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José María Sanz Sanz
ETSIDI-UPM
Contenidos de la presentación
 Base de atlas ADNI-HHP
 Protocolo ENIGMA. Estado de la técnica
 ENIGMA aplicado a atlas ADNI-HHP
 Resultados
 Desarrollos futuros
Base de atlas ADNI-HHP (I)
 ADNI (Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative)
 Objetivos:
 Establecer una base de imágenes del cerebro.
 Adquisición de imágenes usando protocolos.
 Obtención de las imágenes MRI.
(http://adni.loni.usc.edu/)
ADNI_013_S_0325
Base de atlas ADNI-HHP (II)
 HHP (Harmonized Hippocampal Protocol)
 Objetivos:
 Definir un modelo del hipocampo.
 Establecer un protocolo de segmentación.
 Obtención de los etiquetados
(Boccardi)
ADNI_013_S_0325
Base de atlas ADNI-HHP (III)
 Colección de 134 atlas
60-65
65-70
70-75
75-80
80-85
85-90
Hombres
10
12
16
11
11
10
Mujeres
5
11
18
12
9
9
Total
15
23
34
23
20
19
Tabla 1: Distribución de los atlas por edad
NC
MCI
LMCI
AD
Hombres
23
18
8
21
Mujeres
21
11
8
24
Total
44
29
16
45
Tabla 2: Distribución de los atlas por diagnóstico
Diagnóstico:
• NC: Normal/Control
• MCI: Mild Cognitive
Impairment
• LMCI: Late MCI
• AD: Alzheimer
Protocolo ENIGMA (I)
 Consorcio ENIGMA (Enhancing Neuro Imaging
Genetics through Meta-Analysis)
 Objetivos
 Estudiar el cerebro mediante imágenes (MRI, DTI, etc.)
y datos genéticos.
 Entorno de cooperación y difusión de la información.
Protocolo ENIGMA (II)
 Protocolo ENIGMA1 (http://enigma.ini.usc.edu/)
 Obtención del volumen intracraneal (ICV).
Espacio nativo
Skull-Stripping
(ajuste grueso)
Bias correction
1
Skull-Stripping
(ajuste fino)
Bias correction
2
Transformación
al espacio
normalizado
Espacio normalizado
Cálculo del ICV
Protocolo ENIGMA (III)
BET
 Eliminación del cráneo (Skull-Stripping)
 Ajuste grueso (bajo valor de –f)
 Uso de BET
(Imágenes de Smith)
Protocolo ENIGMA (IV)
FAST
 Corrección del sesgo magnético (Bias correction)
 Uso de FAST
Imagen original
Sesgo
Imagen corregida
Protocolo ENIGMA (V)
BET 2ª vez
 Segundo Skull-Stripping
 Ajuste fino (mayor valor de –f que en el ajuste grueso)
 Uso de BET
 Se aplica a la imagen corregida.
Protocolo ENIGMA (VI)
FLIRT
 Obtención de las matrices de transformación al
espacio de referencia.
 Uso de FLIRT
Protocolo ENIGMA (VII)
FAST 2ª vez
 Segmentación en diferentes tejidos
 Uso de FAST
1. CSF
2. GM
3. WM
Protocolo ENIGMA (VIII)
Cálculo del ICV
 Utiliza el determinante de la matriz en el cálculo del
ICV y los volúmenes parciales.
Protocolo ENIGMA con ADNI-HHP (I)
Inspección visual
 Separación de las imágenes que no estén alineadas con
los ejes.
ADNI_002_S_1261
Bien orientada
ADNI_006_S_0322
Requiere corrección
Protocolo ENIGMA con ADNI-HHP (II)
Rotación en 3D Slicer (I)
 Línea de comisuras anterior y posterior (ACPC)
PC
AC
Protocolo ENIGMA con ADNI-HHP (II)
Rotación en 3D Slicer (II)
 35 imágenes para rotar
 Usamos 3D Slicer (Boccardi)
Imagen original
ADNI_002_S_0413
Rotación con línea AC-PC
Rotación libre
Protocolo ENIGMA con ADNI-HHP (III)
Rotación en 3D Slicer (III)
Protocolo ENIGMA con ADNI-HHP (II)
BET
 Primer Skull-Stripping
 Valores bajos de –f (entre 0,25 y 0,4).
 Localización del centro de gravedad del cerebro.
Septo
pelúcido
ADNI_127_S_0393.nii.gz
ADNI_127_S_0393_braintmp.nii.gz
Protocolo ENIGMA con ADNI-HHP (IV)
FAST y BET (2ª vez)
 Corrección del sesgo magnético
 Segundo Skull-Stripping (ajuste fino, -f entre 0,3 y 0,6)
Skull-Stripping 1
ADNI_127_S_0393
Sesgo magnético
Biascorrected
Skull-Stripping 2
Protocolo ENIGMA con ADNI-HHP (V)
FLIRT
 Transformación al espacio normalizado MNI152
Imagen referencia
MNI152
-ref
FLIRT
Skull-Stripping 2
Imagen normalizada
Protocolo ENIGMA con ADNI-HHP (VI)
Propagación a etiquetas
 Aplicamos a las etiquetas la misma matriz de
transformación que a las imágenes.
Skull-Stripping 2 + etiqueta
Imagen normalizada + etiqueta
Resultados (I). Índices DICE
 Las imágenes inversas son resultado de transformar al
espacio de referencia y luego aplicar la transformación
inversa.
DICE
Mínimo
Máximo
Media
Skull-Stripping2-inv
0,810
0,982
0,978
ImgNorm-MNI152
0,914
0,955
0,940
LabelNativaL-inv
0,967
1,000
0,993
LabelNativaR-inv
0,967
1,000
0,994
 Se han retirado 11 imágenes que presentaban defectos.
Resultados (II). Volumetría
 Cálculo de ICV
 (numVoxeles > 0) · volumenVoxel
 volumenVoxel = Spacing(1) · Spacing(2) · Spacing(3)
 Cálculo de volumetría del hipocampo
 Igual que el ICV pero con las etiquetas.
 Ejemplo: ADNI_003_S_0907
 ICV = 1292880,00 mm3
 Hipocampo L = 3071,242 mm3
 Hipocampo R = 3014,992 mm3
Desarrollos futuros
 Finalizar el protocolo ENIGMA para el cálculo del ICV.
 Comprobar si los métodos de segmentación
automática dan buenos resultados utilizando los atlas
ADNI-HHP con el método leave one out.
 Comprobar si, utilizando estos atlas, los métodos son
capaces de predecir el diagnóstico de un paciente
basándose en la volumetría del hipocampo y el ICV.
Bibliografía
 ADNI Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative http://adni.loni.usc.edu/
 Harmonized Hippocampal Protocol http://www.hippocampal-protocol.net/
 Boccardi, M., Bocchetta, M., Morency, F. C., Collins, D. L., Nishikawa, M., Ganzola, R.,
... & on The, E. A. W. G. (2015). Training labels for hippocampal segmentation based on
the EADC-ADNI harmonized hippocampal protocol.Alzheimer's & Dementia, 11(2), 175183.
 Enigma http://enigma.ini.usc.edu/
 Smith, S. M. (2000). BET: brain extraction tool. FMRIB TR00SMS2b, Oxford Centre for
Functional Magnetic Resonance Imaging of the Brain), Department of Clinical Neurology,
Oxford University, John Radcliffe Hospital, Headington, UK.
 Boccardi, M., Ganzola, R., Bocchetta, M., Pievani, M., Redolfi, A., Bartzokis, G., ... & de
Leon, M. J. (2011). Survey of protocols for the manual segmentation of the hippocampus:
preparatory steps towards a joint EADC-ADNI harmonized protocol. Journal of
Alzheimer's disease: JAD, 26(0 3).
 3D Slicer http://www.slicer.org/