清除动脉血管的贡献在Susceptibility-Weighted图像的量化规范化可见静脉卷镰状细胞病的孩子

文摘

目的。评估一个新的后处理框架消除了动脉血管信号贡献的量化规范化可见静脉体积(NVVV静脉和脑容量之间的比率)susceptibility-weighted成像(瑞士)考试在镰状细胞病的患者(SCD)。材料和方法。我们进行了一项回顾性研究和定性评审hypointense动脉血管污染在瑞士考试21 SCD的孩子。我们开发了一个后处理框架使用磁共振血管造影结合瑞士NVVV提供更精确的量化。NVVV计算之前和之后清除动脉血管的贡献来确定误差在量化NVVV hypointense动脉血管。结果。Hypointense观察动脉血管污染86%瑞士考试和由该方法成功地纠正。hypointense动脉血管在原始的瑞士的贡献显著,占大约33%的NVVV(未修正的NVVV = 0.012±0.005和纠正NVVV = 0.008±0.003(平均数±标准差), ]。结论。Hypointense动脉血管污染发生在瑞士的大部分考试,导致相当大的高估可见静脉的体积。需要前瞻性纵向研究来评估如果NVVV定量的改进和评估的作用NVVV SCD严重性的生物标志物或中风的风险。

1。介绍

中风是一种破坏性的并发症患儿镰状细胞病(SCD) [1]。SCD患者定期接受磁共振血管造影(MRA)的评估动脉脑血管系统的组件的完整性(2]。SCD患者颅内动脉狭窄的地方在开发一个沉默的风险升高脑梗塞或公开的中风(3]。除了泌尿系统、静脉血管也可以可视化和追究异常susceptibility-weighted成像(瑞士)4]。velocity-compensated,瑞士是一个三维梯度回波(3 d-gre)技术,对顺磁敏感物质如脱氧血红蛋白、血液制品和铁。静脉血管在瑞士结果的显著的增强脱氧血红蛋白磁化率差异的静脉血管,在相邻的氧合组织(4]。此外,瑞士可以检测病理生理的变化使血栓闭塞和hypoperfused的高危区域组织,临床上可用于中风的诊断和管理(5- - - - - -8]。因此,准确的量化静脉显眼,这反映了生理改变静脉流,是至关重要的建立一个可靠的生物标志物中风风险的管理。

最近的一项评估瑞士发现在儿童SCD静脉显著的低于健康对照组(9]。镰状细胞研究还发现,在某些病人,不规则或曲折的动脉hypointense出现在瑞士9]。减少了瑞士静脉对比报道在高速流条件下在麻醉和carbogen挑战[10,11]。hypointense动脉信号从原始图像大小,这表明表现不佳的线性流补偿。非线性或高阶流可能出现充血,镜头分割的特点,和/或从血液的快速变化的路径通过曲折的动脉血管12,13]。然而,重要的是静脉的血管会导致过高的混合容器体积如果没有正确地占。

在这项研究中,我们提出一个后处理框架消除hypointense动脉血管的污染在瑞士考试。切除动脉血管应该增加瑞士准确性和解释和改善静脉显著的量化。静脉显眼的准确量化调查至关重要的潜在使用瑞士生物标志物的疾病严重程度或SCD患者中风的风险。

2。材料和方法

2.1。病人和研究设计

我们进行了一项回顾性研究21 SCD患者的诊断瑞士扫描,所有与血红蛋白SS(12名女性,平均年龄为12.9±3.7年;9男性,平均年龄为12.3±3.9年)。我们的机构审查委员会(IRB)批准了这项研究。十二个考试进行1.5 t扫描仪(西门子Avanto和交响乐)和9考试3 t扫描仪(西门子三个)。数据汇集从1.5 t和3 t自之前的研究没有发现磁场强度差异NVVV镰状细胞患者(14]。瑞士收购是一个3 d T2三gradient-echo序列与以下参数(3 1.5 t / t): TE = 25/40毫秒,TR = 56/60毫秒,FA = 20°,切片厚度= 2.0毫米,矩阵大小= 384×257×72毫米³,FOV = 210×210×144毫米³,和一个集成的并行采集技术(IPAT)加速度系数2。滑动最小强度计算投影(mIP, 16毫米厚)来自瑞士。考试还包括一个3 d飞行时间(TOF) MRA优化高流量使用以下参数:TE = 4.25毫秒,TR = 40毫秒,FA = 25°,切片厚度= 0.80毫米,矩阵大小= 512×512×82毫米³,FOV = 210×210×66毫米³和IPAT = 2。

2.2。定性分析

一个neuroradiologist有16年经验的定性评估的频率和程度hypointense动脉贡献高于M1的大脑中动脉(MCA) mIP瑞士。考试被分配一个定性的得分从0到3反映了动脉血管的程度的贡献:0,没有在大脑侧裂hypointense动脉血管的贡献;我,很少有动脉血管前大脑侧裂;二世,动脉血管延伸到颞叶后部;第三,在大脑侧裂多个三级动脉分支。

2.3。定量分析

量化的第一步的明显的静脉对比mIP瑞士是大脑提取利用大脑提取工具(http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl)[15]。mIP瑞士的大脑,hypointense管状结构被使用一个2 d分段Frangi vesselness过滤器(16在MATLAB (MathWorks纳蒂克,MA)滤波器的参数 和 。这种船的方法分割之前已经报道过(16- - - - - -19]。规范化可见静脉卷(NVVV)除以静脉血管的体积计算的概率> 60%以上M1段MCA的颅内总额高于MCA (M1的部分9]。NVVV是一个无量纲比和以后被称为裸NVVV (uNVVV)因为包含的任何hypointense静脉或动脉血管。

图1轮廓的方法消除动脉血管来自瑞士。需要重新查看瑞士识别动脉血管的空间位置的图像,这是由使用归一化互信息使用SPM8 (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)。的质量coregistration视觉检查。相同的2 d Frangi过滤器( 和 )被用来重新查看段hyperintense动脉血管。注意,Frangi vesselness过滤器可用于段hypointense或hyperintense管状结构根据第二特征值的符号(hypointense =积极;hyperintense = -)。动脉面具是由选择概率的体素> 75%,被2体素(0.82毫米)平面扩张。最优阈值概率经验决定在研究的开始。75%是视觉上的阈值最佳代表动脉血管,不包括从底层MRA图像背景像素点。面具扩张应用于最小化任何船MRA和瑞士之间的偏差。扩张的大小也决定在初步研究:2体素提供了一个最佳占部分体积效应和轻微的错误配准同时确保没有过多的静脉体积排除在外。一个新的修正16毫米计算滑动mIP瑞士排除任何信号确定为动脉的动脉血管的面具。如果投影卷包含动脉面具,这是可能的,当一个动脉导向平行投影体积,其结果是选择反映了hyperintense信号强度。 The method describing the calculation of the uNVVV was applied to segment the remaining hypointense structures from the mIP SWI and calculate a corrected NVVV (cNVVV). Repeated-measures ANOVA was applied to test for differences between uNVVV and cNVVV with 被认为是重要的。

3所示。结果

定性评估显示hypointense动脉信号21的mIP瑞士在18(86%)考试,分数的我( ),二世( )、第三( )。随后的放射学检查均证实,hypointense信号在mIP瑞士疑似动脉同意与hyperintense动脉从重新最大信号强度投影(mIP) TOF图像和评分的分数。然而,并非所有的动脉MIP TOF出现hypointense MIP瑞士,只有大型船只预期高,无法补偿的非线性流组件流补偿梯度的瑞士序列。最突出的模式中可观察到动脉血管污染前大脑侧裂扩展到后颞叶。

Coregistration是成功的在所有情况下,验证了视觉评估。删除hypointense动脉血管的框架在瑞士污染需要准确的动脉血管分割TOF MRA。图2描绘了一个代表性的例子显示创建的所有图像获取和生成一个纠正mIP瑞士。MIP相应动脉的面具由2 d Frangi过滤器,标识和段TOF hyperintense船只,如图2 (c)。最初的mIP瑞士(图之间的比较2(一个)),MIP TOF MRA(图2 (b)),纠正mIP瑞士(图2 (d))表明,该方法有效地消除hypointense动脉在瑞士船舶污染。定性,纠正mIP瑞士显示很少的静脉血管显眼表明大部分的初始hypointense vessel-like结构起源于SCD患者的动脉。

图3显示了每个代表病人的例子从定性评估动脉血管的污染程度(分数0-III)。移除动脉hypointensities从原始mIP瑞士完成所有程度的污染,展示一种有效的方法独立于分数。

NVVV透露,贡献的定量分析hypointense动脉血管经放射科医生的评论在最初的mIP瑞士重要的在这群SCD患者,占大约33%的NVVV [uNVVV = 0.012±0.005与cNVVV = 0.008±0.003(平均数±标准差), )(图4)。

拟议的框架的性能消除hypointense动脉血管污染又定性地回顾了同样的放射科医师确认mIP瑞士hypointense动脉信号的抑制。审查表明,hypointense动脉血管被移除在20 21 mIP瑞士考试。数据5(一个)和5 (b)说明了一个特殊的考试不完整切除MCA M1的部分。瑞士的MRA的调整性能足以消除hypointense动脉血管更优越的部分大脑发现大脑侧裂和ACA在纠正mIP瑞士(数字5 (c)和5 (d))。

4所示。讨论

在这项研究中,我们将演示一个简单但有效的框架把hypointense动脉血管从瑞士考试通过MRA图像量化的静脉显眼。我们的方法测量了大量来自hypointense动脉血管的NVVV SCD患者;没有动脉校正,简单的解释任何hypointense管状结构在瑞士考试可能会导致静脉血管静脉血管的误分类和高估可见静脉的体积。

瑞士的半定量的分析记录作为儿科中风风险评估是有价值的,和瑞士hypointense静脉信号与中风相关进展(20.]。在一群SCD患者,观察到这种疾病会影响瑞士对比全球生产减少静脉通过NVVV显眼和试图量化这一观测进行分析(9]。虽然以前没有血红蛋白和其他实验室的相关变量与NVVV证明,相关的解释可能是复杂的,可能在一定程度上减少脱氧血红蛋白的浓度和脑血流量升高,尽管这需要进行前瞻性研究。isointense静脉表示见过在我们的队列与对比中看到high-blood-flow条件诱导通过carbogen挑战和镇静10,11]。调查可能的生理机制减少静脉显著的以建立其与中风的危险SCD患者需要静脉的量化对比尽可能准确地。提出的方法是一个一步实现这一目标通过消除潜在错误的NVVV量化引入的误分类的动脉和静脉。然而,正如没有地面真理在活的有机体内NVVV值存在,我们不能进行精度测试,因此我们只能索赔基于放射学家的审查和逻辑演绎NVVV量化过程确实有所改善。

在我们的研究中,我们观察到86%的SCD瑞士考试包含动脉和静脉血管的混合物。Hypointense动脉血管观察不仅在大脑区域从前大脑侧裂和扩展到后颞叶前部和后部的而且在部分脑动脉。动脉血管出现曲折,SCD患者脑动脉的特征(13,21]。流量通过曲折的动脉血液动力学变化可能导致非线性或高阶流加速度等方面,导致信号零相位化和hypointense动脉信号。一个先进的瑞士序列包含两个常数和加速流补偿也可能降低动脉血管污染(22]。我们的研究的回顾性质不允许修改瑞士的测试序列SCD患者。然而,我们的方法试图更正错误NVVV量化基础上不完美的瑞士收购。静脉的量化对比前后动脉血管切除的方法表明,大约三分之一的明显的静脉瑞士卷的动脉。这一发现表明,必须实现适当的方法在图像采集或后处理以消除hypointense动脉血管的贡献为了计算NVVV。

分离hypointense静脉和动脉血管在瑞士,我们的方法使用TOF MRA识别动脉血管的解剖位置。TOF MRA是一次例行的和健壮的动脉血管成像方法研究。因为MRA通常的一部分患者的常规临床考试先生SCD屏幕狭窄,帮助评估中风的危险,我们的方法不需要任何额外的考试时间在大多数情况下。

我们框架消除hypointense动脉血管相同的分割方法用于MRA和瑞士。应用动脉面具时要考虑的一个重要因素是,它不会影响mIP瑞士的静脉血管的可视化,这将导致低估可见静脉的体积。动脉血管进行掩蔽在原始的瑞士空间mIP计算前避免掩蔽的静脉血管体积较大的投影(16毫米)。直接应用动脉面具mIP NVVV瑞士将导致低估,因为它不会占静脉血管动脉蒙面的投影。进一步说,它必须指出,扩张也可能导致低估NVVV:选择了扩张因素太大可能伪装静脉并行运行且邻近动脉扩张。用一个精心挑选的扩张的因素,然而,这个错误可以最小化。另一方面,没有扩张,剩余动脉信号仍然是最有可能由于部分体积效应和小错误配准,所以需要一个平衡。

动脉血管的方法去除有一定的局限性。方法的成功主要取决于质量和MRA的报道。动脉血管增强MRA是重要的,仅限于从流量的提高。高流量的MRA需要优化SCD患者。因为MRA覆盖范围应包括所有NVVV量化的领域,可能需要增加覆盖或重新定位的MRA包括更多优良的大脑的部分。不完全重叠的MRA NVVV量化领域可能导致动脉血管不包括在面具,这可能导致NVVV的高估。此外,运动构件MRA和瑞士将限制的有效性Frangi过滤器段血管通过减少船概率低于截止阀值。血管摄影,运动将导致一个不完整的动脉面具和NVVV高估。在瑞士,不完整的血管分割将导致NVVV的低估。另一个限制是本研究的样本量小,不允许性别和磁场强度等先进的统计分析差异NVVV SCD患者。 This should be addressed in future prospective SCD imaging studies.

5。结论

我们发现大部分的SCD瑞士考试hypointense动脉船舶污染。我们建议的后处理方法识别和移除动脉瑞士船舶污染的考试,从而消除误差的一个来源评估患者的静脉血管显眼的化合物。这种量化方法静脉显著的可以指导今后的前瞻性研究化合物的复杂机制,帮助在氧化获得进一步了解脑血流动力学和静脉的使用显著的潜在生物标志物SCD严重性或中风的危险。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢Vani夏克尔编辑手稿博士和Bogdan Mitrea帮助数据评估。这项工作得到了全面的镰状细胞中心(NIH支持:HL070590)和美国黎巴嫩的叙利亚相关慈善机构(ALSAC赞助)。

引用

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