Method Article

Um pipeline padronizado para examinar morfometria de matéria cinzenta cerebelar humana usando ressonância magnética estrutural

DOI:

10.3791/63340

⸱

February 4th, 2022

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Neuroscience, Central Clinical School, Monash University, 2Department of Biomedical Engineering, The Johns Hopkins University, 3Department of Psychiatry, National Institute of Mental Health & Neuro Sciences (NIMHANS), 4Faculty of Computer Science, Dalhousie University, 5Department of Electrical and Computer Engineering, The Johns Hopkins University, 6Department of Computer Science, The Johns Hopkins University, 7Brain and Mind Institute, Department for Statistical and Actuarial Sciences, Department for Computer Science, Western University, 8Monash Biomedical Imaging, Monash University

In This Article

Summary

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Um pipeline padronizado é apresentado para examinar a morfometria de matéria cinzenta de cerebelo. O pipeline combina abordagens de alta resolução e última geração para parcelamento otimizado e automatizado de cerebelo e registro baseado em voxel do cerebelo para quantificação volumosa.

Abstract

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Várias linhas de pesquisa fornecem evidências convincentes para um papel do cerebelo em uma ampla gama de funções cognitivas e afetivas, indo muito além de sua associação histórica com o controle motor. Estudos estruturais e funcionais de neuroimagem têm refinado ainda mais a compreensão da neuronatomia funcional do cerebelo além de suas divisões anatômicas, destacando a necessidade de exame de subunidades cerebelares individuais em variabilidade saudável e doenças neurológicas. Este artigo apresenta um pipeline padronizado para examinar a morfometria de matéria cinzenta de cerebelo que combina abordagens de alta resolução e última geração para parcelação otimizada e automatizada de cerebelo (Parcelamento Anatômico Automático de Cerebelo usando otimização localmente restrita da U-Net; ACAPULCO) e registro baseado em voxel do cerebelo (Modelo Infra-tentorial Espacialmente Imparcial; TERNO) para quantificação volumosa.

O gasoduto possui ampla aplicabilidade a uma gama de doenças neurológicas e é totalmente automatizado, com intervenção manual necessária apenas para o controle de qualidade das saídas. O pipeline está livremente disponível, com documentação substancial, e pode ser executado em sistemas operacionais Mac, Windows e Linux. O gasoduto é aplicado em uma coorte de indivíduos com ataxia friedreich (FRDA), e são fornecidas recomendações sobre análises estatísticas inferenciais em nível de grupo. Este gasoduto poderia facilitar a confiabilidade e a reprodutibilidade em todo o campo, fornecendo, em última análise, uma abordagem metodológica poderosa para caracterizar e rastrear mudanças estruturais cerebelares em doenças neurológicas.

Introduction

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O cerebelo é uma parte do cérebro historicamente associada ao controle motor 1,2,3 e acredita-se estar integralmente envolvido em apenas um pequeno conjunto de doenças raras, como ataxiasherdadas 4. No entanto, linhas convergentes de pesquisas de estudos de rastreamento anatômicos em primatas não humanos, bem como estudos de lesão humana e neuroimagem, fornecem evidências convincentes para um papel do cerebelo em uma ampla gama de 5,6,7 cognitivos, afetivos

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Protocol

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NOTA: Os dados utilizados neste estudo fizeram parte de um projeto aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa Humana da Universidade monash (projeto 7810). Os participantes forneceram consentimento por escrito informado. Enquanto o pipeline pode ser executado em sistemas operacionais Mac, Windows ou Linux, os gasodutos ACAPULCO, SUIT e os gasodutos QC foram explicitamente testados nos sistemas operacionais Linux (Ubuntu) e Mac (Catalina, Big Sur v11.0.1).

1. Módulo 1: ACAPULCO (parcelamento anatômico)

  1. Recolha de dados
    1. Colete imagens de ressonância magnética ponderadas em T1 3D de todo o cérebro com uma reso....

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Results

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Parcelamento de cerebelo (ACAPULCO)

Controle de qualidade das máscaras parceladas de cerebelo:
Os exemplos a seguir demonstram as saídas parceladas da ACAPULCO e orientam a tomada de decisão sobre a) a qualidade da máscara parcelada no nível individual e b) posterior inclusão ou exclusão de um lobule(s) específico das análises estatísticas. Em última análise, a decisão de incluir ou excluir um assunto é subjetiva; exemplos de "boas parcelas", "erros sutis d.......

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Discussion

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O cerebelo é fundamental para uma ampla gama de funçõesmotoras 3,cognitivas 58,afetivas 10 elinguagem 7,59 e está implicado em muitas doenças neurológicas e psiquiátricas. A disponibilidade de uma abordagem padronizada e facilmente implementável para a quantificação dos volumes cerebelares regionais contribuirá para um mapeamento estrutura-função estruturais cada vez mais detalhado, modelagem.......

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Disclosures

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Os autores não têm conflitos de interesse para divulgar.

Acknowledgements

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O trabalho apresentado neste manuscrito foi financiado por um Subsídio de Ideias do Conselho Nacional de Saúde e Pesquisa Médica australiana (NHMRC): APP1184403.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Arquivos de pipeline ACAPULCO 0.2.1http://enigma.ini.usc.edu/protocols/imaging-protocols/Certifique-se de usar acapulco versão 0.2.1
Docker para Machttps://docs.docker.com/desktop/mac/install/macOS deve ser a versão 10.14 ou mais recente
O Docker requer sudo priviledges
O Docker impõe uma restrição de memória (RAM) no Mac OS. Para aumentar a RAM, abra o Docker Desktop, vá para Preferências e clique em recursos. Aumente a memória para o máximo
Docker para Windowshttps://docs.docker.com/docker-for-windows/install/
ENIGMA SUIT scriptshttp://enigma.ini.usc.edu/protocols/imaging-protocols/
FreeSurfer7https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/DownloadAndInstallAs seguintes variáveis precisam ser definidas toda vez que você trabalhar com o Freesurfer:
export FREESURFER_HOME=figure-materials-1freesurfer _installation_directoryfigure-materials-2
source $FREESURFER_HOME/SetUpFreeSurfer.sh
export SUBJECTS_DIR=figure-materials-3pathfigure-materials-4/enigma/Freesurfer
FSL (para FSLeyes). Arquivos de pipeline ICV opcionaisde 6https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/FslInstallation
http://enigma.ini.usc.edu/protocols/imaging-protocols/ Você não precisará de software adicional; 2) sem docker / singularity- isso envolve a execução do script ICV (calculate_icv.py) manualmente. Você precisará do seguinte software adicional:
Versão Python figure-materials-5=3.5
Módulo Python pandas
Módulo Python fire
Módulo Python tabulate
Módulo Python Colorama
https://github.com/Characterisation-Virtual-Laboratory/calculate_icv
MATLAB*2019 ou mais recentehttps://au.mathworks.com/É necessária uma licença acadêmica
Singularity3.7 ou mais recentehttps://www.sylabs.io/docs/Preferencial para clusters de computação de alto desempenho (HPC)
SPM12http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/Certifique-se de que spm12 e todas as subpastas estejam no caminho do MATLAB
SUIT Toolbox3.4http://www.diedrichsenlab.org/imaging/suit_download.htmCertifique-se de colocar a caixa de ferramentas SUIT no diretório spm12/toolbox
Manual de solução de problemas e exemploshttp://enigma.ini.usc.edu/protocols/imaging-protocols/
Manual do tutorial e vídeohttp://enigma.ini.usc.edu/protocols/imaging-protocols/O manual e a demonstração ao vivo que o acompanha fornecem instruções detalhadas passo a passo sobre como executar o pipeline do início ao fim.
*Não disponível gratuitamente; é necessária
pipeline ICV podem ser executados de duas maneiras: 1) com docker/singularity. de saída de segmentação uma licença acadêmica

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Holmes, G. The cerebellum of man (Hughlings Jackson memorial lecture). Brain. 62, 1-30 (1939).
  2. Ito, M. The modifiable neuronal network of the cerebellum. The Japanese Journal of Physiology. 34 (5), 781-792 (1984).
  3. Manto, M., Oulad Ben Taib, N.

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