Półautomatyczne narzędzie graficzne do pomiaru przestrzennie ważonego stężenia wapnia w tętnicy wieńcowej na podstawie obrazów tomografii komputerowej bramkowanej serca
22 września 2023
Ten film demonstruje użycie nowatorskiego narzędzia graficznego do pomiaru przestrzennie ważonego wyniku wapnia (SWCS), alternatywy dla wyniku Agatstona, do ilościowego określania zwapnienia tętnic wieńcowych. Narzędzie graficzne oblicza SWCS na podstawie danych obrazowych z bramkowanej tomografii komputerowej serca i zdefiniowanych przez użytkownika ścieżek tętnic wieńcowych.
Misją Instytutu Inżynierii Biomedycznej i Obrazowania jest tworzenie innowacyjnych technologii inżynierii biomedycznej i obrazowania, które mogą być wykorzystywane w naukach medycznych i praktyce klinicznej. Celem jest zidentyfikowanie i opracowanie technik wczesnej i dokładnej diagnozy chorób, które mogą być przydatne w optymalizacji skuteczniejszych metod leczenia. Nasz zespół zajmujący się obrazowaniem układu sercowo-naczyniowego koncentruje się na technikach pozyskiwania i analizy obrazów w obrazowaniu MRI, PET i CT.
Obrazowanie CT może być wykorzystywane do pomiaru zwapnienia i określania ciężkości choroby wieńcowej bez inwazyjnych procedur. Skala Agatstona jest najczęściej stosowaną metodą oceny wapnia, ale opiera się na progach sygnału, które mogą powodować pominięcie wczesnych stadiów choroby z powodu małych, słabo tłumiących osadów, które nie są wykrywalne ponad szumem obrazu. Dr Jason Liang i jego koledzy z Uniwersytetu Waszyngtońskiego opracowali koncepcję przestrzennie ważonego wyniku wapnia.
Jednak w chwili obecnej nie ma wiarygodnych i spójnych narzędzi do obliczania wyniku. Stworzyliśmy program, który oferuje badaczom możliwość dokładnego i powtarzalnego obliczania. Specjalnie ważony wynik wapnia został zaprojektowany tak, aby był czuły na wykrywanie mikrozwapnień, które występuje przed zaawansowanym zwapnieniem naczyń wieńcowych, które można wykryć za pomocą tradycyjnych skanów CT oceny wapnia.
Czułość ta jest istotna w identyfikacji subklinicznej choroby wieńcowej i dostarczaniu danych ilościowych, które mogą być przydatne przy ocenie nowych czynników ryzyka, takich jak narażenie na metale z e-papierosów, ocenie modyfikowalnego ryzyka w młodszych populacjach oraz badaniu wpływu interwencji. Bezpośrednim zastosowaniem tej pracy jest zbadanie związku między zwapnieniem tętnic wieńcowych a narażeniem na metale toksyczne wynikające z używania e-papierosów. Projekt ten jest finansowany przez NIH i prowadzony przez profesora Navasa-Aciena Iana z Uniwersytetu Columbia.
Aby rozpocząć, utwórz odpowiednią strukturę folderów dla protokołu, przejdź do głównego folderu projektu i zlokalizuj plik programu. Kliknij dwukrotnie plik, aby uruchomić oprogramowanie i wyświetlić kod programu. Aby uruchomić program, kliknij w dowolnym miejscu okna edytora i kliknij zielony przycisk uruchamiania na górnej wstążce karty edytora.
Kliknij przycisk otwierania DICOM w lewym dolnym rogu, aby uzyskać dostęp do katalogu pliku. Przejdź do głównego folderu projektu i znajdź oryginalne dane. Wybierz folder pacjenta, który ma zostać przeanalizowany, i kliknij przycisk Otwórz.
Na ekranie pojawią się obrazy w widoku osiowym, strzałkowym i koronalnym. Aby sprawdzić plasterki w określonym widoku, najedź na nie kursorem i przewiń je. Użyj krzyżyka nitkowego, aby wyświetlić położenie wskaźnika w tym momencie.
Za pomocą suwaków znajdujących się w prawym dolnym rogu programu dostosuj jasność i kontrast obrazu. Aby przeanalizować zwapnienie tętnicy wieńcowej, kliknij przycisk fantomu zero miligramów na mililitr. Najedź kursorem na widok osiowy i przewiń, aż zobaczysz zero miligramów na mililitr sekcji fantomu.
Umieść kursor w punkcie środkowym fantomu zera miligramów na mililitr w widoku osiowym. Obserwuj krzyż nitkowy w widokach strzałkowym i koronalnym bez przesuwania kursora. Przewiń kilka wycinków, aż krzyżyk i trzy widoki zostaną wyśrodkowane na fantomie zerowym miligramów na mililitr
.Aby wygenerować czerwony klaster okręgów w widoku osiowym w kolumnie trzech punktów w widoku strzałkowym i koronalnym, umieść siatkę o wymiarach 10 na 10 punktów na bieżącym i sąsiednich plasterkach. Jeśli fantom jest niedostępny lub jest niskiej jakości, należy wybrać przycisk brak fantomu, aby użyć agregacji 10 fantomów próbek i odpowiadających im funkcji ważenia. Następnie wybierz przycisk tętnicy, aby rozpocząć śledzenie każdej z czterech tętnic wieńcowych.
Najedź kursorem na widok osiowy. Przewiń, aby przejść do bliższego lub dalszego końca wybranej tętnicy i obserwuj kształt tętnicy w przekroju. Aby zaznaczyć tętnicę kołową, kliknij jej środek w widoku osiowym, a pojawi się punkt o średnicy pięciu milimetrów, który będzie również widoczny w widoku strzałkowym i koronalnym.
Jeśli tętnica jest bardziej widoczna w widoku strzałkowym lub koronalnym, umieść tam punkt, upewniając się, że jest wyrównany ze środkiem tętnicy w widoku osiowym. Szybko kliknij dwukrotnie w dowolnym z trzech widoków, aby usunąć nieoptymalne umieszczone punkty. Obserwuj lewy dolny obszar, aby uzyskać powiadomienie potwierdzające usunięcie punktów.
Jeśli kształt tętnicy nie jest okrągły w płaszczyźnie osiowej, upewnij się, że żądany przekrój osiowy jest widoczny i kliknij przycisk rysowania ROI. W wyskakującym okienku przewiń, aby powiększyć lub pomniejszyć i zacznij śledzić wokół tętnicy za pomocą pojedynczych kliknięć. Aby usunąć poprzedni punkt w śledzeniu tętnicy, użyj Backspace, gdy ROI jest otwarty i zamknij ROI, klikając dwukrotnie ostatni lub pierwszy umieszczony punkt.
Uściślij zamknięty obszar robót, przeciągając jego punkty obwodu lub klikając dwukrotnie obwód, aby dodać punkt. Następnie zablokuj i przerysuj ponownie, ROI pojawi się na dole wyskakującego okienka. Gdy będziesz zadowolony z bieżącego zwrotu z inwestycji, kliknij przycisk blokady i zamknij wyskakujące okienko za pomocą czerwonego przycisku w lewym górnym rogu.
Aby usunąć zablokowany zwrot z inwestycji, kliknij dwukrotnie dowolne punkty obwodu w widoku osiowym głównego okna programu. Przewiń jeden wycinek w widoku osiowym i powtarzaj procedurę, aż do osiągnięcia końca wybranej tętnicy. Po zakończeniu śledzenia kliknij ponownie przycisk tętnic, aby upewnić się, że nie zostały umieszczone żadne przypadkowe punkty.
Po prześledzeniu wszystkich czterech tętnic kliknij przycisk SWCS w prawym dolnym rogu, aby wygenerować wyniki. W lewym dolnym obszarze pojawi się postęp i wyświetlenie zakończonego przetwarzania po zakończeniu. Zamknij okno programu, klikając czerwony przycisk.
Aby uzyskać dostęp do wyników, otwórz katalog plików, przejdź do głównego folderu projektu i wprowadź folder metadanych. Poszukaj folderu o tej samej nazwie, co oryginalny folder tematu, i znajdź plik w żądanym formacie. Przejrzyj pliki PDF, aby uzyskać ostateczną punktację SWCS i Agatston dla sprawy i użytej funkcji oczekiwania.
Procentowa różnica między wynikiem Agatstona uzyskanym z programu a oprogramowaniem komercyjnym jest przedstawiona za pomocą wykresu Blanda-Altmana.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten film prezentuje nowe narzędzie graficzne do pomiaru przestrzennie ważonego wyniku wapnienia (SWCS), które stanowi alternatywę dla skali Agatstona w ilościowym określaniu zwapnień tętnic wieńcowych. Narzędzie oblicza SWCS na podstawie danych z obrazowania TK serca z synchronizacją z cyklem pracy serca oraz zdefiniowanych przez użytkownika przebiegów tętnic wieńcowych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Inżynieria biomedyczna
- Obrazowanie serca i naczyń
- Technologia medyczna
Wstęp
- Instytut Inżynierii Biomedycznej i Obrazowania dąży do opracowania innowacyjnych technologii obrazowania.
- Obrazowanie CT jest wykorzystywane do pomiaru stopnia zwapnienia tętnic wieńcowych.
- W ocenie poziomu wapnia powszechnie stosuje się wskaźnik Agatstona, który jednak posiada pewne ograniczenia.
- Dr Jason Liang i współpracownicy opracowali metodę SWCS, aby rozwiązać te ograniczenia.
Cel badania
- Aby zapewnić dokładniejszą metodę ilościowego oznaczania zwapnień tętnic wieńcowych.
- Aby usprawnić wczesne wykrywanie choroby wieńcowej.
- Aby zwiększyć skuteczność dostępnych opcji leczenia.
Zastosowane metody
- Gating obrazowania w tomografii komputerowej (TK) serca.
- Narzędzie graficzne do obliczania SWCS.
- Definiowane przez użytkownika ścieżki analizy tętnic wieńcowych.
- Porównanie z metodologią wyniku Agatstona.
Główne wyniki
- SWCS zapewnia bardziej szczegółowy pomiar zwapnień.
- Pozwala na skuteczniejsze wykrywanie wczesnych stadiów choroby tętnic wieńcowych.
- Narzędzie graficzne upraszcza proces obliczania wyników wapnienia.
- SWCS może prowadzić do lepszych wyników klinicznych w zakresie zdrowia układu sercowo-naczyniowego.
Wnioski
- SWCS stanowi obiecującą alternatywę dla wyniku Agatstona.
- Usprawnia on wykrywanie choroby tętnic wieńcowych.
- Dalsze badania są niezbędne do potwierdzenia jego użyteczności klinicznej.
Często zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ilościowa ocena zwapnienia tętnic wieńcowych jest kluczowa dla wczesnej stratyfikacji ryzyka sercowo-naczyniowego oraz mechanistycznej redukcji ryzyka w badaniach translacyjnych. Półautomatyczne narzędzie graficzne do przestrzennego ważenia oceny poziomu wapnia (SWCS) umożliwia wykrywanie mikrozwapnień poniżej progu Agatstona, co zwiększa pewność prognostyczną w modelach istotnych dla przebiegu choroby. Możliwość ta usprawnia podejmowanie decyzji w zakresie portfela badań, pozwalając na wcześniejszą identyfikację choroby w stadium subklinicznym oraz modyfikowalnych czynników ryzyka.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia badanie wapnienia tętnic wieńcowych jako biomarkeru mechanistycznego dla ryzyka sercowo-naczyniowego.
- Wspiera biologiczną redukcję ryzyka poprzez ilościowe określanie złogów wapnia poniżej progu wykrywalności standardowych metod oceny.
- Zwiększa wiarygodność predykcyjną walidacji celu w badaniach nad czynnikami ryzyka środowiskowego lub stylu życia.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Ułatwia przygotowanie zwalidowanych testów obrazowych do ilościowego określania stopnia zwapnienia tętnic wieńcowych w kohortach przedklinicznych i klinicznych.
- Standaryzuje wyniki oceny poziomu wapnia w celu zapewnienia powtarzalności między badaniami i platformami.
- Umożliwia wiarygodne porównanie efektów interwencji w zakresie dynamiki wczesnego zwapnienia.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Uzgadnia wyniki obrazowania ze strategiami biomarkerów translacyjnych w przypadku subklinicznej choroby układu sercowo-naczyniowego.
- Wspiera ciągłość procesu od fazy odkrycia po walidację przedkliniczną, dostarczając czułych, ilościowych punktów końcowych.
- Minimalizuje ryzyko decyzji o dalszym rozwoju badań poprzez ujawnianie wczesnych sygnałów choroby w populacjach wysokiego ryzyka.
Integracja rurociąga i przepływu pracy
Narzędzie to integruje się z kontinuum od etapu odkrywania do badań przedklinicznych, zapewniając ilościowy i powtarzalny punkt końcowy obrazowania dla zwapnień tętnic wieńcowych. Łączy ono przepływy pracy w zakresie wczesnego odkrywania, przesiewu i badań translacyjnych.
- Biologia odkryć: Umożliwia weryfikację hipotez dotyczących wpływu nowych czynników narażenia lub interwencji na mikrozwapnienia wieńcowe.
- Przesiewy: Dostarcza gotowych do analizy wyników ilościowych, pozwalających na porównania międzybadawcze i międzykohortowe.
- Analityka: Zapewnia pomiary wapnia na poziomie pikseli z wagą przestrzenną, co pozwala na rzetelną analizę statystyczną.
- Badania translacyjne: Wspiera dopasowanie biomarkerów i stratyfikację ryzyka w badaniach przedklinicznych i klinicznych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje zestandaryzowany, półautomatyczny przepływ pracy, który można dostosować do różnych badań obrazowych i modeli chorób.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w ocenie ryzyka sercowo-naczyniowego.
- Wartość operacyjna: Poprawia standaryzację, odtwarzalność i skalowalność procesów oceny poziomu uwapnienia.
- Wartość strategiczna: Usprawnia decyzje o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) oraz efektywność kapitałową poprzez umożliwienie wcześniejszego wykrywania sygnałów chorobowych.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację dostosowaną do ryzyka oraz rozwój zasobów badawczych w obszarze kardiologii.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymagana jest wiedza specjalistyczna z zakresu obrazowania CT serca oraz anatomicznego śledzenia tętnic wieńcowych.
- Niezbędny jest dostęp do danych CT serca z synchronizacją EKG oraz fantomów kalibracyjnych do wyprowadzenia funkcji wagowej.
- Wymagana jest standaryzacja protokołów obrazowania i procedur punktacji pomiędzy zespołami.
- Metoda jest dostosowana do badań nad modyfikacją zwapnień tętnic wieńcowych pod wpływem czynników środowiskowych, genetycznych lub terapeutycznych.
- Dokładność pomiaru zależy od jakości obrazu oraz dostępności fantomów kalibracyjnych.
