Segmentació automàtica i avaluació volumètrica dels òrgans interns i del teixit gras: quins són els avantatges?
Mar 02, 2022
L'objectiu més important de la imatge mèdica tradicional a la clínica és mostrar canvis patològics en imatges de projecció o tall. El criteri crucial per a la qualitat de les imatges, a part de la resolució espacial, sol ser el contrast entre el teixit normal i el teixit patològicament modificat. Totes les modalitats d'imatge disponibles actualment, inclosa la tecnologia de raigs X, ultrasons, ressonància magnètica i tomografia per emissió de positrons, s'han desenvolupat molt ràpidament durant les últimes dècades. No només ha millorat la qualitat de les imatges mentre que els temps d'examen s'han escurçat, sinó que també s'han posat de manifest nous aspectes de l'avaluació de les dades de la imatge, especialment en el cas de la ressonància magnètica, que en el passat sovint no va poder explotar tot el seu potencial. en els temps d'examen habituals d'uns 30-45 min a causa dels temps de mesura relativament llargs per a cada seqüència d'imatge, els mètodes moderns amb "imatge paral·lel massiva", [1] "detecció comprimida" [2] i/o "empremta digital" [3] ] són beneficis: ara és possible realitzar anàlisis multiparamètriques i quantitatives exhaustives de teixits en temps d'examen tolerables. En lloc d'una "ponderació de contrast", ara es poden recollir dades en brut per a diverses propietats quantificables del teixit (T1, T2, T2*, contingut de greix, difusió d'aigua, etc.) en el mateix temps d'examen. A més, els moderns sistemes de ressonància magnètica permeten l'adquisició de conjunts de dades d'imatges isòtropes d'alta resolució de tot el cos o almenys del tronc del cos, que contenen una gran quantitat d'informació morfològica.
Paraules clau:malaltia de ronyó; ronyons; malalties del fetge; volum hepàtic; fetge
CISTANCHE MILLORARÀ LA FUNCIÓ RENAL/RENAL
L'avaluació de la informació anatòmica-morfològica en conjunts de dades d'imatges 3D es va limitar inicialment a la determinació manual d'informació rellevant per a la malaltia òbvia, per exemple, per avaluar la mida dels tumors o metàstasis en l'estadificació o per controlar el curs de la malaltia sota teràpia [4]. Tot i que el diàmetre (màxim) d'una estructura anatòmica es podia determinar amb força rapidesa, la realització d'anàlisis volumètrics va requerir molt més temps, ja que diverses rodanxes s'havien d'avaluar manualment per a aquest propòsit. Una mica retardat en el desenvolupament de mètodes d'adquisició de RM per a conjunts de dades 3D d'alta resolució, es van desenvolupar i utilitzar mètodes de segmentació automàtics o almenys semiautomàtics en molts estudis [5]. Amb la introducció de mètodes moderns d'intel·ligència artificial (IA), les possibilitats de segmentació d'òrgans fiables a partir de conjunts de dades de ressonància magnètica han millorat significativament en els darrers anys [6]. Només amb l'ajuda d'aquests mètodes s'ha tornat factible avaluar estructures anatòmiques individuals en milers de conjunts de dades 3D d'estudis de cohorts basats en grans poblacions (per exemple, UK Biobank [7] o German National Cohort [8]) amb un esforç manejable. Amb aquestes dades, d'una banda, es poden explorar les correlacions entre les característiques anatòmiques, les característiques genètiques, les circumstàncies de la vida (per exemple, la nutrició i l'activitat física) i la condició física (forma física i malalties). D'altra banda, els resultats de l'avaluació volumètrica d'òrgans en estudis de cohorts també són molt adequats per elaborar valors estàndard i rangs de valors normals per a diferents grups de població en funció de l'edat i el gènere.
Una qüestió important és, per descomptat, si aquestes dades volumètriques també es poden utilitzar com a indicadors de malaltia en pacients individuals. Les condicions d'examen (posició de repòs, sensibilitat espacial relativament uniforme amb bobines modernes de capçals multiarray) i les condicions d'avaluació (poques classes de teixits amb una distribució espacial relativament consistent) són força favorables per als exàmens de ressonància magnètica del cervell. A més, hi ha moltes institucions implicades en la neurociència. Per tant, les aplicacions d'avaluació volumètrica de les estructures cerebrals [9] són sens dubte les més avançades i ja estan ben estudiades per a qüestions clíniques [10].La gravetat i el curs temporal de la pèrdua de substància blanca i grisa en diferents àrees cerebrals poden proporcionar pistes diagnòstiques diferencials en malalties [11] i quantificar el desenvolupament de l'atròfia [12]. Es poden detectar desviacions de l'atròfia normal relacionada amb l'edat i es poden mesurar amb precisió els efectes de les intervencions terapèutiques.
Per als treballs presentats en moltes publicacions s'han aplicat algorismes de segmentació "casuals", que no són fàcilment aplicables pel lector. Sovint, els mètodes d'IA s'entrenen amb imatges de ressonància magnètica específiques (en termes de ponderació de contrast, paràmetres d'imatges geomètriques i arranjaments de bobines) i l'aplicabilitat general no és segura fins i tot si es publica l'algorisme. No obstant això, recentment, alguns venedors de MR ofereixen paquets complets de seqüències i eines de segmentació que funcionen de manera fiable (per exemple, per a la segmentació automàtica delfetge). En estudis de neuroMRI, està disponible programari lliure per a la segmentació (per exemple, SPM, Wellcome Center for Human Neuroimaging, UCL Neurology, Londres, Regne Unit), que és utilitzat per molts grups científics i que també es pot combinar de manera segura amb seqüències d'adquisició clíniques. A més, hi ha suport comercial, especialment per al postprocessament de dades d'estudis de cohorts d'empreses com AMRA Medical (Linköping, Suècia). Per avaluar millor la rellevància clínica de la segmentació automatitzada i l'avaluació volumètrica dels sistemes d'òrgans del tronc del cos, es proporciona informació sobre la importància del volum d'òrgans en les malalties a continuació:
CISTANCHE MILLORARÀ LA MALALTIA RENAL/RENAL
Pulmons
El volum pulmonar individual depèn, per descomptat, de la posició de la respiració i, per tant, és variable. Per tant, calen protocols d'examen coherents tant per a mesures de referència com per a mesures comparatives. Les malalties congènites com les hèrnies diafragmàtiques o les malformacions broncopulmonars sovint s'associen a un volum pulmonar reduït. Per obtenir valors normals en el desenvolupament de la primera infància, s'han realitzat una sèrie d'exàmens de volum pulmonar en fetus en funció de l'edat gestacional, però els resultats no han estat del tot consistents [13]. En adults, les malalties pulmonars restrictives adquirides com la fibrosi pulmonar o la sarcoidosi poden provocar una reducció del volum pulmonar. En canvi, l'emfisema i la MPOC mostren una inflació excessiva dels pulmons i, per tant, sovint un augment del volum pulmonar [14].
Cor
En pacients cardíacs (per exemple, amb dilatació o hipertròfia del miocardi), es realitzen ressonàncies magnètiques amb sincronització ECG. La imatge en múltiples fases cardíaques permet avaluar el gruix de les parets del miocardi, els volums sanguinis sistòlic i diastòlic i els paràmetres funcionals derivats [15, 16] (vegeu la fila superior d'imatges a la figura 1). Els conjunts de dades de ressonància magnètica habituals del tronc s'adquireixen sense activació d'ECG i, per tant, normalment no es poden avaluar pel que fa a la mida i la funció cardíaca. Tanmateix, ja s'han descrit procediments moderns de ressonància magnètica que poden reconstruir imatges de ressonància magnètica depenent de la fase respiratòria i cardíaca fins i tot sense activació externa [17], així com procediments automatitzats per determinar els contorns cardíacs [18].
fetge
D'una manera saludablefetge,el volum de l'òrgan es pot considerar un bon paràmetre per a la funció de l'òrgan.fetgeLa mida amb rangs de valors normals s'ha investigat en estudis de TC i fórmules per "normal".fetgevolum" en funció de la mida del cos [19]. S'han perfeccionat encara més i també s'han adaptat per a diferents ètnies [20, 21]. Parènquimamalalties del fetgecom l'esteatosi, la sobrecàrrega de ferro o la cirrosi augmenta significativamentvolum hepàticen comparació amb els valors normals [21]. Cal tenir en compte, però, que la fracció funcionalment activa defetgeel volum es redueix en els casos amb processos de remodelació restrictius (fibrosi hepàtica i cirrosi) i s'ha de determinar per separat mitjançant la segmentació de les estructures hepàtiques internes [22] Els canvis en l'estil de vida en pacients amb esteatosi van provocar una reducció significativa de lavolum hepàticparal·lelament a una reducció defetgecontingut de greix [23, 24]. Es dóna una importància clínica particularment important al funcionalvolum hepàticencara disponible després de la resecció parcial (en el cas de tumors o trasplantaments), que cal tenir en compte a l'hora de planificar els procediments quirúrgics [25]
La melsa engrandida (esplenomegàlia) sovint és causada permalaltia del fetgeassociada a la hipertensió al sistema portal. La relació entre el grau defetgeLa fibrosi o hipertensió portal i el volum de la melsa s'han estudiat quantitativament recentment en un gran nombre de pacients [26]. L'esplenomegàlia amb volum sovint notablement augmentat respecte al normal també s'observa en algunes malalties infeccioses (malalties víriques com EBV i CMV; però també en malària o toxoplasmosi) i en hematològiques (talassèmia, anèmia falciforme) o immunològica (artritis juvenil, lupus eritematós). ) trastorns [27].
Pàncrees
S'ha informat que el volum pancreàtic tendeix a reduir-se tant en el tipus I [28] com en el tipus 2 [29] en comparació amb els individus sans. En la pancreatitis aguda, s'observa un augment del volum de l'òrgan [30], però després que diversos episodis aguts de pancreatitis hagin disminuït, elel volum del pàncrees sovint es redueix significativament [31]. La segmentació manual o automàtica del pàncrees en imatges de TC o RM en el cas d'infiltració grassa (perifèrica) és poc fiable [32]. La infiltració grassa del pàncrees és particularment freqüent en la fibrosi quística, i la diferenciació del teixit gras circumdant és sovint molt difícil [33].
Ronyons
En elronyó,els dos components principals, l'escorça i la medul·la, normalment es poden segmentar de manera fiable per separat en conjunts de dades 3D de les exploracions de TC [34] i exploracions de ressonància magnètica [35]. El volum de larenalcòrtex, en particular, disminueix significativament amb l'edat, mentre que el volum de larenalla medul·la es manté constant o fins i tot augmenta [34]. Les desviacions dels valors normals s'observen d'una banda en l'aplàsia o hipoplàsia congènita de laronyons,però també en disfuncions adquirides. Engrandit, inflatronyonses produeixen en processos inflamatoris aguts (pielonefritis) i en malalties cròniques en les primeres etapes, mentre que a llarg terminimalalties renals(per exemple, diabèticsronyó) pot causar fibrosi amb pèrdua de funció i reducció de volum [36]. Un patró de malaltia que s'examina amb freqüència volumètricament mitjançant la ressonància magnètica és el poliquístic hereditari autosòmic dominant.ronyómalaltia (ADPKD) [37].
Teixit adipós (subcutani, visceral, epi-i pericàrdic)
Durant les últimes 2 dècades, s'han realitzat molts estudis sobre el paper del greix corporal en el desenvolupament de malalties metabòliques i cardiovasculars. S'ha demostrat que no és tant la quantitat total de teixit adipós com la distribució del teixit adipós en diferents compartiments el que juga un paper important [38]. Tot i que el teixit adipós subcutani contribueix poc al desenvolupament de malalties metabòliques associades, la quantitat de greix visceral situat al voltant dels òrgans abdominals, amb la seva propensió a la inflamació crònica, es correlaciona significativament amb la reducció de l'acció de la insulina [39]. S'han identificat quantitats més grans de greix visceral i també de greix a la cavitat toràcica que envolta el miocardi (greix epicàrdic i pericàrdic, que són difícils de distingir a les imatges de RM perquè només estan separats per una capa fina).com a factors de risc de malalties cardiovasculars [40]. També es va demostrar que els compartiments de greix més petits, com el greix del coll, estan subjectes a una regulació independent i que la quantitat de greix en elrenall'àrea del sinus està relacionada amb la proteinúria [41]. Com que els mètodes senzills no invasius, com ara la mesura de la impedància corporal, no poden determinar alguns compartiments de greix com el greix visceral amb prou precisió, la ressonància magnètica amb la seva capacitat per registrar el volum.
CISTANCHE MILLORARÀ EL DOLOR RENAL/RENAL
Musculatura esquelètica
Una reducció de la quantitat (i en alguns casos de la qualitat) del múscul esquelètic s'anomena sarcopènia. Especialment en pacients grans, la sarcopènia sovint condueix a una reducció de l'activitat i la mobilitat i pot provocar la pèrdua d'independència. El seguiment de l'acumulació muscular també juga un paper en l'entrenament després de la immobilització per malaltia o en la medicina esportiva. Depenent de la regió d'interès, les àrees transversals dels músculs o els volums sencers es poden avaluar quantitativament mitjançant TC o ressonància magnètica [42].
Discussió
La ressonància magnètica és molt adequada per investigar quantitativament estructures anatòmiques en conjunts de dades d'imatges 3D d'alta resolució, tant pel que fa a la seva mida i volum (Fig. 1), com a les seves propietats de senyal. Malauradament, el mètode alternatiu de TC està associat a una exposició a la radiació que difícilment es pot justificar quan s'examinen voluntaris, i actualment els exàmens d'ecografia 3D no són fàcilment possibles per a totes les estructures anatòmiques del tronc del cos, ja que les zones que contenen aire i ossos no són penetrables. per a l'ecografia i els contrastos dels teixits són sovint crítics per a l'avaluació automàtica. Com que la ressonància magnètica generalment no s'associa amb efectes nocius sobre els teixits, aquest mètode també és especialment adequat per a exàmens de cohorts grans, principalment sanes, tot i que és relativament costós. La determinació de volums d'òrgans i volums de greix en grans cohorts amb individus sans de diferents grups d'edat i gèneres permet determinar els intervals de valors normals, de manera que els resultats d'exàmens individuals posteriors es puguin avaluar millor. Tanmateix, cal tenir en compte els errors sistemàtics deguts a l'ús de diferents mètodes d'enregistrament o anàlisi d'imatges.En grans cohorts de tota la població, s'inclouen individus amb malalties i/o medicaments, de manera que també es poden reconèixer i dilucidar correlacions anteriorment desconegudes (en analogia amb el treball sobre el cervell com [43]). Això permet detectar nous patomecanismes i comprovar les hipòtesis existents. Atès que de vegades es produeixen correlacions aleatòries amb un gran nombre de paràmetres investigats, és indispensable una anàlisi estadística acurada (amb correcció de Bonferroni) i la verificació dels resultats en col·lectius independents.
Estudis individuals
Sorgeix la pregunta: cada especificació de mida d'un òrgan o de les seves subestructures és rellevant? Per a la majoria de preguntes, probablement no sigui així, almenys sempre que els valors mesurats estiguin en el "interval normal". Les desviacions significatives del rang normal, però, poden indicar processos patològics tal com s'han informat anteriorment o confirmar diagnòstics sospitosos ja existents. També cal tenir en compte que els radiòlegs experimentats sovint notaran desviacions significatives de la mida de l'òrgan respecte al rang normal quan revisen les imatges, fins i tot sense una avaluació automatitzada.Els volums de greix visceral i epi-/pericàrdic en particular, juntament amb altres afeccions, es consideren factors de risc per al desenvolupament de diabetis i malalties cardiovasculars. Per tant, és útil la determinació del volum, així com les mesures terapèutiques per reduir aquests compartiments de greix. La mesura individual de la reducció del volum de greix sovint és molt útil per motivar els pacients a l'hora d'implementar les teràpies adequades; si, per exemple, la massa muscular augmenta i la massa grassa disminueix durant una intervenció d'estil de vida amb més activitat física, això no és visible a través de simples mesures de pes o impedància del cos sencer. En aquests casos, els esforços corresponents s'interrompen si no es dóna cap estímul positiu a través d'un èxit demostrable. El mateix passa amb el seguiment de l'enfortiment dels músculs esquelètics mitjançant l'entrenament després de la immobilització per malaltia o en el camp de l'esport. Amb el ràpid desenvolupament de mètodes de segmentació automàtica mitjançant algorismes d'IA, és bastant concebible que la RM (i possiblement la TC indicada clínicament). ) exàmens deel tronc corporal permetrà en el futur determinar automàticament els volums dels òrgans i altres mesures quantitatives. De manera similar a l'anàlisi química rutinària de laboratori de sang i altres fluids corporals, llavors s'indicaran les desviacions del rang normal i es podran aprofitar per fer un diagnòstic.
CISTANCHE MILLORARÀ LA INFECCIÓ RENAL/RENAL
