[论文解读] 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 10

一句话总结

本文由ISMRM弥散成像研究小组提供关于活体小动物弥散磁共振成像（dMRI）的全面、基于证据的建议，涵盖实验设计、采集协议、数据处理和分析最佳实践。其强调在不同物种和器官间实现可重复性、严谨性和标准化，尤其聚焦于中枢神经系统，同时指出现有指南中的空白，并推动开放数据与软件资源的使用。

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.

研究动机与目标

• 建立活体小动物弥散磁共振成像的标准化最佳实践，以提高实验严谨性和可重复性。
• 解决动物准备、成像协议和数据处理中影响数据质量和生物学解释的复杂决策问题。
• 为临床前dMRI中的硬件选择、序列设计、预处理、模型拟合和追踪提供可操作的建议。
• 识别当前指南中缺乏的關鍵知識空白，并指引未来的研究重点。
• 通过列出公开可用的临床前dMRI数据集和软件工具，推动开放科学。

提出的方法

• 本研究综合了ISMRM弥散成像研究小组56名研究人员的专家共识，制定全面指南。
• 概述了动物模型选择的基础考虑因素，包括物种特异的生理差异和疾病模型的相关性。
• 详细说明了涵盖硬件选择、麻醉、监测以及针对小动物活体dMRI的序列参数的采集协议。
• 为预处理、弥散模型拟合（例如，DWI、DTI、NODDI）和追踪流程提供了结构化建议。
• 推出一个在线资源目录，收录公开可用的临床前dMRI数据集和软件，以支持可重复性。
• 强调在dMRI工作流程的所有阶段中，透明度、文档记录和验证的重要性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同物种和疾病模型中，活体小动物dMRI采集的最优协议是什么？
• RQ2 如何标准化数据处理流程以确保可重复性并减少弥散指标的变异性？
• RQ3 dMRI工作流程中哪些环节目前缺乏共识指南，未来研究应聚焦于何处？
• RQ4 如何使临床前dMRI数据和软件开放获取，以增强研究透明度与协作？
• RQ5 将dMRI研究发现从实验动物翻译到人类临床应用面临哪些关键挑战？

主要发现

• 本文识别出动物准备、成像序列和数据处理中的关键决策点，这些因素显著影响dMRI结果，必须仔细记录。
• 研究指出，尽管中枢神经系统dMRI已有良好支持的现有指南，但心脏、肝脏和肾脏等其他器官仍需更量身定制且经过验证的协议。
• 研究揭示，标准化的预处理和模型拟合方法对于减少不同实验室间的变异性并提高指标可靠性至关重要。
• 研究记录显示，当前许多dMRI实践——尤其是追踪和高级建模——缺乏普遍接受的标准，构成可重复性的主要障碍。
• 作者成功整理并筛选出一份全面的公开可用临床前dMRI数据集和软件工具清单，以支持开放和可重复的研究。
• 本研究强调，必须推动整个社区采纳报告标准和数据共享，以促进临床前dMRI作为可靠转化工具的发展。