Односторонний анализ объема легких с помощью микрокомпьютерной томографии для расширенной оценки легочного фиброза в доклинических моделях
20 июня 2025 г.
В данной работе мы представляем протокол использования микрокомпьютерной томографии (микро-КТ) для количественной оценки вентилируемых областей в односторонней модели легочного фиброза, вызванного блеомицином, путем интратрахеального инстилляции на стороне поражения.
Наша группа занимается фундаментальными и трансляционными исследованиями в области фиброза органов. В последнее время основное внимание уделяется разработке подходов к ранней диагностике и прецизионной терапии легочного фиброза. Мы разработали объемный подход к односторонней вентиляции легких на основе микрокомпьютерной томографии, позволяющий точно варьировать фиброз легких. Потенциально трансформирующая оценка доклинических вмешательств.
Односторонняя установка блеомицина вызывает у мышей точную пожизненную травму, обеспечивая сопоставимую предварительную обработку между новообразованиями. Количественная оценка во время микрокомпьютерной томографии для оценки компетентности вмешательства. Наш гуру разработает алгоритмы автоматической сегментации фиброзных поражений с помощью искусственного интеллекта для повышения точности количественной оценки.
[Инструктор] Для начала запуска программы 3D Slicer начать постобработку для односторонней селективной сегментации легких и объемного анализа. Нажмите кнопку «Загрузить», чтобы импортировать данные изображения в формате DICOM. Отображение аксиального, роговичного и сагиттального изображений в главном интерфейсе. Настройте параметры сагиттального вида, чтобы отобразить скрытые параметры. Затем выберите «Переименовать текущий объем» и введите новое имя. В редакторе сегментов нажмите кнопку «Добавить», чтобы создать сегментацию для правого легкого. Отрегулируйте пороговый диапазон до минус 1000 и минус 350 единиц Hounsfield и включите использование для маскировки. Теперь используйте инструмент для рисования со сферической кистью, чтобы сегментировать нужные области легких. Выберите инструмент «Остров» и выберите «Сохранить выбранный остров». Выделите правое легкое, затем нажмите «Показать 3D», чтобы отобразить 3D-модель на панели визуализации. На панели терминологии измените цвет 3D-модели на синий. После повторения шагов по сегментации левого легкого обработайте аксиальные снимки компьютерной томографии грудной клетки, чтобы рассчитать объем легких на искусственной вентиляции легких. Затем сгенерируйте 3D-модель. Теперь измените цвет 3D модели левого легкого на желтый. Установите непрозрачность сегментации правого легкого на 0,2. Делайте скриншоты 3D-просмотра или срезов изображений и сохраняйте их, щелкнув по скриншоту аннотации. Выбираем формат изображения, затем изменяем путь сохранения. Используйте модуль статистики сегментов для расчета объема легких в кубических миллиметрах и анализа нормальных аэрируемых областей. Объем левого легкого в группе, получавшей блеомицин, был значительно снижен по сравнению с контрольной группой, получавшей физиологический раствор. Отложение коллагена в легочной ткани, на что указывает трихромное окрашивание по Массону, было значительно повышено в группе, получавшей блеомицин.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной работе представлен протокол микрокомпьютерной томографии (микро-КТ) для количественной оценки вентилируемых областей в односторонней модели легочного фиброза, индуцированного блеомицином. Данный подход направлен на улучшение оценки эффективности вмешательств при легочном фиброзе.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Легочный фиброз
- Микрокомпьютерная томография
- Оценка доклинического вмешательства
Теоретическая база
- Исследования сосредоточены на фиброзе органов и разработке диагностических подходов.
- Одностороннее введение блеомицина вызывает направленное повреждение легких у мышей.
- Микро-КТ позволяет проводить точную волюметрическую оценку участков легких.
- Разрабатываются алгоритмы с поддержкой ИИ для сегментации очагов поражения.
Цель исследования
- Для количественной оценки вентилируемых областей легких в модели фиброза.
- Для повышения точности оценки эффективности вмешательств.
- Для разработки стратегий ранней диагностики и терапии легочного фиброза.
Используемые методы
- Микрокомпьютерная томография для волюметрического анализа легких.
- Односторонняя инстилляция блеомицина на модели мыши.
- Алгоритмы с поддержкой ИИ для автоматической сегментации фиброзных очагов.
- Сравнительный анализ условий предварительной обработки.
Основные результаты
- Успешное количественное определение вентилируемых областей с помощью микро-КТ.
- Продемонстрированная точность в оценке легочного фиброза.
- Потенциал для трансформации методов оценки доклинических вмешательств.
- Повышенная точность сегментации очагов поражения с помощью алгоритмов ИИ.
Выводы
- Метод микро-КТ представляет собой надежный способ оценки легочного фиброза.
- Методы с применением ИИ повышают точность количественных оценок.
- Данное исследование закладывает основу для будущих терапевтических вмешательств.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Количественный анализ объема одного легкого с помощью микро-КТ позволяет точно оценить прогрессирование легочного фиброза и терапевтический ответ в доклинических моделях. Данный подход отвечает потребности в воспроизводимых, чувствительных и трансляционно значимых конечных точках на ранних этапах разработки препаратов для лечения респираторных заболеваний. Улучшенная волюметрическая и региональная количественная оценка обеспечивает уверенность при принятии решений в ключевых точках развития портфеля препаратов против фиброза.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Позволяет проводить строгую проверку гипотез о фиброзных путях in vivo.
- Обеспечивает функциональную валидацию мишеней путем количественного определения изменений объема легких в области очагов поражения.
- Способствует снижению механистических рисков за счет точного моделирования регионального повреждения.
- Повышает прогностическую уверенность при выборе кандидатов в программах по изучению фиброза.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает стандартизированные количественные показатели для оценки антифибротических вмешательств.
- Позволяет проводить воспроизводимую оценку вентилируемых областей легких в различных когортах.
- Поддерживает масштабируемость анализа и повторное использование платформы для лонгитюдных исследований.
- Обеспечивает надежные волюметрические конечные точки для рабочих процессов скрининга соединений.
Трансляционные и доклинические исследования
- Обеспечивает согласование доклинических конечных точек с клинически значимыми модальностями визуализации.
- Обеспечивает непрерывность процесса от этапа открытия до доклинической валидации терапевтической эффективности.
- Поддерживает принятие решений о продвижении проекта с учетом рисков на основе количественных показателей прогрессирования заболевания.
- Способствует согласованию биомаркеров посредством оценки фиброза на основе визуализации.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный волюметрический анализ на основе микро-КТ интегрируется в процесс исследований легочного фиброза — от этапа поиска мишеней до доклинических испытаний, связывая ранние исследования механизмов заболевания с оценкой трансляционной эффективности.
- Открывательная биология: обеспечивает проверку гипотез и снижение биологических рисков путем количественной оценки регионального фиброзного повреждения.
- Скрининг: предоставляет воспроизводимые количественные данные для оценки эффективности вмешательств и сравнения когорт.
- Аналитика: предоставляет показатели объема и аэрации для статистического анализа и определения пороговых значений принятия решений.
- Трансляционные исследования: приводит конечные точки доклинической визуализации в соответствие с клиническими диагностическими стандартами.
- Корпоративное повторное использование: создает многократно используемый рабочий процесс визуализации и анализа для моделей фиброза и связанных с ним заболеваний легких.
Влияние на операционную деятельность и предприятие
- Научная ценность: Повышает достоверность прогнозов и снижает механистическую неоднозначность в моделях фиброза.
- Операционная ценность: Стандартизирует волюметрический анализ и повышает воспроизводимость результатов в различных исследованиях.
- Стратегическая ценность: Позволяет принимать обоснованные решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективно распределять капитал при развитии портфеля.
- Влияние на портфель: Обеспечивает приоритезацию с учетом рисков и продвижение активов в области респираторных заболеваний.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с микро-КТ визуализацией и программным обеспечением для анализа 3D-изображений.
- Необходим доступ к высокоразрешающему оборудованию для микро-КТ и вычислительной инфраструктуре.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов визуализации и параметров анализа.
- Может потребоваться адаптация для различных моделей животных или этиологий фиброза.
- Потенциальные ограничения включают пропускную способность визуализации и точность сегментации, особенно при тяжелых состояниях заболевания.
