Автоматизирани измервания на общия обем на бъбреците в предклинично ядрено-магнитен резонанс за осигуряване на данни за изображения, анотации и изходен код

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

Marie E.Edwards, Sigapriya Periyanan, Deema Anaam², Adriana V. Gregory и Timothy L. Kline „Отделение по нефрология и хипертония, Mayo Clinic, Рочестър, Минесота, САЩ; и 2 отдел по радиология, Mayo Clinic, Рочестър, Минесота, САЩ

Цистанчеtubulosaпредотвратявабъбрекзаболяване, щракнете тук, за да получите пробата

Целта на това проучване беше да се валидира напълно автоматизирана обща сумабъбрекметод за измерване на обема за предклинични изпитвания върху гризачи, който е бърз, точен, възпроизводим и за предоставяне на тези ресурси на изследователската общност. Изследванията върху гризачи, които включват изображения, са от решаващо значение за проследяване на ефикасността на лечението при заболявания като поликистозабъбрекзаболяване. Предишни проучвания използват ръчно или полуавтоматизирано сегментиране, което отнема много време и е потенциално предубедено. За да разработим нашата автоматизирана система, общо 150 изображения с аксиален магнитен резонанс (MRI) от различни модели мишки бяха ръчно сегментирани и използвани за обучение/валидиране на автоматизиран алгоритъм. За да се тества надлъжното приложение на модела, четири мутантни и четири див тип мишки бяха изобразени последователно в продължение на три до дванадесет седмици чрез MRI. Сегментите на бъбреците (с изключение на бъбречното легенче) бяха генерирани чрез автоматизиран метод и два различни четеца, като един четец повтаряше

измервания. Бяха изчислени показатели за сходство и надлъжни анализи, за да се оцени ефективността на автоматизираните в сравнение с ръчните методи. Автоматизираният подход не изисква въвеждане от страна на потребителя, освен крайна стъпка за визуален контрол на качеството. Показателите за сходство на автоматизирания метод в сравнение с ръчните сегментации бяха наравно със сравненията между и в рамките на читателя. По този начин нашият напълно автоматизиран подход, описан тук, може безопасно да се използва в надлъжни, предклинични изпитвания, които включват сегментиране на гризачибъбрецив T2-претеглени ЯМР.

Преводна декларация

Това проучване разработи напълно автоматизиран метод за общо измерванебъбрекобем за предклинично изобразяване в мутантен миши модел на поликистозазаболяване на бъбрецитекакто и мишки от див тип. Това проучване също установява вариабилности както между четеца, така и в рамките на четеца при измерването на общия обем на бъбреците за предклинично изобразяване. Подобни проучвания и алгоритмични подходи могат да се използват за установяване на методи за клинични образни данни и са необходими за точна прогноза на заболяването и вземане на клинични решения. Ние предоставяме данните за изображения, поясненията и изходния код на изследователската общност.

Доказано е, че измерването на обема на органа корелира с клиничните прояви и заболеваемостта от заболявания като общобъбрекобем (TKV) при автозомно доминантна поликистозабъбрекзаболяване (PKD)l,2 и се използва за установяване на ефективността на лечебните интервенции. Изследванията, клиничните изпитвания и все по-често клиничната нефрология използват тези измервания, за да наблюдават прогресията на заболяването както при животински модели, така и при пациенти, да оценят ефективността на терапиите" и да предскажат резултатите.

Понастоящем предклиничните проучвания се провеждат с безпрецедентна скорост за търсене на нови лечения за забавяне на прогресията на ПКД. Ключово предимство на магнитно-резонансното изображение (MRI) при животински модели на PKD е възможността за използване на изображения in vivo, което позволява надлъжни обемни изследвания, които използват едно и също животно. Многобройни проучвания, които включват 2полуавтоматизирани,'3,14и базирани на регистрация ръчни,9-12 автоматизирани сегментации56 на мишкатабъбрециса извършени преди това.

Много от методите, считани за автоматизирани, все още изискват въвеждане от потребителя. По-голямата част от тези предклинични проучвания използват ръчни сегментации, които отнемат време и са скъпи, както и въвеждат пристрастия на наблюдателя. Ето защо нашата лаборатория оцени променливостта в измерването на TKV и разработи автоматизирана програма за анализ за измерване на TKV при сканиране с магнитен резонанс на миши модели на заболяването.

РЕЗУЛТАТИ

Вътрешна и междунаблюдателна вариабилност на ръчни сегментации на бъбреците

Фигура 1 показва резултатите от анализа на Bland-Altman на TKV, измерен ръчно от 2 четеца (вариация между наблюдателя) и повторни измервания от четец 2 (вариация вътре в наблюдателя). Когато четец 1 беше сравнен с четец 2, имаше средна процентна разлика от 7,7 процента и 95 процента доверителен интервал от ±4,5 процента. Когато четец 2 извърши повторни измервания на едно и също изображение, имаше средна процентна разлика от -0.5 процента и 95 процента доверителен интервал от ±3.9 процента. Регресионният анализ показа, че има високо съответствие в TKV между всички методи, със стойност на R² По-голяма или равна на 0.99.

Валидиране на автоматизирания алгоритъм за сегментиране Автоматизираният метод, сравнен с всеки четец по отношение на процентната разлика на TKV, беше подобен на този на дисперсията между и вътре в наблюдателя, както се предполага от графиките на Бланд-Алтман на фигура 1. Когато четец 1 беше сравнен с при автоматизирания метод имаше средна процентна разлика от 5,2 процента и 95-процентов доверителен интервал от ±5,8 процента. Когато четец 2 беше сравнен с автоматизирания метод, имаше средна процентна разлика от -2.5 процента и 95 процента доверителен интервал от ±6,5 процента.

Разликата между див тип и мутантни мишки

Средните и SD TKV бяха нанесени във всяка времева точка за всеки метод и разделени по генотип (мутант срещу див тип). Както се вижда на Фигура 2, средната TKV винаги е по-малка при мишки от див тип във всяка времева точка, отколкото при мутантни мишки. И трите метода (автоматизиран, четец 1 и четец 2) демонстрират значително разделяне на типа мишка на възраст 9 и 12 седмици.

ДИСКУСИЯ

Анализът на обема на бъбреците при PKD е един от най-важните показатели, използвани в момента за характеризиране на статуса на заболяването. Преди нашата работа нямаше алтернатива на ръчното проследяване на бъбреците в моделни системи на PKD. Поради времето, необходимо за проследяване на тези структури, както и времето, необходимо за обучение на човек да извършва тези измервания, и потенциала за променливост между операторите, в това проучване ние разработихме и валидирахме напълно автоматизиран метод за сегментиране за TKV. Автоматизираните сегментации се изчисляват за няколко минути (в зависимост от изчислителната мощност), докато ръчните сегментации отнемат от 20 до 40 минути. За разлика от ръчните или дори полуавтоматизираните методи за сегментиране, този автоматизиран метод ще дава едни и същи точни резултати всеки път, когато се прилага към едно и също изображение.

Предклиничните изпитвания често включват както контролна група, така и група(и) за лечение; следователно, от съществено значение е автоматичният метод да е достатъчно чувствителен, за да открие по подходящ начин разликите в обема между групите.7 Фигура 2 показва, че както ръчното сегментиране, така и автоматизираното сегментиране показват значително разделяне в дивия тип и мутантните групи на 9-седмична възраст . Въпреки че общото съгласие беше отлично, визуалните сравнения предполагат незначително несъгласие дали да се включи или изключи бъбречното легенче в малка подгрупа от резени. Въпреки че е обичайна практика да се изключва

Фигура 1|Bland-Altman и регресионен анализ на (a,e) интернаблюдател и (b,f) интранаблюдател общ обем на бъбреците (TKV)

измервания (измерени в милиметри) в допълнение към автоматизирания (автоматичен) метод в сравнение с (c,g) четец 1 и (d,h) четец 2. Графиките на Bland-Altman показват средната разлика (плътна линия) и 95 процента доверителен интервал (пунктирани линии). Регресионният анализ показва връзката между сравняваните методи.