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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/