Măsurători automate ale volumului total al rinichilor în imagistica prin rezonanță magnetică preclinică pentru date imagistice, adnotări și cod sursă

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

Marie E.Edwards, Sigapriya Periyanan, Deema Anaam², Adriana V. Gregory și Timothy L. Kline "Divizia de Nefrologie și Hipertensiune Arterială, Clinica Mayo, Rochester, Minnesota, SUA; și 2Departament de Radiologie, Clinica Mayo, Rochester, Minnesota, SUA

CistanchetubulosaPrevinerinichiboală, click aici pentru a obține proba

Obiectivul acestui studiu a fost de a valida un total complet automatizatrinichimetoda de măsurare a volumului pentru studiile preclinice privind rozătoarele, care este rapidă, precisă, reproductibilă și pentru a furniza aceste resurse comunității de cercetare. Studiile privind rozătoarele care implică imagistică sunt cruciale pentru monitorizarea eficacității tratamentului în boli precum polichisticarinichiboală. Studiile anterioare utilizează segmentarea manuală sau semiautomată, care este consumatoare de timp și potențial părtinitoare. Pentru a dezvolta sistemul nostru automatizat, un total de 150 de imagini axiale prin rezonanță magnetică (RMN) dintr-o varietate de modele de mouse-uri au fost segmentate manual și utilizate pentru a instrui / valida un algoritm automat. Pentru a testa aplicarea longitudinală a modelului, patru mutanți și patru șoareci de tip sălbatic au fost fotografiați secvențial pe parcursul a trei până la douăsprezece săptămâni prin RMN. Segmentările rinichilor (cu excepția pelvisului renal)au fost generate de metoda automată și de două cititoare diferite, cu un cititor care repetă

Măsurători. Măsurătorile de similitudine și analiza longitudinală au fost calculate pentru a evalua performanța automatului în comparație cu metodele manuale. Abordarea automatizată nu a necesitat nicio intrare din partea utilizatorului, în afară de un pas final de control al calității vizuale. Valorile de similitudine ale metodei automate față de segmentările manuale au fost la egalitate cu comparațiile inter-și intra-reader. Astfel, abordarea noastră complet automatizată descrisă aici poate fi utilizată în siguranță în studiile longitudinale, preclinice care implică segmentarea rozătoarelorRinichiîn RMN ponderate în T2.

Declarație de traducere

Acest studiu a dezvoltat o metodă complet automatizată de măsurare a totaluluirinichivolum pentru imagistica preclinică într-un model de șoarece mutant de polichisticboli de rinichiprecum și șoareci de tip sălbatic. Acest studiu a stabilit, de asemenea, atât variabilități interreader, cât și de intrareder în măsurarea volumului total de rinichi pentru imagistica preclinică. Studii similare și abordări algoritmice pot fi utilizate pentru a stabili metode pentru datele imagistice clinice și sunt necesare pentru prognosticul exact al bolii și luarea deciziilor clinice. Furnizăm comunității de cercetare datele imagistice, adnotările și codul sursă.

S-a demonstrat că măsurarea volumului organelor se corelează cu manifestările clinice și morbiditatea bolilor, cum ar fi totalulrinichivolum (TKV) în polichistică autozomal dominantărinichiboala (PKD)l,2 și este utilizată pentru a determina eficacitatea intervențiilor de tratament. Cercetările, studiile clinice și nefrologia din ce în ce mai clinică utilizează aceste măsurători pentru a monitoriza progresia bolii atât la modelele animale, cât și la pacienți, pentru a evalua eficacitatea terapiilor și pentru a prezice rezultatele.

În prezent, studiile preclinice au loc într-un ritm fără precedent pentru a căuta noi tratamente pentru a încetini progresia PKD. Un avantaj cheie al imagisticii prin rezonanță magnetică (RMN) în modelele animale de PKD este capacitatea de a utiliza imagistica in vivo, care permite studii volumetrice longitudinale care utilizează același animal. Numeroase studii care implică 2semiautomated,'3,14și manual bazat pe înregistrare,9-12 segmentări automate56 de mouse-ulRinichiau fost efectuate anterior.

Multe dintre metodele considerate automatizate necesită încă introducerea de către utilizator. Majoritatea acestor studii preclinice folosesc segmentări manuale, care sunt consumatoare de timp și costisitoare, precum și introduc prejudecăți de observare. Prin urmare, laboratorul nostru a evaluat variabilitatea măsurării TKV și a dezvoltat un program automat de analiză pentru măsurarea TKV în scanările prin rezonanță magnetică ale modelelor murine ale bolii.

REZULTATELE

Variabilitatea intra-și interobserver a segmentărilor renale manuale

Figura 1 prezintă rezultatele analizei Bland-Altman a TKV măsurată manual de 2 cititoare (variația interobserverului) și măsurătorile repetate de cititorul 2 (variația intraobserverului). Când cititorul 1 a fost comparat cu cititorul 2, a existat o diferență procentuală medie de 7,7% și un interval de încredere de 95% de ±4,5%. Când cititorul 2 a efectuat măsurători repetate ale aceleiași imagini, a existat o diferență procentuală medie de -0,5% și un interval de încredere de 95% de ±3,9%. Analiza de regresie a indicat că există un acord ridicat în TKV între toate metodele, cu o valoare R² de ≥0,99.

Validarea algoritmului de segmentare automată Metoda automatizată comparată cu fiecare cititor în raport cu diferența procentuală a TKV a fost similară cu cea a variației inter-și intraobserver, așa cum sugerează parcelele Bland-Altman din figura 1. Când cititorul 1 a fost comparat cu metoda automată, a existat o diferență procentuală medie de 5,2% și un interval de încredere de 95% de ±5,8% Când cititorul 2 a fost comparat cu metoda automată, a existat o diferență procentuală medie de -2,5% și un interval de încredere de 95% de ±6,5%.

Distincția dintre șoarecii de tip sălbatic și șoarecii mutanți

Televizoarele medii și SD au fost reprezentate grafic în fiecare moment pentru fiecare metodă și separate prin genotip (mutant vs. tip sălbatic). După cum se vede în figura 2, TKV-ul mediu este întotdeauna mai mic la șoarecii de tip sălbatic în fiecare moment decât la șoarecii mutanți. Toate cele 3 metode (automatizate, cititorul 1 și cititorul 2) demonstrează o separare semnificativă a tipului de mouse la vârsta de 9 și 12 săptămâni.

DISCUȚIE

Analiza volumului renal în PKD este una dintre cele mai importante măsurători utilizate în prezent pentru caracterizarea stării bolii. Înainte de munca noastră, nu a existat nicio alternativă la urmărirea manuală a rinichilor în sistemele model de PKD. Din cauza timpului necesar pentru a urmări aceste structuri, precum și a timpului necesar pentru a instrui o persoană pentru a efectua aceste măsurători și a potențialului de variabilitate între operatori, în acest studiu am dezvoltat și validat o metodă de segmentare complet automatizată pentru TKV. Segmentările automate sunt calculate în câteva minute (în funcție de puterea de calcul), în timp ce segmentările manuale durează între 20 și 40 de minute. Spre deosebire de metodele manuale sau chiar semiautomate de segmentare, această metodă automată va produce aceleași rezultate exacte de fiecare dată când este aplicată aceleiași imagini.

Studiile preclinice cuprind adesea atât un grup de control, cât și un grup (grupuri) de tratament; prin urmare, este esențial ca metoda auto-împerecheată să fie suficient de sensibilă pentru a detecta în mod corespunzător diferențele de volum dintre grupuri.7 Figura 2 arată că segmentarea manuală și segmentarea automată prezintă o separare semnificativă în grupurile de tip sălbatic și mutanți la vârsta de 9 săptămâni. Deși acordul general a fost excelent, comparațiile vizuale au sugerat un dezacord minor cu privire la includerea sau excluderea pelvisului renal într-un mic subset de felii. Deși este o practică obișnuită să se excludă

Figura 1| Bland-Altman și analiza regresiei (a,e) interobserverului și (b,f) volumului total de rinichi intraobserver (TKV)

măsurători (măsurate în milimetri) în plus față de metoda automată (Auto) în comparație cu cititorul (c,g) 1 și (d,h) 2. Parcelele Bland-Altman arată diferența medie (linia solidă) și intervalul de încredere de 95% (linii punctate). Analiza regresiei arată corelația dintre metodele comparate.