Metodu ta 'Monitoraġġ Effettiv Għall-Mard Poliċistiku tal-Kliewi: Traċċar tal-Volum tal-Kliewi

għal aktar informazzjoni:ali.ma@wecistanche.com

Kejl awtomatizzat tal-volum totali tal-kliewi immaġini ta' reżonanza manjetika preklinika għar-riżorsi tad-dejta tal-immaġini, annotazzjonijiet, u Kodiċi tas-sors

Marie E.Edwards, Sigapriya Periyanan, Deema Anaam, Adriana V.Gregory

ASTRATT

L-għan ta' dan l-istudju kien li jivvalida total kompletament awtomatizzatkliewivolummetodu ta 'kejl għal provi pre-kliniċi ta' annimali gerriema li huwa mgħaġġel, preċiż, riproduċibbli, u biex jipprovdi dawn ir-riżorsi lill-komunità tar-riċerka. Studji fuq il-gerriema li jinvolvu l-immaġini huma kruċjali għall-monitoraġġ tal-effikaċja tat-trattament f'mard bħalmard poliċistiku tal-kliewi. Studji preċedenti jutilizzaw segmentazzjoni manwali jew semi-awtomatizzata, li tieħu ħafna ħin u potenzjalment preġudikata. Biex tiżviluppa s-sistema awtomatizzata tagħna, total ta '150 immaġini ta' reżonanza manjetika axjali (MRI) minn varjetà ta 'mudelli tal-ġurdien ġew segmentati manwalment u użati biex iħarrġu/jivvalidaw algoritmu awtomatizzat. Biex tiġi ttestjata l-applikazzjoni lonġitudinali tal-mudell, erba 'ġrieden mutanti u erba' tat-tip selvaġġ ġew stampati b'mod sekwenzjali fuq tlieta sa tnax-il ġimgħa permezz tal-MRI. Segmentazzjonijiet tal-kliewi(eskluż il-pelvi renali) ġew iġġenerati bil-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 mqabbel mal-metodi manwali. L-approċċ awtomatizzat ma kien jeħtieġ l-ebda input mill-utent, minbarra pass finali tal-kontroll tal-kwalità viżwali. Il-metriċi ta 'xebh tal-metodu awtomatizzat kontra s-segmentazzjonijiet manwali kienu fuq l-istess livell ma' paraguni bejn u intra-qarrejja. Għalhekk, l-approċċ kompletament awtomatizzat tagħna deskritt hawn jista 'jintuża b'mod sikur fi provi lonġitudinali pre-kliniċi li jinvolvu s-segmentazzjoni ta' gerriema.kliewif'T2-MRls peżati.

Ikklikkja għal Cistanche fl-Urdu għal mard tal-kliewi

INTRODUZZJONI

Il-kejl tal-volum tal-organi ġie muri li jikkorrelata ma' manifestazzjonijiet kliniċi u morbożità ta' mard bħat-totalkliewivolum(TKV) b'mod awtosomali dominantimard poliċistiku tal-kliewi(PKD) u jintuża biex jaċċerta l-effettività ta 'interventi ta' trattament, Riċerka, provi kliniċi, u nefroloġija dejjem aktar klinika jużaw dan il-kejl biex jimmonitorjaw il-progressjoni tal-marda kemm f'mudelli ta 'annimali kif ukoll f'pazjenti, jevalwaw l-effettività tat-terapiji, u jbassru r-riżultati."

Bħalissa, studji prekliniċi qed iseħħu b'rata mingħajr preċedent biex ifittxu trattamenti ġodda biex inaqqsu l-progressjoni tal-PKD (mard poliċistiku tal-kliewi), Vantaġġ ewlieni ta 'l-immaġini ta' reżonanza manjetika (MRI) f'mudelli ta 'annimali ta' PKD (mard poliċistiku tal-kliewi)hija l-abbiltà li tuża l-immaġini tal-vista, li tippermetti studji volumetriċi lonġitudinali li jużaw l-istess annimal. Bosta studji li jinvolvu segmentazzjoni awtomatizzata manwali,-12 semiawtomatizzata,5,14, u bbażata fuq ir-reġistrazzjoni tal-mawskliewitwettqu qabel.

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

RIŻULTATI

Varjabilità intra- u interosservatur tal-manwalkliewisegmentazzjonijiet: Il-Figura 1 turi r-riżultati tal-analiżi Bland-Altman tat-TKV kif imkejla manwalment minn 2 qarrejja (varjanza bejn l-osservaturi) u kejl ripetut mill-qarrej 2 (varjanza bejn l-osservaturi). Meta l-qarrej 1 tqabbel mal-qarrej 2, kien hemm differenza perċentwali medja ta '7.7 fil-mija u intervall ta' kunfidenza ta '95 fil-mija ta' ±4.5 fil-mija. Meta l-qarrej 2 għamel kejl ripetut tal-istess immaġini, kien hemm differenza perċentwali medja ta' -0.5 fil-mija u intervall ta' kunfidenza ta' 95 fil-mija ta' ±3.9 fil-mija. Analiżi ta' rigressjoni indikat li hemm qbil għoli fit-TKV fost il-metodi kollha, b'valur R2 ta' Akbar minn jew ugwali għal 0.99.

Validazzjoni tal-algoritmu tas-segmentazzjoni awtomatizzat Il-metodu awtomatizzat meta mqabbel ma 'kull qarrej fir-rigward tad-differenza perċentwali ta' TKV kien simili għal dak tal-varjanza inter-u intraosservatur kif issuġġerit mill-plots Bland-Altman fil-Figura 1. Meta l-qarrej 1 kien imqabbel ma ' il-metodu awtomatizzat, kien hemm differenza perċentwali medja ta '5.2 fil-mija u intervall ta' kunfidenza ta '95 fil-mija ta' ± 5.8 fil-mija. Meta l-qarrej 2 tqabbel mal-metodu awtomatizzat, kien hemm differenza perċentwali medja ta' -2.5 fil-mija u intervall ta' kunfidenza ta' 95 fil-mija ta' ±6.5 fil-mija.

Id-distinzjoni bejn il-ġrieden tat-tip selvaġġ u l-ġrieden mutanti: It-TKVs medji u SD ġew ippjanati f'kull punt ta 'ħin għal kull metodu u separati bil-ġenotip (mutant vs wild-type). Kif jidher fil-Figura 2, it-TKV medju huwa dejjem iżgħar fil-ġrieden tat-tip selvaġġ f'kull punt ta 'żmien milli fil-ġrieden mutanti. It-3 metodi kollha (awtomatizzati, qarrej 1, u qarrej 2) juru separazzjoni sinifikanti tat-tip tal-ġurdien f'età ta' 9 u 12-il ġimgħa.

Figura 1 |Bland-Altman u analiżi ta' rigressjoni ta' kejl ta' (a,e) interosservatur u (b,f) intraosservatur tal-volum totali tal-kliewi (TKV) (imkejjel f'millilitri) flimkien mal-metodu awtomatizzat (Auto) meta mqabbel ma' (c,g) reader 1 u (d,h) qarrej 2. Plottijiet Bland-Altman juru d-differenza medja (linja solida) u intervall ta 'kunfidenza ta' 95 fil-mija (linji bit-tikek). L-analiżi tar-rigressjoni turi l-korrelazzjoni bejn il-metodi mqabbla.

DISKUSSJONI

L-analiżi ta'kliewivolumfil-PKD (mard poliċistiku tal-kliewi)hija waħda mill-aktar metriċi importanti li bħalissa qed jintużaw għall-ikkaratterizzazzjoni tal-istat tal-marda. Qabel ix-xogħol tagħna, ma kien hemm l-ebda alternattiva għat-traċċar manwalmentkliewif'sistemi mudell ta' PKD (mard poliċistiku tal-kliewi). Minħabba ż-żmien meħud biex jiġu rintraċċati dawn l-istrutturi, kif ukoll iż-żmien meħtieġ biex persuna titħarreġ 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 għat-TKV. Is-segmentazzjonijiet awtomatizzati huma kkalkulati fi ftit minuti (skont il-qawwa tal-kompjuters), filwaqt li s-segmentazzjonijiet manwali jieħdu minn 20 sa 40 minuta. B'differenza mill-metodi ta 'segmentazzjoni manwali jew saħansitra semi-awtomatizzati, dan il-metodu awtomatizzat jipproduċi l-istess riżultati eżatti kull darba li jiġi applikat għall-istess immaġni.

Provi prekliniċi ħafna drabi jinkludu kemm grupp ta' kontroll kif ukoll grupp(i) ta' trattament; għalhekk, huwa essenzjali li l-metodu awtomatizzat ikun sensittiv biżżejjed biex jiskopri differenzi fil-volum bejn il-gruppi b'mod xieraq. Għalkemm il-qbil ġenerali kien eċċellenti, paraguni viżwali ssuġġerew nuqqas ta 'qbil minuri dwar jekk għandux jinkludi jew jeskludi l-pelvi renali f'subsett żgħir ta' flieli Għalkemm hija prattika komuni li teskludi l-pelvi renali, il-varjabbiltà 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-iskaners u l-akkwisti tal-MRI, Huwa probabbli li sett ta 'dejta ta' taħriġ akbar b'każijiet aktar diversi minn magni MRI differenti jista 'jikseb mudell aktar robust minħabba n-natura tal-algoritmi ta' tagħlim fil-fond. Algoritmi awtomatizzati bħal dawn ħafna drabi jeħtieġ li jiġu mħarrġa mill-ġdid fuq settijiet ta 'dejta ta' barra 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 sabiex gruppi oħra jew jużaw l-istess mudell jew jiżviluppaw tagħhom stess.

Figura 2 |Il-volum totali tal-kliewi ta 'ġrieden tat-tip selvaġġ u mutanti ġie plottjat matul iż-żmien (3-12-il ġimgħa) għall-metodu awtomatizzat (Auto) (xellug), qarrej 1 (nofs), u qarrej 2 (lemin). It-3 metodi kollha juru separazzjoni sinifikanti tat-tip tal-ġurdien f'età ta' 9 ġimgħat. Il-vireg tal-iżball jindikaw SD. *P <>

METODI

Data 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 ta' mard differenti u f'firxa ta' etajiet. Is-sett tat-test huwa sett kompletament miżmuma u huwa dak li evalwajna f'dan l-artikolu.

Koorti ta 'studju ta' ttestjar: Dan l-istudju ġie rivedut u approvat mill-Kumitat Istituzzjonali għall-Kura u l-Użu tal-Annimali Mayo Clinic. Il-koorti kienet tikkonsisti f'C57Bl6 x 1296Svev/Tac(n=4;2 nisa/2 irġiel) u C57Bl6 × 129s6Svev/Tac(n=4;2 nisa/2)mutanti (n=4) (mard poliċistiku tal-kliewi) Ġrieden mudell RC/RC. Ġrieden mutanti jirriflettu l-manifestazzjoni umana ta' PKD1 (Mard poliċistiku tal-kliewi tat-tip 1) kemm ġenetikament kif ukoll fenotipikament. Wieħed mill-ġrieden mutanti miet f’nofs l-esperiment u ġie mibdul b’ġurdien mutant ieħor tal-istess età fid-9 ġimgħa.

Akkwisti ta 'l-immaġini: L-immaġini twettqu bl-użu ta' spettrometru Avance DRX 700WB (Bruker BioSpin, Billerica, MA). Kopertura sħiħa tal-kliewiinkiseb permezz ta’ akkwist assjali TurboRARE T{{0}}ippeżat rikostruwit b’riżoluzzjoni fil-pjan ta’ 0.1 mm u ħxuna ta’ porzjon ta’ l-mm (daqs tal-matriċi, 256 × 256 × Z, b’Z magħżul kbir biżżejjed biex ikopri l- firxa sħiħa tal-kliewi). Il-ħin totali tal-iskanjar varja minn 5 sa 10 minuti. Fil-koorti tal-istudju tal-ittestjar, kull ġurdien ingħata immaġni f'4-punti ta' żmien (3,6,9, u 12-il ġimgħa), Il-punti tal-ħin għal kull ġurdien saru fi żmien jumejn minn xulxin biex jiżguraw immaġini konsistenti parametri u biex jillimitaw il-varjazzjonijiet ambjentali. Analiżi tal-immaġni

Reġjuni ta 'interess ġew traċċati fuq kull skan bl-użu ta' pakkett ta 'softwer tal-immaġini (Analizza, verżjoni 12. 0, Riżorsa tal-Immaġini Bijomedika, Mayo Clinic, Rochester, MN). Kull qarrej ingħata struzzjonijiet biex jeskludi l-pelvi renali meta l-pelvi renali ma jkunx magħluq mill-kliewicapsule within the image slice. Manual segmentations took 20 to 40 minutes depending on the case. TKVs were calculated by first summing the number of voids contained within the seg-mentation on each slice and then multiplying the number of voxels by the voxel volume obtained from the image header. For the testing data,2 double-blind readers(1 and 2), both experienced in manual MRI segmentation, performed kidney segmentations on all scans. For intrareader analysis, reader 2 repeated the measurements at 2-time points (>3 xhur bogħod minn xulxin).

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

Analiżi statistika: L-immaġini ta' reżonanza manjetika peżata T2-assjali miksuba għal kull ġurdien (n =8) f'kull punt ta' ħin (3,6,9, u 12-il ġimgħa) intużaw għall-analiżi statistika. Total ta '32 immaġini ppermettew għat-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-abbiltà ta' kull metodu li jissepara gruppi ta 'tip selvaġġ u mutanti. Dan inkiseb billi tpinġi t-TKV skont il-punt tal-ħin u sseparat skont it-tip tal-ġurdien. Il-kejl tat-TKV u r-rati tat-tkabbir għal kull metodu ġew ukoll evalwati bl-użu ta 'plots ta' Bland-Altman u rigressjoni lineari.

RIKONOXXIMENTI

Dan ix-xogħol kien appoġġjat mill-Mayo Clinic Robert M. u Bille Kelley Pirnie TranslationalMard Poliċistiku tal-KliewiĊentru u l-Istitut Nazzjonali tad-Dijabete u Diġestivi uKilwaMard

REFERENZI

1. Grantham JI Torres VE, Chapman AB, et al.Progressjoni tal-volum fimard poliċistiku tal-kliewi. N Engl J Med.20063542122-2130.

2. Torre VE, Chapman AB, Devuyst O, et al Tolvaptan f'pazjenti b'awtosomali dominantimard poliċistiku tal-kliewi. N Engl JMed.2012367:2407-2418.

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

4. Wallace DP, Hou YP, Huang ZL, et al. Traċċarkliewivolumfil-ġrieden bilmard poliċistiku tal-kliewipermezz ta' immaġni bir-reżonanza manjetika.Kidney Int. 2008;73:778-781.

5. Grantham Jl Torres VE. L-importanza tat-totalkliewivolumfl-evalwazzjoni tal-progressjoni tamard poliċistiku tal-kliewi. Nat Rev Nephrol. 2016;12667-677.

6. Higashihara E, Torres VE, Chapman AB, et al. Tolvaptan b'mod awtosomali dominantimard poliċistiku tal-kliewi: tliet snin esperjenza Oin J Am Soc Nephrol 201162499-2507

7. Azbal MV.Rangel U.Berastralh EJ, et a.Klassifikazzjoni ta 'l-immaġini ta' awtosomali dominantimard poliċistiku tal-kliewi, mudell sempliċi għall-għażla tal-pazjenti għal prova klinika.

8. Am So Nephrol.2015. 26:160-172 8. Olazabal MV, Mishra PK, Torres VE, et al Użu ta 'MRI ta' kamp ultra-għoli f'mudelli ta 'annimali gerriema żgħar ta'mard poliċistiku tal-kliewigħall-fenotipi in vivo u l-monitoraġġ tad-droga. J Vs Exp.2015:100e52757.

9. Erokwu BO, Anderson CE Flask CA, et al. Valutazzjonijiet kwantitattivi ta' immaġini ta' reżonanza manjetika ta 'reċessiv awtosomalimard poliċistiku tal-kliewiprogressjoni u rispons għat-terapija f'mudell ta' annimal Pediatr Res. 2018;83:1067-1074.