Multiparametarski funkcionalni MRI bubrega: trenutno stanje i budući trendovi s pristupima dubokog učenja Ⅱ

III. Postprocesiranje i analiza podataka: nove strategije s dubokim učenjem

Uz multiparametarski fMRI, može se generirati ogromna količina podataka. Kako treba postupati sa ovom količinom podataka? Kako se ove informacije mogu direktno izdvojiti?

Postprocesiranje i analiza podataka je tema koja se rijetko detaljno opisuje u većini kliničkih studija u vezi s funkcionalnim snimanjem bubrega.

▶ Slika 1 Multiparametrijskifunkcionalno snimanje bubregavolontera koji pokazuje višestruke kriške različitih funkcionalnih parametara. Karakterizacija tkiva sa T1 mapiranjem. B BOLD MRI sa T2* mapiranjem. C Procjena mikrostrukture pomoću ADC mapiranja. D Perfuzijsko snimanje sa ASL (mapiranje bubrežnog krvotoka (RBF).).

KLIKNITE OVDJE DA DOBIJETE CISTANCHE ZA FUNKCIJU BUBREGA

Ipak, to je jedan od glavnih ograničavajućih faktora 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 grupa pacijenata u budućnosti, potrebna je standardizirana naknadna obrada podataka i radni tok analize podataka.

za aplikacije mašinskog učenja naMRI bubregai za "premošćivanje jaza između podataka i tehnologije" [48].

▶ Slika 2 Cjevovod za obradu slike koji prikazuje različite korake primjene za pristupe dubokog učenja u multiparametrijskoj MRI bubrega

Termin "duboko učenje" odnosi se na duboku mrežu višeslojnih neuronskih mreža za analizu podataka. Glavna razlika DL pristupa u odnosu na druge tehnike mašinskog učenja je njegova

od prikupljanja podataka do kompjuterske dijagnostike.

▶ Slika 2 daje pregled različitih koraka primjene za pristupe dubokog učenja.

Počevši od MR akvizicije slike, DL se može implementirati u procesu rekonstrukcije slike kako bi se značajno poboljšala robusnost, tačnost i kvalitet slike od nedovoljno uzorkovanihk-prostor podataka kao i za optimizaciju brzine u poređenju sa konvencionalnim pristupima rekonstrukcije [51–56]. Impresivni rezultati su viđeni na primjer u dinamičkoj MR rekonstrukciji slike srca MRI, gdje su razvijene rekonstrukcija slike u realnom vremenu [57] i mreže 4 D DL rekonstrukcije [58]. Također, metode zasnovane na CNN-u mogu pomoći u otkrivanju artefakata [59],prospektivna korekcija pokreta [60] i smanjenje šuma [61–63]. U super rezoluciji slike primjenjuju se tehnike dubokog učenja za rekonstrukciju slika veće rezolucije ilisekvence slika sa slika niske rezolucije [64–66]. Dalja područja primjene uključuju sintezu slika za izvođenje novih parametarskih slika kontrasta tkiva iz kolekcije MR akvizicijecije [67, 68], kvantitativno mapiranje osjetljivosti (QSM) na neinvazivno procijeniti magnetsku osjetljivost biološkog tkiva[69, 70] i MR uzimanje otisaka prstiju (MRF) [71].

Multiparametarski bubrežni fMRI predstavlja nekoliko izazova za analizu podataka u vezi sa registracijom i segmentacijom, pri čemu se DL čini posebno obećavajućim da podstakne dalji razvoj i put ka kliničkoj rutini. Prvo, bubrežni parenhim je teško razlikovati od okolnih organa i struktura samo po intenzitetu signala. Drugo, multiparametarski fMRI obuhvata heterogene kontraste signala i kvalitet slike. Nadalje, bubrezi mogu dramatično varirati u svom anatomskom položaju, veličini i karakteristikama, kao što su ciste. Na kraju, ali ne i najmanje važno, kretanje zbog disanja dovodi do značajnih varijacija u položaju bubrega ne samo između već i unutar mjerenja. Stoga su registracija i segmentacija slike preduslov za efikasnu analizu multiparametarskih fMRI podataka.

Registracija slike podrazumijeva prostorno poravnanje intra- i inter-subjektivnih slika bubrega kako bi se omogućili daljnji koraci obrade. Postoji niz strategija za registraciju slike sa različitim pristupima, koji se mogu grupirati u tehnike akvizicije slike i metode naknadne obrade [72]. Nova upotreba DL pokazuje najveći potencijal da doprinese efikasnijoj registraciji slike, čime se nadmašuju standardni deformabilni algoritmi registracije u preciznosti i brzini. Ipak, čeka se primjena na MRI bubrega, što se također može pripisati nedostatku javnih skupova podataka i protokola za validaciju. Primena novorazvijenih metoda na druge modalitete snimanja i organe, međutim, izgleda obećavajuće za prelazak na MRI bubrega [50].

Za kvantitativnu analizu multiparametrijskihfMRI u bubrezima, segmentacija organa za procjenuukupni volumen bubrega(TKV) ali iodjeljci za bubregeuključujući korteks i medulu je bitan korak. Zbog izazova renalne multiparametarske fMRI kao što je gore opisano, ručna segmentacija je bila preovlađujuća tehnika segmentacije u MRI studijama bubrega. Međutim, za kliničku upotrebu renalne fMRI, ovu dugotrajnu i napornu metodu treba zamijeniti efikasnijim tehnikama segmentacije. Pored drugih poluautomatskih i automatskih tehnika segmentacije, kao što su obrada slike i segmentacija slika zasnovana na modelu, mašinsko učenje i posebno pristupi dubokog učenja ponovo su se pokazali kao najperspektivniji za rešavanje složenijih multiparametarskih skupova podataka [73]. DL je već primijenjen u nekoliko studija za segmentaciju bubrega za procjenu TKV [74–78].

Idući još dalje od zadataka pre- i naknadne obrade slike, DL se može implementirati za kompjuterski potpomognutu dijagnostiku. Kombinovanjem sposobnosti analize slikovnih podataka i preuzimanja kliničkih informacija, mogu se razviti automatizovani sistemi klasifikacije da pomognu kliničkoj dijagnostici, kao što je uspešno pokazano u dijagnozi raka prostate, na primer [79, 80]. U dijagnostici bubrega pokazalo se da DL metode pomažu u dijagnozi odbacivanja transplantata uz fMRI i integraciju kliničkih podataka, formirajući tako kompjuterski potpomognut dijagnostički (CAD) sistem zaprocjena funkcije bubregauključujućiDWI, BOLD, iklirens kreatinina[81–83]. Druga primjena DL je diferencijacija karcinoma bubrežnih stanica [84, 85].

IV. Diskusija

MRI bubrega je nova tehnika koja još nije uspostavljena u kliničkoj rutini. Kliničari obično preferiraju nekoliko drugih poznatijih tehnika snimanja s različitim snagama i slabostima

Najčešće primijenjena metoda za snimanje bubrega je ultrazvuk. To je također neinvazivna, nejonizujuća tehnika, koja pruža mogućnost dinamičkog snimanja morfoloških abnormalnosti u visokoj rezoluciji, mjerenja protoka krvi Doplerovom metodom i primjene sigurnog kontrastnog sredstva za vizualizaciju perfuzije bezoštetiti bubreg[86–89]. Za razliku od MRI, on je široko dostupan i isplativ [90]. Međutim, kvalitet slike zavisi od operatera i može biti značajno smanjen gasom između sonde i organa od interesa ili gojaznošću ispitanika. Mjerenja i slike je teže reproducirati, a kvantifikacija je izvediva samo u ograničenoj mjeri [2, 91, 92].

Kao i MRI, CT je tehnika tomografskog snimanja koja koristi zračenje za dobivanje slika. Iako su tehnike MRI postale mnogo efikasnije u vremenu u posljednjih nekoliko decenija, CT je i dalje mnogo brži od MRI i isplativiji [93, 94]. Osim morfološkog i angiografskog snimanja, CT ima sposobnost 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 opstrukcije bubrega, što ograničava njegovu upotrebu zabolesti bubrega [95].

Funkcionalno snimanje bubrega u kliničkoj rutini uključuje i scintigrafiju bubrega. To je zlatni standard za mjerenje glomerularne filtracije i tubularne funkcije [92] i omogućava preciznu procjenu podijeljene funkcije i opstrukcije bubrega. Ipak, rezolucija i kvalitet slike su veoma loši u poređenju s drugim modalitetima snimanja, a dijagnostička vrijednost je ograničena.

Većina kliničara nije svjesna potencijala koje nudi magnetna rezonancafunkcionalno snimanje bubregačak i bez primjene kontrastnog sredstva. Ali postoji i nekoliko nedostataka korištenja MRI koji mogu predstavljati prepreku široj primjeni. Vodeći nedostatak MRI-a je ograničena dostupnost, posebno u manjim bolnicama, i troškovi vezani za kupovinu i održavanje [90]. MRI bubrega se može izvesti sa 1,5 i 3 Tesle, iako su studije pokazale koristi od 3 Tesle za SNR, vreme ispitivanja i prostornu rezoluciju [9]. Štaviše, za upotrebu MRI potrebni su iskusni operateri. Kada se koriste multiparametrijski fMRI protokoli za ispitivanje bubrega, još uvijek postoji potreba za standardiziranim procedurama, protokolima i postprocesiranjem, kao i više ponuda kompanija za medicinsku tehnologiju [6]. Suprotno općem uvjerenju, vrijeme ispitivanja magnetnom rezonancom značajno je smanjeno u proteklim decenijama i pojedinačni parametri se mogu izmjeriti za nekoliko minuta. Nadalje, strategije disanja kao što su zadržavanje daha, snimanje izazvano disanjem ili slikanje slobodnog disanja mogu se prilagoditi pacijentovom stanju za većinu sekvenci [9]. Na kraju, ali ne i najmanje važno, relativne kontraindikacije kao što su pejsmejkeri i kohlearni implantati moraju se uzeti u obzir.

Ipak, magnetna rezonanca ima mnogo toga za ponuditi i može pomoći u smanjenju troškova višestrukih ponekad čak i invazivnih dijagnostičkih pregleda. Osim anatomskog snimanja visoke rezolucije, raspon funkcionalnih parametara koje nudi MRI je izuzetan i može se postići uglavnom bez upotrebe kontrastnog sredstva. Ispitni protokoli se mogu prilagoditikliničko pitanje,bolest bubrega, i stanje pacijenta i pogodni su za kratkoročno i dugoročno praćenje. Konačno, cilj razvoja multiparametarske fMRI za bubrege nije da se zamijene ustaljene tehnike kao što su ultrazvuk i scintigrafija bubrega, već da se proširi i poboljša slikanje bubrega i pomogne kliničarima i pacijentima u liječenjubolesti bubrega.

V. Sažetak

Multiparametrijska funkcionalna 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 stekao sveobuhvatniji uvid u uzrok i posljedice bolesti i efekat terapijskih intervencija. Međutim, potrebno je savladati 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 uporedivost studija i olakšala klinička primjena. S druge strane, neophodne su nove strategije za rukovanje pojavom ogromnih količina podataka. Nedavni napredak u DL tehnikama otvara nove mogućnosti za naknadnu obradu i analizu podataka i može dati kliničkoj upotrebi fMRI bubrega odlučujući pomak naprijed. Više studija koje ispituju različitepatologije bubregasa većim kohortama i longitudinalnim dizajnom sa implementacijom standardizovanog toka rada za prikupljanje podataka, naknadnu obradu i analizu potrebni su za dalje poboljšanje i istovremeno demonstriranje sposobnosti multiparametarskog fMRI da poboljša dijagnostičkusnimanje bubrega.

Sukob interesa

Autori izjavljuju da nemaju sukob interesa.

Reference

[1] Xie Y, Bowe B, Mokdad AH et al. Analiza studije o globalnom teretu bolesti naglašava globalne, regionalne i nacionalne trendove epidemiologije kronične bolesti bubrega 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. Comprehensive Physiology: American Cancer Society 2013: 165–200. doi:10.1002/copy.c120008

[3] Trevisani F, Di Marco F, Capitanio U et al. Praznina u procjeni bubrežne funkcije u kliničkoj praksi: neugodna istina. Istraživanje bubrega i krvnog pritiska 2020; 45: 166–179

[4] Keramida G, James JM, Prescott MC et al. Zamke i ograničenja radionuklidnog snimanja bubrega kod odraslih. Seminari iz nuklearne medicine 2015; 45: 428–439

[5] Edelman RR. Istorija MR snimanja se vidi kroz stranice radiologije. Radiology 2014; 273: S181–S200

[6] Caroli A, Pruijm M, Burnier M et al. Funkcionalna magnetna rezonanca bubrega: gdje smo? Perspektiva Evropske COST Action PARENCHIMA. Nephrol Dial Transplant 2018; 33: ii1–ii3

[7] Chandarana H, Lee VS. MRI funkcije bubrega: Jesmo li spremni za kliničku primjenu? Am J Roentgenol. American Journal of Roentgenology 2009; 192: 1550–1557

[8] Početna|Parenchima. 2021 https://renalmri.org/ [9] Mendichovszky I, Pullens P, Dekkers I et al. Tehničke preporuke za kliničko prevođenje renalne MRI: konsenzus projekat Saradnje u nauci i tehnologiji Action PARENCHIMA. Magn Reson Mater Phy 2020; 33: 131–140

[10] Martirosian P, Boss A, Schraml C et al. Perfuzijska slika magnetnom rezonancom bez kontrastnog sredstva. Evropski časopis nuklearne medicine i molekularne slike 2010; 37: 52–64

[11] Martirosian P, Klose U, Mader I et al. FAIR true-FISP perfuziono snimanje bubrega. Magnetna rezonanca u medicini 2004; 51: 353–361

[12] Nery F, Buchanan CE, Harteveld AA et al. Tehničke preporuke zasnovane na konsenzusu za kliničko prevođenje renalne ASL MRI. Materijali magnetne rezonancije u fizici, biologiji i medicini 2020; 33: 141–161

Wecistanche usluga podrške - najveći izvoznik cistanchea u Kini:

Email:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/tel:+86 15292862950

Kupite za više detalja o specifikacijama:

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop

NABAVITE PRIRODNI ORGANSKI EKSTRAKT CISTANCHE SA 25% EHINAKOZIDA I 9% AKTEOZIDA ZA INFEKCIJU BUBREGA