Imágenes pulmonares multimodales: uso de información complementaria de la TC y la resonancia magnética hiperpolarizada de 129Xe para evaluar la estructura y función pulmonar
12 de abril de 2024
La TC y la RM 129Xe proporcionan información complementaria sobre la estructura y la función pulmonar que puede aprovecharse para el análisis regional mediante el registro de imágenes. Aquí, proporcionamos un protocolo que se basa en la literatura existente para el registro de imágenes de RM a TC de 129Xe utilizando plataformas de código abierto.
Para empezar, abra las imágenes seguidas de máscaras en el software de visualización de imágenes deseado para verificar que la orientación de la imagen y la máscara coincida con todos los archivos CT, Proton y Xenon. A continuación, guarde la imagen DICOMS y las máscaras de etiqueta única como archivos NIfTI en la misma carpeta que el archivo reg. py.
Para el registro de RM de xenón por TC, abra el archivo reg. py en la configuración del entorno informático de Python deseada. Si utiliza un entorno virtual, establezca el número de unidades centrales de procesamiento, el número de subprocesos y la RAM según lo desee o según esté disponible en el entorno informático.
A continuación, establezca la transformación e interpolación deseadas, seguidas de la imagen fija y en movimiento. Ejecute reg. py en el entorno informático de Python.
Una vez completado el registro, proceda a la evaluación. Manteniendo la imagen ct. nii como imagen base, abra la deformación de ventilación.nii.
gz como otra imagen y superponerla a la imagen CT con el mapa de color deseado. Revise la superposición de la imagen de RM de xenón con la imagen de TC en todos los planos de la imagen para evaluar la alineación visual de puntos de referencia como los límites de carina y pulmón. Los resultados del registro mostraron una buena alineación de todos los límites pulmonares para el participante sano.
En los tres participantes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica, había una buena alineación de los límites pulmonares disponibles, que iban desde anomalías difusas de la ventilación, anomalías de la ventilación del lóbulo superior con límites pulmonares apicales ausentes y anomalías de la ventilación del lóbulo inferior con límites pulmonares diafragmáticos ausentes.
Resumen
Este artículo presenta un protocolo para registrar imágenes de resonancia magnética con xenón-129 (129 Xe MRI) con imágenes de tomografía computarizada (TC) con el fin de mejorar el análisis estructura-función pulmonar. El método utiliza plataformas de código abierto para el registro de imágenes, facilitando así el análisis regional.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Imagen médica
- Radiología
Antecedentes
- La TC y la RM con 129Xe proporcionan información complementaria sobre la estructura y función pulmonar.
- El registro de imágenes es esencial para un análisis regional preciso.
- La bibliografía existente sobre las técnicas de RM con 129Xe orienta este protocolo.
- Las plataformas de código abierto mejoran la accesibilidad para los investigadores.
Objetivo del estudio
- Desarrollar un protocolo robusto para la registración de imágenes de tomografía computarizada y resonancia magnética con xenón-129.
- Mejorar el análisis de la función pulmonar mediante técnicas de imagen mejoradas.
- Proporcionar un método reproducible para investigadores en el campo.
Métodos Utilizados
- Abra las imágenes y máscaras en un software de visualización de imágenes.
- Verifique la orientación de los archivos de TC, protón y xenón.
- Guarde las imágenes y máscaras como archivos NIfTI.
- Utilice un entorno de computación en Python para el registro.
Resultados Principales
- El protocolo permite un registro eficaz de imágenes de TC y RM con 129Xe.
- Facilita un análisis regional detallado de la estructura y función pulmonar.
- Demuestra la utilidad de herramientas de código abierto en imágenes médicas.
- Proporciona una base para investigaciones futuras en imágenes pulmonares.
Conclusiones
- El protocolo desarrollado mejora la precisión del análisis de imágenes pulmonares.
- La combinación de TC y RM con 129Xe ofrece información integral sobre la función pulmonar.
- Las plataformas de código abierto fomentan la colaboración y la innovación en la investigación.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La integración de la RM con 129Xe hiperpolarizado con imágenes de TC permite una evaluación integral de la estructura y función pulmonar, apoyando la validación avanzada de objetivos y la reducción de riesgos mecanicistas en el descubrimiento de fármacos respiratorios. Este enfoque multimodal mejora la confianza predictiva en puntos críticos de inflexión en las líneas de desarrollo pulmonar, facilitando decisiones de cartera ajustadas al riesgo para nuevos terapéuticos dirigidos a enfermedades pulmonares. Las salidas cuantitativas y regionales del método lo posicionan como un activo estratégico para la investigación traslacional y el desarrollo de modelos preclínicos.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite investigar las relaciones entre la estructura y la función pulmonar regional para la reducción mecanicista de riesgos.
- Apoya la validación funcional de dianas mediante la correlación de biomarcadores de imagen con fenotipos relevantes para la enfermedad.
- Facilita la confianza predictiva en la selección temprana de activos respiratorios.
Desarrollo de pruebas y cribado
- Prepara ensayos basados en imágenes validados para la evaluación cuantitativa de intervenciones pulmonares.
- Normaliza las mediciones de la función pulmonar regional para lograr reproducibilidad entre estudios.
- Posibilita flujos de trabajo escalables y listos para plataformas, para el cribado de compuestos en sistemas relevantes para la enfermedad.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Correlaciona biomarcadores de imagen con puntos finales traslacionales para la validación de modelos preclínicos.
- Proporciona continuidad desde el descubrimiento hasta la evaluación preclínica de terapias dirigidas al pulmón.
- Apoya el avance ajustado al riesgo mediante la cuantificación de cambios estructura-función en modelos de enfermedad.
Integración de la Línea de Producción y Flujo de Trabajo
Este protocolo de imagen multi-modal conecta el descubrimiento temprano, la identificación de candidatos y la validación preclínica en los flujos de trabajo de I+D respiratoria.
- Biología del Descubrimiento: La correlación cuantitativa entre estructura y función orienta la prueba de hipótesis y la aclaración de vías.
- Cribado: Los ensayos basados en imágenes proporcionan lecturas reproducibles y regionales para la evaluación de compuestos.
- Análisis: Los resultados del registro permiten la comparación directa de métricas pulmonares estructurales y funcionales.
- Investigación Traducional: Los puntos finales de imagen apoyan la alineación de biomarcadores y la continuidad de modelos preclínicos.
- Reutilización Empresarial: El protocolo es adaptable a diversos modelos respiratorios y favorece la estandarización entre programas.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en la investigación de enfermedades pulmonares.
- Valor operativo: Proporciona flujos de trabajo de imagen estandarizados y reproducibles para estudios multisitio.
- Valor estratégico: Mejora las decisiones de avance/no avance y la eficiencia del capital al permitir una validación robusta de objetivos.
- Impacto en la cartera: Apoya la priorización ajustada al riesgo y el avance de activos respiratorios.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en modalidades avanzadas de imagen y técnicas de registro de imágenes.
- Exige acceso a instrumentación de tomografía computarizada y resonancia magnética con xenón hiperpolarizado 129Xe, así como infraestructura computacional.
- Necesita la estandarización cruzada de protocolos de imagen y formatos de datos entre equipos.
- Puede ser necesaria una adaptación para diferentes modelos de enfermedades pulmonares o plataformas de imagen.
- Es preciso abordar los desafíos técnicos en el registro y alineación de imágenes para obtener resultados consistentes.
