Imagerie pulmonaire multimodale : utilisation d’informations complémentaires provenant de la TDM et de l’IRM hyperpolarisée 129Xe pour évaluer la structure et la fonction pulmonaires
April 12th, 2024
La TDM et l’IRM 129Xe fournissent des informations complémentaires sur la structure et la fonction pulmonaires qui peuvent être exploitées pour l’analyse régionale à l’aide du recalage d’images. Ici, nous fournissons un protocole qui s’appuie sur la littérature existante pour le recalage d’images 129Xe MR vers CT à l’aide de plates-formes open source.
Pour commencer, ouvrez les images suivies de masques dans le logiciel de visualisation d’images souhaité pour vérifier que l’image et l’orientation du masque correspondent à tous les fichiers CT, Proton et Xenon. Ensuite, enregistrez les DICOMS d’image et les masques d’étiquette unique en tant que fichiers NIfTI dans le même dossier que le fichier reg. py.
Pour l’enregistrement CT Xenon MRI, ouvrez le fichier reg. py dans la configuration de l’environnement informatique Python souhaitée. Si vous utilisez un environnement virtuel, définissez le nombre d’unités de traitement centrales, le nombre de threads et la RAM comme vous le souhaitez ou comme disponible dans l’environnement informatique.
Ensuite, définissez la transformation et l’interpolation souhaitées, puis l’image fixe et l’image en mouvement. Exécutez reg. py dans l’environnement informatique Python.
Une fois l’inscription terminée, procédez à l’évaluation. En gardant l’image ct. nii comme image de base, ouvrez la distorsion de ventilation.
gz comme une autre image et superposez-la sur l’image CT avec la palette de couleurs souhaitée. Examinez le chevauchement de l’image IRM au xénon avec l’image CT dans tous les plans de l’image pour évaluer l’alignement visuel des points de repère tels que les limites de la carène et des poumons. Les résultats de l’inscription ont montré un bon alignement de toutes les limites pulmonaires pour le participant en bonne santé.
Chez les trois participants atteints de bronchopneumopathie chronique obstructive, il y avait un bon alignement des limites pulmonaires, allant d’anomalies de la ventilation diffuse, des anomalies de la ventilation du lobe supérieur avec absence de limites pulmonaires apicales et des anomalies de la ventilation du lobe inférieur avec absence de limites pulmonaires diaphragmatiques.
Aperçu
Cet article présente un protocole pour l'enregistrement de l'IRM 129 Xe avec des images CT afin d'améliorer l'analyse de la structure et de la fonction pulmonaire. La méthode utilise des plateformes open-source pour l'enregistrement d'images, facilitant l'analyse régionale.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Imagerie médicale
- Radiologie
Contexte
- Le CT et l'IRM 129 Xe fournissent des informations complémentaires sur la structure et la fonction pulmonaires.
- L'enregistrement d'images est essentiel pour une analyse régionale précise.
- La littérature existante sur les techniques d'IRM 129 Xe informe ce protocole.
- Les plateformes open-source améliorent l'accessibilité pour les chercheurs.
Objectif de l'étude
- Développer un protocole robuste pour l'enregistrement d'images CT et IRM 129 Xe.
- Améliorer l'analyse de la fonction pulmonaire grâce à des techniques d'imagerie améliorées.
- Fournir une méthode reproductible pour les chercheurs dans le domaine.
Méthodes utilisées
- Ouvrir les images et les masques dans un logiciel de visualisation d'images.
- Vérifier l'orientation des fichiers CT, Proton et Xénon.
- Enregistrer les images et les masques en tant que fichiers NIfTI.
- Utiliser un environnement de calcul Python pour l'enregistrement.
Résultats principaux
- Le protocole permet un enregistrement efficace des images CT et IRM 129 Xe.
- Facilite une analyse régionale détaillée de la structure et de la fonction pulmonaires.
- Démontre l'utilité des outils open-source en imagerie médicale.
- Fournit une base pour les futures recherches en imagerie pulmonaire.
Conclusions
- Le protocole développé améliore la précision de l'analyse d'imagerie pulmonaire.
- La combinaison du CT et de l'IRM 129 Xe offre des aperçus complets de la fonction pulmonaire.
- Les plateformes open-source favorisent la collaboration et l'innovation dans la recherche.
Questions fréquemment posées
Executive Industry Relevance
Integrating hyperpolarized 129Xe MRI with CT imaging enables comprehensive evaluation of lung structure and function, supporting advanced target validation and mechanistic de-risking in respiratory drug discovery. This multi-modal approach enhances predictive confidence at key inflection points in pulmonary R&D pipelines, facilitating risk-adjusted portfolio decisions for novel therapeutics targeting lung disease. The method's quantitative and regional outputs position it as a strategic asset for translational research and preclinical model development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of regional lung structure-function relationships for mechanistic de-risking.
- Supports functional target validation by correlating imaging biomarkers with disease-relevant phenotypes.
- Facilitates predictive confidence in early-stage respiratory asset triage.
Screening & Assay Development
- Prepares validated imaging-based assays for quantitative evaluation of pulmonary interventions.
- Standardizes regional lung function measurements for reproducibility across studies.
- Enables scalable, platform-ready workflows for compound screening in disease-relevant systems.
Translational & Preclinical Research
- Aligns imaging biomarkers with translational endpoints for preclinical model validation.
- Provides continuity from discovery through preclinical assessment of lung-targeted therapies.
- Supports risk-adjusted advancement by quantifying structure-function changes in disease models.
Pipeline & Workflow Integration
This multi-modal imaging protocol bridges early discovery, lead identification, and preclinical validation in respiratory R&D workflows.
- Discovery Biology: Quantitative structure-function mapping informs hypothesis testing and pathway clarification.
- Screening: Imaging-based assays deliver reproducible, regional readouts for compound evaluation.
- Analytics: Registration outputs enable direct comparison of structural and functional lung metrics.
- Translational Research: Imaging endpoints support biomarker alignment and preclinical model continuity.
- Enterprise Reuse: The protocol is adaptable across respiratory models and supports cross-program standardization.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in lung disease research.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible imaging workflows for multi-site studies.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by enabling robust target validation.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of respiratory assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in advanced imaging modalities and image registration techniques.
- Demands access to CT and hyperpolarized 129Xe MRI instrumentation and computational infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization of imaging protocols and data formats.
- Adaptation may be needed for different lung disease models or imaging platforms.
- Technical challenges in image registration and alignment must be addressed for consistent outputs.
