A belső szervek és a zsírszövetek automatikus szegmentálása és térfogati értékelése: mik az előnyei?
Mar 02, 2022
A klinikán végzett hagyományos orvosi képalkotás legfontosabb célja a kóros elváltozások kimutatása a vetítési vagy szeletképeken. A képek minőségének döntő kritériuma a térbeli felbontáson kívül általában a normál és a kórosan megváltozott szövet kontrasztja. Valamennyi jelenleg rendelkezésre álló képalkotó módszer, beleértve a röntgentechnológiát, az ultrahangot, a mágneses rezonanciát és a pozitronemissziós tomográfiát, nagyon gyorsan fejlődött az elmúlt évtizedekben. Nemcsak a képek minősége javult, miközben a vizsgálati idők rövidültek, hanem a képadatok kiértékelésének új szempontjai is fókuszba kerültek, különösen az MRI esetében, amely korábban gyakran nem tudta kiaknázni a benne rejlő lehetőségeket. a szokásos körülbelül 30-45 perces vizsgálati időkben az egyes képalkotó szekvenciák viszonylag hosszú mérési ideje miatt a modern módszerek „masszív párhuzamos képalkotással”, [1] „sűrített érzékeléssel” [2] és/vagy „ujjlenyomattal” [3 ] előnyökkel jár: ma már lehetséges átfogó többparaméteres és kvantitatív szövetelemzést elvégezni az elviselhető vizsgálati időn belül. Egyetlen "kontraszt súlyozás" helyett több számszerűsíthető szöveti tulajdonság (T1, T2, T2*, zsírtartalom, vízdiffúzió stb.) nyersadatai is gyűjthetők ugyanazon vizsgálati idő alatt. Továbbá a modern MRI rendszerek lehetővé teszik a teljes testről vagy legalább a testtörzsről nagy felbontású izotróp képi adatsorok beszerzését, amelyek nagy mennyiségű morfológiai információt tartalmaznak.
Kulcsszavak:vesebetegség; vese; májbetegségek; máj térfogata; máj
A CISTANCHE JAVÍTJA A VESE/VESE MŰKÖDÉSÉT
Az anatómiai-morfológiai információk kiértékelése a 3D-s képadatkészletekben kezdetben a nyilvánvaló, betegségreleváns információk manuális meghatározására korlátozódott, például a daganatok vagy áttétek méretének meghatározására a stádiumban, vagy a terápia alatti betegség lefolyásának nyomon követésére [4]. Míg egy anatómiai szerkezet (maximális) átmérőjét meglehetősen gyorsan meg lehetett határozni, addig a volumetriás elemzések elvégzése sokkal időigényesebb volt, mivel több szeletet manuálisan kellett kiértékelni ehhez. A nagyfelbontású 3D-s adatkészletek MR-gyűjtési módszereinek kifejlesztése némileg késleltetve, automatikus vagy legalábbis félautomata szegmentálási módszereket dolgoztak ki és alkalmaztak számos tanulmányban [5]. A modern mesterséges intelligencia (AI) módszereinek bevezetésével az elmúlt években jelentősen javultak a megbízható szervszegmentálás lehetőségei MRI-adatkészletekből [6]. Csak ezeknek a módszereknek a segítségével vált lehetségessé az egyéni anatómiai struktúrák több ezer 3D-s adathalmazban történő kiértékelése nagy populációs kohorsz vizsgálatokból (pl. UK Biobank [7] vagy German National Cohort [8]) kezelhető erőfeszítéssel. Ezekkel az adatokkal egyrészt az anatómiai jellemzők, a genetikai jellemzők, az életkörülmények (pl. táplálkozás és fizikai aktivitás) és a fizikai állapot (fizikai alkalmasság és betegségek) összefüggései tárhatók fel. Másrészt a kohorsz vizsgálatokban a szervek volumetriás értékelésének eredményei is nagyon alkalmasak standard értékek és normálérték tartományok kidolgozására a különböző populációs csoportok életkortól és nemtől függően.
Természetesen fontos kérdés, hogy ezek a térfogati adatok az egyes betegek betegségeinek indikátoraiként is használhatók-e. A vizsgálati feltételek (nyugalmi helyzet, viszonylag egységes térérzékenység modern, többsoros fejtekercsekkel) és a kiértékelési feltételek (kevés szövetosztály viszonylag egyenletes térbeli eloszlással) meglehetősen kedvezőek az agy MRI-vizsgálatához. Emellett számos intézmény foglalkozik idegtudományokkal. Ezért az agyi struktúrák volumetrikus értékelésének alkalmazásai [9] minden bizonnyal a legfejlettebbek, és klinikai kérdésekben már jól tanulmányozottak [10].A fehér- és szürkeállomány-vesztés súlyossága és időbeli lefolyása a különböző agyterületeken differenciáldiagnosztikai támpontokat adhat a betegségekben [11], és számszerűsítheti az atrófia kialakulását [12]. Kimutathatóak a normál életkorral összefüggő sorvadástól való eltérések, és pontosan mérhetőek a terápiás beavatkozások hatásai.
A számos publikációban bemutatott munkához „házi” szegmentációs algoritmusokat alkalmaztak, amelyek az olvasó számára nehezen alkalmazhatók. Az AI-módszereket gyakran speciális MRI-képekkel képezik (a kontrasztsúlyozás, a geometriai képalkotási paraméterek és a tekercselrendezések tekintetében), és az általános alkalmazhatóság még az algoritmus közzététele esetén sem biztos. A közelmúltban azonban egyes MR-szállítók sorozatok és szegmentáló eszközök teljes csomagját kínálják, amelyek megbízhatóan működnek (pl.máj). A neuro MRI vizsgálatokban ingyenes szoftverek állnak rendelkezésre a szegmentáláshoz (pl. SPM, Wellcome Center for Human Neuroimaging, UCL Neurology, London, UK), amelyet számos tudományos csoport használ, és amely klinikai felvételi szekvenciákkal is biztonságosan kombinálható. Emellett kereskedelmi támogatás is biztosított, különösen az olyan vállalatok kohorsztanulmányaiból származó adatok utófeldolgozásához, mint az AMRA Medical (Linköping, Svédország). A testtörzsben lévő szervrendszerek automatizált szegmentációjának és térfogati értékelésének klinikai jelentőségének jobb felmérése érdekében a következőkben néhány információt közölünk a szervtérfogat jelentőségéről a betegségekben:
A CISTANCHE JAVÍTJA A VESE-/VESEBETEGSÉGET
Tüdő
Az egyéni tüdőtérfogat természetesen a légzési pozíciótól függ, így változó. Így mind a referencia, mind az összehasonlító mérésekhez következetes vizsgálati protokollokra van szükség. A veleszületett betegségek, például a rekeszizom sérvek vagy a bronchopulmonalis malformációk gyakran társulnak csökkent tüdőtérfogattal. A korai gyermekkori fejlődés normális értékeinek elérése érdekében számos tüdőtérfogat-vizsgálatot végeztek magzatokon a terhességi kortól függően, de az eredmények nem teljesen konzisztensek [13]. Felnőtteknél a szerzett restrikciós tüdőbetegségek, például a tüdőfibrózis vagy a szarkoidózis csökkent tüdőtérfogathoz vezethetnek. Ezzel szemben az emphysema és a COPD a tüdő túlzott felfúvódását és ezáltal gyakran a tüdőtérfogat növekedését mutatja [14].
Szív
Szívbetegeknél (pl. szívizom kitágulása vagy hipertrófiája esetén) MRI-vizsgálatot végeznek EKG-szinkronizálással. A több szívfázisban végzett képalkotás lehetővé teszi a szívizom falának vastagságának, a szisztolés és diasztolés vértérfogat és a származtatott funkcionális paraméterek értékelését [15, 16] (lásd az 1. ábra felső képsorát). A törzs szokásos MRI-adatsorait EKG-triggerelés nélkül veszik fel, ezért általában nem értékelhetők a szív mérete és működése szempontjából. Leírtak azonban már modern MRI-eljárásokat, amelyek külső triggerelés nélkül is képesek rekonstruálni a légzési és szívfázisfüggő MRI-képeket [17], valamint a szívkontúrok meghatározására szolgáló automatizált eljárásokat [18].
Máj
Egy egészségesenmáj,a szerv térfogata jó paraméternek tekinthető a szerv működéséhez.Májméretet normál értéktartományokkal vizsgálták CT-vizsgálatokban, és a "normál" képleteitmájtérfogat" a testméret függvényében megadásra került [19]. Ezeket tovább finomították, és a különböző etnikumokhoz is adaptálták [20, 21]. Parenchymálismájbetegségeka steatosis, a vas-túlterhelés vagy a cirrhosis a jelentések szerint jelentősen megnőmáj térfogataa normál értékekhez képest [21]. Megjegyzendő azonban, hogy a funkcionálisan aktív frakciómájkorlátozó átalakulási folyamatok (májfibrózis és cirrhosis) esetén a térfogat kisebb lesz, és a máj belső struktúráinak szegmentálásával külön kell meghatározni [22] A steatosisban szenvedő betegek életmódbeli változásai a májsejtek jelentős csökkenéséhez vezettek.máj térfogatacsökkentésével párhuzamosanmájzsírtartalom [23, 24]. Különösen fontos klinikai jelentőséget tulajdonítanak a funkcionálisnakmáj térfogatarészleges reszekció után is elérhető (tumorok vagy transzplantációk esetén), amit a sebészeti beavatkozások tervezésekor figyelembe kell venni [25]
Lép A lép megnagyobbodása (splenomegalia) gyakran azmájbetegségmagas vérnyomással társul a portálrendszerben. A mértéke közötti kapcsolatmájA fibrózist vagy a portális hipertóniát és a lép térfogatát a közelmúltban számos betegen kvantitatívan tanulmányozták [26]. A normálhoz képest gyakran jelentősen megnövekedett térfogatú splenomegalia bizonyos fertőző betegségekben (vírusos betegségek, például EBV és CMV; de malária vagy toxoplazmózis is), valamint hematológiai (thalassaemia, sarlósejtes vérszegénység) vagy immunológiai (juvenilis ízületi gyulladás, lupus erythematosus) esetén is megfigyelhető. ) rendellenességek [27].
Hasnyálmirigy
Beszámoltak arról, hogy a hasnyálmirigy térfogata mind az I. típusú [28], mind a 2. típusú cukorbetegségben [29] csökken az egészséges egyénekhez képest. Akut hasnyálmirigy-gyulladásban a szerv térfogatának növekedése figyelhető meg [30], de miután több akut hasnyálmirigy-epizód enyhült, aA hasnyálmirigy térfogata gyakran jelentősen csökken [31]. A hasnyálmirigy manuális vagy automatikus szegmentálása CT vagy MR képeken (perifériás) zsírinfiltráció esetén aligha megbízható [32]. A hasnyálmirigy zsíros beszűrődése különösen gyakori a cisztás fibrózisban, és ilyenkor gyakran nagyon nehéz a megkülönböztetés a környező zsírszövettől [33].
Vese
Ban,-benvese,a két fő komponens, a kéreg és a velő általában megbízhatóan külön szegmentálható a 3D-s adathalmazokban a CT-vizsgálatoktól [34] és az MRI-vizsgálatoktól [35]. A kötet avese-a cortex, különösen az életkorral jelentősen csökken, míg a térfogata avese-medulla állandó marad, vagy akár nő is [34]. A normál értékektől való eltérések egyrészt veleszületett aplasiában vagy hypoplasiában láthatók avese,hanem szerzett meghibásodásokban is. Megnagyobbodott, duzzadtveseakut gyulladásos folyamatok (pyelonephritis) és krónikus betegségek korai stádiumában fordulnak elő, míg hosszú távúvesebetegségek(pl. cukorbetegvese) potenciálisan fibrózist okozhatnak funkcióvesztéssel és térfogatcsökkenéssel [36]. Az örökletes autoszomális domináns policisztás betegség, amelyet különösen gyakran MRI-vel volumetrikusan vizsgálnak.vesebetegség (ADPKD) [37].
Zsírszövet (szubkután, zsigeri, epi- és perikardiális)
Az elmúlt 2 évtizedben számos tanulmányt végeztek a testzsír szerepéről az anyagcsere- és szív- és érrendszeri betegségek kialakulásában. Bebizonyosodott, hogy nem annyira a zsírszövet teljes mennyisége, mint inkább a zsírszövet különböző kompartmentekben való eloszlása játszik fontos szerepet [38]. Míg a bőr alatti zsírszövet kevéssé járul hozzá az anyagcserével összefüggő betegségek kialakulásához, addig a hasi szervek körül elhelyezkedő zsigeri zsír mennyisége a krónikus gyulladásra való hajlamával szignifikánsan korrelál a csökkent inzulinhatással [39]. Nagyobb mennyiségű zsigeri zsírt, valamint a szívizomot körülvevő mellüregben lévő zsírt (epicardialis és pericardialis zsír, amelyeket nehéz megkülönböztetni az MR-felvételeken, mert csak egy vékony réteg választja el) azonosítottak.mint a szív- és érrendszeri betegségek rizikófaktorai [40]. Azt is kimutatták, hogy a kisebb zsírrészekre, mint például a nyaki zsír, független szabályozás vonatkozik, és hogy a zsír mennyiségevese-a sinus terület proteinuriával kapcsolatos [41]. Mivel az egyszerű non-invazív módszerek, mint például a test impedancia mérése, nem képesek kellő pontossággal meghatározni bizonyos zsírrészeket, például a zsigeri zsírt, ezért az MRI a térfogatrögzítés képességével.
A CISTANCHE JAVÍTJA A VESE-/VESEFÁJDALÁST
A csontváz izomzata
A vázizomzat mennyiségének (és egyes esetekben minőségének) csökkenését szarkopéniának nevezik. Különösen idősebb betegeknél a szarkopénia gyakran csökkent aktivitáshoz és mobilitáshoz vezet, és az önállóság elvesztéséhez vezethet. A betegség miatti immobilizációt követő edzésben vagy a sportorvoslásban is szerepet játszik az izomfelhalmozódás monitorozása. Az érdeklődési területtől függően az izmok keresztmetszeti területei vagy teljes térfogata kvantitatív módon értékelhető CT-vel vagy MRI-vel [42].
Vita
Az MRI kiválóan alkalmas nagyfelbontású 3D képadatkészletek anatómiai struktúráinak kvantitatív vizsgálatára, mind méretük és térfogatuk (1. ábra), mind jeltulajdonságaik tekintetében. A CT alternatív módszere sajnos olyan sugárterheléssel jár, amely az önkéntesek vizsgálatakor aligha indokolható, és a 3D ultrahangos vizsgálat jelenleg nem minden testtörzs anatómiai struktúrájában lehetséges, mivel a levegő és a csont tartalmú területek nem átjárhatók. Az ultrahangvizsgálathoz és a szöveti kontrasztok gyakran kritikusak az automatikus értékeléshez. Mivel az MRI-vizsgálat általában nem jár káros szöveti hatással, ez a módszer különösen alkalmas nagy, főként egészséges kohorszok vizsgálatára is, bár ez viszonylag költségigényes. A szervtérfogatok és zsírtérfogatok nagy kohorszokban, különböző életkorú és nemű egészséges egyedekkel történő meghatározása lehetővé teszi a normálérték tartományok meghatározását, így a későbbi egyedi vizsgálatok eredményei jobban értékelhetőek. Figyelembe kell venni azonban a különböző rögzítési vagy képelemzési módszerek alkalmazásából adódó szisztematikus hibákat.A teljes populáció nagy kohorszaiba beletartoznak a betegségben szenvedő és/vagy gyógyszeres egyének is, így a korábban ismeretlen összefüggések is felismerhetők és tovább tisztázhatók (hasonlóan az agyon végzett munkával [43]). Ez lehetővé teszi új patomechanizmusok kimutatását és meglévő hipotézisek tesztelését. Mivel esetenként nagyszámú vizsgált paraméterrel véletlenszerű összefüggések fordulnak elő, elengedhetetlen a gondos statisztikai elemzés (Bonferroni korrekcióval) és az eredmények független csoportokban történő ellenőrzése.
Egyéni tanulmányok
Felmerül a kérdés: releváns-e egy szerv vagy alépítményeinek minden méretmeghatározása? A legtöbb kérdésnél ez valószínűleg nem így van, legalábbis addig, amíg a mért értékek a "normál tartományban" vannak. A normál tartománytól való jelentős eltérések azonban jelezhetik a fent leírt kóros folyamatokat, vagy megerősíthetik a már meglévő gyanús diagnózisokat. Azt is meg kell jegyezni, hogy a tapasztalt radiológusok gyakran észlelnek jelentős eltéréseket a szervek méretében a normál tartománytól a képek áttekintése során, még automatizált értékelés nélkül is.Különösen a zsigeri és epi-/perikardiális zsírmennyiség, valamint egyéb állapotok számítanak a cukorbetegség és a szív- és érrendszeri betegségek kialakulásának kockázati tényezőinek. Ezért hasznos a térfogat meghatározása, valamint terápiás intézkedések ezeknek a zsírrészeknek a csökkentésére. A zsírmennyiség csökkentésének egyéni mérése gyakran nagyon hasznos a betegek motiválásában a megfelelő terápiák alkalmazásakor; ha például nagyobb fizikai aktivitással járó életmódbeli beavatkozás során az izomtömeg növekszik és a zsírtömeg csökken, az egyszerű súly- vagy teljes test impedancia mérésekkel nem látható. Ezekben az esetekben a megfelelő erőfeszítéseket leállítják, ha nem adnak pozitív bátorítást egy kimutatható siker révén. Ugyanez igaz a vázizomzat erősödésének monitorozására is a betegség miatti immobilizációt követő edzés során vagy a sport területén. Az IA algoritmusokat alkalmazó automatikus szegmentációs módszerek rohamos fejlődésével teljesen elképzelhető, hogy az MRI (és esetleg klinikailag indikált CT) ) vizsgálataia testtörzs a jövőben lehetővé teszi a szervtérfogatok és egyéb mennyiségi mérések automatikus meghatározását. A vér és más testnedvek rutin laboratóriumi kémiai elemzéséhez hasonlóan a normál tartománytól való eltérések is jelezve lesznek, és felhasználhatók a diagnózis felállítására.
A CISTANCHE JAVÍTJA A VESE/VESE FERTŐZÉSÉT