Полуавтоматический графический инструмент для измерения пространственно-взвешенной кальциевой оценки коронарных артерий по изображениям компьютерной томографии сердца
22 сентября 2023 г.
В этом видео демонстрируется использование нового графического инструмента для измерения пространственно-взвешенного кальциевого индекса (SWCS), альтернативы шкале Агатстона, для количественной оценки кальцификации коронарных артерий. Графический инструмент рассчитывает SWCS на основе данных изображений закрытой компьютерной томографии сердца и заданных пользователем путей коронарных артерий.
Миссией Института биомедицинской инженерии и визуализации является создание инновационных технологий биомедицинской инженерии и визуализации, которые могут быть использованы в медицинской науке и клинической практике. Цель состоит в том, чтобы определить и разработать методы ранней и точной диагностики заболеваний, которые затем могут быть полезны для оптимизации более эффективных методов лечения. Наша группа сердечно-сосудистой визуализации специализируется на методах получения и анализа изображений для МРТ, ПЭТ и КТ.
Компьютерная томография может быть использована для измерения кальцификации и определения тяжести ишемической болезни сердца без инвазивных процедур. Оценка по шкале Агатстона является наиболее часто используемым методом оценки уровня кальция, но она основана на пороговых значениях сигнала, которые могут привести к тому, что ранние стадии заболевания будут пропущены из-за небольших слабо ослабляющих отложений, которые не могут быть обнаружены над шумом изображения. Доктор Джейсон Лян и его коллеги из Вашингтонского университета разработали идею пространственно взвешенного кальциевого показателя.
Однако в настоящее время не существует надежных и последовательных инструментов для вычисления оценки. Мы создали программу, которая предлагает исследователям возможность точно и многократно рассчитывать его. Пространственно-взвешенный показатель кальция разработан таким образом, чтобы быть чувствительным к обнаружению микрокальцификации, которая возникает до того, как прогрессирующая коронарная кальцификация может быть обнаружена с помощью традиционной компьютерной томографии с подсчетом кальция.
Эта чувствительность имеет большое значение для выявления субклинической ишемической болезни сердца и предоставления количественных данных, которые могут быть полезны при оценке новых факторов риска, таких как воздействие металлов от электронных сигарет, оценке модифицируемых рисков в более молодых популяциях и изучении воздействия вмешательств. Непосредственное применение этой работы заключается в изучении взаимосвязи между кальцификацией коронарных артерий и воздействием токсичных металлов при использовании электронных сигарет. Этот проект финансируется NIH и возглавляется профессором Колумбийского университета Аной Навас-Асьен.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном видео демонстрируется новый графический инструмент для измерения пространственно-взвешенного индекса кальцификации (SWCS), который является альтернативой шкале Агатстона для количественной оценки кальциноза коронарных артерий. Инструмент вычисляет SWCS на основе данных синхронизированной по сердечному циклу КТ-визуализации сердца и заданных пользователем траекторий коронарных артерий.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Биомедицинская инженерия
- Визуализация сердечно-сосудистой системы
- Медицинские технологии
Теоретическая часть
- Институт биомедицинской инженерии и визуализации стремится к разработке инновационных технологий визуализации.
- КТ-визуализация используется для измерения степени кальцификации коронарных артерий.
- Шкала Эгастона обычно используется для определения индекса кальция, но имеет определенные ограничения.
- Доктор Джейсон Лянг и его коллеги разработали метод SWCS, чтобы устранить эти ограничения.
Цель исследования
- Обеспечить более точный метод количественной оценки кальцификации коронарных артерий.
- Улучшить раннее выявление ишемической болезни сердца.
- Повысить эффективность вариантов лечения.
Используемые методы
- Синхронизированная по ЭКГ компьютерная томография (КТ) сердца.
- Графический инструмент для расчета SWCS.
- Пользовательские траектории для анализа коронарных артерий.
- Сравнение с методикой оценки по шкале Агатстона.
Основные результаты
- SWCS обеспечивает более детальную оценку кальцификации.
- Он позволяет более эффективно выявлять ранние стадии ишемической болезни сердца.
- Графический инструмент упрощает процесс расчета показателей кальция.
- SWCS может привести к улучшению клинических исходов при заболеваниях сердечно-сосудистой системы.
Выводы
- SWCS является перспективной альтернативой шкале Agatston.
- Этот метод улучшает диагностику ишемической болезни сердца.
- Необходимы дальнейшие исследования для подтверждения его клинической значимости.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Количественная оценка кальцификации коронарных артерий имеет решающее значение для стратификации сердечно-сосудистого риска на ранних стадиях и механистического снижения рисков в трансляционных исследованиях. Полуавтоматический графический инструмент для пространственно-взвешенного определения индекса кальция (SWCS) позволяет обнаруживать микрокальцификаты, значения которых ниже порога Agatston, что повышает прогностическую достоверность моделей, релевантных для изучаемого заболевания. Данная возможность улучшает процесс принятия решений по портфелю препаратов, позволяя на более ранних этапах выявлять субклиническое течение болезни и модифицируемые факторы риска.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишеней
- Позволяет оценивать кальцификацию коронарных артерий как механистический биомаркер сердечно-сосудистого риска.
- Обеспечивает биологическое снижение рисков путем количественного определения субпороговых отложений кальция, которые не обнаруживаются при стандартном скоринге.
- Повышает прогностическую достоверность валидации мишеней в исследованиях факторов риска, связанных с окружающей средой или образом жизни.
Скрининг и разработка анализа
- Облегчает подготовку валидированных методов визуализации для количественного определения коронарного кальциноза в доклинических и клинических когортах.
- Стандартизирует результаты оценки кальциевого индекса для обеспечения воспроизводимости между исследованиями и платформами.
- Позволяет надежно сравнивать эффекты вмешательств в динамике раннего кальциноза.
Трансляционные и доклинические исследования
- Приводит результаты визуализации в соответствие со стратегиями трансляционных биомаркеров для выявления субклинических сердечно-сосудистых заболеваний.
- Обеспечивает преемственность от этапа открытия до доклинической валидации, предоставляя чувствительные количественные конечные точки.
- Снижает риски при принятии решений о дальнейшем продвижении исследования, выявляя ранние признаки заболевания в группах риска.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный инструмент интегрируется в континуум от этапа поиска до доклинических исследований, обеспечивая количественную и воспроизводимую конечную точку визуализации коронарного кальциноза. Он связывает рабочие процессы раннего поиска, скрининга и трансляционных исследований.
- Поисковая биология: позволяет проверять гипотезы о влиянии новых воздействий или вмешательств на микрокальцификацию коронарных артерий.
- Скрининг: обеспечивает получение количественных результатов, готовых к анализу, для сравнения между различными исследованиями и когортами.
- Аналитика: предоставляет пространственно взвешенные измерения кальция на уровне пикселей для проведения надежного статистического анализа.
- Трансляционные исследования: способствует согласованию биомаркеров и стратификации рисков в доклинических и клинических исследованиях.
- Корпоративное повторное использование: предлагает стандартизированный полуавтоматический рабочий процесс, адаптируемый для различных исследований по визуализации и моделей заболеваний.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает прогностическую уверенность и снижает механистическую неопределенность при оценке сердечно-сосудистых рисков.
- Операционная ценность: Улучшает стандартизацию, воспроизводимость и масштабируемость рабочих процессов по определению индекса кальцификации.
- Стратегическая ценность: Оптимизирует принятие решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективность использования капитала за счет более раннего обнаружения признаков заболевания.
- Влияние на портфель: Способствует приоритезации с учетом рисков и развитию активов в области исследований сердечно-сосудистых заболеваний.
Особенности реализации
- Требуется экспертный опыт в области КТ-визуализации сердца и анатомического картирования коронарных артерий.
- Необходим доступ к данным КТ сердца с синхронизацией по ЭКГ и калибровочным фантомам для вывода весовой функции.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов визуализации и процедур оценки.
- Метод применим для исследований влияния факторов окружающей среды, генетики или терапевтического воздействия на кальцификацию коронарных артерий.
- Точность результатов зависит от качества изображений и наличия калибровочных фантомов.
