Αυτοματοποιημένες μετρήσεις ολικού όγκου νεφρού στην προκλινική απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού για την εξεύρεση πόρων απεικόνισης δεδομένων, σχολιασμών και πηγαίο κώδικα

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

Marie E.Edwards, Sigapriya Periyanan, Deema Anaam², Adriana V. Gregory and Timothy L. Kline 'Division of Nephrology and Hypertension, Mayo Clinic, Rochester, Minnesota, USA; and 2 Department of Radiology, Mayo Clinic, Rochester, Minnesota, USA

Cistancheσωληνοειδήςπρολαμβάνεινεφρόνόσος, κάντε κλικ εδώ για να λάβετε το δείγμα

Ο στόχος αυτής της μελέτης ήταν να επικυρώσει ένα πλήρως αυτοματοποιημένο σύνολονεφρόμέθοδος μέτρησης όγκου για προκλινικές δοκιμές τρωκτικών που είναι γρήγορη, ακριβής, αναπαραγώγιμη και για την παροχή αυτών των πόρων στην ερευνητική κοινότητα. Οι μελέτες τρωκτικών που περιλαμβάνουν απεικόνιση είναι ζωτικής σημασίας για την παρακολούθηση της αποτελεσματικότητας της θεραπείας σε ασθένειες όπως η πολυκυστικήνεφρόνόσος. Προηγούμενες μελέτες χρησιμοποιούν χειροκίνητη ή ημι-αυτόματη τμηματοποίηση, η οποία είναι χρονοβόρα και δυνητικά προκατειλημμένη. Για την ανάπτυξη του αυτοματοποιημένου συστήματός μας, τμηματοποιήθηκαν χειροκίνητα 150 εικόνες αξονικού μαγνητικού συντονισμού (MRI) από διάφορα μοντέλα ποντικιών και χρησιμοποιήθηκαν για την εκπαίδευση/επικύρωση ενός αυτοματοποιημένου αλγόριθμου. Για να δοκιμαστεί η διαμήκης εφαρμογή του μοντέλου, τέσσερα μεταλλαγμένα και τέσσερα ποντίκια άγριου τύπου απεικονίστηκαν διαδοχικά σε διάστημα τριών έως δώδεκα εβδομάδων μέσω μαγνητικής τομογραφίας. Οι τμηματοποιήσεις των νεφρών (εκτός της νεφρικής πυέλου) δημιουργήθηκαν με την αυτοματοποιημένη μέθοδο και δύο διαφορετικούς αναγνώστες, με έναν αναγνώστη να επαναλαμβάνει το

Μετρήσεις. Οι μετρήσεις ομοιότητας και η διαχρονική ανάλυση υπολογίστηκαν για την αξιολόγηση της απόδοσης των αυτοματοποιημένων μεθόδων σε σύγκριση με τις μη αυτόματες μεθόδους. Η αυτοματοποιημένη προσέγγιση δεν απαιτούσε τη συμβολή του χρήστη, εκτός από ένα τελικό βήμα οπτικού ποιοτικού ελέγχου. Οι μετρήσεις ομοιότητας της αυτοματοποιημένης μεθόδου έναντι των μη αυτόματων τμηματοποιήσεων ήταν στο ίδιο επίπεδο με τις συγκρίσεις μεταξύ και εντός αναγνωστών. Έτσι, η πλήρως αυτοματοποιημένη προσέγγισή μας που περιγράφεται εδώ μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια σε διαχρονικές, προκλινικές δοκιμές που περιλαμβάνουν την κατάτμηση τρωκτικώννεφράσε Τ2-βαρυσμένες μαγνητικές τομογραφίες.

Μεταφραστική δήλωση

Αυτή η μελέτη ανέπτυξε μια πλήρως αυτοματοποιημένη μέθοδο για τη μέτρηση του συνόλουνεφρότόμος για προκλινική απεικόνιση σε ένα μεταλλαγμένο μοντέλο ποντικού πολυκυστικούΝεφρική Νόσοςκαθώς και ποντίκια άγριου τύπου. Αυτή η μελέτη καθιέρωσε επίσης διακυμάνσεις τόσο μεταξύ των αναγνωστών όσο και μεταξύ των αναγνωστών στη μέτρηση του συνολικού όγκου των νεφρών για προκλινική απεικόνιση. Παρόμοιες μελέτες και αλγοριθμικές προσεγγίσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία μεθόδων για δεδομένα κλινικής απεικόνισης και απαιτούνται για την ακριβή πρόγνωση της νόσου και τη λήψη κλινικών αποφάσεων. Παρέχουμε τα δεδομένα απεικόνισης, τους σχολιασμούς και τον πηγαίο κώδικα στην ερευνητική κοινότητα.

Η μέτρηση του όγκου των οργάνων έχει αποδειχθεί ότι συσχετίζεται με τις κλινικές εκδηλώσεις και τη νοσηρότητα ασθενειών όπως η συνολικήνεφρόόγκος (TKV) σε αυτοσωμικό επικρατές πολυκυστικόνεφρόνόσου (PKD)l,2 και χρησιμοποιείται για να εξακριβωθεί η αποτελεσματικότητα των θεραπευτικών παρεμβάσεων. Η έρευνα, οι κλινικές δοκιμές και η ολοένα και περισσότερο κλινική νεφρολογία χρησιμοποιούν αυτές τις μετρήσεις για να παρακολουθούν την εξέλιξη της νόσου τόσο σε ζωικά μοντέλα όσο και σε ασθενείς, να αξιολογούν την αποτελεσματικότητα των θεραπειών και να προβλέψουν τα αποτελέσματα.

Επί του παρόντος, οι προκλινικές μελέτες πραγματοποιούνται με πρωτοφανή ρυθμό για την αναζήτηση νέων θεραπειών για την επιβράδυνση της εξέλιξης της PKD. Ένα βασικό πλεονέκτημα της μαγνητικής τομογραφίας (MRI) σε ζωικά μοντέλα PKD είναι η δυνατότητα χρήσης in vivo απεικόνισης, η οποία επιτρέπει διαμήκεις ογκομετρικές μελέτες που χρησιμοποιούν το ίδιο ζώο. Πολυάριθμες μελέτες που περιλαμβάνουν 2ημιαυτόματους,'3,14και εγχειρίδιο βάσει εγγραφής,9-12 αυτοματοποιημένες τμηματοποιήσεις56 του ποντικιούνεφράέχουν πραγματοποιηθεί στο παρελθόν.

Πολλές από τις μεθόδους που θεωρούνται αυτοματοποιημένες εξακολουθούν να απαιτούν την εισαγωγή του χρήστη. Η πλειονότητα αυτών των προκλινικών μελετών χρησιμοποιεί χειροκίνητες τμηματοποιήσεις, οι οποίες είναι χρονοβόρες και δαπανηρές, καθώς και εισάγουν μεροληψία παρατηρητή. Ως εκ τούτου, το εργαστήριό μας έχει αξιολογήσει τη μεταβλητότητα στη μέτρηση του TKV και έχει αναπτύξει ένα πρόγραμμα αυτοματοποιημένης ανάλυσης για τη μέτρηση του TKV σε σαρώσεις μαγνητικού συντονισμού μοντέλων ποντικών της νόσου.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Μεταβλητότητα χειροκίνητων νεφρικών τμημάτων εντός και μεταξύ παρατηρητών

Το Σχήμα 1 δείχνει τα αποτελέσματα της ανάλυσης Bland-Altman του TKV όπως μετρήθηκε χειροκίνητα από 2 αναγνώστες (διακύμανση μεταξύ παρατηρητών) και επαναλάβετε τις μετρήσεις από τον αναγνώστη 2 (διακύμανση εντός παρατηρητή). Όταν ο αναγνώστης 1 συγκρίθηκε με τον αναγνώστη 2, υπήρχε μια μέση ποσοστιαία διαφορά 7,7 τοις εκατό και ένα διάστημα εμπιστοσύνης 95 τοις εκατό ± 4,5 τοις εκατό. Όταν ο αναγνώστης 2 πραγματοποίησε επαναλαμβανόμενες μετρήσεις της ίδιας εικόνας, υπήρχε μια μέση ποσοστιαία διαφορά -0,5 τοις εκατό και ένα διάστημα εμπιστοσύνης 95 τοις εκατό ±3,9 τοις εκατό . Η ανάλυση παλινδρόμησης έδειξε ότι υπάρχει υψηλή συμφωνία στο TKV μεταξύ όλων των μεθόδων, με τιμή R² μεγαλύτερη ή ίση με 0.99.

Επικύρωση του αλγορίθμου αυτοματοποιημένης τμηματοποίησης Η αυτοματοποιημένη μέθοδος σε σύγκριση με κάθε συσκευή ανάγνωσης σε σχέση με την ποσοστιαία διαφορά του TKV ήταν παρόμοια με αυτή της διακύμανσης μεταξύ και εντός του παρατηρητή, όπως υποδεικνύεται από τα διαγράμματα Bland-Altman στο Σχήμα 1. Όταν ο αναγνώστης 1 συγκρίθηκε με στην αυτοματοποιημένη μέθοδο, υπήρχε μια μέση ποσοστιαία διαφορά 5,2 τοις εκατό και ένα διάστημα εμπιστοσύνης 95 τοις εκατό ±5,8 τοις εκατό Όταν ο αναγνώστης 2 συγκρίθηκε με την αυτοματοποιημένη μέθοδο, υπήρχε μια μέση ποσοστιαία διαφορά -2,5 τοις εκατό και 95 τοις εκατό διάστημα εμπιστοσύνης ±6,5 τοις εκατό.

Η διάκριση μεταξύ άγριου τύπου και μεταλλαγμένων ποντικών

Ο μέσος όρος και ο SD TKV σχεδιάστηκαν σε κάθε χρονικό σημείο για κάθε μέθοδο και διαχωρίστηκαν ανά γονότυπο (μετάλλαγμα έναντι άγριου τύπου). Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2, ο μέσος TKV είναι πάντα μικρότερος σε ποντίκια άγριου τύπου σε κάθε χρονικό σημείο από ό,τι στα μεταλλαγμένα ποντίκια. Και οι 3 μέθοδοι (αυτοματοποιημένες, αναγνώστης 1 και αναγνώστης 2) δείχνουν σημαντικό διαχωρισμό του τύπου ποντικιού σε ηλικία 9 και 12 εβδομάδων.

ΣΥΖΗΤΗΣΗ

Η ανάλυση του όγκου των νεφρών στην PKD είναι μία από τις πιο σημαντικές μετρήσεις που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος για τον χαρακτηρισμό της κατάστασης της νόσου. Πριν από την εργασία μας, δεν υπήρχε εναλλακτική λύση στη χειροκίνητη ανίχνευση των νεφρών σε μοντέλα συστημάτων PKD. Λόγω του χρόνου που απαιτείται για την ανίχνευση αυτών των δομών, καθώς και του χρόνου που απαιτείται για την εκπαίδευση ενός ατόμου για την εκτέλεση αυτών των μετρήσεων και της δυνατότητας μεταβλητότητας μεταξύ των χειριστών, σε αυτή τη μελέτη αναπτύξαμε και επικυρώσαμε μια πλήρως αυτοματοποιημένη μέθοδο τμηματοποίησης για το TKV. Οι αυτοματοποιημένες τμηματοποιήσεις υπολογίζονται σε λίγα λεπτά (ανάλογα με την υπολογιστική ισχύ), ενώ οι χειροκίνητες τμηματοποιήσεις χρειάζονται 20 έως 40 λεπτά. Σε αντίθεση με τις μη αυτόματες ή ακόμα και ημιαυτόματες μεθόδους τμηματοποίησης, αυτή η αυτοματοποιημένη μέθοδος θα παράγει τα ίδια ακριβή αποτελέσματα κάθε φορά που εφαρμόζεται στην ίδια εικόνα.

Οι προκλινικές δοκιμές συχνά περιλαμβάνουν τόσο ομάδα ελέγχου όσο και ομάδα(ες) θεραπείας. Επομένως, είναι σημαντικό η αυτοματοποιημένη μέθοδος να είναι αρκετά ευαίσθητη ώστε να ανιχνεύει κατάλληλα τις διαφορές όγκου μεταξύ των ομάδων.7 Το Σχήμα 2 δείχνει ότι η χειροκίνητη τμηματοποίηση και η αυτοματοποιημένη τμηματοποίηση παρουσιάζουν σημαντικό διαχωρισμό στις ομάδες άγριου τύπου και μεταλλαγμένες σε ηλικία 9 εβδομάδων . Αν και η συνολική συμφωνία ήταν εξαιρετική, οι οπτικές συγκρίσεις υπέδειξαν μικρή διαφωνία σχετικά με το εάν έπρεπε να συμπεριληφθεί ή να αποκλειστεί η νεφρική πύελος σε ένα μικρό υποσύνολο τομών. Αν και είναι κοινή πρακτική να αποκλείεται η

Σχήμα 1|Bland-Altman και ανάλυση παλινδρόμησης του (a,e) ενδοπαρατηρητή και (b,f) του συνολικού όγκου νεφρού εντός του παρατηρητή (TKV)

μετρήσεις (μετρούμενες σε χιλιοστά) επιπλέον της αυτοματοποιημένης μεθόδου (Auto) σε σύγκριση με (c,g) reader 1 και (d,h) reader 2. Τα διαγράμματα Bland-Altman δείχνουν τη μέση διαφορά (συμπαγή γραμμή) και το 95 τοις εκατό διάστημα εμπιστοσύνης (διακεκομμένες γραμμές). Η ανάλυση παλινδρόμησης δείχνει τη συσχέτιση μεταξύ των μεθόδων σύγκρισης.