Мультимодальная визуализация легких: использование дополнительной информации от КТ и гиперполяризованной МРТ 129Xe для оценки структуры-функции легких
12 апреля 2024 г.
КТ и МРТ 129Xe предоставляют дополнительную информацию о структуре и функции легких, которую можно использовать для регионального анализа с использованием регистрации изображений. Здесь мы предоставляем протокол, основанный на существующей литературе по регистрации изображений 129Xe MR в CT с использованием платформ с открытым исходным кодом.
Для начала откройте изображения, за которыми следуют маски, в нужном программном обеспечении для визуализации изображений, чтобы убедиться, что ориентация изображения и маски совпадает для всех файлов КТ, Протон и Ксенон. Затем сохраните изображения DICOMS и маски с одной меткой в виде файлов NIfTI в той же папке, что и файл reg. py.
Для регистрации КТ ксеноновой МРТ откройте файл reg. py в нужной настройке вычислительной среды Python. Если вы используете виртуальную среду, установите количество центральных процессоров, количество потоков и оперативную память по желанию или как доступное в вычислительной среде.
Затем установите желаемое преобразование и интерполяцию, а затем неподвижное и движущееся изображение. Запустите reg. py в вычислительной среде Python.
После завершения регистрации перейдите к оценке. Сохранив изображение ct. nii в качестве базового, откройте ventilation warp.nii.
gz в качестве другого изображения и наложите его на изображение КТ с желаемой цветовой картой. Просмотрите перекрытие ксенонового МРТ-изображения с изображением КТ во всех плоскостях изображения, чтобы оценить визуальное выравнивание ориентиров, таких как киль и границы легких. Результаты регистрации показали хорошее выравнивание всех границ легких у здорового участника.
У трех участников с хронической обструктивной болезнью легких наблюдалось хорошее выравнивание границ легких, начиная от диффузных аномалий вентиляции, аномалий вентиляции верхних долей с отсутствующими апикальными границами легких и аномалий вентиляции нижних долей с отсутствующими диафрагмальными границами легких.
Обзор
В данной статье представлен протокол совмещения МРТ-изображений с использованием 129Xe и КТ-изображений для улучшения анализа структуры и функции легких. В методе используются платформы с открытым исходным кодом для регистрации изображений, что облегчает проведение регионального анализа.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Медицинская визуализация
- Радиология
Теоретические сведения
- КТ и МРТ с использованием 129 Xe предоставляют взаимодополняющую информацию о структуре и функции легких.
- Регистрация изображений необходима для точного регионального анализа.
- Данный протокол основан на существующей литературе по методам МРТ с 129 Xe.
- Платформы с открытым исходным кодом повышают доступность данных методов для исследователей.
Цель исследования
- Разработать надежный протокол совмещения (регистрации) изображений КТ и 129Xe МРТ.
- Улучшить анализ функции легких с помощью усовершенствованных методов визуализации.
- Предоставить воспроизводимый метод для исследователей в данной области.
Используемые методы
- Откройте изображения и маски в программном обеспечении для визуализации изображений.
- Проверьте ориентацию файлов КТ, протонных и ксеноновых изображений.
- Сохраните изображения и маски в формате NIfTI.
- Используйте вычислительную среду Python для проведения совмещения (регистрации).
Основные результаты
- Протокол позволяет эффективно регистрировать изображения КТ и МРТ на 129Xe.
- Обеспечивает возможность детального регионального анализа структуры и функции легких.
- Демонстрирует полезность инструментов с открытым исходным кодом в медицинской визуализации.
- Закладывает основу для дальнейших исследований в области визуализации легких.
Выводы
- Разработанный протокол повышает точность анализа изображений легких.
- Сочетание КТ и МРТ с использованием 129 Xe обеспечивает комплексное представление о функции легких.
- Платформы с открытым исходным кодом способствуют сотрудничеству и инновациям в исследованиях.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Интеграция МРТ с гиперполяризованным 129Xe и КТ-визуализации позволяет проводить комплексную оценку структуры и функции легких, что способствует улучшенной валидации мишеней и механистическому снижению рисков при разработке респираторных лекарственных средств. Этот мультимодальный подход повышает прогностическую достоверность на ключевых этапах разработки препаратов для лечения заболеваний легких, облегчая принятие решений по портфелю с учетом рисков для новых терапевтических средств. Количественные и региональные данные, получаемые с помощью этого метода, делают его стратегическим инструментом для трансляционных исследований и разработки доклинических моделей.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Позволяет исследовать региональные взаимосвязи между структурой и функцией легких для механистического снижения рисков.
- Поддерживает функциональную валидацию мишеней путем корреляции биомаркеров визуализации с фенотипами, значимыми для заболевания.
- Повышает прогностическую уверенность при отборе перспективных респираторных препаратов на ранних стадиях разработки.
Скрининг и разработка анализа
- Подготовка валидированных методов визуализации для количественной оценки легочных вмешательств.
- Стандартизация измерений региональной функции легких для обеспечения воспроизводимости результатов в различных исследованиях.
- Создание масштабируемых, готовых к внедрению на платформе рабочих процессов для скрининга соединений в системах, релевантных изучаемым заболеваниям.
Трансляционные и доклинические исследования
- Приводит в соответствие визуализационные биомаркеры с трансляционными конечными точками для валидации доклинических моделей.
- Обеспечивает непрерывность процесса от этапа поиска до доклинической оценки терапии, направленной на легкие.
- Поддерживает продвижение проекта с учетом рисков путем количественной оценки структурно-функциональных изменений в моделях заболеваний.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный протокол мультимодальной визуализации объединяет этапы первичного поиска, идентификации ведущих соединений и доклинической валидации в рабочих процессах исследований и разработок в области респираторных заболеваний.
- Открывающая биология: Количественное картирование зависимости «структура-функция» служит основой для проверки гипотез и уточнения путей передачи сигнала.
- Скрининг: Анализы на основе визуализации обеспечивают воспроизводимые региональные показатели для оценки соединений.
- Аналитика: Результаты регистрации позволяют напрямую сравнивать структурные и функциональные показатели легких.
- Трансляционные исследования: Конечные точки визуализации способствуют согласованию биомаркеров и непрерывности доклинических моделей.
- Корпоративное повторное использование: Протокол адаптируем для различных респираторных моделей и поддерживает стандартизацию между различными программами.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает достоверность прогнозов и снижает механистическую неоднозначность в исследованиях заболеваний легких.
- Операционная ценность: обеспечивает стандартизированные, воспроизводимые рабочие процессы визуализации для многоцентровых исследований.
- Стратегическая ценность: улучшает принятие решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала за счет обеспечения надежной валидации мишеней.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритезацию с учетом рисков и продвижение активов в области респираторных заболеваний.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с передовыми методами визуализации и методами совмещения изображений.
- Необходим доступ к оборудованию для КТ и МРТ с гиперполяризованным 129Xe, а также к соответствующей вычислительной инфраструктуре.
- Необходима межкомандная стандартизация протоколов визуализации и форматов данных.
- Может потребоваться адаптация для различных моделей заболеваний легких или платформ визуализации.
- Для получения стабильных результатов необходимо решить технические проблемы, связанные с совмещением и выравниванием изображений.
