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

Résumé

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.

Résumé

L’IRM hyperpolarisée ¹²⁹Xe est une technique émergente pour évaluer et mesurer la fonction pulmonaire régionale, y compris la distribution et l’échange gazeux pulmonaires. La tomodensitométrie thoracique (TDM) reste la référence clinique pour l’imagerie des poumons, en partie en raison des protocoles de tomodensitométrie rapides qui acquièrent des images haute résolution en quelques secondes et de la disponibilité généralisée des tomodensitomètres. Des approches quantitatives ont permis d’extraire des mesures structurelles du parenchyme pulmonaire, des voies respiratoires et vasculaires à partir de la tomodensitométrie thoracique, qui ont été évaluées dans de nombreuses études de recherche clinique. Ensemble, la TDM et l’IRM ¹²⁹Xe fournissent des informations complémentaires qui peuvent être utilisées pour évaluer la structure et la fonction pulmonaires régionales, ce qui permet de mieux comprendre la santé et les maladies pulmonaires. ¹²⁹L’enregistrement d’images Xe MR-CT peut être effectué pour mesurer la fonction de la structure pulmonaire régionale afin de mieux comprendre la physiopathologie des maladies pulmonaires et d’effectuer des interventions pulmonaires guidées par imagerie. Ici, une méthode d’enregistrement ¹²⁹Xe MRI-CT est décrite pour soutenir la mise en œuvre dans des contextes de recherche ou cliniques. Les méthodes d’enregistrement et les applications qui ont été employées à ce jour dans la littérature sont également résumées, et des suggestions sont fournies pour des orientations futures qui pourraient surmonter davantage les défis techniques liés à l’enregistrement d’images ¹²⁹Xe MR-CT et faciliter la mise en œuvre plus large de l’évaluation régionale de la structure et de la fonction pulmonaires.

Introduction

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) en gaz hyperpolarisé est apparue pour la première fois comme une nouvelle modalité d’imagerie pulmonaire fonctionnelle pour évaluer la distribution de la ventilation pulmonaire il y a près de trois décennies¹. Depuis lors, des études de recherche utilisant l’IRM en gaz hyperpolarisé ont révélé de nombreuses informations sur la nature de la fonction pulmonaire chez les patients atteints de maladies pulmonaires chroniques telles que l’asthme, la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) et la fibrose kystique 2,3,4,5,6.

Protocole

Les cas d’imagerie présentés ici ont été approuvés par le Comité d’éthique de la recherche en soins de santé de l’Université de la Colombie-Britannique (CER# H21-01237, H21-02149, H22-01264). Les participants ont fourni un consentement éclairé écrit avant de terminer l’imagerie. La figure 2 décrit l’ensemble du pipeline de l’acquisition de l’image à l’enregistrement, et les détails du protocole se concentrent ici uniquement sur l’enregistrement d’images IRM-CT. L’acquisition et la segmentation des images dépendent du matériel d’imagerie, des protocoles d’imagerie et des outils logiciels d’analyse d’images

Résultats

Dans le cadre de cette étude, la TDM appariée et l’IRM ¹²⁹Xe ont été acquises de manière prospective dans un cadre de recherche pour la caractérisation de la structure et de la fonction pulmonaires régionales et la bronchoscopie guidée par l’image dans une gamme de maladies et d’affections pulmonaires. La figure 3 montre une ventilation par IRM et une tomodensitométrie ¹²⁹Xe enregistrées dans les plans coronal et sagitta...

Discussion

La TDM et l’IRM ¹²⁹Xe fournissent des informations complémentaires pour évaluer la structure et la fonction pulmonaires régionales, ce qui est mieux facilité par le recalage d’images. Le recalage d’images multimodal peut être non trivial à mettre en œuvre, et le protocole fourni ici est donc destiné à fournir les outils permettant aux lecteurs d’enregistrer ¹²⁹Xe MRI en CT. Le protocole fourni utilise ANTsPy pour faciliter la mise en œuvre pour les...

matériels

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