Multimodalne obrazowanie płuc: wykorzystanie uzupełniających informacji z tomografii komputerowej i hiperpolaryzowanego rezonansu magnetycznego 129Xe do oceny struktury i funkcji płuc
April 12th, 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
Ten artykuł przedstawia protokół rejestracji 129 Xe MRI z obrazami CT w celu poprawy analizy struktury i funkcji płuc. Metoda wykorzystuje bezpłatne platformy do rejestracji obrazów, ułatwiając analizę regionalną.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Wizualizowanie medyczne
- Radiologia
Tło
- CT i 129 Xe MRI dostarczają uzupełniające informacje o strukturze i funkcji płuc.
- Rejestracja obrazów jest niezbędna do dokładnej analizy regionalnej.
- Istniejąca literatura na temat technik 129 Xe MR informuje ten protokół.
- Bezpłatne platformy poprawiają dostępność dla badaczy.
Cel badania
- Opracowanie solidnego protokołu rejestracji obrazów CT i 129 Xe MRI.
- Poprawa analizy funkcji płuc poprzez ulepszone techniki obrazowania.
- Dostarczenie reproduktywalnej metody dla badaczy w tej dziedzinie.
Stosowane metody
- Otwieranie obrazów i masek w oprogramowaniu do wizualizacji obrazów.
- Weryfikacja orientacji plików CT, Proton i Xenon.
- Zapisywanie obrazów i masek jako pliki NIfTI.
- Wykorzystanie środowiska obliczeniowego Python do rejestracji.
Główne wyniki
- Protokół umożliwia skuteczną rejestrację obrazów CT i 129 Xe MRI.
- Ułatwia szczegółową analizę regionalną struktury i funkcji płuc.
- Demonstruje przydatność bezpłatnych narzędzi w obrazowaniu medycznym.
- Dostarcza podstawy dla przyszłych badań nad obrazowaniem płuc.
Wnioski
- Opracowany protokół poprawia dokładność analizy obrazowania płuc.
- Łączenie CT i 129 Xe MRI oferuje kompleksowe wgląd w funkcję płuc.
- Bezpłatne platformy sprzyjają współpracy i innowacjom w badaniach.
Często zadawane pytania
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.
