طريقة المراقبة الفعالة لمرض الكلى المتعدد الكيسات: تتبع حجم الكلى

لمزيد من المعلومات: ali.ma@wecistanche.com

قياسات الحجم الكلي للكلية المؤتمتة ، التصوير بالرنين المغناطيسي قبل الإكلينيكي لتوفير موارد بيانات التصوير ، والشروح ، وكود المصدر

ماري إدواردز ، سيجابريا بريانان ، ديما أنعام ، أدريانا في غريغوري

نبذة مختصرة

كان الهدف من هذه الدراسة هو التحقق من صحة مجموع مؤتمت بالكاملالكلىالصوتطريقة قياس لتجارب القوارض قبل السريرية سريعة ودقيقة وقابلة للتكاثر ولتوفير هذه الموارد لمجتمع البحث. تعتبر دراسات القوارض التي تتضمن التصوير أمرًا بالغ الأهمية لمراقبة فعالية العلاج في أمراض مثلمرض تكيس الكلى. تستخدم الدراسات السابقة التجزئة اليدوية أو شبه الآلية ، والتي تستغرق وقتًا طويلاً ومن المحتمل أن تكون منحازة. لتطوير نظامنا الآلي ، تم تقسيم ما مجموعه 150 صورة رنين مغناطيسي محوري (MRI) من مجموعة متنوعة من نماذج الماوس يدويًا واستخدامها لتدريب / التحقق من صحة خوارزمية آلية. لاختبار التطبيق الطولي للنموذج ، تم تصوير أربعة فئران متحولة وأربعة فئران من النوع البري بالتتابع على مدى ثلاثة إلى اثني عشر أسبوعًا عبر التصوير بالرنين المغناطيسي. انقساماتالكلى(باستثناء الحوض الكلوي) تم إنشاؤه بالطريقة الآلية وقارئين مختلفين ، مع تكرار قارئ واحد

قياسات. تم حساب مقاييس التشابه والتحليل الطولي لتقييم أداء التشغيل الآلي مقارنة بالطرق اليدوية. لا يتطلب النهج الآلي إدخال المستخدم ، إلى جانب خطوة مراقبة الجودة المرئية النهائية. كانت مقاييس التشابه للطريقة الآلية مقابل التجزئة اليدوية على قدم المساواة مع المقارنات بين القارئ وداخله. وبالتالي ، يمكن استخدام نهجنا الآلي بالكامل الموصوف هنا بأمان في التجارب الطولية قبل السريرية التي تنطوي على تجزئة القوارضالكلىفي MRls الموزونة 2-.

انقر على Cistanche باللغة الأردية لمرض الكلى

المقدمة

لقد ثبت أن قياس حجم العضو يرتبط بالمظاهر السريرية ومراضة الأمراض مثل الكليالكلىالصوت(TKV) في جسمية سائدةمرض تكيس الكلى(PKD) ويستخدم للتأكد من فعالية التدخلات العلاجية ، والبحوث ، والتجارب السريرية ، وأمراض الكلى السريرية المتزايدة تستخدم هذه القياسات لمراقبة تطور المرض في كل من النماذج الحيوانية والمرضى ، وتقييم فعالية العلاجات ، والتنبؤ بالنتائج ".

حاليًا ، تُجرى الدراسات قبل السريرية بمعدل غير مسبوق للبحث عن علاجات جديدة لإبطاء تقدم PKD (مرض تكيس الكلى) ، والميزة الرئيسية للتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) في النماذج الحيوانية من PKD (مرض تكيس الكلى)هي القدرة على استخدام التصوير المرئي ، والذي يسمح بإجراء دراسات حجمية طولية تستخدم نفس الحيوان. العديد من الدراسات التي تتضمن تقسيمًا يدويًا للماوس يدويًا -12 شبه آلي و 5،14الكلىتم إجراؤها سابقًا.

لا تزال العديد من الطرق التي تعتبر آلية تتطلب إدخال المستخدم. تستخدم غالبية هذه الدراسات قبل السريرية التقسيمات اليدوية ، والتي تستغرق وقتًا طويلاً ومكلفة بالإضافة إلى إدخال تحيز المراقب. لذلك ، قام مختبرنا بتقييم التباين في قياس TKV وطور برنامج تحليل آلي لقياس TKV في فحوصات الرنين المغناطيسي لنماذج الفئران للمرض.

النتائج

تباين الدليل داخل وخارج الخادمالكلىالتقسيمات: يوضح الشكل 1 نتائج تحليل Bland-Altman لـ TKV كما تم قياسه يدويًا بواسطة قارئين (التباين الداخلي) وتكرار القياسات بواسطة القارئ 2 (التباين داخل الخادم). عندما تمت مقارنة القارئ 1 بالقارئ 2 ، كان هناك متوسط ​​فرق النسبة المئوية 7.7 بالمائة وفاصل الثقة 95 بالمائة ± 4.5 بالمائة. عندما أجرى القارئ 2 قياسات متكررة لنفس الصورة ، كان هناك فرق متوسط ​​النسبة المئوية -0. 5 بالمائة وفاصل ثقة 95 بالمائة ± 3.9 بالمائة. أشار تحليل الانحدار إلى وجود اتفاق عالٍ في TKV بين جميع الطرق ، مع قيمة R2 أكبر من أو تساوي 0 .99.

التحقق من صحة خوارزمية التجزئة الآلية كانت الطريقة الآلية مقارنة بكل قارئ فيما يتعلق بفرق النسبة المئوية لـ TKV مماثلة لتلك الخاصة بالتباين بين الخادم وداخل الخادم كما هو مقترح في مخططات Bland-Altman في الشكل 1. عندما تمت مقارنة القارئ 1 مع بالطريقة الآلية ، كان هناك فرق نسبة مئوية متوسط ​​قدره 5.2 في المائة وفاصل ثقة 95 في المائة قدره ± 5.8 في المائة. عند مقارنة القارئ 2 بالطريقة الآلية ، كان هناك فرق متوسط ​​النسبة المئوية -2. 5 بالمائة وفاصل ثقة 95 بالمائة ± 6.5 بالمائة.

التمييز بين الفئران من النوع البري والمتحولة: تم رسم المتوسط ​​و SD TKVs في كل نقطة زمنية لكل طريقة وفصلها عن طريق النمط الجيني (متحولة مقابل النوع البري). كما هو موضح في الشكل 2 ، يكون متوسط ​​TKV دائمًا أصغر في الفئران من النوع البري في كل نقطة زمنية مقارنة بالفئران المتحولة. توضح جميع الطرق الثلاثة (الآلية والقارئ 1 والقارئ 2) وجود فصل كبير بين نوع الماوس عند عمر 9 و 12 أسبوعًا.

الشكل 1 |Bland-Altman وتحليل الانحدار لـ (a ، e) interobserver و (b ، f) قياسات الحجم الكلي للكلية (TKV) داخل الخادم (تقاس بالملليترات) بالإضافة إلى الطريقة الآلية (Auto) مقارنة بالقارئ (c ، g) 1 و (د ، ح) القارئ 2. تظهر مخططات بلاند-ألتمان متوسط ​​الفرق (الخط الصلب) وفاصل الثقة 95 في المائة (الخطوط المنقطة). يوضح تحليل الانحدار الارتباط بين الطرق المقارنة.

نقاش

تحليلالكلىالصوتفي PKD (مرض تكيس الكلى)أحد أهم المقاييس المستخدمة حاليًا لوصف حالة المرض. قبل عملنا ، لم يكن هناك بديل للبحث عن المفقودين يدويًاالكلىفي أنظمة نموذجية من PKD (مرض تكيس الكلى). نظرًا للوقت المستغرق لتتبع هذه الهياكل ، فضلاً عن الوقت اللازم لتدريب شخص ما على إجراء هذه القياسات ، وإمكانية التباين بين المشغلين ، قمنا في هذه الدراسة بتطوير والتحقق من طريقة تجزئة مؤتمتة بالكامل لـ TKV. يتم حساب التجزئة الآلية في غضون دقائق (اعتمادًا على قوة الحوسبة) ، بينما تستغرق التجزئة اليدوية من 20 إلى 40 دقيقة. على عكس طرق التجزئة اليدوية أو حتى شبه الآلية ، ستنتج هذه الطريقة الآلية نفس النتائج الدقيقة في كل مرة يتم تطبيقها على نفس الصورة.

غالبًا ما تشمل التجارب قبل السريرية كلاً من مجموعة المراقبة ومجموعة (مجموعات) العلاج ؛ لذلك ، من الضروري أن تكون طريقة التزاوج التلقائي حساسة بدرجة كافية لاكتشاف اختلافات الحجم بين المجموعات بشكل مناسب. "يوضح الشكل 2 أن التقسيم اليدوي والتجزئة الآلية يظهران فاصلاً هامًا في المجموعات البرية والطفرة في عمر 9 أسابيع . على الرغم من أن الاتفاق العام كان ممتازًا ، إلا أن المقارنات المرئية أشارت إلى وجود خلافات طفيفة حول ما إذا كان يجب تضمين أو استبعاد الحوض الكلوي في مجموعة فرعية صغيرة من الشرائح. على الرغم من أنه من الشائع استبعاد الحوض الكلوي ، فقد ينخفض ​​التباين إذا طُلب من القراء تضمين الحوض الكلوي دائمًا. هذا الهيكل.

الطريقة الآلية المقدمة في هذه الدراسة لم يتم تطبيقها بعد على الصور الخارجية. من المهم ملاحظة أن شدة الإشارة تختلف عبر المواقع والماسحات الضوئية وعمليات اقتناء التصوير بالرنين المغناطيسي ، ومن المحتمل أن تحقق مجموعة بيانات تدريب أكبر مع حالات أكثر تنوعًا من أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي المختلفة نموذجًا أكثر قوة بسبب طبيعة خوارزميات التعلم العميق. غالبًا ما تحتاج الخوارزميات الآلية مثل هذه إلى إعادة التدريب على مجموعات البيانات الخارجية بسبب الاختلافات في إشارات التصوير بالرنين المغناطيسي. لذلك ، نوفر بيانات التصوير والتعليقات التوضيحية وكود المصدر لمجتمع البحث حتى تتمكن المجموعات الأخرى إما من استخدام نفس النموذج أو تطوير نموذج خاص بهم.

الشكل 2 |تم رسم الحجم الكلي للكلية للفئران البرية والطفرة بمرور الوقت (3-12 أسبوعًا من العمر) للطريقة الآلية (التلقائية) (على اليسار) ، والقارئ 1 (الأوسط) ، والقارئ 2 (على اليمين). توضح جميع الطرق الثلاثة فصلًا كبيرًا عن نوع الماوس في عمر 9 أسابيع. تشير أشرطة الخطأ إلى SD. * ف <0.>

طُرق

بيانات التدريب / التحقق: تم تدريب النموذج على 100 حالة وتم التحقق من صحته في 50 حالة. تتألف هذه الحالات الـ 150 من فئران بدرجات مرض متفاوتة الخطورة وفي مجموعة من الأعمار. مجموعة الاختبار عبارة عن مجموعة ثابتة تمامًا وهي ما قمنا بتقييمه في هذه المقالة.

مجموعة الدراسة الاختبارية: تمت مراجعة هذه الدراسة والموافقة عليها من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوان المؤسسية في Mayo Clinic. تتألف المجموعة من النوع البري C57Bl6 x 1296Svev / Tac (n=4 ؛ إناثان / ذكوران) و C57Bl6 × 129s6Svev / Tac (n=4 ؛ إناث / 2 يصنعان) PKD متحولة (مرض تكيس الكلى) الفئران طراز RC / RC. تعكس الفئران المتحولة المظهر البشري لـ PKD1 (مرض الكلى المتعدد الكيسات من النوع الأول) وراثيا وظاهريا. مات أحد الفئران الطافرة في منتصف التجربة وتم استبداله بفأر متحور آخر من نفس العمر في الأسبوع 9.

اقتناء الصور: تم إجراء التصوير باستخدام مطياف Avance DRX 700WB (Bruker BioSpin ، Billerica ، MA). تغطية كاملة لالكلىتم الحصول عليها من خلال اكتساب محوري TurboRARE T {0} أعيد بناؤه بدقة 0.1 مم داخل المستوى وسمك شريحة l-mm (حجم المصفوفة ، 256 × 256 × Z ، مع اختيار Z كبيرًا بما يكفي لتغطية المدى الكامل لالكلى). تراوح وقت المسح الإجمالي من 5 إلى 10 دقائق. في مجموعة الدراسة التجريبية ، تم تصوير كل فأر في 4- نقاط زمنية (3،6،9 و 12 أسبوعًا من العمر) ، تم إجراء النقاط الزمنية لكل فأر في غضون يومين من بعضها البعض لضمان التصوير المتسق المعلمات والحد من التغيرات البيئية. تحليل الصور

تم تتبع مناطق الاهتمام في كل عملية مسح باستخدام حزمة برامج التصوير (Analyze ، الإصدار 12. 0 ، Biomedical Imaging Resource ، Mayo Clinic ، Rochester ، MN). تم توجيه كل قارئ لاستبعاد الحوض الكلوي عندما لا يكون الحوض الكلوي مغلقًا بواسطةالكلىcapsule within the image slice. Manual segmentations took 20 to 40 minutes depending on the case. TKVs were calculated by first summing the number of voids contained within the seg-mentation on each slice and then multiplying the number of voxels by the voxel volume obtained from the image header. For the testing data,2 double-blind readers(1 and 2), both experienced in manual MRI segmentation, performed kidney segmentations on all scans. For intrareader analysis, reader 2 repeated the measurements at 2-time points (>بفارق 3 أشهر).

الطريقة التلقائية: تم تكييف نموذج الشبكة العصبية من نموذجنا السابق لقياس TKV من صور الرنين المغناطيسي الإكليلي 2- من عمليات المسح السريرية. تمت إتاحة شفرة المصدر والصور والتعليقات التوضيحية للجمهور على: https: /github.com/TLKline/AutoTKV _ MouseMRI.

التحليل الإحصائي: تم استخدام صور الرنين المغناطيسي المحورية 2- التي تم الحصول عليها لكل ماوس (ن =8) في كل نقطة زمنية (3،6،9 ، و 12 أسبوعًا) للتحليل الإحصائي. سمح ما مجموعه 32 صورة بمقارنة الصور المختلفة على مدى واسع من الأعمار والاختلافات في الأنماط الظاهرية. للتحقق من صحة الطريقة المؤتمتة بالكامل ، تم استخدام إحصائيات المقارنة لتقييم قدرة كل طريقة على فصل المجموعات البرية والمجموعات المتحولة. تم تحقيق ذلك من خلال رسم TKV وفقًا للنقطة الزمنية والفصل حسب نوع الماوس. كما تم تقييم قياسات KV ومعدلات النمو لكل طريقة باستخدام مخططات Bland-Altman والانحدار الخطي.

شكر وتقدير

تم دعم هذا العمل من قبل Mayo Clinic Robert M. و Bille Kelley Pirnie Translationalمرض تكيس الكلىالمركز والمعهد الوطني للسكري والجهاز الهضمي والكلىالأمراض

المراجع

1. Grantham JI Torres VE و Chapman AB et al. تقدم الحجم فيمرض تكيس الكلى. إن إنجل جي ميد. 20063542122-2130.

2. Torre VE و Chapman AB و Devuyst O و et al Tolvaptan في المرضى الذين يعانون من صفة جسمية سائدةمرض تكيس الكلى. N Engl JMed.2012367: 2407-2418.

3. Caroli A ، Perico N ، Perna A ، et al. تأثير نظير السوماتوستاتين طويل المفعول على نمو الكلى والكيس في جسمية سائدةمرض تكيس الكلى(ALADIN: تجربة عشوائية متعددة المراكز خاضعة للتحكم الوهمي لانسيت 2013: 382-1485-1495

4. والاس موانئ دبي ، هو YP ، هوانغ زل ، وآخرون. تتبعالكلىالصوتفي الفئران معمرض تكيس الكلىعن طريق التصوير بالرنين المغناطيسي. 2008 ؛ 73: 778-781.

5. جرانثام جى توريس VE. أهمية المجموعالكلىالصوتفي تقييم تطورمرض تكيس الكلى. نات ريف نفرول. 2016 ؛ 12667-677.

6. Higashihara E ، Torres VE ، Chapman AB ، وآخرون. Tolvaptan في جسمية سائدةمرض تكيس الكلى: خبرة ثلاث سنوات في Oin J Am Soc Nephrol 201162499-2507

7. Azbal MV.Rangel U.Berastralh EJ et a. تصنيف التصوير للجسيم الجسدي السائدمرض تكيس الكلى، نموذج بسيط لاختيار المرضى لتجربة سريرية.

8. Am So Nephrol.2015. 26: 160-172 8. Olazabal MV ، Mishra PK ، Torres VE ، وآخرون استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي للمجال الفائق في نماذج القوارض الصغيرةمرض تكيس الكلىللتنميط الظاهري في الجسم الحي ورصد الأدوية. J مقابل إكسب 2015: 100e52757.

9. Erokwu BO ، Anderson CE Flask CA ، وآخرون. تقييمات التصوير بالرنين المغناطيسي الكمي لجسم متنحي متنحيمرض تكيس الكلىالتقدم والاستجابة للعلاج في نموذج حيواني Pediatr Res. 2018 ؛ 83: 1067-1074.