Imagerie pulmonaire multimodale : utilisation d’informations complémentaires provenant de la TDM et de l’IRM hyperpolarisée 129Xe pour évaluer la structure et la fonction pulmonaires
12 avril 2024
La TDM et l’IRM 129Xe fournissent des informations complémentaires sur la structure et la fonction pulmonaires qui peuvent être exploitées pour l’analyse régionale à l’aide du recalage d’images. Ici, nous fournissons un protocole qui s’appuie sur la littérature existante pour le recalage d’images 129Xe MR vers CT à l’aide de plates-formes open source.
Pour commencer, ouvrez les images suivies de masques dans le logiciel de visualisation d’images souhaité pour vérifier que l’image et l’orientation du masque correspondent à tous les fichiers CT, Proton et Xenon. Ensuite, enregistrez les DICOMS d’image et les masques d’étiquette unique en tant que fichiers NIfTI dans le même dossier que le fichier reg. py.
Pour l’enregistrement CT Xenon MRI, ouvrez le fichier reg. py dans la configuration de l’environnement informatique Python souhaitée. Si vous utilisez un environnement virtuel, définissez le nombre d’unités de traitement centrales, le nombre de threads et la RAM comme vous le souhaitez ou comme disponible dans l’environnement informatique.
Ensuite, définissez la transformation et l’interpolation souhaitées, puis l’image fixe et l’image en mouvement. Exécutez reg. py dans l’environnement informatique Python.
Une fois l’inscription terminée, procédez à l’évaluation. En gardant l’image ct. nii comme image de base, ouvrez la distorsion de ventilation.
gz comme une autre image et superposez-la sur l’image CT avec la palette de couleurs souhaitée. Examinez le chevauchement de l’image IRM au xénon avec l’image CT dans tous les plans de l’image pour évaluer l’alignement visuel des points de repère tels que les limites de la carène et des poumons. Les résultats de l’inscription ont montré un bon alignement de toutes les limites pulmonaires pour le participant en bonne santé.
Chez les trois participants atteints de bronchopneumopathie chronique obstructive, il y avait un bon alignement des limites pulmonaires, allant d’anomalies de la ventilation diffuse, des anomalies de la ventilation du lobe supérieur avec absence de limites pulmonaires apicales et des anomalies de la ventilation du lobe inférieur avec absence de limites pulmonaires diaphragmatiques.
Aperçu
Cet article présente un protocole d'appariement d'images IRM au xénon-129 avec des images de tomodensitométrie afin d'améliorer l'analyse fonctionnelle et structurale du poumon. La méthode utilise des plateformes libres pour l'appariement d'images, facilitant ainsi une analyse régionale.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Imagerie médicale
- Radiologie
Contexte
- La CT et l'IRM au 129Xe fournissent des informations complémentaires sur la structure et la fonction pulmonaires.
- L'enregistrement d'images est essentiel pour une analyse régionale précise.
- La littérature existante sur les techniques d'IRM au 129Xe éclaire ce protocole.
- Les plateformes open source améliorent l'accessibilité pour les chercheurs.
Objectif de l'étude
- Développer un protocole robuste pour l'enregistrement des images de tomodensitométrie et d'IRM au xénon-129.
- Améliorer l'analyse de la fonction pulmonaire grâce à des techniques d'imagerie améliorées.
- Fournir une méthode reproductible aux chercheurs du domaine.
Méthodes utilisées
- Ouvrir les images et les masques dans un logiciel de visualisation d'images.
- Vérifier l'orientation des fichiers CT, Proton et Xenon.
- Enregistrer les images et les masques au format NIfTI.
- Utiliser un environnement de calcul Python pour l'enregistrement.
Résultats principaux
- Le protocole permet un recalage efficace des images de CT et de l'IRM au 129Xe.
- Facilite une analyse régionale détaillée de la structure et de la fonction pulmonaires.
- Démontre l'utilité des outils open source en imagerie médicale.
- Offre une base pour les recherches futures en imagerie pulmonaire.
Conclusions
- Le protocole développé améliore la précision de l'analyse des images pulmonaires.
- La combinaison de la TDM et de l'IRM au 129 Xe offre une vision complète des fonctions pulmonaires.
- Les plateformes open source favorisent la collaboration et l'innovation en recherche.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
L'intégration de l'IRM au xénon hyperpolarisé 129Xe avec l'imagerie par tomodensitométrie permet une évaluation complète de la structure et de la fonction pulmonaires, soutenant une validation avancée des cibles et une réduction des risques mécanistiques dans la découverte de médicaments respiratoires. Cette approche multimodale renforce la confiance prédictive aux points critiques des parcours de recherche et développement pulmonaires, facilitant des décisions de portefeuille ajustées au risque pour de nouvelles thérapies ciblant les maladies pulmonaires. Les résultats quantitatifs et régionaux de cette méthode en font un atout stratégique pour la recherche translationnelle et le développement de modèles précliniques.
Applications stratégiques en recherche et développement biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet l'analyse des relations structure-fonction régionales du poumon pour une détection mécanistique des risques.
- Prend en charge la validation fonctionnelle des cibles en corrélant les biomarqueurs d'imagerie avec des phénotypes pertinents pour la maladie.
- Facilite une évaluation prédictive fiable du triage précoce des actifs respiratoires.
Développement de tests et criblage
- Prépare des tests d'imagerie validés pour l'évaluation quantitative d'interventions pulmonaires.
- Standardise les mesures de la fonction pulmonaire régionale afin d'assurer la reproductibilité entre les études.
- Permet des flux de travail évolutifs et prêts à l'emploi pour le criblage de composés dans des systèmes pertinents pour la maladie.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne les biomarqueurs d'imagerie avec les critères traductionnels pour la validation des modèles précliniques.
- Assure une continuité depuis la découverte jusqu'à l'évaluation préclinique des thérapies ciblant le poumon.
- Permet une progression adaptée au risque en quantifiant les modifications structure-fonction dans les modèles de maladie.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Ce protocole d'imagerie multimodale relie la découverte précoce, l'identification de candidats thérapeutiques et la validation préclinique dans les flux de travail de recherche et développement respiratoires.
- Biologie de la découverte : La cartographie quantitative entre structure et fonction oriente les tests d'hypothèses et la clarification des voies biologiques.
- Écrans de sélection : Les tests basés sur l'imagerie fournissent des mesures reproductibles et régionales pour l'évaluation des composés.
- Analytique : Les résultats du recalage permettent une comparaison directe des paramètres pulmonaires structurels et fonctionnels.
- Recherche translationnelle : Les critères d'évaluation par imagerie facilitent l'alignement des biomarqueurs et la continuité entre les modèles précliniques.
- Réutilisation institutionnelle : Le protocole est adaptable à divers modèles respiratoires et favorise la standardisation entre programmes.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la recherche sur les maladies pulmonaires.
- Valeur opérationnelle : Fournit des protocoles d'imagerie standardisés et reproductibles pour les études multicentriques.
- Valeur stratégique : Améliore les décisions de poursuite ou d'abandon et l'efficacité du capital en permettant une validation robuste des cibles.
- Impact sur le portefeuille : Favorise la priorisation et l'avancement, ajustés au risque, des actifs respiratoires.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise dans les modalités d'imagerie avancées et les techniques d'enregistrement d'images.
- Exige un accès à des instruments de tomodensitométrie (TDM) et d'IRM au xénon hyperpolarisé 129Xe, ainsi qu'à une infrastructure informatique adaptée.
- Implique une standardisation interéquipes des protocoles d'imagerie et des formats de données.
- Une adaptation peut être nécessaire selon les modèles de maladies pulmonaires ou les plateformes d'imagerie utilisées.
- Des défis techniques liés à l'enregistrement et à l'alignement des images doivent être résolus afin d'obtenir des résultats cohérents.
