Sonia Pujol, PhD -1- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center 拡散テンソル画像 チュートリアル Sonia Pujol, Ph.D. Surgical Planning Laboratory Harvard University

Sonia Pujol, PhD -2- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center DTIチュートリアル このチュートリアルは Diffusion MR 画像から Slicer3 のソフトウェア を用いて, 重要な情報を 抽出する処理の紹介で ある.

Sonia Pujol, PhD -3- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center アウトライン このチュートリアルで扱う処 理： Diffusion MR 画像の読み込み 拡散テンソルの推定 白質の部分の tractography

Sonia Pujol, PhD -4- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center アウトライン この処理において用いる,Slicer3.4 で提供される 9 つのモジュール 1.Data 2.Volumes 3.Diffusion Tensor Estimation 4.Diffusion Tensor Scalar Measurements 5.Editor 6.LabelMap Seeding 7.Fiber Bundles 8.Fiducials 9.Fiducial Seeding

Sonia Pujol, PhD -5- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center データ詳細 このチュートリアルにおいて用いられるデータセット： - 12 個の勾配方向と 2 つの基準画像で得られた脳の拡散強調画像 → Diffusion Sensitizing Gradients 拡散強調画像

Sonia Pujol, PhD -6- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center DTI処理の流れ DWI の取得 テンソルの計 算 スカラーマッ プ 3D 表示

Sonia Pujol, PhD -7- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center 起動 ・ Linux/Mac ユーザー Slicer3.4 のディレクトリ にある Slicer3 の実行ファイル を起動 ・ Windows ユーザー 『スタート → すべてのプログラム → Slicer →Slicer3 』

Sonia Pujol, PhD -8- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Slicer Welcome SlicerWelcome モジュールは デフォルトモジュール → 特徴 ・ Slicer3 の GUI の概観 ・データの読み込み, 保存

Sonia Pujol, PhD -9- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Part 1: Diffusionデータの 読み込みと テンソルの推定

Sonia Pujol, PhD -10- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center DWIデータの読み込み File メニューより,Add Volume モジュールを選択

Sonia Pujol, PhD -11- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center DWIデータの読み込み DiffusionDataset ディレクトリを検索し, dwiDataset.nhdr を 選択. Apply をクリック.

Sonia Pujol, PhD -12- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center DWIデータの読み込み 2D viewer において,diffusion dataset の基準画像のスライス を表示

Sonia Pujol, PhD -13- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center テンソルの推定 Modules より, 『 All Modules → Diffusion Tensor Estimation 』を選 択.

Sonia Pujol, PhD -14- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center テンソルの推定 IO タグにおいて, 以下を設定 Input DWI Volume ： dwiDataset OutputDTIVolume ： Create New Diffusion Tensor Volume Output Baseline Volume ： Create New Volume Otsu Threshold Mask ： Create New Volume

Sonia Pujol, PhD -15- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center テンソルの推定 Estimation Parameters タグを開 き,Estimation Parameters 欄において LS ( Least Squares) を選択. Apply をクリック.

Sonia Pujol, PhD -16- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center テンソルの推定 Background 欄をクリックし, ボリューム データのリストを表示.

Sonia Pujol, PhD -17- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center テンソルの推定 Diffusion Tensor Estimation Volume は推定 されたテンソルのボリュームデータ. Diffusion Tensor Estimation Volume 1 は基 準画像. Diffusion Tensor Estimation Volume 2 はテ ンソルのマスク画像 ( 青色 ).

Sonia Pujol, PhD -18- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center テンソルの推定 Link アイコンを On 状態 にする ( 左クリッ ク ). Label 欄を None に設定.

Sonia Pujol, PhD -19- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center テンソルの推定 Modules ツールバーより,Volumes を選択

Sonia Pujol, PhD -20- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center テンソルの推定 Active Volume 欄を Diffusion Tensor Estimation 1 に設定し,Display を開く

Sonia Pujol, PhD -21- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center テンソルの推定 スライダーを用いて, 基準画像の Window/Level を コントラストが適切になるよう設定

Sonia Pujol, PhD -22- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center テンソルの推定 勾配なしで得られる基準画像のボリュームデータを 閲覧.

Sonia Pujol, PhD -23- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Part2: スカラー測定

Sonia Pujol, PhD -24- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center スカラー測定 Modules より,Diffusion→Diffusion Tensor Scalar Measurement を選択.

Sonia Pujol, PhD -25- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center スカラー測定 IO タグにおいて以下を設定： Input DTI Volume ： Diffusion Tensor Estimation Volume Output Scalar Volume ： Create New Volume Operation タグの Estimation Parameter に おいて,Fractional Anisotropy を選択. Apply をクリック.

Sonia Pujol, PhD -26- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center 異方性比率(Fractional Anisotropy)ボリューム Slicer viewer のメニューアイコン より, Show label volume outlines を選択

Sonia Pujol, PhD -27- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center 異方性比率 異方性比率のボリュームデータ上に 重ね合わせたテンソルのマスク画像 の輪郭線を青色の線として表示. 異方性比率(Fractional Anisotropy)ボリューム

Sonia Pujol, PhD -28- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center 異方性比率の画像上でマウスポイン タを置くと,0 から 1 の間の異方性比率 値が Background スライスにおける左 下の部分に表示される. 異方性比率(Fractional Anisotropy)ボリューム

Sonia Pujol, PhD -29- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Part 3: Tractographyに 基づいた 関心のある領域

Sonia Pujol, PhD -30- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center ラベルマップの生成 Modules より,Editor モ ジュールを選択 Volumes タグにおける Source Volume 欄において,Diffusion Tensor Scalar Measurements Volume を選択. Name for label map volume 欄にお いて, Working と入力し, Create Label Map をクリック.

Sonia Pujol, PhD -31- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center ラベルマップの生成 Slicer Viewer メニューアイコンより, Don’t Show label volume outlines を選択

Sonia Pujol, PhD -32- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center ラベルマップの生成 Tools タグの Label において値 を 2( ピンク ) に設定し,Paint アイ コン をクリック. Active Tool の Paint 欄に表示さ れる Radius を 2 に設定し, サジタ ル断面において, 脳梁内部の関 心のある領域を手動で囲む.

Sonia Pujol, PhD -33- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center ラベルマップSeeding Modules より, 『 All Modules → Labelmap Seeding 』モジュールを選 択

Sonia Pujol, PhD -34- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center ラベルマップSeeding IO タグにおいて, 以下を設定： Input DTI volume ： Diffusion Tensor Estimation Volume Input Label Map ： Working Output Fiber Bundle ： Create New Fiber Bundle

Sonia Pujol, PhD -35- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center ラベルマップSeeding Seed Placement タグより, Seed Spacing を 2 mm に設定. Tractography Seeding Parameters タ グより,Stopping Mode を Fractional Anisotropy に設定. (minimum tract length, maximum tract length, stopping value, stopping track curvature はデフォルト の値で設定 ) Label Definition タグより,Set Seeding label を 2 に設定. Apply をクリック.

Sonia Pujol, PhD -36- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center ラベルマップSeeding 3DViewer において, 脳梁領 域の内部における神経束が 表示される. カラーマップは神経束にお ける異方性比率の値を表す.

Sonia Pujol, PhD -37- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center ラベルマップSeeding Modules より, 『 All Modules → FiberBundles 』 モジュールを選択 し, Display タグ内の Tube タグをク リック. Visibility のチェック欄に チェックを入れる.

Sonia Pujol, PhD -38- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center ラベルマップSeeding 神経束を異方性比率の値で色づ けされた管 ( チューブ ) として表 示.

Sonia Pujol, PhD -39- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Part 4: 神経束の抽出・表 示

Sonia Pujol, PhD -40- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Fiducial Seeding Modules より,Fiducials モジュー ルを開く.

Sonia Pujol, PhD -41- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Fiducial Seeding Fiducial List を Create New FiducialList に設定

Sonia Pujol, PhD -42- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Fiducial Seeding FiducialList 欄をクリックし, Rename を選択

Sonia Pujol, PhD -43- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Fiducial Seeding Seed と名前を入力し, Apply をクリック

Sonia Pujol, PhD -44- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Fiducial Seeding Seed のリストに基点を加える ために アイコンをクリッ ク

Sonia Pujol, PhD -45- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Fiducial Seeding 3D Viewer 内に基点 Seed- P1 が現れる

Sonia Pujol, PhD -46- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Fiducial Seeding 上記の脳梁に位置づけられた 帯状束領域において基点を設 置

Sonia Pujol, PhD -47- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Fiducial Seeding Seed-P1 を選択 (tractograpy を行うためにこの基点を使 用 )

Sonia Pujol, PhD -48- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Fiducial Seeding Modules より, 『 All Modules → FiducialSeeding 』モジュールを開 く

Sonia Pujol, PhD -49- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Fiducial Seeding Tractography Seeding from Fiducial タグより, 以下を設 定： Select DTI Volume ： Diffusion Tensor Estimation Volume Select FiducialList or Model ： Seed Output FiberBundleNode:Create New FiberBundle

Sonia Pujol, PhD -50- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Fiducial Seeding Stopping Mode を Fractional Anisotropy に設定し, tractography パ ラメータの値を脳梁に使用した値に設 定： Stopping Value: 0.1 Stopping Track Curvature: 0.8 Integration Step Length: 0.8 mm Minimum Path Length: 10 mm Fiducial Seeding Step Size: 1.5 mm

Sonia Pujol, PhD -51- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Fiducial Seeding 基点 Seed-P1 からつながった神経 束を表示. この神経束は, 上記の脳梁における 帯状束の領域に関連している.

Sonia Pujol, PhD -52- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Fiducial Seeding 基点 Seed-P1 をコロナル断面におい て, 左側の帯状束から右側の一致す る帯状束へ移動.

Sonia Pujol, PhD -53- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Fiducial Seeding 移動後の新たな基点 Seed-P1 から追 跡された右側の帯状束を表示

Sonia Pujol, PhD -54- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center Part 5: DTIシーン の保存

Sonia Pujol, PhD -55- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center DTIシーン Modules より,Data モジュー ルを選択 このチュートリアルにお いて, 生成したボリューム データやモデルデータの リストを表示

Sonia Pujol, PhD -56- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center DTIシーンの保存 File メニューより,Save を選 択

Sonia Pujol, PhD -57- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center DTIシーンの保存 データを保存するためのディレク トリを Change Destination for All Selected から指定し,Save Selected をクリック

Sonia Pujol, PhD -58- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center DTIシーンの保存 File メニューより,Close Scene を選択し, 現在のシーンを閉じる.

Sonia Pujol, PhD -59- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center DTIシーンの読み込み File メニューより,Load Scene を選択し, 保 存したシーンデータ SlicerScene1.mrml の あるディレクトリを開く

Sonia Pujol, PhD -60- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center DTIシーンの読み込み SlicerScene1.mrml を選択し,Open をク リック

Sonia Pujol, PhD -61- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center DTIシーンの読み込み Modules より,Data モジュールを選 択

Sonia Pujol, PhD -62- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center DTIシーンの読み込み このチュートリアルで行って きた DTI シーンの要素を読み込 む

Sonia Pujol, PhD -63- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center 結論 このチュートリアルは Diffusion MR画像からSlicer3 のソフトウェアを用いて,重要 な情報を抽出する処理を紹介 するものである.

Sonia Pujol, PhD -64- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center 謝辞 National Alliance for Medical Image Computing NIH U54EB Neuroimage Analysis Center NIH P41RR013218

Sonia Pujol, PhD -65- National Alliance for Medical Image Computing Neuroimage Analysis Center 翻訳 スライド翻訳：木西 基 ** 監守：波多 伸彦 * * Surgical Plannninng Laboratory, Harvard Medical School ** 知的画像処理研究室, 立命館大学