PROTOCOLO ENIGMA. APLICACIÓN A ATLAS DE
ADNI-HHP
José María Sanz SanzETSIDI-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
Diagnóstico:• NC:
Normal/Control• MCI: Mild
Cognitive Impairment
• LMCI: Late MCI• AD: Alzheimer
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
NC MCI LMCI AD
Hombres 23 18 8 21
Mujeres 21 11 8 24
Total 44 29 16 45
Tabla 1: Distribución de los atlas por edad
Tabla 2: Distribución de los atlas por diagnóstico
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).
Skull-Stripping (ajuste grueso)
Bias correction 1
Skull-Stripping
(ajuste fino)
Transformación al espacio normalizado
Bias correction 2
Cálculo del ICV
Espacio nativo
Espacio normalizado
Protocolo ENIGMA (III)BETEliminación del cráneo (Skull-Stripping)Ajuste grueso (bajo valor de –f)Uso de BET
(Imágenes de Smith)
Protocolo ENIGMA (IV)FASTCorrección del sesgo magnético (Bias
correction)Uso de FAST
Imagen original
Sesgo
Imagen corregida
Protocolo ENIGMA (V)BET 2ª vezSegundo Skull-StrippingAjuste fino (mayor valor de –f que en el ajuste
grueso)Uso de BET
Se aplica a la imagen corregida.
Protocolo ENIGMA (VI)FLIRTObtención de las matrices de transformación
al espacio de referencia.Uso de FLIRT
Protocolo ENIGMA (VII)FAST 2ª vezSegmentación en diferentes tejidosUso de FAST
1. CSF
2. GM
3. WM
Protocolo ENIGMA (VIII)Cálculo del ICVUtiliza el determinante de la matriz en el
cálculo del ICV y los volúmenes parciales.
Protocolo ENIGMA con ADNI-HHP (I)Inspección visualSeparación de las imágenes que no estén
alineadas con los ejes.
ADNI_002_S_1261Bien orientada
ADNI_006_S_0322Requiere corrección
Protocolo ENIGMA con ADNI-HHP (II)Rotación en 3D Slicer (I)Línea de comisuras anterior y posterior
(ACPC)
ACPC
Protocolo ENIGMA con ADNI-HHP (II)Rotación en 3D Slicer (II)35 imágenes para rotarUsamos 3D Slicer (Boccardi)
Imagen originalADNI_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)BETPrimer Skull-StrippingValores bajos de –f (entre 0,25 y 0,4).Localización del centro de gravedad del
cerebro. Septo pelúcid
o
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 magnéticoSegundo 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)FLIRTTransformación al espacio normalizado
MNI152
Skull-Stripping 2 Imagen normalizada
Imagen referenciaMNI152
FLIRT
-ref
Protocolo ENIGMA con ADNI-HHP (VI)Propagación a etiquetasAplicamos a las etiquetas la misma matriz de
transformación que a las imágenes.
Skull-Stripping 2 + etiqueta
Imagen normalizada + etiqueta
Resultados (I). Índices DICELas imágenes inversas son resultado de
transformar al espacio de referencia y luego aplicar la transformación inversa.
Se han retirado 11 imágenes que presentaban defectos.
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
Resultados (II). VolumetríaCálculo de ICV
(numVoxeles > 0) · volumenVoxelvolumenVoxel = Spacing(1) · Spacing(2) ·
Spacing(3)Cálculo de volumetría del hipocampo
Igual que el ICV pero con las etiquetas.
Ejemplo: ADNI_003_S_0907ICV = 1292880,00 mm3
Hipocampo L = 3071,242 mm3
Hipocampo R = 3014,992 mm3
Desarrollos futurosFinalizar 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), 175-183.
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/