ICV korreksjon

Detaljer

Sist oppdatert tirsdag 30. august 2016 12:58

Hvorfor korrigerer man?

I studier der man ønsker å bruke volumet av en hjernestruktur i en statistisk analyse vil det som regel være behov for å korrigere dette volumet. Hvis man for eksempel undersøker forskjeller mellom kvinner og menn eller mellom eldre og yngre personer, vil systematiske størrelsesforskjeller introdusere feil i analysene hvis man ikke korrigerer for disse. Videre tenker man seg at relative volum av hjernestrukturer er mer sensitive og valide mål på sykdomspåvirkning eller funksjon enn absolutte volum (Sanfilipo et al., 2004). Historisk sett har man brukt mange ulike mål som utgangspunkt for korrigeringen, blant annet vekt, høyde og hodestørrelse. Det mest brukte, og sannsynligvis beste målet er imidlertid intrakranielt volum, eller ICV.

Hva er ICV

Intrakranielt volum (ICV) er definert som rommet innenfor dura mater avgrenset av foramen magnum.

Figur: Rødt område representerer ICV

Både høyde, vekt og hodestørrelse er indirekte mål på hjernestørrelse og er derfor dårligere mål enn ICV. Videre ønsker man å bruke noe som ikke påvirkes av eventuell sykdom og aldring, siden denne effekten kan være av interesse i en studie. ICV er derfor et nyttig mål, siden det forholder seg relativt uendret fra sen ungdom og ut livet, uavhengig av andre faktorer. I pediatriske studier bruker man på den andre siden ofte totalt hjernevolum og ikke ICV.

Hvordan estimerer man ICV?

Mens manuell segmentering basert på MR-bilder er ansett som gullstandarden er dette en tidkrevende metode. Vi har derfor utviklet en automatisk metode for estimering av ICV (se Hansen et al., 2015 for beskrivelse).  Den automatiske metoden og manuell segmentering har vist å gi svært like ICV estimat (Hansen et al., 2015).

Hvordan korrigerer man for ICV?

Det er en rekke måter å korrigere for intrakranielt volum, de mest brukte er proporsjonsmetoden og residual/ANCOVA-metoden.

Proporsjonsmetoden

Proporsjonsmetoden utføres ved å dele et strukturelt volum på ICV, for dermed å skape en ratio eller «hjernefraksjon» (Jernigan et al., 1982). Metoden er meget populær, sannsynligvis fordi den er lett å gjennomføre og intuitiv å forstå. Det er en rekke forhold som må være oppfylt for at metoden skal kunne brukes. I praksis er disse forholdene sjeldent oppfylt, noe som introduserer feil i de korrigerte volumene (Pintzka et al., 2015).

Residualmetoden

Vi anbefaler derfor at man bruker residualmetoden (Mathalon et al., 1993), og har vist i en studie at metoden gir en bedre korrigering enn proporsjonsmetoden (Pintzka et al., 2015). Residualmetoden krever at man har en eller flere grupper med deltagere hvor ICV er relativt normalfordelt. Hvis man har data fra kun en, eller få personer må man altså benytte proporsjonsmetoden. Rent praktisk gjennomføres residualmetoden ved å regne ut regresjonslinjen mellom en struktur og ICV, og så regne ut residualene (avstanden) fra en observasjon og til regresjonslinjen. Det er flere måter man kan regne ut regresjonslinjen på. Hvis studien undersøker en frisk og syk gruppe kan man bruke regresjonslinjen fra de friske som et mål på alle. Undersøker man to friske grupper, for eksempel kvinner og menn, er det vanlig å bruke alle deltagerne når man regner ut regresjonslinjen (O'Brien et al., 2006). Ved å bruke den statistiske analysen ANCOVA er det mulig å korrigere for flere variabler enn kun ICV (for eksempel kjønn og alder). Hvis man kun bruker ICV som kovariat i en ANCOVA analyse er denne identisk med residualmetoden.

Figur: Regresjonsanalyse mellom forhold mellom hippocampusvolum og intrakranielt volum.

Ressurser

Her kan man laste ned et SPSS script og eksempelfil som genererer ICV-korrigerte volumer basert på residualmetoden. Den automatiske ICV estimeringsmetoden kjøres i Matlab. Matlab-skript som gjør estimeringen kan fås ved henvendelse til torgil.vangberg@uit.no.

Referanser:

Hansen, T.I., Brezova, V., Eikenes, L., Håberg, A., and Vangberg, T.R. (2015). How Does the Accuracy of Intracranial Volume Measurements Affect Normalized Brain Volumes? Sample Size Estimates Based on 966 Subjects from the HUNT MRI Cohort. American Journal of Neuroradiology. doi: 10.3174/ajnr.A4299.

Jernigan, T.L., Zatz, L.M., Moses, J.A., Jr, and Berger, P.A. (1982). Computed tomography in schizophrenics and normal volunteers: I. fluid volume. Archives of General Psychiatry 39, 765-770. doi: 10.1001/archpsyc.1982.04290070001001.

Mathalon, D.H., Sullivan, E.V., Rawles, J.M., and Pfefferbaum, A. (1993). Correction for head size in brain-imaging measurements. Psychiatry Research - Neuroimaging 50, 121-139.

O'brien, L.M., Ziegler, D.A., Deutsch, C.K., Kennedy, D.N., Goldstein, J.M., Seidman, L.J., Hodge, S., Makris, N., Caviness, V., and Frazier, J.A. (2006). Adjustment for whole brain and cranial size in volumetric brain studies: a review of common adjustment factors and statistical methods. Harvard review of psychiatry 14, 141-151.

Pintzka, C.W.S., Hansen, T.I., Evensmoen, H.R., and Håberg, A.K. (2015). Marked effects of intracranial volume correction methods on sex differences in neuroanatomical structures: a HUNT MRI study. Frontiers in Neuroscience 9, 238. doi: 10.3389/fnins.2015.00238.

Sanfilipo, M.P., Benedict, R.H., Zivadinov, R., and Bakshi, R. (2004). Correction for intracranial volume in analysis of whole brain atrophy in multiple sclerosis: the proportion vs. residual method. Neuroimage 22, 1732-1743.