19th International Symposium of Electrical Engineering

SIE 2021

Longitudinal MRI processing to document the effect of drugs in clinical trials

Abstract

Problem: In Cuba drugs are produced to treat dissimilar diseases. Therefore, it is necessary to identify and validate biomarkers, which make it possible to evaluate the natural course of the disease and the effect of drugs used in clinical trials.

Objective: To establish a methodology for the automatic calculation of brain structures to longitudinally study the magnetic resonance images of subjects participating in medical research.

Methodology: 60 Cuban subjects diagnosed with Alzheimer's disease (AD) participated, with an average age of 73.77 ± 6.74 years, belonging to two geriatric services in Havana and Artemisa. Each subject was studied twice in one year. Magnetic resonance images were acquired using internationally recommended pulse sequences suitable for the Siemens Magnetom Allegra 3.0 T scanner, installed at the Cuban Neuroscience Center (CNEURO). The images were processed after fine-tuning the longitudinal pipeline of the FreeSurfer 6.0 program, (https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/).

Results and discussion: The steps for the longitudinal volumetric quantification of the hippocampus were established. The use of Total Intracranial Volume was incorporated to homogenize the measurements so that they can be compared between them. The mean values and percentage variations of 60 Cuban subjects diagnosed with AD were obtained.

Conclusions: For the first time in Cuba, the volumetric quantification of brain structures can be used as an imaging biomarker for research and clinical trials. The benefits of longitudinal processing compared to transversal processing and the incorporation of normalization of measurements by total intracranial volume were discussed.

Resumen

Problemática: En Cuba se producen fármacos para tratar disímiles enfermedades. Por tanto, se hace necesario identificar y validar biomarcadores, que permitan evaluar el curso natural de la enfermedad y el efecto de medicamentos usados en ensayos clínicos.

Objetivo: Establecer una metodología para el cálculo automático de estructuras cerebrales para estudiar longitudinalmente las imágenes de resonancia magnética de sujetos participantes en investigaciones médicas.

Metodología: Participaron 60 sujetos cubanos diagnosticados con Enfermedad de Alzheimer (EA), con edad promedio de 73,77 ± 6,74 años, pertenecientes a dos servicios de geriatría de la Habana y Artemisa. Cada sujeto se estudió dos veces en un año. Las imágenes de resonancia magnética fueron adquiridas utilizando secuencias de pulsos recomendadas internacionalmente y adecuadas al escáner Siemens Magnetom Allegra 3.0 T, instalado en el Centro de Neurociencias de Cuba (CNEURO). Las imágenes fueron procesadas luego de poner a punto el pipeline longitudinal del programa FreeSurfer 6.0, (https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/).

Resultados y discusión: Se establecieron los pasos para la cuantificación volumétrica longitudinal del hipocampo. Se incorporó el uso del Volumen Total Intracraneal para homogenizar las mediciones y que estas puedan ser comparadas entre ellas. Se obtuvo los valores medios y las variaciones porcentuales de 60 sujetos cubanos diagnosticados con EA.

Conclusiones: Por primera vez en Cuba, la cuantificación volumétrica de estructuras cerebrales puede ser utilizada como biomarcador imagenológico para investigaciones y ensayos clínicos. Se discutió los beneficios que ofrece el procesamiento longitudinal respecto al transversal y la incorporación de la normalización de las mediciones por el volumen total intracraneal.