Multiparametarski funkcionalni MRI bubrega: Trenutno stanje i budući trendovi s pristupima dubokog učenja Ⅱ
Nov 28, 2023
III. Naknadna obrada i analiza podataka: nove strategije s dubokim učenjem
S multiparametrijskim fMRI može se generirati ogromna količina podataka. Kako treba postupati s tom količinom podataka? Kako se te informacije mogu izravno izvući?
Naknadna obrada i analiza podataka je tema koja se rijetko detaljno opisuje u većini kliničkih studija u vezi s funkcionalnim oslikavanjem bubrega.
▶ Slika 1 Višeparametarskifunkcionalno oslikavanje bubregadobrovoljca koji pokazuje višestruke rezove različitih funkcionalnih parametara. Karakterizacija tkiva s T1 mapiranjem. B BOLD MRI s T2* mapiranjem. C Procjena mikrostrukture s ADC mapiranjem. D Prikaz perfuzije s ASL-om (mapiranje bubrežnog krvotoka (RBF).).
KLIKNITE OVDJE DA DOBIJETE CISTANCHE ZA FUNKCIJU BUBREGA
Ipak, to je jedan od glavnih ograničavajućih čimbenika za upotrebu u kliničkoj praksi, budući da može imati značajan utjecaj na interpretaciju podataka. Za uspješnu primjenu multiparametarskih fMRI protokola u kliničkoj rutini i studijama velikih kohorti pacijenata u budućnosti potrebna je standardizirana naknadna obrada podataka i tijek rada analize podataka.
za aplikacije strojnog učenja naMRI bubregai za "premošćivanje jaza između podataka i tehnologije" [48].
▶ Slika 2 Cjevovod za obradu slike koji prikazuje različite korake primjene za pristupe dubinskog učenja u multiparametrijskom MR bubrega
Izraz "duboko učenje" odnosi se na duboku mrežu višeslojnih neuronskih mreža za analizu podataka. Glavna razlika DL pristupa u usporedbi s drugim tehnikama strojnog učenja je njegova
od prikupljanja podataka do računalno potpomognute dijagnoze.
▶ Slika 2 daje pregled različitih koraka primjene za pristupe dubinskom učenju.
Počevši od snimanja MR slike, DL se može implementirati u proces rekonstrukcije slike kako bi se značajno poboljšala robusnost, točnost i kvaliteta slike u odnosu na neuzorkovanupodataka k-prostora kao i optimizirati brzinu u usporedbi s konvencionalnim pristupima rekonstrukcije [51-56]. Impresivni rezultati viđeni su na primjer u dinamičkoj rekonstrukciji MR slike srčanog MR-a, gdje su razvijene rekonstrukcija slike u stvarnom vremenu [57] i mreže za rekonstrukciju 4 D DL [58]. Također, metode temeljene na CNN-u mogu pomoći u otkrivanju artefakata [59],prospektivnu korekciju pokreta [60] i uklanjanje šuma sa slike [61–63]. U super-rezoluciji slike, tehnike dubokog učenja implementiraju se za rekonstrukciju slika više rezolucije ilinizovi slika iz slika niske rezolucije [64–66]. Daljnja područja primjene uključuju sintezu slike za dobivanje novih parametarskih slika kontrasta tkiva iz zbirke MR stečevina[67, 68], kvantitativno mapiranje osjetljivosti (QSM) na neinvazivno procijeniti magnetsku osjetljivost biološkog tkiva[69, 70], i MR otiska prsta (MRF) [71].
Multiparametarski fMRI bubrega postavlja nekoliko izazova za analizu podataka u vezi s registracijom i segmentacijom, pri čemu DL izgleda posebno obećavajuće za poticanje daljnjeg razvoja i puta do kliničke rutine. Prvo, bubrežni parenhim je teško razlikovati od okolnih organa i struktura samo prema intenzitetu signala. Drugo, višeparametarski fMRI obuhvaća kontraste heterogenih signala i kvalitete slike. Nadalje, bubrezi mogu dramatično varirati u svom anatomskom položaju, veličini i značajkama, kao što su ciste. Posljednje, ali ne i najmanje važno, kretanje uslijed disanja dovodi do znatne varijacije u položaju bubrega ne samo između već i unutar mjerenja. Stoga su registracija i segmentacija slike preduvjet za učinkovitu analizu multiparametarskih fMRI podataka.
Registracija slike podrazumijeva prostorno poravnavanje intra- i inter-subjektnih slika bubrega kako bi se omogućili daljnji koraci obrade. Postoji niz strategija za registraciju slike s različitim pristupima, koji se mogu grupirati u tehnike prikupljanja slike i metode naknadne obrade [72]. Nova uporaba DL-a pokazuje najveći potencijal za doprinos učinkovitijoj registraciji slike, čime nadmašuje standardne deformabilne algoritme registracije u točnosti i brzini. Ipak, primjena za MR bubrega je u tijeku, što se također može pripisati nedostatku javnih skupova podataka i protokola za provjeru valjanosti. Međutim, primjena novorazvijenih metoda na druge modalitete snimanja i organe čini se obećavajućom za prijenos na MRI bubrega [50].
Za kvantitativnu analizu višeparametarskihfMRI u bubrezima, segmentacija organa za procjenuukupni volumen bubrega(TKV) ali takođerodjeljci bubregauključujući korteks i medulu bitan je korak. Zbog izazova multiparametrijskog fMRI bubrega, kao što je gore opisano, ručna segmentacija bila je prevladavajuća tehnika segmentacije u studijama MRI bubrega. Međutim, za kliničku upotrebu fMRI bubrega, ovu dugotrajnu i napornu metodu treba zamijeniti učinkovitijim tehnikama segmentacije. Osim drugih tehnika poluautomatske i automatske segmentacije kao što su obrada slike i segmentacija slike temeljena na modelu, ponovno se pokazalo da pristupi strojnog učenja i posebno dubokog učenja najviše obećavaju u radu sa složenijim višeparametarskim skupovima podataka [73]. DL je već primijenjen u nekoliko studija za segmentaciju bubrega za procjenu TKV [74-78].
Idući dalje od zadataka prethodne i naknadne obrade slike, DL se može implementirati za računalno potpomognutu dijagnostiku. Kombinacijom sposobnosti analize slikovnih podataka i dohvaćanja kliničkih informacija, automatizirani sustavi klasifikacije mogu se razviti za pomoć kliničkoj dijagnostici, kao što je uspješno pokazano u dijagnozi raka prostate, na primjer [79, 80]. U dijagnostici bubrega pokazalo se da DL metode pomažu u dijagnozi odbacivanja transplantata s fMRI i integracijom kliničkih podataka, čime se formira računalno potpomognuti dijagnostički (CAD) sustav zaprocjena funkcije bubregauključujućiDWI, HRABRO, iklirens kreatinina[81–83]. Druga primjena DL-a je diferencijacija karcinoma bubrežnih stanica [84, 85].
IV. Rasprava
MRI bubrega je tehnika u nastajanju koja još nije uspostavljena u kliničkoj rutini. Kliničari obično preferiraju nekoliko drugih poznatijih tehnika snimanja s različitim prednostima i slabostima
Najčešće primjenjivana metoda snimanja bubrega je ultrazvuk. To je također neinvazivna, neionizirajuća tehnika, koja pruža mogućnost dinamičke slike morfoloških abnormalnosti visoke rezolucije, mjerenja protoka krvi Doppler metodom i primjene sigurnog kontrastnog sredstva za vizualizaciju perfuzije bezoštećujući bubrege[86–89]. Za razliku od MRI, široko je dostupan i isplativ [90]. Međutim, kvaliteta slike ovisi o operateru i može se znatno smanjiti plinom između sonde i organa koji nas zanima ili pretilošću ispitanika. Mjerenja i slike teže je reproducirati, a kvantifikacija je izvediva samo u ograničenoj mjeri [2, 91, 92].
Kao i MRI, CT je tomografska tehnika snimanja koja koristi zračenje za dobivanje slika. Iako su tehnike magnetske rezonancije postale vremenski mnogo učinkovitije u proteklim desetljećima, CT je još uvijek mnogo brži od magnetske rezonance i isplativiji je [93, 94]. Osim morfološke i angiografske slike, CT ima mogućnost mjerenja bubrežnog krvotoka i perfuzije, kao i GFR i tubularne funkcije [2]. Glavni nedostatak CT-a je potreba za nefrotoksičnim kontrastnim sredstvom za većinu zadataka osim otkrivanja bubrežne opstrukcije, što ograničava njegovu upotrebu zabolesti bubrega [95].
Funkcionalno oslikavanje bubrega u kliničkoj rutini također uključuje scintigrafiju bubrega. To je zlatni standard za mjerenje glomerularne filtracije i tubularne funkcije [92] i omogućuje točnu procjenu podijeljene funkcije i bubrežne opstrukcije. Unatoč tome, rezolucija i kvaliteta slike vrlo su loše u usporedbi s drugim modalitetima snimanja, a dijagnostička vrijednost je ograničena.
Većina kliničara nije svjesna potencijala koje nudi MRIfunkcionalna slika bubregačak i bez primjene kontrastnog sredstva. No postoji i nekoliko nedostataka u korištenju MRI-a koji bi mogli predstavljati prepreku široj primjeni. Glavni nedostatak MRI-a je ograničena dostupnost, osobito u manjim bolnicama, te skupi troškovi povezani s kupnjom i održavanjem [90]. MRI bubrega može se izvesti s 1,5 i 3 Tesla, iako su studije pokazale prednosti 3 Tesla za SNR, vrijeme pregleda i prostornu rezoluciju [9]. Štoviše, korištenje MRI-a zahtijeva iskusne operatere. Kada se koriste multiparametarski fMRI protokoli za ispitivanje bubrega, još uvijek postoji potreba za standardiziranim postupcima, protokolima i naknadnom obradom, kao i više ponuda tvrtki za medicinsku tehnologiju [6]. Suprotno općem uvjerenju, vrijeme pregleda magnetskom rezonancom značajno je smanjeno u proteklim desetljećima te se pojedinačni parametri mogu izmjeriti za nekoliko minuta. Nadalje, strategije disanja poput zadržavanja daha, okidanja disanja ili snimanja slobodnog disanja mogu se prilagoditi stanju bolesnika za većinu sekvenci [9]. Posljednje, ali ne i najmanje važno, treba uzeti u obzir relativne kontraindikacije kao što su pacemakeri i kohlearni implantati.
Unatoč tome, MRI ima puno za ponuditi i može pomoći u smanjenju troškova višestrukih, ponekad čak i invazivnih dijagnostičkih pregleda. Osim anatomskih slika visoke razlučivosti, raspon funkcionalnih parametara koje nudi MRI je izniman i može se postići uglavnom bez upotrebe kontrastnog sredstva. Protokoli ispitivanja mogu se prilagoditikliničko pitanje,bolest bubrega, i stanje pacijenta te su prikladni za kratkoročno i dugoročno praćenje. Naposljetku, cilj razvoja multiparametrijske fMRI za bubrege nije zamijeniti uvriježene tehnike kao što su ultrazvuk i scintigrafija bubrega, već proširiti i poboljšati prikaz bubrega i pomoći kliničarima i pacijentima u liječenjubolesti bubrega.
V. Sažetak
Multiparametarski funkcionalni MRI bubrega je obećavajući pristup za procjenu bubrežne funkcije i patofiziologije. Kombinacije perfuzije, difuzije i BOLD snimanja zajedno s tehnikama za karakterizaciju tkiva kao što su T1 i T2 mapiranje i daljnji MR biomarkeri mogu se odabrati ovisno o kliničkom pitanju i patologiji bubrega kako bi se dobio sveobuhvatniji uvid u uzroke i posljedice bolesti i učinak terapijskih intervencija. Međutim, potrebno je prevladati nekoliko prepreka prije nego što se metoda može implementirati u kliničku rutinu. S jedne strane, postoji potreba za standardizacijom fMRI protokola kako bi se omogućila usporedivost studija i olakšala klinička primjena. S druge strane, potrebne su nove strategije za rješavanje pojave velikih količina podataka. Nedavni napredak u DL tehnikama otvara nove mogućnosti za naknadnu obradu i analizu podataka i mogao bi dati odlučujući pomak kliničkoj uporabi bubrežne fMRI. Više studija koje ispituju različitepatologije bubregas većim kohortama i longitudinalnim dizajnom s implementacijom standardiziranog tijeka rada za prikupljanje podataka, naknadnu obradu i analizu potrebni su za daljnje poboljšanje i istodobno demonstriranje sposobnosti višeparametarskog fMRI za poboljšanje dijagnostičkesnimanje bubrega.
Sukob interesa
Autori izjavljuju da nisu u sukobu interesa.
Reference
[1] Xie Y, Bowe B, Mokdad AH et al. Analiza studije Globalnog tereta bolesti naglašava globalne, regionalne i nacionalne trendove epidemiologije kronične bubrežne bolesti od 1990. do 2016. godine.Kidney International2018; 94: 567–581
[2] Beierwaltes WH, Harrison-Bernard LM, Sullivan JC et al. Procjena bubrežne funkcije; Klirens, bubrežna mikrocirkulacija, bubrežni krvotok i metabolička ravnoteža. Opsežna fiziologija: Američko društvo za rak 2013: 165–200. doi:10.1002/copy.c120008
[3] Trevisani F, Di Marco F, Capitanio U et al. Nedostatak procjene bubrežne funkcije u kliničkoj praksi: čudna istina. Istraživanje bubrega i krvnog tlaka 2020.; 45: 166–179
[4] Keramida G, James JM, Prescott MC et al. Zamke i ograničenja radionuklidnog snimanja bubrega u odraslih. Seminari iz nuklearne medicine 2015; 45: 428–439
[5] Edelman RR. Povijest MR snimanja prikazana je kroz stranice radiologije. Radiologija 2014; 273: S181-S200
[6] Caroli A, Pruijm M, Burnier M i sur. Funkcionalna magnetska rezonancija bubrega: gdje smo mi? Perspektiva europske COST akcije PARENCHIMA. Nephrol Dial Transplant 2018; 33: ii1–ii3
[7] Chandarana H, Lee VS. MRI bubrežne funkcije: Jesmo li spremni za kliničku primjenu? Am J Roentgenol. American Journal of roentgenology 2009; 192: 1550–1557
[8] Početna|Parenhima. 2021. https://renalmri.org/ [9] Mendichovszky I, Pullens P, Dekkers I et al. Tehničke preporuke za kliničko prevođenje MRI bubrega: konsenzusni projekt Suradnje u znanosti i tehnologiji Action PARENCHIMA. Magn Reson Mater Phy 2020; 33: 131–140
[10] Martirosian P, Boss A, Schraml C et al. Perfuzijsko snimanje magnetskom rezonancijom bez kontrastnog sredstva. European journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging 2010; 37: 52–64
[11] Martirosian P, Klose U, Mader I et al. FAIR true-FISP perfuzijska slika bubrega. Magnetska rezonancija u medicini 2004; 51: 353–361
[12] Nery F, Buchanan CE, Harteveld AA et al. Tehničke preporuke temeljene na konsenzusu za klinički prijevod ASL MRI bubrega. Materijali magnetske rezonancije u fizici, biologiji i medicini 2020.; 33: 141–161
Usluga podrške Wecistanche-najvećeg izvoznika cistanche u Kini:
E-pošta:wallence.suen@wecistanche.com
Whatsapp/telefon:+86 15292862950
Kupite za više pojedinosti o specifikacijama:
https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop
