Inkstų funkcijos įvertinimo naudojant magnetinio rezonanso tomografiją sistema

Abstraktus tikslas: Nefrologaiempiriškai numatėinkstų funkcijaišinkstų morfologija. Diagnozuojant neaiškios eigos inkstų funkcijos sutrikimo atvejį, ūminis inkstų pažeidimas ir lėtinė inkstų liga diagnozuojami atlikus kraujo tyrimus ir vaizdinį tyrimą, įskaitant magnetinio rezonanso tomografiją (MRT), ir nustatoma tyrimo/gydymo politika. Siūloma sistema inkstų funkcijai įvertinti iš vandens vaizdų, gautų naudojant Dixon metodą, kad būtų pateikta informacija, padedanti gydytojams tiksliai įvertinti diagnozę.inkstų funkcijaremiantis inkstų MRT.

SPAUSKITE ČIA, KAD GAUTI NATŪRALĮ ORGANIŠKŲ CISTANČIŲ EKSTRAKTĄ, SU 25% ECHINAKOZIDU IR 9% AKTEOZIDU, TURINČIŲ INKSTU FUNKCIJĄ

Metodas:Siūloma sistema susideda iš keturių etapų. Pirma, inkstų sritis išgaunama MRT, naudojant Dixon metodą su U tinkleliu gilaus mokymosi būdu. Antra, išskirta inkstų sritis registruojama su tiksline kauke. Trečia, inkstų ypatybės apskaičiuojamos pagal specialisto sukurtą tikslinės kaukės klasifikacijos informaciją. Ketvirta, apskaičiuotaglomerulų filtracijos greitis(eGFR), atstovaujantisinkstų funkcijayra įvertintas naudojant regresijos palaikymo vektorių mašiną iš apskaičiuotų savybių.

Rezultatai:Norėdami įvertinti tikslumą, eksperimentavome, kad įvertintumeeGFRkai buvo atliktas MRT ireGFRnuolydis, o tai yra metinis eGFR mažėjimo tempas. Įvertinus 165 tiriamųjų tikslumą, nustatyta, kad eGFR vidutinė kvadratinė paklaida (RMSE) yra 11,99, o koreliacijos koeficientas – 0,83. Be to, apskaičiuota, kad eGFR nuolydžio RMSE yra 4,8, o koreliacijos koeficientas yra 0,5.

Išvados:Todėl siūlomas metodas parodo galimybę įvertinti inkstų funkcijos prognozę, remiantis Diksono metodu gautais vandens vaizdais.

Raktiniai žodžiai:kiekybiškai įvertintaglomerulų filtracijos greitis; magnetinio rezonanso tomografija;inkstas.

1. Įvadas

Lėtinė inkstų liga(CKD) apibrėžiamas kaip nuolatinis įvertintųglomerulų filtracijos greitis(eGFR) į<60 mL∕ min per 1.73 m2, the presence of abnormalities suggestive of renal injuries, such as proteinuria, or both.1,2 When CKD progresses, renal replacement therapy is required. Moreover, CKD is also important as an underlying condition related toarteriosklerozėirimunodeficitas, taipCKDgalima manyti, kad tai susiję su keliomis pagrindinėmis mirties priežastimis.1,2 CKDyra pasaulinė medicininė problema, kuria serga nuo 8% iki 16% viso pasaulio gyventojų.3 Dėl daugybės ŠKL priežasčių įvairovės nėra specifinės terapinės intervencijos, todėl būtina anksti nustatyti ligą ir kontroliuoti jos rizikos veiksnius. inkstų pažeidimas.

Kai nefrologas gydo pacientą suinkstų funkcijos sutrikimaskai klinikinė eiga nežinoma, nefrologas, be laboratorinių duomenų ir ligos istorijos, dažnai nurodo inkstų vaizdavimo rezultatus. Šiuo tikslu naudinga atlikti inkstų ultragarsą, pilvo organų rentgeno kompiuterinę tomografiją ir inkstų magnetinio rezonanso tomografiją (MRT). Nefrologas numato galimą inkstų funkciją pagal morfologiją ir atspindi šią galimybę planuodamas gydymą. Magnetinio rezonanso tomografija pasižymi ypač gera minkštųjų audinių kontrasto raiška, o naudojant tinkamus vaizdo gavimo metodus galima gauti išsamios informacijos apie vidinę inksto struktūrą, pvz., kortikomeduliarinę sienelę.4 Be to, MRT taip pat gali pateikti duomenis apie fiziologinius inkstų aspektus. Kraujo prisotinimo deguonimi T2* vertėpriklauso nuo lygio(BOLD) metodas yra išemijos/hipoksijos rodiklis, dėl kurio gali progresuoti ŠKL, ir jis reikšmingai koreliuoja su ŠKL pablogėjimo greičiu.5,6 Pagal difuziją svertinio vaizdo tariamasis difuzijos koeficiento reikšmė yra indeksas. yra susijęs su inkstų fibroze ir reikšmingai koreliuoja su patologiniais inkstų biopsijos radiniais.7 Kaip aprašyta aukščiau, yra daug lūkesčių, susijusių su MRT kaip neinvaziniu ir daugialypiu inkstų vertinimo metodu, tačiau MRT turi vieną trūkumą – nėra metodo išsamiam kiekybiniam įvertinimui. vaizdų.

Tradiciškai medicininiai vaizdai buvo matuojami dominančio regiono (ROI) metodu. Taikant ROI metodą, pasirenkama stačiakampė arba apskrita sritis, o vidutinė signalo intensyvumo reikšmė šioje srityje naudojama kaip reprezentatyvi reikšmė. Šio metodo problemos apima galimybę, kad dėl savavališkų stebėtojo priimtų sprendimų gali kilti sunkumų įtraukiant vietos informaciją ir tai, kad galima išmatuoti tik dalį vaizdo. Pruijm ir kt.5 pasiūlė 12-sluoksnio koncentrinių objektų (TLCO) metodą inkstų regionui analizuoti, padalijant šią sritį į 12 sluoksnių. TLCO metodas yra inkstų srities vidinės ir išorės žymėjimo ir visos srities analizės metodas, pagrįstas 12 sluoksnių. Inksto išorinės (žievės) ir vidinės (meduliarinės) sritys turi skirtingą struktūrą ir funkcijas, o TLCO metodas atsižvelgia į savotišką inksto struktūrą. Be to, buvo pranešta, kad TLCO metodas yra stabilesnis nei ROI metodas, nes visas inkstų regionas yra stratifikuojamas ir analizuojamas tiesiog nurodant išorines ir vidines sritis.8 Tačiau kliniškai gauti vaizdai gali būti atrofuoti arba deformuoti, kai inkstai yra pažeisti ir gali turėti individualių skirtumų arba turėti cistų. Todėl ne visada įmanoma tolygiai padalinti inkstus į kelis sluoksnius, todėl rezultatai nestabilūs. Todėl norisi visiškai automatinio ir stabilaus inkstų analizės metodo.

Kaip išsamų inkstų vaizdų kiekybinio įvertinimo metodą, Kuo ir kt.9 pasiūlė metodą eGFR apskaičiavimui tyrimo metu naudojant giluminį mokymąsi ir ultragarsinius vaizdus. Priešingai,kompiuterinė diagnostikaBuvo pranešta apie inkstų MRT (CAD) tyrimus ir persodintų inkstų tyrimus. Khalifa ir kt.10 pasiūlė sistemą, kuri įvertina persodintų inkstų atmetimą naudojant laiko eilučių dinaminio kontrasto padidinto magnetinio rezonanso (DCE-MRI) metodą. Taikant šį metodą, vaizdai, gauti naudojant laiko eilutes DCE-MRT, sulygiuojami, o inkstų sritis išgaunama naudojant lygio nustatymo metodą. Tada išlygiavimas koreguojamas, o žievė apskaičiuojama ir analizuojama pagal išskirto inkstų srities ryškumą. Shehata ir kt.11 pasiūlė persodintų inkstų atmetimo įvertinimo metodą naudojant giluminį mokymąsi. DCE-MRT metodui reikalinga kontrastinė medžiaga ir jo negalima naudotiŠKL atvejų. Be to, sunku išskirti žievę, atsižvelgiant į ryškumą sutrikusiuose inkstuose.

Šiame tyrime bandėme išspręsti minėtas problemas ir sukurti išsamų inkstų MRT vertinimo metodą, kuris gali būti taikomas kaip klinikinis tyrimas. Išnaudojant glaudų ryšį tarp inkstų morfologijos ir inkstų funkcijos, taikiniui įvertinti buvo naudojami vandens vaizdai, naudojami Dixon metodu, siekiant įvertinti vidinę inksto struktūrą, o teisinga etiketė buvo eGFR, kuri yra inkstų indeksas. funkcija. Diksono metodai priklauso nuo riebalų ir vandens rezonanso dažnio skirtumo, todėl gaunami tik riebalų, tik vandens, fazės ir nefazės vaizdai.12 Inkstuose, kur gausu vandens organo parenchima yra apsupta riebalų, Dixon ar panašūs riebalų slopinimo vaizdai aiškiai išskiria inkstų parenchimą nuo aplinkinės struktūros. Siūlome metodą, kaip išgauti inkstų sritį iš magnetinio rezonanso vaizdų su U tinkleliu, paverčiant išskirtą inkstų sritį į nestandžią kūną tikslinėje kaukėje, o tada išanalizuoti šią sritį pagalTLCOtikslinės kaukės.

1 pav. Siūloma CAD sistema, skirta glomerulų filtracijos greičio nuolydžiui įvertinti naudojant MRT naudojant Dixon metodą.

2 Medžiaga ir metodai

Siūloma automatizuota sistema parodyta 1 pav. Siūloma sistema naudoja šiuos keturis etapus Diksono metodo MRT apdoroti:

1. Inkstų srities segmentavimas nuo aplinkinių pilvo struktūrų U formos tinkleliu.

2. Triukšmo šalinimas trimačiu (3D) ženklinimu. 3. Nestandartinė inkstų srities ir tikslinės kaukės registracija. 4. TLCO apskaičiavimas. 5. Inkstų funkcijos (eGFR) įvertinimas regresijos palaikymo vektoriaus mašina (SVM).

Šiame darbe siūlomas automatinis TLCO (A-TLCO) metodas, kuris kompensuoja anksčiau pranešto TLCO metodo trūkumus ir automatizuoja matavimo procesą. Išsami informacija apie metodą aprašyta toliau, siekiant atskirti siūlomą metodą nuo įprasto rankinio TLCO metodo.

2.1 Inkstų sritis

Yra segmentuotas iš aplinkinių pilvo struktūrų U formos tinkleliu. Šiame tyrime panaudoto Dixon metodo vandens vaizdai turi aiškų inkstų sritį. Be to, šiame skyriuje aprašomas grubus inkstų srities ištraukimas. Todėl nusprendėme naudoti U tinklelį, kuris, kaip žinoma, suteikia gerų rezultatų medicininių vaizdų išgavimui iš ploto. 13 Buvo panaudotos Dixon vandens vaizdų vainikinės pjūviai. Viename objekte yra nuo trijų iki šešių vaizdų, o vaizdo dydis yra 320 × 320. Naudojome 1201 vaizdą iš 174 atvejų. Visi vaizdai buvo sukurti specialisto kaip inkstų segmentacijos vaizdas. 2 paveiksle parodytas U formos tinklas, naudojamas inkstų srities ekstrakcijai. Tinklas skiria tris klases: inkstus, inkstų ribas ir kitus audinius. Tačiau inkstų ribų klasėje, palyginti su kitomis audinių klasėmis, yra nesubalansuotas mėginių pasiskirstymas. Mes panaudojome svertinį kryžminės entropijos praradimą, kad kompensuotume šį disbalansą ir pasiektume tikslesnį mokymąsi treniruodami tinklą. Tinklo išvesties ir tikrosios etiketės palyginimui naudojome „softmax“ su svertiniu kryžminės entropijos nuostoliu.

2 pav. Šiame tyrime inkstų srities ekstrakcijai naudojama U tinklo architektūra.

3 pav. Inksto srities ištraukimo U tinkle rezultatai: (a) originalas, (b) kaukė ir (c) rezultatas.

Išlaidų sumažinimas 50 epochomis buvo atliktas naudojant adaptyvų momento įvertinimo optimizatorių, kurio mokymosi greitis yra 0,0001. Šio tinklo mokymo laikas buvo ~1 h darbo vietoje su NVIDIA TITAN RTX GPU × 2. Iš viso 1201 vaizdas buvo suskirstytas į 600 ir 601 vaizdą, o inkstų regionui išskirti buvo atlikta klasifikacija. Tada visiems tiriamiesiems buvo atliktas inkstų funkcijos įvertinimo eksperimentas. 3 paveiksle parodyti ekstrahavimo rezultatai, gauti naudojant U-net. 3 paveikslas (a) yra įvesties vaizdas, o 3 (b) paveikslas yra mokytojo vaizdas. 3(c) paveiksle parodytas ekstrahavimo rezultatas. Galima patvirtinti, kad yra nedaug klaidingų teigiamų rezultatų ir kad galima išskirti sritį, esančią netoli inkstų srities.

2.2 Klaidingas aptikimas

Pašalinimas naudojant 3D ženklinimą Nors U-net aptiktas inkstų regionas buvo labai tikslus, buvo aptikta klaidinga. Klaidingi teigiami rezultatai išgaunami kitiems organams nei inkstai, kaip parodyta 4 pav. (b). Taip gali būti todėl, kad kai U-net mokomas naudoti 64 × 64 pataisas, prarandama erdvinė informacija, didesnė nei pataisos dydis. Siekiant pagerinti šią problemą, svarstomi metodai, įskaitant inkstų vietos nustatymą objekto aptikimo būdu, pvz., Faster R-CNN14 arba YOLOv3,15, ir semantinio segmentavimo taikymą siaurame regione. Tačiau šiame tyrime U-neto inksto riba yra gerai atskirta, o kitiems organams yra mažai klaidingų teigiamų rezultatų, todėl nereikia apsunkinti proceso. Todėl nusprendėme atlikti 3D žymėjimą kiekvienam dalykui ir neįtraukti kitų sričių, išskyrus tas, kurių plotas yra didelis. Apdoroti rezultatai parodyti 4 pav. 4(a)–4(c) paveiksluose parodyti išgavimo U tinkle rezultatai. Galima patvirtinti, kad klaidingai teigiami rezultatai atsiranda kitose nei inkstų srityse. 4(d)–4(f) paveiksluose parodyti 3D žymėjimo ir sričių, kurių 3D plotas yra 2500 pikselių arba mažesnis, išskyrimo rezultatai. Ši procedūra buvo pritaikyta visiems 1201 vaizdams ir buvo patvirtinta, kad nebuvo atvejų, kad inkstų sritis būtų atsitiktinai

4 pav. Inkstų plotas, gautas U tinkleliu: (a) 1 pjūvis, (b) 2 pjūvis ir (c) 3 pjūvis. Triukšmo srities pašalinimo 3D žymėjimu rezultatas: (d) 1 pjūvis, (e) 2 pjūvis ir (f) 3 pjūvis.

2.3 Nestandartas inkstų srities ir tikslinės kaukės registravimas

Veiksmingas inkstų funkcijos įvertinimo metodas yra išanalizuoti inksto struktūrą, įvertinant inkstą anatomiškai.5,16 Tačiau specialistui reikia laiko ir pastangų rankiniu būdu ištraukti inkstų sritį. Be to, rankiniai matavimai duos skirtingus rezultatus, priklausomai nuo specialisto. Todėl siūlome metodą, pagal kurį būtų galima automatiškai nustatyti visų vaizdų žievės ir smegenų padėtis, registruojant visus U tinkleliu išskirtus inkstų regionus į vieną tikslinę kaukę. Registracijos metodas atliekamas dviem etapais naudojant MATLAB funkciją. Pirmasis žingsnis yra ryškumu pagrįsta afininė transformacija. Ryškumu pagrįstas registracijos metodas apskaičiuoja dviejų vaizdų panašumą, pakartoja afininę transformaciją, kad panašumas būtų didelis, ir įvertina geometrinę transformaciją (vertimą / sukimąsi / mastelį / šlytį) su didžiausiu panašumu. Apdorojimo rezultatai parodyti 5 pav. 5 paveikslas (a) yra originalus vaizdas. 5(b) paveiksle parodyti inkstų srities ekstrahavimo U tinkle rezultatai. 5 paveikslas (c) yra tikslinė kaukė. 5 paveikslas (c) yra normalaus inkstų vaizdo, kurį ištraukė specialistas, inkstų sritis. Tipiškas pacientas turi du inkstus. Šiame tyrime mes analizuojame inkstus didesniu plotu. 5(b) pav. kairysis inkstas yra didesnis. Tokiu būdu kairysis inkstas ištraukiamas ir registruojamas su tiksline kauke. 5(d) paveiksle parodytas pseudospalvis tikslinės kaukės vaizdas ir pradinė ištraukto inksto padėtis. Pseudospalviniame vaizde tikslinė kaukė rodoma žalia spalva, išskirtas inkstas – rausvai raudona, o persidengiantys pikseliai – balta spalva. Afininės transformacijos rezultatas parodytas 5(e) pav. Toliau forma smulkiai modifikuojama registruojant naudojant ryškumu pagrįstą poslinkio lauką.9,10 Šiame darbe registracija atliekama naudojant poslinkio lauką, pagrįstą Thirion demonų algoritmu.1,2 Vaizdo modifikavimo rezultatas, parodytas 5(e) pav., naudojant poslinkio lauką, parodyta 5(f) pav. Puiki forma buvo pakeista, kad priartėtų prie tikslinės kaukės. 5(g) paveiksle parodyta galutinė vaizdo registracija.

5 pav. Standžios transformacijos rezultatas: (a) originalus vaizdas, (b) rezultatas naudojant U tinklelį, (c) taikinio kaukė, (d) pradinė padėtis, (e) afininė transformacija, (f) poslinkio laukas ir (g) ) registracijos rezultatas.

2.4 TLCO apskaičiavimas

Šiame tyrime inkstų funkcijos analizei naudojamas TLCO metodas. TLCO metodas nurodo vidinę (meduliarinė pusė) ir išorinė (žievės pusė) inkstų parenchimo ribas ir padalina inkstų sritį į 12 sluoksnių iš išorės į vidų. Sluoksniavimo metodas nėra paaiškintas TLCO darbe.8 Todėl šiame tyrime TLCO apskaičiavome naudodami geodezinį atstumo konvertavimą.17 Kai geodezinis atstumo konvertavimas įveda dvejetainį inkstų srities vaizdą ir sėklos vaizdą, atstumo konvertavimo vaizdas yra sugeneruotas pagal sėklos vaizdą. 6 paveiksle (a) parodytas specialisto ištrauktas dvejetainis inkstų srities vaizdas. 6(b) paveiksle parodytas specialisto padarytas sėklos vaizdas. 6(c) paveiksle parodytas pseudospalvinis geodezinio atstumo konvertavimo vaizdas. Tačiau vaizdas, parodytas 6 pav. (c), nebuvo gautas padalinus inkstų sritį į 12 sluoksnių. Todėl geodezinio atstumo konversijos rezultatas buvo normalizuotas į 12 sluoksnių. Tiksliau, sluoksnių skaičius buvo padalintas iš didžiausios vertės ir padaugintas iš 12. Normalizuoto geodezinio atstumo konvertavimo pseudospalvinis vaizdas parodytas 6(d) pav. Tikslinė kaukė yra labai svarbi, nes ji tiesiogiai veikia TLCO metodo skaičiavimą. Šiame tyrime nusprendėme naudoti dviejų tipų vaizdus – įprastą specialisto parinktą inkstų vaizdą ir didžiausio regiono inkstų vaizdą. Kadangi TLCO metodas padalija inkstą į 12 sluoksnių, sunku apskaičiuoti su mažu atrofuotu inkstu. Todėl inksto vaizdas su nedideliu plotu negali būti naudojamas kaip tikslinė kaukė. 7 paveiksle parodyti TLCO metodo taikymo pacientų MRT vaizdams rezultatai. 7 paveikslas (a) yra įprastas specialisto parinktas vaizdas. 7(b) paveiksle pavaizduoti specialisto atlikto inkstų srities ištraukimo iš 7(a) pav. rezultatai. 7(c) paveikslas yra pseudospalvinis vaizdas, padalintas į 12 sluoksnių TLCO metodu. 7 paveikslas (d) yra didžiausio ploto inksto vaizdas. 7(e) paveiksle parodytas specialisto, ištraukusio inkstų sritį iš 7(d) pav., rezultatas. 7(d) paveikslas yra pseudospalvinis vaizdas, padalintas į 12 sluoksnių TLCO metodu.

2,5 eGFR naudojamas įvertinimui

Inkstų funkcija pagal RSVM Taikant TLCO metodą, mes panaudojome 12 matavimų, po vieną kiekvienam sluoksniui, kad įvertintume MR signalo intensyvumo kortikomeduliarinį gradientą, remiantis šiais apibrėžimais: žievės

„Wecistanche“ – didžiausio cistansų eksportuotojo Kinijoje – pagalbinė tarnyba:

El. paštas:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp / Tel:+86 15292862950

Įsigykite daugiau specifikacijų:

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