Структурная МРТ легких с использованием визуализации со свободным дыханием, самостробированием и ультракоротким эхо-временем
6 сентября 2024 г.
Описан протокол создания структурных изображений легких с высоким разрешением с использованием магнитно-резонансной томографии (МРТ) с ультракоротким эхо-временем (UTE). Этот протокол позволяет получать изображения с помощью простой последовательности импульсов МРТ во время свободного дыхания.
Мои исследования сосредоточены на разработке и применении методов МРТ для визуализации структуры и функции легких. Мы хотим понять, как мы можем наилучшим образом визуализировать легкие, а затем использовать эти методы для понимания здоровья и болезней легких. МРТ легких – это быстро развивающаяся область.
Исследователи работают над новыми способами сбора МРТ различных газовых агентов и новыми методами использования обычной МРТ для визуализации структуры и функции легких. Структурная МРТ прошла долгий путь благодаря различным новым способам смягчения движения и улучшения отношения сигнал/шум изображений. Многие методы реконструкции, доступные для получения высококачественных МРТ-изображений структуры легких, являются либо сложными, либо дорогостоящими, либо и тем, и другим.
Этот протокол использует относительно эффективные с точки зрения вычислений методы реконструкции и реализует простой конвейер для респираторного гейтинга после регистрации.
Обзор
В данной статье представлен протокол получения структурных изображений легких с высоким разрешением с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) со сверхкоротким временем эхо (UTE). Данный метод позволяет осуществлять сбор данных в режиме свободного дыхания, что расширяет возможности изучения состояния легких при норме и патологии.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Медицинская визуализация
- Здоровье дыхательных путей
Теоретическая часть
- Разработка методов МРТ для визуализации легких.
- Трудности при визуализации структуры и функции легких.
- Достижения в области подавления влияния движений и повышения качества изображений.
- Необходимость в вычислительно эффективных методах реконструкции.
Цель исследования
- Для совершенствования методов МРТ при визуализации легких.
- Для предоставления простого алгоритма респираторного гейтинга.
- Для повышения качества изображений и снижения количества артефактов.
Используемые методы
- Сбор данных МРТ с ультракоротким временем эха (UTE) в режиме свободного дыхания.
- Реконструкция изображений с использованием неоднородного быстрого преобразования Фурье.
- Внедрение респираторного гейтинга для отбора изображений.
- Использование методов параллельной визуализации для повышения разрешения.
Основные результаты
- Четкая визуализация диафрагмы на реконструированных изображениях.
- Гейтирование на основе изображений продемонстрировало более эффективную компенсацию движения.
- Мягкое гейтирование позволило уменьшить артефакты недодискретизации по сравнению с жестким гейтированием.
- Оба метода гейтирования эффективно определяли формы дыхательных волн.
Выводы
- Данный протокол обеспечивает получение изображений легких с высоким разрешением.
- Эффективные методы реконструкции позволяют улучшить качество изображений.
- Гейтирование по изображению предпочтительнее при нерегулярном дыхании.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
МРТ легких высокого разрешения с компенсацией движения, выполняемая с помощью ультракороткого времени эха (UTE) при свободном дыхании и самосинхронизации, восполняет критический пробел в неионизирующей структурной оценке легких для исследовательских и трансляционных studies. Данный протокол обеспечивает надежную визуализацию для групп пациентов и в условиях, когда КТ неприменима, что позволяет проводить лонгитюдные и механистические исследования структуры легких. Такой подход повышает достоверность прогнозов на ранних этапах исследований респираторных заболеваний и способствует расширению портфеля исследований за счет включения уязвимых групп пациентов или педиатрических когорт.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет проводить неинвазивную структурную оценку легочной ткани для проведения дыхательных исследований на основе выдвинутых гипотез.
- Способствует снижению биологических рисков, предоставляя изображения с минимальным количеством артефактов для исследований по валидации мишеней.
- Повышает прогностическую достоверность при оценке взаимосвязей между структурой и функцией легких.
Скрининг и разработка анализа
- Подготавливает валидированные результаты визуализации для последующего количественного анализа в моделях респираторной системы.
- Стандартизирует процессы сбора и реконструкции данных, повышая воспроизводимость результатов в различных исследованиях и центрах.
- Обеспечивает получение изображений высокого разрешения с компенсацией движения, подходящих для скрининга влияния соединений на структуру легких.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует значимым для заболевания конечным точкам визуализации для разработки трансляционных биомаркеров в пульмонологических исследованиях.
- Обеспечивает непрерывность процесса от первичной визуализации до доклинической валидации без воздействия ионизирующего излучения.
- Поддерживает принятие решений о продвижении препаратов в портфелях респираторной терапии с учетом оценки рисков.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Данный протокол интегрирован в континуум исследований респираторной системы — от этапа поиска до доклинических испытаний, предоставляя масштабируемое решение в области визуализации как для механистических, так и для трансляционных исследований.
- Фундаментальная биология: способствует проверке гипотез и уточнению путей передачи сигналов за счет визуализации легких с минимизацией артефактов.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые количественные результаты визуализации для оценки эффектов вмешательства.
- Аналитика: позволяет проводить количественное измерение структуры и подвижности легких для сравнительного анализа.
- Трансляционные исследования: связывает этап первичных открытий и доклиническую валидацию с помощью неионизирующей визуализации высокого разрешения.
- Корпоративное использование: предлагает многократно используемый рабочий процесс визуализации, адаптируемый для различных моделей респираторных заболеваний и исследовательских когорт.
Влияние на операционную деятельность и предприятие
- Научная ценность: повышает достоверность прогнозов и снижает механистическую неопределенность в исследованиях легких.
- Операционная ценность: оптимизирует процессы визуализации за счет использования вычислительно эффективных стандартизированных протоколов.
- Стратегическая ценность: позволяет принимать более обоснованные решения о продолжении или прекращении исследований (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала за счет снижения рисков, связанных с визуализацией.
- Влияние на портфель: расширяет применимость исследований для уязвимых групп населения и поддерживает приоритизацию с учетом рисков.
Особенности реализации
- Требуется опыт в сборе данных МРТ и реконструкции изображений, включая методы UTE и самосинхронизации (self-gating).
- Необходим доступ к МРТ-системам 3T и вычислительной инфраструктуре для реконструкции и анализа.
- Требуется межкомандная стандартизация параметров сбора данных и рабочих процессов реконструкции.
- Метод адаптируем к различным значениям напряженности магнитного поля и моделям дыхания при соответствующей корректировке протокола.
- Потенциальные ограничения включают необходимость в специализированном программном обеспечении и обучении анализу дыхательной синхронизации.
