بخشی از مقاله
چکیده
تغییرات مورفولوژیک مغز نوزادان شاخص مهمی در رشد مغز انسان میباشد و تحلیل کمی روند رشد آن در مطالعات عصبی سودمند میباشد. نکته مهم در تحلیل کمی رشد مغز نوزادان دقت زمانی مورد نیاز میباشد. این مقاله رشد مورفولوژیک مغز نوزادان را بطور عمومی بررسی کرده است تا براي اولین بار تخمین دقت زمانی مورد نیاز در هفتههاي پس از تولد بدست آید. بدین منظور در ابتدا دو بازه سنی 40- 39 و 42- 41 هفتگی از زمان شروع بارداري - Gestational Age - در نظر گرفته شد و دو مدل هندسی مبتنی بر تصاویر T1 ساخته شد. انحراف مکانی برخی نشانگرهاي آناتومیک و متوسط میانگین و بیشینه طول دگردیسی - Deformation - مکانی در 11 تصویر ساخت مدل هندسی و 7 تصویر تست یکسانسازي شده به مدل هندسی مقایسه و بررسی شدند.نتایج آزمون t با بیشینه مقدار p برابر 0/03 تفاوت معنیدار در مکان ویژگیهاي آناتومیک و متوسط میانگین و بیشینه طول بردار دگردیسی مکانی را در این دو بازه سنی نشان داد. با توجه به نتایج مطروحه در محدوده سنی 42- 39 هفتگی GA میتوان نتیجه گرفت که دقت زمانی دو هفتگی، کمینه دقت زمانی در هفته-هاي پس از تولد براي ساخت مدل هندسی بمنظور بررسی رشد مغز در سطح ماکروسکوپیک میباشد.
کلید واژه- رشد مغز، دگردیسی مکانی، دقت زمانی ، مدل هندسی نوزادان.
-1 مقدمه
مطالعه رشد مغز و تغییرات شکل ناشی از آن در تصاویر تشدید مغناطیسی نه تنها براي نمایش و بررسی رشد طبیعی مغز مناسب میباشد بلکه بدینوسیله میتوان منشاء بیماريهاي عصبی که در زمانهاي خاصی بروز میکند را هم شناخت .[1]شکل مغز و تغییرات آن یک موضوع مهم در تحقیقات پزشکی میباشد. دانستن تغییرات مورفولوژیک مربوط به بیماري خاص میتواند به زمان وقوع، رشد بیماري و به پیشگیري و درمان به -موقع آن کمک کند. کاربرد دیگر مطالعه رشد مغز در بررسی تغییرات مورفولوژیک ناشی از سن و جنسیت میباشد .[2]رشد مغز در دو سال اول زندگی بخصوص در هفتههاي ابتدایی پس از تولد با سرعت صورت میگیرد. بنابراین به نظر میرسد که دانش دقیق رشد سریع مغز در این دوره بسیار حائز اهمیت باشد. با استفاده از تصاویر تشدید مغناطیسی کمیسازي رشد قشر مغز نوزادان امکانپذیر میباشد 3]، .[4
در مراجع 2]، [5 مرور رشد مغز مبتنی بر تصاویر تشدید مغناطیسی دیده می-شود. براي حفظ اطلاعات و امکان مقایسه بین سوژهها و یا مقایسه یک سوژه در طول زمان و یافتن دانش عمومی از رشد مغز، یکسانسازي و قرارگیري همه تصاویر در یک فضاي یکسان امري ضروري و اجتنابناپذیر میباشد 2]، 6 و .[7 با یکسان-سازي مکانی، هر تصویر مغز به فضاي مشترك تعریف شده توسط مدل هندسی اطلس یا فضاي استروتکسیک تبدیل می-شود. مدل هندسی مغز شامل دانش پیشین مغز انسان است که براي یکسانسازي مکانی تصویر جدید مغز مناسب میباشد .[8]مرجع [9] اطلس مبتنی بر سن را پیشنهاد داد. مراجع [10] و [11] تاثیر مدلهاي هندسی بزرگسالان برروي یکسانسازي تصاویر کودکان و بزرگسالان بررسی کردند. مرجع [12] نشان داد که یکسانسازي تصاویر کودکان به اطلس کودکان نیاز به یکسانسازي غیرخطی کمتري در مقایسه با یکسانسازي آنها به اطلس بزرگسالان دارد. بنابراین آنها اطلس کودکان - 18-5 - ساله را در [13] ارائه کردند.
یک اطلس احتمالی براي نوزادان - 15-9 - ماهه در [14] ارائه شد. مرجع [15] با استفاده از دو تصویر تشدید مغناطیسی با وزن T2 مربوط به دو نوزاد سه ماهه اولین اطلس نوزادان را ارائه کردند. [16]، [19-17]، 20]، [21 اطلس-هاي احتمالی و مبتنی بر یک سوژه را ساختند. بهرحال رشد سریع تغییرات اندازه و شکل ساختارهاي مغزي در ماههاي اولیه زندگی بخاطر رشد سریع مغز و چینخوردگیهاي قشر مغز نیاز به اطلس وابسته به زمان در این بازه سنی را اجتناب ناپذیر می-کند .[8] در [6] اطلس احتمالی چهار بعدي وابسته به زمان براي نوزادان 29 تا 44 هفتگی GA ارائه شده است. این اطلس ابزار ناحیهبندي مغز در دوره مذکور را ارائه میدهد و اطلس مذکور براي تحلیل و مطالعات مورفولوژیک شکل مناسب و کارا نمیباشد.
بعلاوه نویسندگان مقاله هیچگونه تحلیل آناتومیک ناشی از تغییرات رشد مغز انجام ندادهاند. در [22] هم مدل هندسی چهار بعدي وابسته به زمان براي نوزادان 28 تا 44هفتگی GA ساخته شده است که آنها از هسته رگرسیون وابسته به زمان بین بازههاي زمانی استفاده کردهاند تا بر پراکندگی متغیر سوژهها در سنین مختلف فائق آیند. در مقاله مذکور تنها پارامترهاي عمومی مثل حجم ساختارهاي مختلف مغز در طی زمان بررسی شده است و تحلیل محلی و آناتومیک مغز و ساختارهاي آن بررسی نشده است.با توجه به نمودارهاي رشد مغز، رشد مغز نوزادان شیب بسیار بالایی را در هفتههاي اول پس از تولد دارد .[23] براي مطالعات رشد مغز در این سنین ضروري است که بازههاي سنی مناسب در نظر گرفته شود.
با توجه به مطالعات انجام شده، تاکنون دقت زمانی مناسب براي ارزیابی محلی و آناتومیک مغز در هفتههاي اولیه پس از تولد - یا حتی ماههاي اولیه - مورد ارزیابی و تخمین قرار نگرفته است. بنابراین تحقیق و بررسی تغییرات شکل و تحلیل محلی و آناتومیک بخصوص براي مطالعه رشد طبیعی ضروري میباشد. در این مقاله دو بازه سنی 40-39و 42-41 هفتگی GA که در این بازهها رشد مغز و تغییرات مورفولوژیک بسیار بالا میباشد، در نظر گرفته شد تا کمینه فاصله زمانی معنیدار مربوط به تحلیل ویژگیهاي ماکروسکوپیک با استفاده از مدلهاي هندسی ساخته شده در مرجع [17] در این بازههاي سنی بررسی و مطالعه گردد.همچنین این بازه سنی براي تحلیل رشد طبیعی مغز و بکارگیري آن در پزشکی بسیار حساس و مهم میباشد.
در این مطالعه دو مدل هندسی در بازههاي سنی 40-39 و 42-41 هفتگی GA با استفاده از روش مطرح در مقاله چاپ شده [17] ساخته شد. با استفاده از ویژگیهاي آناتومیک در سطح ماکروسکوپیک [24] و نیز دگردیسی مکانی مغز ارزیابی تفاوتهاي عمومی مغز انجام شد. این ویژگیهاي آناتومیک و متوسط میانگین و بیشینه طول دگردیسی مکانی، تفاوتهاي ناشی از رشد مغز و اثر بکارگیري مدل هندسی وابسته به سن را نشان میدهد. نتایج نشان داد که دقت زمانی دو هفتهاي براي تحلیل ویژگیهاي ماکروسکوپیک، دقت زمانی مناسب و معنی دار میباشد. در ادامه، در بخش 2 روش کار توضیح داده میشود.بخش 3 به نتایج مربوطه اختصاص دارد و در نهایت بحث و جمعبندي در بخش 4 بیان شده است.
-2 روش
-1-2 خصوصیات تصاویر نوزادان براي ساخت مدل هندسی از پایگاه داده اي متشکل از 33تصویر MRI از نوع T1 گرفته شده از نوزاد با رده سنی 39 تا 42هفتگی - GA - در زمان تولد استفاده شده است که تصاویر مربوطه مجوز تحقیق از بیمارستان University-hospital – Amiens - France براي این مطالعه را دارند.پس از مطالعه تصاویر توسط یک رادیولوژیست متخصص کودکان و نوزادان، تصاویر MRI گرفته شده از 18 نوزاد براي ساخت و ارزیابی مدل هندسی انتخاب شدند. از بین این 18تصویر، 11 تصویر براي ساخت مدل هندسی انتخاب شده و 7تصویر باقیمانده نیز بعنوان تصاویر ارزیابی یا تست مورد استفاده قرار گرفتند.
-2-2 تحلیل ویژگیهاي ماکروسکوپیک جهت تحلیل ویژگیهاي ماکروسکوپیک در گام اول، مدلهندسی براي هر بازه سنی نوزادان ساخته میشود و در گام دوم، ویژگیهاي آناتومیک و دگردیسیهاي مکانی تحلیل میشوند.تصاویر به دو بازه سنی 40-39 هفتگی 5 - GA تصویر براي ساخت مدل هندسی و 4 تصویر براي آزمایش - و 42-41 هفتگی6 - GA تصویر براي ساخت مدل هندسی و 3 تصویر براي آزمایش - تقسیمبندي میشوند.
-1-1-1 ساخت مدل هندسی مدلهاي هندسی با استفاده از تصاویر تشدید مغناطیسی باوزن T1 در دو بازه سنی 40-39 و 42-41 هفتگی GA ساخته شدند. بطور معمول مدل هندسی ایجاد شده شامل دو ویژگی است: متوسط شدت روشنایی و متوسط شکل. یکسانسازي تصاویر به یک فضاي مشترك با استفاده از جعبه ابزار SPM5 درMATLAB و جعبه ابزار [25] Deformation انجام شد.به منظور ساخت مدل هندسی، مدل هندسی ارائه شده
-3-1-1[17] بعنوان مرجع درنظر گرفته شد. سپس براي کاهش اختلاف عمومی شکل و مکان، همه تصاویر به صورت خطی به مرجع یکسانسازي میشوند. در مرحله بعد، تصاویر یکسانسازي شده خطی بطور غیرخطی به مدل هندسی مرجع با استفاه از روش ارائه شده در [25] یکسانسازي میشوند. متوسط دگردیسیهاي معکوس به تصاویر یکسانسازي شده اعمال میشود و با استفاده از متوسط نتایج حاصل، مدل هندسی بدست میآید.
-2-1-1 تحلیل ویژگیهاي آناتومیک براي ارزیابی اثر انتخاب مدل هندسی از ویژگیهاي آناتومیک و براي تایید لزوم مدل هندسی وابسته به زمان با دقت زمانی مناسب براي نوزادان، انحراف مکانی ویژگیهاي آناتومیک پس از یکسانسازي اندازهگیري شد. براي این منظور، جابجایی مکان نشانگرهاي آناتومیک از پیش تعیین شده در مغز پس از یکسانسازي به مدلهاي هندسی نوزادان T39-40 - و - T41-42بررسی میشود. ویژگیهاي آناتومیک پس از یکسانسازي خطی و غیرخطی محاسبه میشوند. این روش ارزیابی قبلا در مراجع10]، [26 براي مقایسه دقت یکسانسازي تصاویر کودکان و بزرگسالان به فضاي استروتکسیک مشترك تعریف شده با مدل هندسی بزرگسالان استفاده شده است.
تحلیل دگردیسی مکانی
دگردیسی مکانی میزان انحراف غیرخطی محلی در یکسان-سازي را تحلیل میکند. کوچک بودن این ویژگی شباهت شکل بین تصویر مورد مطالعه و مرجع را نشان میدهد. با این ویژگی میتوان تاثیر انتخاب مدل هندسی در یکسانسازي غیرخطی تصویر به مدل هندسی و لزوم خلق مدل هندسی وابسته به سن را نشان داد.بردار دگردیسی غیرخطی که نمایش دهنده فاصله بین نقاط متناظر مدل هندسی یکسانسازي شده خطی است، با استفاده از یکسانسازي غیرخطی محاسبه شد. بردار دگردیسی به صورت اطلاعات حجمی ذخیره شد و متوسط و انحراف معیار براي میانگین و بیشینه طول دگردیسی غیرخطی محاسبه شد. در این ویژگیها، میانگین و انحراف معیار کوچکتر انطباق بهتر تصویر و مدل هندسی را نشان میدهد.
-3 نتایج
-1-3 ساخت مدل هندسی مدل هندسی نوزادان مطابق با روش مطرح در بخش 1-2-2ساخته شد. مدلهاي هندسی خلق شده در دو بازه زمانی مورد مطالعه در شکل 1 نشان داده شده است. مدلهاي هندسی -40 T39 و T41-42 در شکل 1 به ترتیب از 5 و 6 تصویر ساخته شده-اند. دقت تفکیک مدلها برابر 0/47×0/470×0/47میباشد و همه سر که شامل مغز، ساقه مغز و مخچه میباشد را دربرمیگیرد.
-2-3 تحلیل ویژگیهاي آناتومیک جدول 1 نتایج مربوط به تغییرات مکان نشانگرهاي آناتومیAC - Anterior Comisure - و PC - Posterior Commisure - را نسبت به مدلهاي متفاوت نشان میدهد. مختصاتهاي سه بعدي AC و PC در 11 تصویر یکسانسازي شده به صورت دستی استخراج و بعنوان نشانگر استفاده شدند. جدول 1،میانگین و انحراف معیار فاصله بین AC و PC در تصاویر یکسان-سازي شده و نقاط متناظرشان در هر مدل هندسی را نشان می-دهد.
