利用微型CT进行单侧肺容积分析以加强临床前模型中肺纤维化的评估
2025年6月20日
本文介绍了一种利用显微计算机断层扫描（micro-CT）通过气管内滴注在病灶侧建立单侧博来霉素诱导的肺纤维化模型，以定量分析通气区域的实验方案。
本课题组长期致力于器官纤维化领域的基础与转化研究。近期重点致力于肺纤维化的早期诊断方法及精准治疗策略的开发。我们建立了一种基于微型CT的单侧通气肺容积分析方法，可实现对肺纤维化变化的精确评估，有望革新临床前干预效果的评价体系。
单侧博来霉素注射可在小鼠中诱导精确且持久的肺损伤，确保不同病灶间具有可比性的治疗前状态。通过微型CT进行定量分析，以评估干预措施的有效性。我们的专家将开发人工智能辅助的自动化纤维化病灶分割算法，以提高定量评估的准确性。
[Instructor] 首先启动 3D Slicer 程序，开始对单侧选择性肺部分割及体积分析进行后处理。点击“加载”以导入 DICOM 格式的影像数据。在主界面中显示轴向、冠状和矢状图像。调整矢状面视图参数以显示隐藏选项。然后选择“重命名当前体积”并输入新名称。在分割编辑器中，点击“添加”以创建右肺的分割。将阈值范围调整为 -1000 至 -350 Hounsfield 单位，并启用“用于掩膜”。现在使用带有球形画笔的绘制工具对目标肺区域进行分割。选择“孤岛工具”，然后选择“保留选定孤岛”。高亮右肺，然后点击“显示 3D”以在可视化面板中显示三维模型。在术语面板中，将三维模型的颜色更改为蓝色。重复上述步骤对左肺进行分割后，处理轴向胸部 CT 图像以计算通气肺体积，然后生成三维模型。现在将左肺三维模型的颜色更改为黄色。将右肺分割的不透明度设置为 0.2。截取三维视图或切片图像的屏幕截图，并通过点击“注释截图”保存，选择图像格式，然后修改保存路径。使用分割统计模块计算以立方毫米为单位的肺体积，并分析正常通气区域。博来霉素处理组的左肺体积较生理盐水处理对照组显著降低。通过 Masson 三色染色显示，博来霉素处理组肺组织中的胶原沉积显著升高。
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概述
本研究介绍了一种微计算机断层扫描（micro-CT）方案，用于量化单侧博来霉素诱导的肺纤维化模型中的通气区域。该方法旨在提高对肺纤维化干预措施的评估能力。
关键研究组成部分
科学领域
- 肺纤维化
- 微型计算机断层扫描
- 临床前干预评估
背景
- 研究重点为器官纤维化及诊断方法的开发。
- 单侧博来霉素注射可在小鼠中诱导靶向性肺损伤。
- 微型CT可实现对肺部区域的精确体积评估。
- 正在开发用于病灶分割的人工智能辅助算法。
研究目的
- 在纤维化模型中量化通气肺区域。
- 提高干预评估的准确性。
- 开发肺纤维化的早期诊断和治疗策略。
使用的方法
- 用于肺容积分析的微型计算机断层扫描。
- 小鼠模型中的单侧博来霉素灌注。
- 用于纤维化病灶自动分割的人工智能辅助算法。
- 治疗前状态的比较分析。
主要结果
- 利用微型CT成功量化通气区域。
- 在评估肺纤维化方面展现出高精度。
- 具有变革临床前干预评估的潜力。
- 通过人工智能算法提高了病灶分割的准确性。
结论
- micro-CT 方法为评估肺纤维化提供了一种可靠的手段。
- 人工智能辅助技术提高了定量评估的准确性。
- 本研究为未来的治疗干预奠定了基础。
常见问题
行业重要性概述
利用微型CT进行定量单侧肺容积分析，可实现对临床前模型中肺纤维化进展及治疗反应的精确评估。该方法满足了早期呼吸系统药物研发中对可重复、敏感且具有转化相关性终点指标的需求。增强的容积和区域定量分析有助于在纤维化项目推进的关键节点做出可靠决策。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 能够在体内严格验证纤维化通路的假设。
- 通过量化病灶特异性肺容积变化，支持靶点的功能性验证。
- 通过精确的区域性损伤建模，促进作用机制的去风险化。
- 提高纤维化项目中候选药物筛选的预测可信度。
筛选与检测方法开发
- 提供标准化的定量读数，用于评估抗纤维化干预措施。
- 能够在不同队列中对通气肺区域进行可重复的评估。
- 支持检测方法的可扩展性及平台在纵向研究中的重复使用。
- 为化合物筛选工作流程提供可靠的体积终点指标。
转化与临床前研究
- 将临床前终点与临床相关的影像学方法相匹配。
- 实现从发现到治疗效果临床前验证的连续性。
- 基于定量的疾病进展指标，支持经风险调整的推进决策。
- 通过基于影像的纤维化评估，促进生物标志物的一致性。
流程与工作流整合
这种基于显微CT的容积分析方法可融入肺纤维化从发现到临床前研究的连续过程中，架起早期机制研究与转化疗效评估之间的桥梁。
- 发现生物学：通过量化区域性纤维化损伤，支持假设验证和生物学风险降低。
- 筛选：提供可重复的定量结果，用于干预评估和队列比较。
- 分析：提供体积和通气指标，以支持统计分析和决策阈值设定。
- 转化研究：将临床前影像终点与临床诊断标准对齐。
- 企业级复用：建立可重复使用的纤维化及相关肺部疾病模型的影像与分析工作流程。
运营与企业影响
- 科学价值：提高纤维化模型的预测可信度，降低机制上的模糊性。
- 操作价值：标准化体积分析，增强不同研究间的可重复性。
- 战略价值：支持科学的立项/终止决策，实现资本高效的投资组合推进。
- 组合影响：支持基于风险调整的呼吸系统资产优先排序与推进。
实施注意事项
- 需要具备微计算机断层扫描（micro-CT）成像及三维图像分析软件的专业知识。
- 需要配备高分辨率 micro-CT 仪器和计算基础设施。
- 需要跨团队统一成像方案和分析参数的标准。
- 针对不同的动物模型或纤维化病因，可能需要进行方法调整。
- 潜在的局限性包括成像通量以及分割准确性，尤其是在疾病严重状态下。
