MRI y PET-FDG O. Sotolongo - Fundació ACEdetritus.fundacioace.com/files/presentacion.pdf ·...

Procesamiento automático de imágenesMRI y PET-FDG

O. Sotolongo

Fundació ACEInstitut Català de Neurociències Aplicades

Diciembre 13, 2012

OSG (Fundació ACE) ACE pipeline for dummies versión 0.1 1 / 54

Antes de empezar

• http://imagen.fundacioace.com

Objetivos

Resumen

1 Objetivos

2 Introducción

3 Creación del estudioOrganización

4 MRIFreesurferMétricas MRI

5 PET-FDGEl problema del corregistroRegistro PET-FDGExtracción de cerebroSiguiendo con las PET-FDGMétricas PET-FDG

6 Conclusiones

Objetivos

When you can measure what you are speaking about, andexpress it in numbers, you know something about it, whenyou cannot express it in numbers, your knowledge is of ameager and unsatisfactory kind; it may be the beginning ofknowledge, but you have scarely, in your thoughts advancedto the stage of science.

William Thomson (Lord Kelvin)

Objetivos

• Construir un flujo de procesamiento ’automático’ de neuroimagen• Fácil de utilizar y documentado• Eficiente y flexible, hasta donde se pueda!

Objetivos

Introducción

Resumen

1 Objetivos

2 Introducción

6 Conclusiones

Introducción

Arquitectura Cliente - Servidor

• Todos los procesos seejecutan en el servidor

• El cliente se utiliza pararealizar una conexión einteractuar con estos procesos

Introducción

Arquitectura Cliente - Servidor

Introducción

Software utilizado

• FSL. Analysis Group, FMRIB, Oxford, UK• Freesurfer. Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging,

Harvard & NIH, USA• MINC Tools. McConnell Brain Imaging Centre (BIC), Montreal

Neurological Institute, McGill University, Canada• MRIcron. Chris Rorden, USC, USA• dicom3tools. David A. Clunie

Introducción

Como conectarse al servidor

• Herramientas necesarias• SSH Secure Shell, putty, Kitty, ...• Visor NIfTI-1 (MRIcron, FSLView, Mango, otros?)

Introducción

SSH Secure Shell

Introducción

SSH Secure Shell

Introducción

Los comandos shell (BASH)

Introducción

Los comandos shell (BASH)

Introducción

SSH Secure Shell

• imagen.fundacioace.com• nohup, screen

Introducción

SSH Secure Shell

• imagen.fundacioace.com• nohup, screen

Introducción

Comandos shell

• nohup, man• ls, cd, mkdir, cp• rm, mv• cat, less, wc, tail, head• nano, vim, emacs, ?• sort, sed, awk, grep

Introducción

Comandos shell

Introducción

Comandos shell

Introducción

Comandos shell

Introducción

Usando FSLView en remoto

• Instalar Servidor X→ Xming X Server• Configurar SSH Secure Shell para tunel X

Introducción

• Instalar Servidor X→ Xming X Server• Configurar SSH Secure Shell para tunel X• Lanzar fslview desde línea de comandos

Introducción

Creación del estudio

Resumen

1 Objetivos

2 Introducción

6 Conclusiones

Creación del estudio Organización

Configurando el estudio

• make_std.pl test• Crear data/test/test.csv

test.csv0095;con0096;mci0097;ad0098;mci0099;ad0100;mci0101;ad0106;ad...

• make_std.pl test• Crear data/test/test.csv

test.csv0095;con0096;mci0097;ad0098;mci0099;ad0100;mci0101;ad0106;ad...

Estructura del estudio• data/test/

• working/• test.csv

Cargando los DICOM

• raw2nii.pl test Directorio/donde/estan/los/DICOM/

• dti/• mri/• pet-fdg/• working/• test.csv

Cargando los DICOM

• raw2nii.pl test Directorio/donde/estan/los/DICOM/

• dti/• mri/• pet-fdg/• working/• test.csv

Resumen

1 Objetivos

2 Introducción

6 Conclusiones

MRI Freesurfer

Conversión a FreeSurfer

• fsl2fs.pl test

Estructura de FreeSurfer• data/subjects/

• test_ad0001/• test_mci0002/• test_con0003/

MRI Freesurfer

Conversión a FreeSurfer

• fsl2fs.pl test

Estructura de FreeSurfer• data/subjects/

• test_ad0001/• test_mci0002/• test_con0003/

MRI Freesurfer

Procesamiento con FreeSurfer

• precon.pl test

precon.pl test⇓−→ recon-all -autorecon-all -subjid test_ad0001 -use-gpu−→ recon-all -autorecon-all -subjid test_mci0002−→ recon-all -autorecon-all -subjid test_con0003−→ recon-all -autorecon-all -subjid test_con0004 -use-gpu

MRI Freesurfer

• precon.pl test

precon.pl test⇓−→ recon-all -autorecon-all -subjid test_ad0001 -use-gpu−→ recon-all -autorecon-all -subjid test_mci0002−→ recon-all -autorecon-all -subjid test_con0003−→ recon-all -autorecon-all -subjid test_con0004 -use-gpu

MRI Freesurfer

recon-all -autorecon-all -subjid sujeto⇓−→ Correción de movimiento (si es posible)−→ Correción de intensidad−→ Normalización−→ Corregistro−→ Segmentación−→ Estadísticas−→ ... y muchas cosas más.

recon-allhttp://www.freesurfer.net/fswiki/ReconAllTableStableV5.1

MRI Freesurfer

recon-all -autorecon-all -subjid sujeto⇓−→ Correción de movimiento (si es posible)−→ Correción de intensidad−→ Normalización−→ Corregistro−→ Segmentación−→ Estadísticas−→ ... y muchas cosas más.

recon-allhttp://www.freesurfer.net/fswiki/ReconAllTableStableV5.1

MRI Freesurfer

• recon-all -autorecon1 -subjid <subjid>• recon-all -motioncor• recon-all -talairach• recon-all -nuintensitycor• recon-all -normalization• recon-all -skullstrip

MRI Freesurfer

• recon-all -autorecon2 -subjid <subjid>• recon-all -gcareg• recon-all -canorm• recon-all -careg• recon-all -careginv• recon-all -rmneck• recon-all -skull-lta• recon-all -calabel• recon-all -normalization2• recon-all -maskbfs• recon-all -segmentation• recon-all -fill• recon-all -tessellate• recon-all -smooth1• recon-all -inflate1• recon-all -qsphere• recon-all -fix• recon-all -white• recon-all -smooth2• recon-all -inflate2

MRI Freesurfer

• recon-all -autorecon3 -subjid <subjid>• recon-all -sphere• recon-all -surfreg• recon-all -jacobian_white• recon-all -avgcurv• recon-all -cortparc• recon-all -pial• recon-all -surfvolume• recon-all -parcstats• recon-all -cortparc2• recon-all -parcstats2• recon-all -cortribbon• recon-all -segstats• recon-all -aparc2aseg• recon-all -wmparc• recon-all -balabels• recon-all -label-exvivo-ec

MRI Freesurfer

• -use-gpu ?• Tecnología CUDA, desarrollada por NVIDIA Corp.

• CUDA es una arquitectura de cálculo paralelo que aprovecha lapotencia de GPU (unidad de procesamiento gráfico) paraincrementar del rendimiento del sistema.

• Lenguaje de programación similar a C• Ideal para cálculos matemáticos (Descomposición previa de un

problema no lineal en muchos problemas lineales)

• Esta es la razón de que se haya elegido FreeSurfer para elprocesamiento de MRI

MRI Freesurfer

• precon.pl lanza hasta 30 procesos de FreeSurfer en paralelo• De haber capacidad disponible, los procesos utilizan la GPU• Los procesadores y slots de GPU van siendo ocupados en la

medida en que son liberados• No obstante, el proceso puede demorar días

MRI Freesurfer

• precon.pl lanza hasta 30 procesos de FreeSurfer en paralelo• De haber capacidad disponible, los procesos utilizan la GPU• Los procesadores y slots de GPU van siendo ocupados en la

medida en que son liberados• No obstante, el proceso puede demorar días

MRI Freesurfer

• precon.pl test• check_fs_run.pl test

check_fs_run.pl

$ check_fs_run.pl test

No errors found

• De existir errores el script los muestra

MRI Freesurfer

check_fs_run.pl

No errors found

MRI Freesurfer

check_fs_run.pl

No errors found

MRI Freesurfer

check_fs_run.pl

No errors found

MRI Métricas MRI

Métricas

• get_csv.pl test→ data/test/test_mri.csv (661 variables)

Ver: data/mri_stats_diccionario.txt

MRI Métricas MRI

Métricas

• get_csv.pl test→ data/test/test_mri.csv (661 variables)

Ver: data/mri_stats_diccionario.txt

MRI Métricas MRI

Métricas

PET-FDG

Resumen

1 Objetivos

2 Introducción

6 Conclusiones

PET-FDG El problema del corregistro

Registro al espacio MNI

P = , R = , R = OP

B = , B = LP, R = NB, O = NL

LP = , N(LP) = OP =

R = OP

B = , B = LP,

R = NB, O = NL

LP = , N(LP) = OP =

R = , R = OP

B = LP,

R = NB,

O = NL

LP = , N(LP) = OP =

P = , R = ,

R = OP

B = LP, R = NB, O = NL

LP = , N(LP) = OP =

P = , R = , R = OP

B = , B = LP,

R = NB, O = NL

LP = ,

N(LP) = OP =

P = , R = , R = OP

B = , B = LP, R = NB,

O = NL

LP = ,

N(LP) = OP =

PET-FDG Registro PET-FDG

Registro de PET-FDG al espacio MNI

• pet_reg.pl -e test 1

1Necesita FreeSurfer previoOSG (Fundació ACE) ACE pipeline for dummies versión 0.1 39 / 54

Deja un informe en:data/test/working/pets/index.html

Pero las cosas pueden salir mal

⇒ En un rato lo vemos ...

Pero las cosas pueden salir mal

⇒ En un rato lo vemos ...

PET-FDG Extracción de cerebro

Extracción de cerebro

Si no se ha ejecutado FreeSurfer:• just_brain.pl -e test

Deja un informe en:data/test/working/brains/index.html

... y también aquí las cosas pueden ir mal

• Estos problemas de corregistro se deben a la longitud del cuello• Las imágenes deben ser cortadas manualmente antes del

proceso 2

2Gracias al Dr. J. T. Becker por la ideaOSG (Fundació ACE) ACE pipeline for dummies versión 0.1 44 / 54

proceso 2

Arreglando problemas

• just_brain.pl -e test -cut cuts.csv

cuts.csv1016;1050;01062;20

PET-FDG Siguiendo con las PET-FDG

• pet_reg.pl -e test -cut cuts.csv

Generación de informes

• make_brain_report.pl test→ Informe de extracción de cerebros• make_pet_report.pl test→ Informe de registro de PET• make_report.pl test→ Ambos informes!

Generación de informes

• make_brain_report.pl test→ Informe de extracción de cerebros• make_pet_report.pl test→ Informe de registro de PET• make_report.pl test→ Ambos informes!

Avanzado! (unidades SUV)

• Standarized Uptake Value (g/ml)• pet_reg.pl -suv -e test

data/prueba/pet-fdg/mci0016s001.datRTD: 310800000RPST: 093500.000000ST: 101421.000000RHL: 6586.2001953125PW: 60decay: 0.434471622263023CF: 0.000444333261732163

Avanzado! (unidades SUV)

• Standarized Uptake Value (g/ml)• pet_reg.pl -suv -e test

data/prueba/pet-fdg/mci0016s001.datRTD: 310800000RPST: 093500.000000ST: 101421.000000RHL: 6586.2001953125PW: 60decay: 0.434471622263023CF: 0.000444333261732163

PET-FDG Métricas PET-FDG

Métricas

• pet_metrics.pl test→ data/test/test_pet.csv (137 variables)

Ver: data/pet_stats_diccionario.txt

Métricas

• pet_metrics.pl test→ data/test/test_pet.csv (137 variables)

Ver: data/pet_stats_diccionario.txt

Métricas

Conclusiones

Resumen

1 Objetivos

2 Introducción

6 Conclusiones

Conclusiones

Resumiendo

Configurar el estudio

Importar imagenes

Convertir a FreeSurfer Procesar con FreeSurfer Extraer metricas

PET−FDG

Preprocesado (FS+FSL) Corregistro

Atlas + Segmentacion

Extraer metricas

Conclusiones

• DIY!• Ejemplos y documentación: http://imagen.fundacioace.com• Soporte: osotolongo@fundacioace.com

Conclusiones

• DIY!• Ejemplos y documentación: http://imagen.fundacioace.com• Soporte: osotolongo@fundacioace.com

Muchas Gracias

Gracias por su atención.• preguntas,• comentarios,• ideas,• críticas,• etc ...

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