik sinirin de önemli miktarda bağ dokusundan oluşması ile daha da vurgulanır²³Sinir lifleri ile benzer fonksiyonel yeteneklere sahip olmayan bir doku. OCT optik sinir lifi tabakası kalınlığının nicelliği, bağ dokusunun nicelik sürecine dahil edilmesi nedeniyle yeniden sahip sinir dokusu hakkında yanlış bir izlenim sağlayabilirken²⁴, bu MR tabanlı niceleme yönteminde böyle yanlış bir izlenim yoktur. Hareket eserleri, özellikle sınav sırasında göz hareketi üzerine görüntülerde bulanıklıklara da yol açabilir. Görüntüleme sırasında kaçınılması gerekirken, beyaz madde aralığının oluşturulması, hareket objesinin serebral beyaz madde üzerindeki değişiklikleri neredeyse optik sinirin beyaz maddesi gibi olduğundan, bu tür eserlerin optik sinir beyaz madde nicelemesinin doğruluğu üzerindeki etkisini azaltacaktır.

Mevcut protokolün ana gücü, uzman olmayan tıp doktorları veya teknisyenleri tarafından gerçekleştirilse bile optik sinir nicelemesi sırasında bireyler arası farklılıkların giderilmesidir. Buna ek olarak, görüntü analizi için yaygın olarak kullanılabilen bir açık kaynaklı yazılım kullandı. Optik sinir nicelemesi için özel bir MRI görüntülemesi yapmak mümkün olmasa da, özellikle OCT varlığında, optik nöropati ve glokomun ikincil nedenlerinin hariç tutulması da dahil olmak üzere diğer amaçlar için yapılan MRI görüntülemesi sırasında bu protokolün yapılması önerilir.

Tüm yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan etti.

Faris Haddad ve Hasan El İsa'ya video çekimi ve geliştirilmesindeki önemli katkıları için teşekkür ederiz.