[論文レビュー] Considerations and Recommendations from the ISMRM Diffusion Study Group for preclinical diffusion MRI: Part 1 -- In vivo small-animal imaging

Ileana Jelescu, Francesco Grussu+55 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2022

Advanced Neuroimaging Techniques and Applications被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、ISMRM拡散研究グループが、実験的設計、画像収集プロトコル、データ処理および分析の最良慣行をカバーする、in vivo 小動物拡散MRI（dMRI）に関する包括的で根拠に基づいた推奨事項を提供する。本論文は、中枢神経系に焦点を当てつつ、種や臓器を越えた再現性、厳密さ、標準化を強調しているが、現在のガイドラインにおけるギャップを特定し、オープンデータおよびソフトウェアリソースの促進も行っている。

ABSTRACT

Small-animal diffusion MRI (dMRI) has been used for methodological development and validation, characterizing the biological basis of diffusion phenomena, and comparative anatomy. The steps from animal setup and monitoring, to acquisition, analysis, and interpretation are complex, with many decisions that may ultimately affect what questions can be answered using the resultant data. This work aims to present selected recommendations and guidelines from the diffusion community, on best practices for preclinical dMRI of in vivo animals. We describe the general considerations and foundational knowledge that must be considered when designing experiments. We briefly describe differences in animal species and disease models and discuss why some may be more or less appropriate for different studies. We then give guidelines for in vivo acquisition protocols, including decisions on hardware, animal preparation, and imaging sequences, followed by advice for data processing including pre-processing, model-fitting, and tractography. Finally, we provide an online resource which lists publicly available preclinical dMRI datasets and software packages, to promote responsible and reproducible research. In each section, we attempt to provide guides and recommendations, but also highlight areas for which no guidelines exist (and why), and where future work should focus. While we mainly cover the central nervous system (on which most preclinical dMRI studies are focused), we also provide, where possible and applicable, recommendations for other organs of interest. An overarching goal herein is to enhance the rigor and reproducibility of small animal dMRI acquisitions and analyses, and thereby advance biomedical knowledge.

研究の動機と目的

• in vivo 小動物拡散MRIの標準化された最良慣行を確立し、実験の厳密さと再現性を向上させること。
• データ品質および生物学的解釈に影響を与える動物準備、画像プロトコル、データ処理に関する意思決定の複雑さに対処すること。
• 臨床前dMRIにおけるハードウェア選定、シーケンス設計、前処理、モデルフィッティング、トラクトラスティックのための実行可能な推奨事項を提供すること。
• 現在のガイドラインに欠落している重要な知識ギャップを特定し、今後の研究の優先分野を示すこと。
• 公開可能な前臨床dMRIデータセットおよびソフトウェアツールのリストを提示することで、オープンサイエンスを推進すること。

提案手法

• 本研究は、ISMRM拡散研究グループに所属する56名の専門家が合意形成した結果を統合し、包括的なガイドラインを策定した。
• 種固有の生理的差異および疾患モデルの関連性を含む、動物モデル選定の基礎的考慮事項を提示した。
• 小動物in vivo dMRIに特化したハードウェア選定、麻酔、モニタリング、およびシーケンスパラメータをカバーする収集プロトコルを詳細に記述した。
• 前処理、拡散モデルフィッティング（例：DWI、DTI、NODDI）、およびトラクトラスティックパイプラインの構造的推奨事項を提供した。
• 再現性を支援するため、公開済みの前臨床dMRIデータセットおよびソフトウェアをカタログ化したオンラインリソースを導入した。
• dMRIワークフローの全段階において、透明性、ドキュメンテーション、検証の重要性を強調した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる種および疾患モデルにおけるin vivo 小動物dMRI収集の最適プロトコルは何か？
• RQ2 データ処理パイプラインをどのように標準化すれば、拡散指標の再現性を確保し、ばらつきを低減できるか？
• RQ3 dMRIワークフローのどの部分が現在、合意されたガイドラインを欠いており、今後の研究の焦点をどこに置くべきか？
• RQ4 前臨床dMRIデータおよびソフトウェアをどのようにしてオープンにアクセス可能にすれば、研究の透明性と協働を向上できるか？
• RQ5 小動物のdMRI研究結果を臨床的応用に翻訳するにあたり、主な課題は何か？

主な発見

• 本論文は、動物準備、画像シーケンス、データ処理における意思決定の重要ポイントを同定し、それらがdMRIの結果に顕著に影響を与えるため、慎重な記録が不可欠であると強調した。
• 中枢神経系dMRIは、既存のガイドラインによって十分に支援されているが、心臓、肝臓、腎臓などの他の臓器については、さらに特化した検証済みプロトコルが求められていると指摘した。
• 標準化された前処理およびモデルフィッティングアプローチが、研究室間のばらつきを低減し、指標の信頼性を向上させるために不可欠であると判明した。
• 多くの現在のdMRI実践、特にトラクトラスティックおよび高度なモデリング分野では、普遍的に受け入れられた基準が欠落しており、再現性の主要な障壁となっていることが文書化された。
• 著者らは、オープンで再現可能な研究を支援するため、公開済みの前臨床dMRIデータセットおよびソフトウェアツールの包括的リストを成功裏に収集・キュレートした。
• 本研究は、コミュニティ全体が報告基準およびデータ共有を採用する緊急性の高さを強調し、前臨床dMRIが信頼できる翻訳的ツールとして発展させる必要性を再確認した。