Мултипараметричен функционален ЯМР на бъбрека: текущо състояние и бъдещи тенденции с подходи за дълбоко обучение Ⅱ
Nov 28, 2023
III. Постобработка и анализ на данни: нови стратегии с дълбоко обучение
С мултипараметричен fMRI може да се генерира огромно количество данни. Как трябва да се работи с това количество данни? Как тази информация може да бъде директно извлечена?
Постобработката и анализът на данни е тема, която рядко се описва подробно в повечето клинични проучвания относно функционално бъбречно изобразяване.
▶ Фиг. 1 Многопараметриченбъбречно функционално изображениена доброволец, показващ множество срезове с различни функционални параметри. Тъканна характеристика с Т1 картографиране. B BOLD MRI с T2* картографиране. C Оценяване на микроструктурата с ADC картографиране. D Перфузионно изображение с ASL (картографиране на бъбречния кръвен поток (RBF).).
НАТИСНЕТЕ ТУК, ЗА ДА ВЗЕМЕТЕ CISTANCHE ЗА БЪБРЕЧНА ФУНКЦИЯ
Независимо от това, той е един от основните ограничаващи фактори за използване в клиничната практика, тъй като може да има значително влияние върху интерпретацията на данните. За успешното прилагане на многопараметрични fMRI протоколи в клиничната рутина и проучвания на големи кохорти пациенти в бъдеще са необходими стандартизирана последваща обработка на данни и работни процеси за анализ на данни.
за приложения за машинно обучение наЯМР на бъбрецитеи за „преодоляване на пропастта между данни и технологии“ [48].
▶ Фиг. 2 Тръбопровод за обработка на изображения, изобразяващ различни стъпки на приложение за подходи за задълбочено обучение в многопараметричен ЯМР на бъбреците
Терминът „дълбоко обучение“ се отнася до дълбока мрежа от многослойни невронни мрежи за анализ на данни. Основната разлика на DL подхода в сравнение с други техники за машинно обучение е неговата
от събиране на данни до компютърно подпомагана диагностика.
▶ Фиг. 2 дава общ преглед на различните стъпки на приложение за подходи за задълбочено обучение.
Започвайки от получаването на MR изображение, DL може да бъде внедрено в процеса на реконструкция на изображение, за да подобри значително устойчивостта, точността и качеството на изображението от недостатъчно семплираниk-space данни, както и за оптимизиране на скоростта в сравнение с конвенционалните подходи за реконструкция [51–56]. Впечатляващи резултати са наблюдавани например при динамична реконструкция на ЯМР изображение на сърдечен ЯМР, където са разработени реконструкция на изображение в реално време [57] и 4 D DL мрежи за реконструкция [58]. Също така, базираните на CNN методи могат да помогнат при откриването на артефакти [59],проспективна корекция на движението [60] и обезшумяване на изображението [61–63]. При супер разделителната способност на изображението се прилагат техники за дълбоко обучение за реконструкция на изображения с по-висока разделителна способност илипоследователности от изображения от изображения с ниска разделителна способност [64–66]. Допълнителни области на приложение включват синтез на изображения за извличане на нови параметрични изображения на тъканен контраст от колекция от MR придобиванияции [67, 68], количествено картографиране на чувствителността (QSM) към неинвазивно оценяват магнитната чувствителност на биологичната тъкан[69, 70] и MR пръстови отпечатъци (MRF) [71].
Мултипараметричният бъбречен fMRI поставя няколко предизвикателства за анализа на данните по отношение на регистрацията и сегментирането, където DL изглежда особено обещаващо за насърчаване на по-нататъшното развитие и пътя към клиничната рутина. Първо, бъбречният паренхим е трудно да се разграничи от околните органи и структури само чрез интензитета на сигнала. Второ, мултипараметричната fMRI обхваща хетерогенни контрасти на сигнала и качества на изображението. Освен това, бъбреците могат драстично да варират по своята анатомична позиция, размер и характеристики, като например кисти. Не на последно място, движението, дължащо се на дишането, води до значителни вариации в позицията на бъбреците не само между, но и в рамките на измерванията. Следователно регистрацията и сегментирането на изображението са предпоставка за ефективен анализ на мултипараметрични fMRI данни.
Регистрирането на изображението предполага пространствено подравняване на изображения на бъбреците в рамките на субекта и между него, за да се позволят по-нататъшни стъпки на обработка. Съществува набор от стратегии за регистриране на изображения с различни подходи, които могат да бъдат групирани в техники за получаване на изображения и методи за последваща обработка [72]. Нововъзникващото използване на DL показва най-голям потенциал да допринесе за по-ефективна регистрация на изображения, като по този начин надминава стандартните деформируеми алгоритми за регистрация по точност и скорост. Все пак, приложението за бъбречна ЯМР предстои, което може да се дължи и на липсата на публични набори от данни и протоколи за валидиране. Прилагането на новоразработени методи към други образни методи и органи обаче изглежда обещаващо за прехвърлянето към бъбречна ЯМР [50].
За количествен анализ на многопараметричниfMRI в бъбреците, сегментиране на органи за оценка наобщ обем на бъбреците(TKV), но също такабъбречни отделениявключването на кората и медулата е важна стъпка. Поради предизвикателствата на бъбречния мултипараметричен fMRI, както е описано по-горе, ръчното сегментиране е преобладаващата техника за сегментиране в изследванията на бъбречния MRI. Въпреки това, за клинична употреба на бъбречна fMRI, този отнемащ време и трудоемък метод трябва да бъде заменен от по-ефективни техники за сегментиране. Освен други техники за полуавтоматично и автоматично сегментиране, като обработка на изображения и базирано на модел сегментиране на изображения, машинното обучение и особено подходите за задълбочено обучение отново се оказаха най-обещаващите за справяне с по-сложните многопараметрични набори от данни [73]. DL вече е приложен в няколко проучвания за сегментиране на бъбреците за оценка на TKV [74–78].
Отивайки дори по-далеч от задачите за предварителна и последваща обработка на изображения, DL може да се внедри за компютърно подпомагана диагностика. Чрез комбиниране на способността за анализиране на данни от изображения и извличане на клинична информация могат да бъдат разработени автоматизирани системи за класифициране, които да подпомогнат клиничната диагностика, както беше успешно показано при диагностицирането на рак на простатата, например [79, 80]. В диагностиката на бъбреците DL методите са показали, че подпомагат диагностицирането на отхвърляне на трансплантант с fMRI и интегрирането на клинични данни, като по този начин формират компютърно-подпомогната диагностична (CAD) система заоценка на бъбречната функциявключителноДВИ, СМЕЛ, икреатининов клирънс[81–83]. Друго приложение на DL е диференцирането на бъбречноклетъчен карцином [84, 85].
IV. Дискусия
ЯМР на бъбреците е нововъзникваща техника, която все още не е установена в клиничната рутина. Няколко други по-утвърдени образни техники с различни силни и слаби страни обикновено се предпочитат от клиницистите
Най-често прилаганият метод за изобразяване на бъбреците е ехографията. Това също е неинвазивна, нейонизираща техника, която осигурява възможност за динамично изобразяване на морфологични аномалии с висока разделителна способност, за измерване на кръвния поток с метода на Доплер и за прилагане на безопасен контрастен агент за визуализиране на перфузия безувреждане на бъбреците[86–89]. За разлика от MRI, той е широко достъпен и рентабилен [90]. Качеството на изображението обаче зависи от оператора и може да бъде значително намалено от газ между трансдюсера и интересуващия ни орган или от затлъстяването на субектите. Измерванията и изображенията са по-трудни за възпроизвеждане и количественото определяне е осъществимо само в ограничена степен [2, 91, 92].
Подобно на MRI, CT е техника за томографско изобразяване, която използва радиация за получаване на изображения. Въпреки че техниките за ЯМР станаха много по-ефективни във времето през последните десетилетия, КТ все още е много по-бърз от ЯМР и е по-рентабилен [93, 94]. Освен морфологично и ангиографско изобразяване, КТ има способността да измерва бъбречния кръвен поток и перфузия, както и GFR и тубулната функция [2]. Основният недостатък на КТ е необходимостта от нефротоксичен контрастен агент за повечето задачи, освен откриване на бъбречна обструкция, което ограничава употребата му забъбречни заболявания [95].
Функционалното изобразяване на бъбреците в клиничната рутина включва и бъбречна сцинтиграфия. Това е златен стандарт за измерване на гломерулната филтрация и тубулната функция [92] и позволява точна оценка на разделената функция и бъбречната обструкция. Независимо от това разделителната способност и качеството на изображението са много лоши в сравнение с други методи за изобразяване и диагностичната стойност е ограничена.
Повечето клиницисти не са запознати с потенциала на ЯМРфункционално изображение на бъбрецитедори и без приложение на контрастни вещества. Но има и няколко недостатъка при използването на ЯМР, които могат да представляват пречка за по-широко приложение. Основният недостатък на ЯМР е ограничената наличност, особено в по-малките болници, както и разходите за закупуване и поддръжка [90]. ЯМР на бъбреците може да се извърши с 1,5 и 3 Tesla, въпреки че проучванията показват ползите от 3 Tesla за SNR, времето за изследване и пространствената разделителна способност [9]. Освен това използването на ЯМР изисква опитни оператори. Когато се използват многопараметрични fMRI протоколи за изследване на бъбреците, все още има нужда от стандартизирани процедури, протоколи и последваща обработка, както и повече предложения от компании за медицински технологии [6]. Противно на общоприетото схващане, времето за изследване с ЯМР е намалено значително през последните десетилетия и отделни параметри могат да бъдат измерени за няколко минути. Освен това стратегии за дишане като задържане на дъха, респираторно задействано изобразяване или свободно дишане могат да бъдат адаптирани към състоянието на пациента за повечето последователности [9]. Не на последно място, трябва да се имат предвид относителните противопоказания като пейсмейкъри и кохлеарни импланти.
Независимо от това, ЯМР може да предложи много и може да помогне за намаляване на разходите за множество понякога дори инвазивни диагностични изследвания. Освен анатомични изображения с висока разделителна способност, наборът от функционални параметри, предлагани от ЯМР, са изключителни и могат да бъдат постигнати главно без използването на контрастно вещество. Протоколите за преглед могат да бъдат адаптирани къмклиничен проблем,заболяване на бъбреците, и състоянието на пациента и са подходящи както за краткосрочно, така и за дългосрочно наблюдение. В крайна сметка, целта на разработването на многопараметричен fMRI за бъбреците не е да замени установените техники като ултразвук и бъбречна сцинтиграфия, а да разшири и подобри бъбречното изображение и да помогне на клиницистите и пациентите при лечението набъбречни заболявания.
V. Резюме
Многопараметричният функционален ЯМР на бъбреците е обещаващ подход за оценка на бъбречната функция и патофизиологията. Комбинации от перфузия, дифузия и BOLD изобразяване заедно с техники за характеризиране на тъкани, като Т1 и Т2 картографиране и допълнителни MR биомаркери, могат да бъдат избрани в зависимост от клиничния въпрос и бъбречната патология, за да се получи по-изчерпателна представа за причината и последствията от заболявания и ефекта от терапевтичните интервенции. Трябва обаче да се преодолеят няколко пречки, преди методът да може да бъде внедрен в клиничната рутина. От една страна, има нужда от стандартизация на fMRI протоколите, за да се даде възможност за сравнимост на изследванията и да се улесни клиничното приложение. От друга страна са необходими нови стратегии за справяне с появата на огромни количества данни. Последните постижения в DL техниките отварят нови възможности за последваща обработка и анализ на данни и могат да дадат решителен тласък на клиничната употреба на бъбречна fMRI. Повече проучвания, изследващи различнибъбречни патологиис по-големи кохорти и надлъжно проектиране с прилагането на стандартизиран работен процес за събиране на данни, последваща обработка и анализ са необходими за по-нататъшно подобряване и в същото време демонстриране на способността на многопараметричния fMRI да подобри диагностичнитеизображения на бъбреците.
Конфликт на интереси
Авторите декларират, че нямат конфликт на интереси.
Препратки
[1] Xie Y, Bowe B, Mokdad AH et al. Анализът на проучването за глобалното бреме на болестта подчертава глобалните, регионалните и националните тенденции в епидемиологията на хроничните бъбречни заболявания от 1990 до 2016 г.Kidney International2018; 94: 567–581
[2] Beierwaltes WH, Harrison-Bernard LM, Sullivan JC et al. Оценка на бъбречната функция; Клирънс, бъбречна микроциркулация, бъбречен кръвоток и метаболитен баланс. Цялостна физиология: Американско общество за борба с рака 2013: 165–200. doi:10.1002/copy.c120008
[3] Trevisani F, Di Marco F, Capitanio U et al. Пропуски в оценката на бъбречната функция в клиничната практика: неудобна истина. Изследване на бъбреците и кръвното налягане 2020 г.; 45: 166–179
[4] Keramida G, James JM, Prescott MC et al. Клопки и ограничения на радионуклидното бъбречно изобразяване при възрастни. Семинари по нуклеарна медицина 2015; 45: 428–439
[5] Edelman RR. Историята на образната диагностика с ЯМР се вижда през страниците на радиологията. Радиология 2014; 273: S181-S200
[6] Caroli A, Pruijm M, Burnier M и др. Функционален магнитен резонанс на бъбреците: къде се намираме? Перспективата на европейското COST действие PARENCHIMA. Nephrol Dial Transplant 2018; 33: ii1–ii3
[7] Chandarana H, Lee VS. Бъбречна функционална ЯМР: Готови ли сме за клинично приложение? Am J Roentgenol. American Journal of Roentgenology 2009; 192: 1550–1557
[8] Начало|Паренхим. 2021 https://renalmri.org/ [9] Mendichovszky I, Pullens P, Dekkers I et al. Технически препоръки за клиничен превод на ЯМР на бъбреците: консенсусен проект на Сътрудничеството в областта на науката и технологиите PARENCHIMA. Magn Reson Mater Phy 2020; 33: 131–140
[10] Martirosian P, Boss A, Schraml C et al. Перфузионно магнитно-резонансно изображение без контрастно вещество. European journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging 2010; 37: 52–64
[11] Martirosian P, Klose U, Mader I et al. FAIR true-FISP перфузионно изображение на бъбреците. Магнитен резонанс в медицината 2004; 51: 353–361
[12] Nery F, Buchanan CE, Harteveld AA et al. Базирани на консенсус технически препоръки за клиничен превод на бъбречна ASL MRI. Магнитно-резонансни материали във физиката, биологията и медицината 2020; 33: 141–161
Поддържаща услуга на Wecistanche-най-големият износител на cistanche в Китай:
Имейл:wallence.suen@wecistanche.com
Whatsapp/телефон:+86 15292862950
Пазарувайте за повече подробности за спецификациите:
https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop
