Multimodalne obrazowanie płuc: wykorzystanie uzupełniających informacji z tomografii komputerowej i hiperpolaryzowanego rezonansu magnetycznego 129Xe do oceny struktury i funkcji płuc
12 kwietnia 2024
CT i 129Xe MRI dostarczają uzupełniających informacji o strukturze i funkcji płuc, które mogą być wykorzystane do analizy regionalnej za pomocą rejestracji obrazu. W tym miejscu udostępniamy protokół, który opiera się na istniejącej literaturze dotyczącej rejestracji obrazów 129Xe MR do CT przy użyciu platform typu open source.
Aby rozpocząć, otwórz obrazy, a następnie maski w żądanym oprogramowaniu do wizualizacji obrazu, aby sprawdzić, czy orientacja obrazu i maski są zgodne ze wszystkimi plikami CT, Proton i Xenon. Następnie zapisz obrazy DICOMS i maski z pojedynczą etykietą jako pliki NIfTI w tym samym folderze co plik reg. py.
Aby zarejestrować się w tomografii komputerowej Xenon MRI, otwórz plik reg. py w żądanej konfiguracji środowiska obliczeniowego języka Python. W przypadku korzystania ze środowiska wirtualnego należy ustawić liczbę jednostek centralnych, liczbę wątków i pamięć RAM zgodnie z potrzebami lub dostępnością w środowisku obliczeniowym.
Następnie ustaw żądaną transformację i interpolację, a następnie nieruchomy i ruchomy obraz. Uruchamianie reg. py w środowisku obliczeniowym języka Python.
Po zakończeniu rejestracji przejdź do oceny. Zachowując obraz ct. nii jako obraz podstawowy, otwórz wentylację warp.nii.
gz jako inny obraz i nałóż go na obraz CT z żądaną mapą kolorów. Przejrzyj nakładanie się obrazu ksenonowego MR z obrazem CT na wszystkich płaszczyznach obrazu, aby ocenić wizualne wyrównanie punktów orientacyjnych, takich jak granice carina i płuc. Wyniki rejestracji wykazały dobre wyrównanie wszystkich granic płuc u zdrowego uczestnika.
U trzech uczestników z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc stwierdzono dobre wyrównanie granic płuc, począwszy od nieprawidłowości wentylacji rozproszonej, nieprawidłowości wentylacji górnego płata z brakiem wierzchołkowych granic płuc i nieprawidłowości wentylacji dolnego płata z brakiem przeponowych granic płuc.
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia protokół rejestracji obrazów MRI z użyciem 129 Xe z obrazami CT w celu usprawnienia analizy strukturalno-funkcjonalnej płuc. Metoda ta wykorzystuje platformy open-source do rejestracji obrazów, co ułatwia przeprowadzanie analiz regionalnych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Obrazowanie medyczne
- Radiologia
Wstęp
- TK oraz MRI z wykorzystaniem 129 Xe dostarczają uzupełniających informacji o strukturze i funkcji płuc.
- Rejestracja obrazów jest niezbędna do dokładnej analizy regionalnej.
- Niniejszy protokół opiera się na istniejącej literaturze dotyczącej technik 129 Xe MR.
- Platformy open-source zwiększają dostępność dla badaczy.
Cel badania
- Opracowanie solidnego protokołu rejestracji obrazów CT oraz 129 Xe MRI.
- Udoskonalenie analizy funkcji płuc poprzez zastosowanie zaawansowanych technik obrazowania.
- Zapewnienie badaczom w tej dziedzinie powtarzalnej metody.
Zastosowane metody
- Otwórz obrazy i maski w oprogramowaniu do wizualizacji obrazów.
- Zweryfikuj orientację plików CT, protonowych oraz ksenonowych.
- Zapisz obrazy i maski jako pliki NIfTI.
- Wykorzystaj środowisko obliczeniowe Python do rejestracji.
Główne wyniki
- Protokół umożliwia skuteczną korelację obrazów CT oraz MRI 129Xe.
- Ułatwia szczegółową analizę regionalną struktury i funkcji płuc.
- Wykazuje użyteczność narzędzi otwartoźródłowych w obrazowaniu medycznym.
- Stanowi podstawę dla przyszłych badań w zakresie obrazowania płuc.
Wnioski
- Opracowany protokół zwiększa dokładność analizy obrazowania płuc.
- Połączenie CT i MRI 129 Xe pozwala na kompleksowe wgląd w funkcję płuc.
- Platformy open-source sprzyjają współpracy i innowacjom w badaniach.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Integracja hiperpolaryzowanego 129Xe MRI z obrazowaniem CT umożliwia kompleksową ocenę struktury i funkcji płuc, wspierając zaawansowaną walidację celów oraz ograniczanie ryzyka mechanistycznego w procesie odkrywania leków na choroby układu oddechowego. To multimodalne podejście zwiększa pewność prognostyczną w kluczowych punktach zwrotnych w potokach badawczo-rozwojowych w obszarze pulmonologii, ułatwiając podejmowanie decyzji portfelowych skorygowanych o ryzyko w przypadku nowych terapii celowanych w choroby płuc. Ilościowe i regionalne wyniki tej metody pozycjonują ją jako strategiczne narzędzie w badaniach translacyjnych oraz rozwoju modeli przedklinicznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia badanie regionalnych zależności między strukturą a funkcją płuc w celu mechanistycznej redukcji ryzyka.
- Wspiera funkcjonalną walidację celów terapeutycznych poprzez korelację biomarkerów obrazowych z fenotypami istotnymi dla przebiegu choroby.
- Ułatwia uzyskanie pewności prognostycznej podczas wczesnego etapu selekcji kandydatów na leki w chorobach układu oddechowego.
Przesiewy i opracowanie testów
- Przygotowuje zwalidowane testy obrazowe do ilościowej oceny interwencji płucnych.
- Standaryzuje pomiary regionalnej funkcji płuc w celu zapewnienia powtarzalności między badaniami.
- Umożliwia skalowalne, gotowe do wdrożenia na platformie przepływy pracy do przesiewania związków w systemach istotnych dla przebiegu choroby.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Koreluje biomarkery obrazowania z punktami końcowymi translacyjnymi w celu walidacji modeli przedklinicznych.
- Zapewnia ciągłość procesu od etapu odkrywania po przedkliniczną ocenę terapii celowanych w płuca.
- Wspiera dostosowany do ryzyka postęp badań poprzez kwantyfikację zmian strukturalno-funkcjonalnych w modelach chorób.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ten multimodalny protokół obrazowania łączy wczesny etap odkrywania, identyfikację wiodących związków oraz walidację przedkliniczną w ramach procesów badawczo-rozwojowych w obszarze chorób układu oddechowego.
- Biologia odkrywcza: Ilościowe mapowanie zależności struktura-funkcja służy do weryfikacji hipotez i wyjaśniania szlaków sygnałowych.
- Przesiewanie: Testy oparte na obrazowaniu dostarczają powtarzalnych wyników regionalnych do oceny związków.
- Analityka: Wyniki rejestracji umożliwiają bezpośrednie porównanie strukturalnych i funkcjonalnych parametrów płuc.
- Badania translacyjne: Punkty końcowe obrazowania wspierają dopasowanie biomarkerów oraz ciągłość modeli przedklinicznych.
- Zastosowanie w organizacji: Protokół jest możliwy do adaptacji w różnych modelach oddechowych i wspiera standaryzację międzyprogramową.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nad chorobami płuc.
- Wartość operacyjna: Zapewnia zestandaryzowane, powtarzalne przepływy pracy obrazowania dla badań wieloośrodkowych.
- Wartość strategiczna: Poprawia decyzje typu go/no-go oraz efektywność kapitałową poprzez umożliwienie solidnej walidacji celu.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój zasobów w obszarze chorób układu oddechowego.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymagana jest wiedza specjalistyczna w zakresie zaawansowanych metod obrazowania i technik rejestracji obrazów.
- Wymagany jest dostęp do aparatury do tomografii komputerowej (CT) oraz MRI z hiperpolaryzowanym 129Xe oraz do odpowiedniej infrastruktury obliczeniowej.
- Niezbędna jest standaryzacja protokołów obrazowania i formatów danych pomiędzy zespołami.
- Możliwa może być konieczność adaptacji metody dla różnych modeli chorób płuc lub platform obrazowania.
- W celu uzyskania spójnych wyników należy rozwiązać problemy techniczne związane z rejestracją i dopasowaniem obrazów.
