文摘
介绍。腹部粘连可引起严重的发病率和复杂的后续操作。他们排斥的诊断通常是由于缺乏一个可靠的、非侵入性诊断技术。开发和测试候选人的技术如下所述。方法。在呼吸,平稳内脏滑动发生在腹部内容和腹腔的墙壁。我们描述一个技术涉及图像分割和注册来计算剪切作为内脏幻灯片基于模拟结构在整个呼吸周期的跟踪。粘附的存在是由于一个抗内脏导致明显减少剪切滑动。腹部运动由于呼吸捕获先生在矢状动态图像。结果。临床图片选择进行分析,包括病人手术证实了附着力。观测到了明显减少剪切粘附的位置一致,逐渐改变剪切在健康的志愿者。结论。技术及其附着力检测验证显示令人鼓舞的结果,但一个更大的研究现在是需要确认其潜力。
1。介绍
腹部粘连纤维疤痕组织的病理形态范围或坚持腹部结构。腹部手术并发症的他们可能会造成严重的发病率和复杂的后续操作。非特异性症状和讨厌不必要的手术导致保守的病人管理策略通常无法解决潜在的条件。手术(腹腔镜、剖腹手术)是目前唯一可靠的方法来确定一个病人有粘连,但这种干预可能导致进一步的粘连。一个非侵入性诊断技术对于有效的病人管理因此是无价的,减少手术并发症。
在呼吸周期中腹部内容幻灯片顺利与腹腔的范围(腹壁等)——过程称为内脏幻灯片。虽然缺乏,或干扰,内脏粘连的幻灯片被认为是一个指标,文献只包含很少量化的尝试内脏滑动测量(1- - - - - -3]。使用动态先生附着力检测报告成功但考试足够的细节来检测异常图片的幻灯片已经证明劳动密集型和结果受到高inter-operator可变性(4- - - - - -6]。我们曾提出了一个技术在整个数学分析运动腹部帮助推断的存在总异常(广泛粘连)6]。当前论文概述了改进这项技术使用图像分割和注册专门询问更微妙的异常在腹壁检查内脏幻灯片。
图像配准是一个数学的过程旨在经分在一个图像匹配相应的分在另一个。它有一个证明价值增量之间的跟踪特性或结构不同的图像。然而,滑动几何(如腹部)承认挑战注册算法(7- - - - - -11]。来解决这一问题的文献主要集中在高度复杂的发展,定制的注册算法准确地滑动(占7- - - - - -11]。在本文中,我们的重点是不同的:我们打算评估滑动运动本身。我们认为有好处在使用“现成的”注册技术结合协议优化剪切检测,为此我们促进segmentation-registration方法。这样一个务实的方法使技术更加透明和技术更容易,希望鼓励临床应用。
作者的知识没有人完成定量描述/测量滑动的腹部也没有一个可靠的非侵入性腹部附着力检测技术被开发出来。本文本着这种想法是“进行中的工作”通信的方法开发的概述并提出初步结果。
2。方法
我们的扫描协议是独立开发导致协议回荡Lienemann et al。(2000) (4]。动态图像获得使用一个真正的FISP先生(真正的快速成像与稳态岁差)MR成像序列。在矢状面图像获得的中期升结肠降结肠中期,涵盖腹部的全部内容。扫描参数包括一个矩阵大小为256×256,一片厚度7毫米,10毫米差距片。30帧是在每一个矢状切片位置的帧之间近似时间0.4秒。病人在仰卧位扫描,并要求承担下来,正常呼吸在每个矢状切片的收购(~ 12秒)捕获大约3呼吸周期。
我们的方法的重点是一个特定的滑动系统,定性为一个两个相邻结构滑动接触的相互独立。观察到的运动类型的示意图在腹部呼吸图所示1。
这些类型的系统包括一个不连续的运动边界分离两个移动的对象。滑动的方法旨在确定程度量化剪切作为模拟不连续面发生滑动。的剪切是指两个物体的相对位移的差异两侧的运动沿着边界不连续。
该方法依赖于分割步骤,要求运动的两个区域之间的边界被定义,如步骤1图所示2。这样做是半自动手动定义边界地在一个框架,之后边界的位置是所有后续帧的跟踪。两个区域内的运动现在可以在数学上单独审问不受干扰。独立注册量化每个地区的运动,然后重组重建一个完整的描述的运动在整个图像。运动被描述为在步骤2中箭头(向量)的人物2。沿着边界的相对运动在整个动态图像序列然后计算确定的剪切。结果是一个“sheargram”:图的彩色乐队在步骤3中2描绘的总剪力沿边界大约3呼吸周期。
3所示。结果
为了获得这种锻炼,我们选择合适的图像先生补充手术证实的可用澄清胶粘剂病理学的程度。特别感兴趣的是病人手术证实粘附前腹壁疝修补术。剪切求和的结果大约3呼吸周期这个病人比较两个健康志愿者没有粘连在图3。
剪切是观察到的明显减少手术证实的附着力(突出显示的箭头)与相对统一,逐渐改变剪切观察到沿腹壁的两个健康的志愿者。
4所示。验证
一个关键的评估我们的方法要求的证据表明,技术是健壮的和失去的文物。在缺乏临床试验或试验研究本节讨论的两个例子验证测试,解释结果和对临床使用的影响。验证测试执行评估的可靠性技术包括:(1)一个高度理想化的电脑先生的一个矩形区域形象的延伸(2)成像的物理系统涉及的海绵压缩一个注射器对注射器壁产生滑动。
4.1。测试1
腹部的一个矩形剖面图像先生是人为拉伸相对于周围的图像(如图先生4())来创建一个影片的不连续滑动,剪切时间的边界。沿着边界计算的剪切相比,没有分割步骤和沿边界剪切图4(b)。
运动分割时剪切计算包括密切匹配已知的剪切边界的延伸部分。最大的差异发生在图像的顶部(见图4(b))和可归因于被拉长在图像空间细节。即使相对较小的剪切机出现在这个例子中的测量剪切同意大约5%的实际剪切。变形的简单性质(统一拉伸)不挑战注册算法但它演示程序的固有的准确性没有“真实世界”的复杂性。
4.2。测试2
第二物理而不是计算模拟和验证测试涉及的压缩变形海绵在注射器(图5)。柱塞被用来逐步压缩海绵,而图像是用一个标准的单反相机(佳能EOS 1100 d)。获得了两个不同的组:首先,海绵被允许自由压缩;第二,双面胶带的胶块添加到注射器里面创建一个局部抵抗海绵的“运动”从而扰乱幻灯片(一个模拟的附着力)。图像数据5(一)和5(b)显示未压缩和图像数据压缩海绵5(c)和5(d)使用我们segmentation-registration协议来描述整个压缩和剪切求和没有胶带的存在。这个测试对该算法提供了一个更现实的挑战,因为它包括不均匀变形和局部滑动的变化。它不仅评估技术量化剪切的能力,还能够检测到一个胶区域沿着boundary-proof附着力检测的原理。
当定性观察sheargram海绵的独立运动,确定粘附是极具挑战性的位置。当结合图像数据5(c)和5(d),充分减少剪切粘附是观察到的位置准确地提高认识它的存在。
5。讨论
腹腔粘连在腹部,可以形成不同的形状和大小,从而导致一系列的症状:一端或勤杂人员严重,频繁的疼痛。粘连的患者比例被迫反复就医不明原因腹痛。在当前临床实践严重腹痛患者和疑似肠阻塞将进行非侵入性成像(12- - - - - -15]。平面x光透视,可以使用CT或MRI,试图发现近端地区巨大的肠突然减少肠calibre倒塌的远端地区(13]。重要的是,辐射特性确定梗阻的网站但不一定是原因:附着力可能可能但不证明。唯一明确的方法来证明粘连的存在本身就是通过手术(剖腹手术或腹腔镜检查)通常是粘连的主要原因(16]。因此他们把一个很大的负担放在全球医疗保健16- - - - - -18)和缺乏一个可靠的非侵入性诊断技术在保守的结果病人管理和延长病人不适(12]。
是承认改进的诊断方法都必须可靠地告知病人管理策略为粘附肠阻塞(12),但另外我们提出一个要求粘连症状患者的诊断没有肠梗阻。一个潜在的诊断技术是放射学检查cine-MRI观察腹部的运动内容。这是Lienemann等人于2000年第一次描述了(4),导致几个进一步出版物(5,19,20.从同一组)。cine-MRI收购获得片在横、矢状的飞机,需要放射科医生识别地区缺乏运动可能对应于病理学的粘合剂。承诺和报告显示的技术令人印象深刻的精度,识别多达89%的手术证实粘连(19]。
然而,在我们的经验中,放射学评估cine-MR图像是有限的困难,高inter-operator可变性和过度报告时间。这些因素导致我们之前出版的数学描述映射和描绘的腹部运动帮助放射科医生(6]。当前的论文提供了改进我们之前的方法给剪切测量作为诊断指标的存在和位置更微妙的病态的四周腹腔的粘合剂。剪切的测量可以用来决定是否影响操作,促进更有效的手术由于改善粘附本地化,并减少严重的手术并发症的风险,如肠穿孔在切口。
5.1。非临床验证
验证测试是理想化和非临床但允许分析方法验证,提供的证据为胶区域的检测原理。测试1(拉伸MRI地区)的结果显示之间的紧密匹配的输出计算机分析和实际剪切,指示正确的剪力计算。这是也同样不理想实验的测试2(变形海绵)。虽然少量的剪切是观察到的附着力(见图5),这是明显的疲软归因于粘合胶带和海绵之间发生了少量的滑移。一个更微妙的观察是减少剪切在对面墙上粘区域图5(d)相比,收购没有粘附在图5(c),仔细检查图像形变场和注册确认这不是失败在剪切分析而是粘附影响变形的右边界以及左边。与该地区下面剩下的粘附在很大程度上未压缩的一些海绵外侧进入这个空间而不是滑动对注射器墙垂直向下。
这两个测试的结果提供支持技术显示,它准确地捕获剪切,这可以用来检测一个地区被一个胶的影响。
5.2。临床试验
应用迄今为止少数临床例子继续产生不错的效果。在报道中减少剪切是观察到的手术证实粘附在健康的腹部扫描(样品)平滑渐变在剪切被观察到。合并后的临床结果和验证测试的证据提供了保证,这个技术是有价值的。为临床使用开发我们的系统需要两个主要步骤:回顾应用程序更大的患者群手术确认和未来的计划。
临床结果在图3也揭示区域减少剪切不对应于一个粘附(例如,左上角图确认3(a)和腹部非常基础的所有图片)。检查运动在这些领域表明这不是一个失败的技术来测量剪切正确而是证实,滑动在这些领域真正减少。在这个阶段的发展这种技术的目的不是提供一个独立的诊断结果,但画的眼睛放射学家对具体的可疑区域,当结合其他诊断信息可以使一个明智的决定。这最初的额外投资,放射科医生可能足以抵消增加诊断的准确性,减少检查时间。很可能会有常见的剪切,减少网站的经验,应该很容易识别和适当的解释。未来的抱负是剪切“阿特拉斯”的生产提供了一个典型的剪切地图在健康和疾病帮助澄清这些问题。
5.3。挑战和未来的工作
本文报告了一项正在进行中的工作,仍有挑战,必须解决之前提出的诊断协议前壁粘连可以被认为是可靠的。主要关注与(i)敏感性之间的边界位置的结果位置移动区域和(2)可能的文物由结构通过引入二维成像平面。参照(我),我们的经验证实,边界的位置是相对一致的由于高对比解剖学;因此可再生的结果是可以实现的。(2),通过在二维平面运动是最有效的解决3 d成像。然而,带来的好处2 d实现高时间分辨率在3 d成像和实现的简单性和速度。另外,值得注意的是,在腹部主要是superior-inferior运动;因此对象主要保留在矢状平面成像。正是因为这些原因,补充2 d和3 d分析被追求。
最后一个评论,协议是故意设计来支持不同的“现成的”注册算法的使用。目前大部分的工作已经完成使用谢菲尔德图像配准工具包(衬衫),但蚂蚁(先进的正常化工具包,一个开源的注册算法)也已成功注册和使用。
6。结论
技术测量剪切来推断的腹腔内脏幻灯片的四肢已经提出,调查,和验证。尽管承认当前实现的局限性,初步结果显示采用的方法是成功的在决定和检测粘连的位置。目前临床应用的限制少数患者检查但额外的研究正在追求一个更大的患者群进行进一步的评估。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者要感谢巴德汉研究和教育的信任罗瑟勒姆(BRET)支持这项工作。他们也感谢弗兰克Joosten (Rijnstate Ziekenhuis,放射学)和哈里·Goor(内梅亨大学医学中心外科学系)支持这项工作。