Imágenes pulmonares multimodales: uso de información complementaria de la TC y la resonancia magnética hiperpolarizada de 129Xe para evaluar la estructura y función pulmonar

Resumen

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.

Resumen

La resonancia magnética con gas ¹²⁹Xe hiperpolarizado es una técnica emergente para evaluar y medir la función pulmonar regional, incluida la distribución de gases pulmonares y el intercambio de gases. Sin embargo, la tomografía computarizada (TC) de tórax sigue siendo el estándar de oro clínico para las imágenes de los pulmones, en parte debido a los protocolos de TC rápida que adquieren imágenes de alta resolución en segundos y a la amplia disponibilidad de escáneres de TC. Los enfoques cuantitativos han permitido la extracción de mediciones estructurales, del parénquimato, pulmonar, de las vías respiratorias y vasculares a partir de la TC de tórax, que se han evaluado en muchos estudios de investigación clínica. Juntas, la TC y la RM ¹²⁹Xe proporcionan información complementaria que se puede utilizar para evaluar la estructura y la función pulmonar regional, lo que da lugar a nuevos conocimientos sobre la salud y la enfermedad pulmonar. ^{Artículo 129}El registro de imágenes de Xe MR-CT se puede realizar para medir la estructura y función pulmonar regional para comprender mejor la fisiopatología de la enfermedad pulmonar y para realizar intervenciones pulmonares guiadas por imágenes. Aquí, se describe un método para el registro de ¹²⁹Xe MRI-CT para respaldar la implementación en entornos clínicos o de investigación. También se resumen los métodos de registro y las aplicaciones que se han empleado hasta la fecha en la literatura, y se proporcionan sugerencias para direcciones futuras que pueden superar aún más los desafíos técnicos relacionados con el registro de imágenes de ^{RM-TC de 129}Xe y facilitar una implementación más amplia de la evaluación regional de la estructura y función pulmonar.

Introducción

La resonancia magnética (RM) con gas hiperpolarizado surgió por primera vez como una nueva modalidad de imagen pulmonar funcional para evaluar la distribución de la ventilación pulmonar hace casi tres décadas¹. Desde entonces, los estudios de investigación que utilizan la resonancia magnética con gases hiperpolarizados han revelado numerosos conocimientos sobre la naturaleza de la función pulmonar en pacientes con enfermedades pulmonares crónicas como el asma, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) y la fibrosis quística 2,3,4,5,6.

Protocolo

Los casos de imágenes que se muestran aquí fueron aprobados por la Junta de Ética de Investigación de Atención Médica de la Universidad de Columbia Británica Providence (REB# H21-01237, H21-02149, H22-01264). Los participantes dieron su consentimiento informado por escrito antes de completar las imágenes. En la Figura 2 se describe el proceso general desde la adquisición de imágenes hasta el registro, y los detalles del protocolo aquí se centran únicamente en el registro de imágenes de RM-CT. La adquisición y segmentación de imágenes dependen del hardware de imagen disponible o preferido, los protocolos d

Resultados

Este estudio adquirió prospectivamente la TC pareada y la RM de ¹²⁹Xe en un entorno de investigación para la caracterización regional de la estructura y la función pulmonar y la broncoscopia guiada por imágenes en una variedad de enfermedades y afecciones pulmonares. En la Figura 3 se muestran ¹²⁹radiaciones de resonancia magnética y TC registradas en planos coronales y sagitales para cuatro participantes representativos con una v...

Discusión

La TC y la RM ^{con 129}Xe proporcionan información complementaria para evaluar la estructura y la función pulmonar regional que se facilita mejor mediante el registro de imágenes. El registro de imágenes multimodal puede no ser trivial de implementar, por lo que el protocolo proporcionado aquí está destinado a proporcionar las herramientas para que los lectores registren la RM ¹²⁹Xe a la TC. El protocolo proporcionado utiliza ANTsPy para facilitar la implementac...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D Slicer	Brigham and Women's Hospital (BWH)	https://www.slicer.org/	Image analysis/visualization software; open source
ANTsPy	NA	https://github.com/ANTsX/ANTsPy	Coding infrastructure; open source
ITK-SNAP	NA	http://www.itksnap.org/pmwiki/pmwiki.php	Image analysis/visualization software; open source
MAGNETOM Vida 3.0T MRI	Siemens Healthineers	NA	Can be any 1.5 T or 3.0 T scanner with broadband imaging capability
MATLAB	Mathworks	https://www.mathworks.com/products/matlab.html	General software, good for image analysis; available by subscription
reg.py	NA	NA	Registration script (Supplementary File 1)
Revolution HD CT scanner	GE Healthcare	NA	Can be any CT scanner with ≥64 detectors
VIDA Insights	VIDA Diagnostics Inc.	NA	CT analysis software; can be any to generate masks