Kejl tal-Volum tal-Kliewi Totali Awtomatizzat fl-Immaġni tar-Reżonanza Manjetika Preklinament Għar-Riżorsi tad-Dejta tal-Immaġini, Annotazzjonijiet, U Kodiċi tas-Sors

Kuntatt:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

L-estratt ta 'Cistanche huwa tajjeb għall-funzjoni tal-kliewi

Marie E. Edwards1, Sigapriya Periyanan1, Deema Anaam2, Adriana V. Gregory1, u Timothy L. Kline1,21Division ta 'Nephrology and Hypertension, Mayo Clinic, Rochester, Minnesota, l-Istati Uniti; u 2Department tar-Radjoloġija, Mayo Clinic, Rochester, Minnesota, l-Istati Uniti

L-għan ta' dan l-istudju kien li jivvalida total kompletament awtomatizzatKliewiil-metodu tal-kejl tal-volum għall-provi prekliklina tal-annimali gerriema li huwa mgħaġġel, preċiż, riproduċibbli, u li jipprovdi dawn ir-riżorsi lill-komunità tar-riċerka. Studji fuq l-annimali gerriema li jinvolvu l-immaġni huma kruċjali għall-monitoraġġ tal-effikaċja tat-trattament f'mard bħall-poliċistikuKliewiMarda. Studji preċedenti jużaw segmentazzjoni manwali jew semi-awtomatizzata, li tieħu ħafna ħin u potenzjalment preġudikata. Biex niżviluppaw is-sistema awtomatizzata tagħna, total ta '150 immaġini assjali ta' reżonanza manjetika (MRI) minn varjetà ta 'mudelli tal-maws ġew segmentati manwalment u użati biex iħarrġu / jivvalidaw algoritmu awtomatizzat. Biex tiġi ttestjata l-applikazzjoni lonġitudinali tal-mudell, erba' mutanti u erba' ġrieden tat-tip selvaġġ ġew xbihat b'mod sekwenzjali fuq tlieta sa tnax-il ġimgħa permezz tal-MRI. Is-segmentazzjonijiet tal-kliewi (minbarra l-pelvi renali) kienu ġġenerati mill-metodu awtomatizzat u żewġ qarrejja differenti, b'qarrej wieħed jirrepeti l-kejl. Il-metriċi tas-similarità u l-analiżi lonġitudinali ġew ikkalkulati biex tiġi vvalutata l-prestazzjoni tal-awtomatizzat meta mqabbla mal-metodi manwali. L-approċċ awtomatizzat ma kien jeħtieġ l-ebda input tal-utent, minbarra pass finali ta 'kontroll tal-kwalità viżwali. Metriċi ta 'xebh tal-metodu awtomatizzat kontra s-segmentazzjonijiet manwali kienu fuq l-istess livell ma' paraguni bejn u intra-qarrej. Għalhekk, l-approċċ kompletament awtomatizzat tagħna deskritt hawn jista 'jintuża b'mod sikur fi provi lonġitudinali u prekliniku li jinvolvu s-segmentazzjoni ta' kliewi gerriema f'MRIs ippeżati għat-T2.

Dan l-istudju żviluppa metodu kompletament awtomatizzat għall-kejl tat-totalKliewivolum għall-immaġni ta' qabel l-użu kliniku f'mudell mutant tal-ġurdien ta' poliċistikuKliewimard kif ukoll ġrieden tat-tip selvaġġ. Dan l- istudju stabbilixxa wkoll kemm variabilities ta ' interreader kif ukoll ta ' dawk ta ' qabel il- qari fil- kejl tal- volum totali tal- kliewi għall- immaġni ta ' qabel l- użu kliniku. Studji simili u approċċi algoritmiċi jistgħu jintużaw biex jiġu stabbiliti metodi għad-dejta tal-immaġni klinika u huma meħtieġa għal pronjosi preċiża tal-mard u teħid ta'deċiżjonijiet kliniċi. Aħna qed nipprovdu d-dejta tal-immaġini, l-annotazzjonijiet, u l-kodiċi tas-sors lill-komunità tar-riċerka.

Il-kejl tal-volum tal-organi ntwera li jikkorrelata ma' manifestazzjonijiet kliniċi u morbożità ta' mard bħal totalKliewivolum (TKV) f'poliċistiku dominanti awtosomatikuKliewimarda (PKD)1,2 u tintuża biex tiġi aċċertata l-effettività ta' interventi ta' trattament.3 Riċerka, provi kliniċi, u nefroloġija dejjem aktar klinika jużaw dan il-kejl biex jimmonitorjaw il-progressjoni tal-marda kemm fil-mudelli tal-annimali4 kif ukoll fil-pazjenti,5 evalwaw l-effettività tat-terapiji,6 u jbassru r-riżultati.7

Bħalissa, studji ta ' qabel l- użu kliniku qed iseħħu b' rata bla preċedent biex ifittxu trattamenti ġodda biex inaqqsu l- progressjoni ta ' PKD. Vantaġġ ewlieni tal-immaġni tar-reżonanza manjetika (MRI) f'mudelli tal-annimali ta 'PKD huwa l-abbiltà li tuża immaġini in vivo, li jippermetti studji volumetriċi lonġitudinali li jużaw l-istess annimal.8 Bosta studji li jinvolvu manwali,4,9-12 semiawtomati,13,14, u segmentazzjonijiet awtomatizzati bbażati fuq ir-reġistrazzjoni15,16 tal-ġurdienKliewiikunu twettqu qabel.

Ħafna mill-metodi meqjusa bħala awtomatizzati għadhom jeħtieġu input tal-utent. Il-maġġoranza ta' dawn l-istudji ta' qabel l-użu kliniku jużaw segmentazzjonijiet manwali, li jieħdu ħafna ħin u jiswew ħafna flus kif ukoll jintroduċu preġudizzju ta' osservatur. Għalhekk, il-laboratorju tagħna vvaluta l-varjabilità fil-kejl ta 'TKV u żviluppa programm ta' analiżi awtomatizzat biex ikejjel TKV fi skans ta 'reżonanza manjetika ta' mudelli murine tal-marda.

RIŻULTATI

Varjabilità intra- u interobserver tal- kliewi manwali

segmentazzjonijiet

Il-Figura 1 turi r-riżultati tal-analiżi Bland-Altman ta' TKV kif imkejla manwalment minn 2 qarrejja (varjanza bejn l-observer) u kejl ripetut mill-qarrej 2 (varjanza intraobserver). Meta l-qarrej 1 tqabbel mal-qarrej 2, kien hemm differenza perċentwali medja ta '7.7% u intervall ta' kunfidenza ta '95% ta' 4.5%. Meta l-qarrej 2 wettaq kejl ripetut tal-istess immaġni, kien hemm differenza medja fil-mija ta '0.5% u intervall ta' kunfidenza ta '95% ta' 3.9%. L-analiżi tar-rigressjoni indikat li hemm ftehim għoli fit-TKV fost il-metodi kollha, b'valur R2 ta '$ 0.99.

Validazzjoni tal-algoritmu awtomatizzat ta' segmentazzjoni

Il-metodu awtomatizzat imqabbel ma' kull qarrej fir-rigward tad-differenza perċentwali ta' TKV kien simili għal dak tal-varjanza inter-u intraobserver kif issuġġerit mill-plottijiet Bland-Altman fil-Figura 1. Meta l-qarrej 1 tqabbel mal-metodu awtomatizzat, kien hemm differenza perċentwali medja ta '5.2% u intervall ta' kunfidenza ta '95% ta' 5.8%. Meta l-qarrej 2 tqabbel mal-metodu awtomatizzat, kien hemm differenza perċentwali medja ta '2.5% u intervall ta' kunfidenza ta '95% ta' 6.5%.

Id-distinzjoni bejn ġrieden tat-tip selvaġġ u ġrieden mutanti

It-televiżjonijiet medji u SD ġew ipplottjati f'kull punt ta' ħin għal kull metodu u separati b'ġenotip (mutant vs. tip selvaġġ). Kif jidher fil-Figura 2, it-TKV medju huwa dejjem iżgħar fi ġrieden tat-tip selvaġġ f'kull punt ta 'ħin milli fil-ġrieden mutanti. It-3 metodi kollha (awtomatizzati, qarrej 1, u qarrej 2) juru separazzjoni sinifikanti tat-tip tal-maws fl-età ta '9 u 12-il ġimgħa.

DISKUSSJONI

L-analiżi ta'Kliewiil-volum fil-PKD huwa wieħed mill-aktar metriċi importanti li bħalissa jintużaw għall-karatterizzazzjoni tal-istatus tal-marda. Qabel ix-xogħol tagħna, ma kien hemm l-ebda alternattiva għat-traċċar manwaliKliewif'sistemi mudell ta' PKD. Minħabba ż-żmien meħud biex jiġu rintraċċati dawn l-istrutturi, kif ukoll iż-żmien meħtieġ biex tħarreġ persuna biex twettaq dan il-kejl, u l-potenzjal għall-varjabbiltà bejn l-operaturi, f'dan l-istudju żviluppajna u vvalidajna metodu ta 'segmentazzjoni kompletament awtomatizzat għal TKV. Is-segmentazzjonijiet awtomatizzati huma kkalkulati fi ftit minuti (skont il-qawwa tal-informatika), filwaqt li s-segmentazzjonijiet manwali jieħdu 20 sa 40 minuta. B'differenza mill-metodi ta 'segmentazzjoni manwali jew saħansitra semiawtomati, dan il-metodu awtomatizzat jipproduċi l-istess riżultati kull darba li jiġi applikat għall-istess immaġni.

Il-provi ta' qabel l-użu kliniku spiss jinkludu kemm grupp ta' kontroll kif ukoll grupp(i) ta' trattament; għalhekk, il-metodu awto-mated għandu jkun sensittiv biżżejjed biex jiskopri differenzi fil-volum bejn gruppi b'mod xieraq.17 Il-Figura 2 turi li s-segmentazzjoni manwali u s-segmentazzjoni awtomatizzata t-tnejn juru separazzjoni sinifikanti fil-gruppi tat-tip selvaġġ u tal-mutanti fl-età ta' 9 ġimgħat. Għalkemm il-ftehim ġenerali kien eċċellenti, il-paraguni viżwali ssuġġerew nuqqas ta' qbil minuri dwar jekk jinkludix jew jeskludix il-pelvi renali f'subsett żgħir ta' flieli. Għalkemm hija prattika komuni li tiġi eskluża l-

Figura 1 | Bland-Altman u analiżi ta' rigressjoni ta' (a,e) interobserver u (b,f) volum totali tal-kliewi intraobserver (TKV)

kejl (imkejjel f'millilitri) minbarra l-metodu awtomatizzat (Auto) meta mqabbel ma' (c,g) qarrej 1 u (d,h) qarrej 2.

Il-plottijiet Bland-Altman juru d-differenza medja (linja solida) u intervall ta 'kunfidenza ta' 95% (linji bit-tikek). L-analiżi tar-rigressjoni turi l-korrelazzjoni bejn il-metodi mqabbla.

Figura 2 | Il-volum totali tal-kliewi ta' ġrieden tat-tip selvaġġ u mutanti ġie pplottjata maż-żmien (3-12-il ġimgħa) għall-awtomatizzat (Auto)

metodu (xellug), qarrej 1 (tan-nofs), u qarrej 2 (lemin). It-3 metodi kollha juru separazzjoni sinifikanti tat-tip ta 'ġurdien fl-età ta' 9 ġimgħat.

Vireg tal-iżbalji jindikaw SD. * P<>

pelvi renali, il- varjabilità tista ' tonqos jekk il- qarrejja jingħataw struzzjonijiet biex dejjem jinkludu din l- istruttura.

Il-metodu awtomatizzat ippreżentat f'dan l-istudju għadu ma ġiex applikat għal stampi esterni. Huwa importanti li wieħed jinnota li l-intensitajiet tas-sinjali jvarjaw bejn is-siti, l-iskanners, u l-akkwisti tal-MRI. X'aktarx, sett akbar ta' data ta' taħriġ b'każijiet aktar diversi minn magni MRI differenti jista' jikseb mudell aktar robust minħabba n-natura tal-algoritmi ta' tagħlim profond. Algoritmi awtomatizzati bħal dawn spiss jeħtieġ li jiġu ritradati fuq settijiet ta' dejta esterni minħabba l-varjazzjonijiet fis-sinjali tal-MRI. Aħna, għalhekk, nipprovdu d-dejta tal-immaġini, l-annotazzjonijiet, u l-kodiċi tas-sors lill-komunità tar-riċerka għal gruppi oħra biex jew jużaw l-istess mudell jew jiżviluppaw tagħhom stess.

METODI

Dejta ta' taħriġ/validazzjoni

Il-mudell ġie mħarreġ fuq 100 każ u vvalidat fuq 50 każ. Dawn il-150 każ kienu jikkonsistu fi ġrieden b'severità tal-mard li tvarja u f'firxa ta' etajiet. Is-sett tat-test huwa sett kompletament miżmum u huwa dak li evalwajna f'dan l-artikolu.

Koorti ta ' studju ta ' l- ittestjar

Dan l-istudju ġie rivedut u approvat mill-Kumitat Għall-Kura u l-Użu Istituzzjonali tal-Annimali tal-Klinika Mayo. Il-koorti kien jikkonsisti f'wild-type C57Bl6 129s6Svev/Tac (n 1/4 4; 2 nisa/2 irġiel) u C57Bl6 129s6Svev/Tac (n 1/4 4; 2 nisa/2 irġiel) mutant ġrieden mudell Pkd1RC/RC. Ġrieden mutanti jirriflettu l-manifestazzjoni umana ta 'PKD1 kemm ġenetikament kif ukoll fenotipikament.18 Wieħed mill-ġrieden mutanti miet f'nofs l-esperiment u ġie sostitwit b'ġurdien mutant ieħor tal-istess età fid-9 ġimgħa.

Akkwisti tal-immaġni

L-immaġni saret bl-użu ta 'spettrometru Avance DRX 700WB (Bruker BioSpin, Billerica, MA). Kopertura sħiħa tal-Kliewiinkiseb minn akkwist assjali ppeżat turboRARE T2 rikostruwit b'riżoluzzjoni ta' 0.1 mm fil-pjan u ħxuna ta' porzjon ta' 1-mm (daqs tal-matriċi, 256 256 Z, b'Z magħżul kbir biżżejjed biex ikopri l-firxa sħiħa tal-Kliewi). Il-ħin totali tal-iskannjar varja minn 5 sa 10 minuti. Fil-koorti tal-istudju tal-ittestjar, kull ġurdien kien deher f'punti ta '4 darbiet (3, 6, 9, u 12-il ġimgħa). Il-punti ta' żmien għal kull ġurdien saru fi żmien jumejn minn xulxin biex jiġu żgurati parametri konsistenti tal-immaġini u biex jiġu limitati l-varjazzjonijiet ambjentali.

Analiżi tal-immaġni

Ir-reġjuni ta 'interess ġew traċċati fuq kull skan bl-użu ta' pakkett ta 'softwer għall-immaġini (Analizza, verżjoni 12.0, Riżorsa ta' Immaġini Bijomedika, Klinika Mayo, Rochester, MN). Kull qarrej ingħata struzzjonijiet biex jeskludi l-pelvi renali meta l-pelvi renali ma jkunx magħluq mill-Kliewikapsula fil-porzjon tal-immaġni. Is-segmentazzjonijiet manwali ħadu 20 sa 40 minuta skont il-każ. It-televiżjonijiet ġew ikkalkulati billi l-ewwel jingħaddu n-numru ta 'voxels li jinsabu fis-segmentazzjoni fuq kull porzjon u mbagħad jimmultiplikaw in-numru ta' voxels bil-volum voxel miksub mill-intestatura tal-immaġni. Għad-dejta tal-ittestjar, saru 2 qarrejja double-blind (1 u 2), it-tnejn esperjenzati fis-segmentazzjoni manwali tal-MRI, imwettqaKliewisegmentazzjonijiet fuq l-iskans kollha. Għall-analiżi intrareader, il-qarrej 2 tenna l-kejl f'punti ta 'ħinejn (>3 xhur 'il bogħod minn xulxin).

Metodu awtomatizzat

Il-mudell tan-netwerk newrali ġie adattat mill-mudell preċedenti tagħna għall-kejl ta 'TKV minn immaġini koronali ta' reżonanza manjetika ppeżati T2 minn skans kliniċi.19 Il-kodiċi tas-sors, l-istampi, u l-annotazzjonijiet huma disponibbli pubblikament fuq: https://github.com/ TLKline / AutoTKV_MouseMRI.

Analiżi statistika

L-istampi assjali tar-reżonanza manjetika ppeżati T2 akkwistati għal kull ġurdien (n 1/4 8) f'kull punt ta' ħin (3, 6, 9, u 12-il ġimgħa) intużaw għall-analiżi statistika. Total ta '32 immaġini ppermettew it-tqabbil ta' immaġini differenti fuq firxa wiesgħa ta 'etajiet u differenzi fil-fenotipi. Għall-validazzjoni tal-metodu kompletament awtomatizzat, intużat statistika ta' tqabbil biex tiġi evalwata l-kapaċità ta' kull metodu li jissepara gruppi tat-tip selvaġġ u mutanti. Dan inkiseb billi t-TKV jiġi pplottjat skont il-punt tal-ħin u tissepara skont it-tip ta' ġurdien. Il-kejl tat-TKV u r-rati ta' tkabbir għal kull metodu ġew ivvalutati wkoll bl-użu ta' Bland-Altman u plottijiet ta' rigressjoni lineari.

IŻVELAR

L-awturi kollha ma ddikjaraw l-ebda interess li jikkompeti.

RIKONOXXIMENTI

Dan ix-xogħol kien appoġġjat mill-Klinika Mayo Robert M. u Billie Kelley Pirnie Polycystic TransalKliewiĊentru tal-Mard u l-Istitut Nazzjonali tad-Dijabete u Diġestiv uKliewiMard (numri tal-għotja P30DK090728 u K01DK110136). L-awturi jirringrazzjaw lil Lynnae M. Henry għall-appoġġ amministrattiv tagħha fit-tħejjija u l-ifformattjar ta 'dan il-manuskritt.

REFERENZI

1. Grantham JJ, Torres VE, Chapman AB, et al. Progressjoni tal- volum fil- mard poliċistiku tal- kliewi. N Engl Med.2006;354:2122-2130.

2. Torres VE, Chapman AB, Devuyst O, et al. Tolvaptan f' pazjenti b' mard tal- kliewi poliċistiku dominanti awtosomali. N Engl J Med.2012;367:2407-2418.

3. Caroli A, Perico N, Perna A, et al. Effett ta ' l- analogu somatostatin li jaħdem fit- tul fuq it- tkabbir tal- kliewi u taċ- ċisti f' mard tal- kliewi poliċistiku dominanti awtosomali (ALADIN): prova randomised, ikkontrollata bi plaċebo, multiċentrika. Lancet.2013;382:1485-1495.

4. Wallace DP, Hou YP, Huang ZL et al. Traċċar tal-volum tal-kliewi fil-ġrieden 14. Almajdub M, Magnier L, Juillard L, et al.Kliewikwantifikazzjoni tal-volum b'mard poliċistiku tal-kliewi permezz ta' immaġni ta' reżonanza manjetika. Kliewi Int.2008;73: 778-781.

5. Grantham J, Torres VE, L-importanza tal-volum totali tal-kliewi fl-evalwazzjoni tal-progressjoni tal-mard poliċestuż tal-kliewi. Nat Rev Nephrol. 2016;12:667-677.

6. Higashihara E, Torres VE, Chapman AB, et al. Tolvaptan f'awtosomali 16. Gleason SS, Sari-Sarraf H, Abidi MA, et al. Marda poliċistika poliċistika dominanti ġdida deformabbli: tliet snin esperjenza. Cin J Am Kalroġenu Soc. 20116:2499-2507.

7. Irazabal MV, Rangel L, Berastralh EJ, et al, Klassifikazzjoni tal-immaġini ta 'mard tal-kliewi poliċistiku dominanti awtosomali: mudell sempliċi għall-għażla tal-pazjenti għal provi kliniċi. JAm Soc Nephrol.2015;26: 160-172.

8. Olazabal MV, Mishra PK, Torres VE, et al. L-użu ta' MRI ta' kamp ultra-għoli f'mudelli żgħar ta' rodituri ta' poliċistikuKliewimard għall-fenotyping vivo u l-monitoraġġ tad-droga. J Vis Exp.2015;100:e52757.

9. Erokwu BO, Anderson CE, Flask CA, et al. Valutazzjonijiet kwantitattivi ta ' l- immaġni tar- reżonanza manjetika ta ' progressjoni awtosomali tal- mard poliċistiku poliċistiku tal- kliewi u rispons għat- terapija f' mudell ta ' annimal. Pedjatra Res.2018;83:1067-1074.

10. Tabib RB, Serkova NU, Hasebroock KM, et al. Mudelli distinti ta ' tkabbir taċ- ċisti fil- kliewi u fil- fwied fi ġrieden pkd2 (WS25/ -). Trapjant tal-Iddajljar Nefrloli. 2010;25:3496-3504.

11. Franke M, Baessler B, VechtelJ, et al. Immappjar tar-reżonanza manjetika T2 u immaġni b'piż differenzjat għad-diffużjoni għall-iskoperta bikrija ta' cystogenesis u r-rispons għat-terapija f'mudell tal-ġurdien ta' mard poliċistiku tal-kliewi. Kilwa Int. 2017: 92: 1544-1554.

12. Zhou X, Bao H, Takakura A, et al. Evalwazzjoni poliċistika tal-mard tal-kliewi permezz ta ' immaġni ta ' reżonanza manjetika fil- mudell tal- ġurdien knockout PKD1 imweġġa 'pkD1: tqabbil ta' FSE peżat għal T2 u VERU-FISP. Investi Radiol.2010;45:24-28.

13. Fei B, Flask C, Wang H, et al. Segmentazzjoni tal-immaġni, reġistrazzjoni u viżwalizzazzjoni ta 'immaġini MR serjali għal valutazzjoni terapewtika ta' poliċistikuKliewimard fi ġrieden transġeniċi. Conf Proc IEEE Eng med Biol Soc. 2005;1:467-469.

14. Almaidub M, Maanier L, Juillard L, et al,Kliewikwantifikazzjoni tal- volum bl- użu ta ' mikro- CT in vivo tar- raġġi X imtejba bil- kuntrast fil- ġrieden. Immaġini mol tal-Midja tal-Kuntrast.2008;3:1 20-126.

15. Hadjidemetriou S, Reichardt W, Hennig J, et al. Analiżi volumetrika tal-monitoraġġ tad-dejta MRI it-trattament ta 'poliċistikuKliewimarda f'mudell ta' ġurdien. MAGMA.2011;24:109-119.model għall-analiżi ta' immaġini ta' CT bir-raġġi X fi studji prekliniċi ta' ġrieden għal mard poliċistiku tal-kliewi. IIE Trans Med Imaging. 2002;21:1302-1309.

16. Gleason SS, Sari-Sarraf H, Abidi MA, et al. Mudell deformabbli ġdid għall-analiżi ta 'immaġini CT bir-raġġi X fi studji ta' qabel l-użu kliniku ta 'ġrieden għal mard poliċistiku tal-kliewi. IEEE Trans Med Imaging.2002;21:1302-1309.

17. Reichardt W, Romaker D, Becker A, et al. Il-monitoraġġ tal-volumi taċ-ċisti fil-kliewi u fil-kliewi bl-applikazzjoni ta' approċċi MR fuq mudell tal-ġurdien tal-ADPKD ittrattat bir-rapamycin. MAGMA.2009;22:143-149.

18. Hopp K, Ward C, Hommerding C, et al. Id-dożaġġ tal-poliċistin-1 funzjonali jirregola l-poliċistiku dominanti awtosomaliKliewiis-severità tal-marda. J Cin Invest. 2012:122:4257-4273.

19. Kine TLKorfatis P, Edwards ME, et al, Prestazzjoni ta 'netwerk newrali profond artifiċjali multi-osservatur għal segmentazzjoni kompletament awtomatizzata tal-poliċistikuKliewi. JDigit Imaging.2017;30:442-448.