マルチモーダル肺イメージング:CTおよび過分極 129Xe MRIからの補完情報を使用して肺の構造機能を評価する

要約

CTおよび ¹²⁹Xe MRIは、画像レジストレーションを使用した局所分析に利用できる補完的な肺構造機能情報を提供します。ここでは、オープンソースプラットフォームを使用した ¹²⁹Xe MRからCT画像へのレジストレーションに関する既存の文献から構築されたプロトコルを提供します。

要約

過分極 ¹²⁹Xe ガス MRI は、肺ガス分布やガス交換などの局所肺機能を評価および測定するための新しい技術です。胸部コンピュータ断層撮影法(CT)は、高解像度の画像を数秒で取得する迅速なCTプロトコルとCTスキャナーの広範な利用可能性により、依然として肺のイメージングの臨床ゴールドスタンダードであり続けています。定量的アプローチにより、胸部CTから構造的な肺実質、気道、血管の測定値を抽出することが可能になりました。これは、多くの臨床研究で評価されています。CTと ¹²⁹Xe MRIを組み合わせることで、局所的な肺の構造と機能を評価するために使用できる補完的な情報が得られ、肺の健康と疾患に関する新たな洞察が得られます。 ¹²⁹名Xe MR-CT画像レジストレーションは、肺疾患の病態生理学をよりよく理解するための局所的な肺構造機能を測定するために実行し、画像誘導肺インターベンションを実行するために実行できます。ここでは、研究や臨床現場での実施を支援するための ¹²⁹Xe MRI-CT登録の方法について概説します。また、これまでに文献で採用されてきた登録方法とアプリケーションについてもまとめ、 ¹²⁹Xe MR-CT画像レジストレーションに関連する技術的課題をさらに克服し、局所肺構造機能評価の広範な実施を促進する可能性のある将来の方向性について提案します。

概要

過分極性ガス磁気共鳴画像法(MRI)は、約30年前に肺換気分布を評価するための新しい機能的肺画像診断法として最初に登場しました¹。それ以来、過分極ガスMRIを使用した調査研究により、喘息、慢性閉塞性肺疾患(COPD)、嚢胞性線維症などの慢性肺疾患患者の肺機能の性質に関する多くの洞察が明らかになりました2,3,4,5,6。過分極した^3Heガスと^129Xeガスの両方が歴史的に使用されてきました。ただし、¹²⁹Xeは^、3Heガスの利用可能性が限られているため、現在主要な吸入剤です。¹²⁹名また、Xeは肺胞膜を横切って自由に拡散し、肺毛細血管の赤血球に吸収されます。このいわゆる「溶解相」では、¹²⁹Xeは独自の周波数で共振し、1回の息止めスキャン^4,7,8<....

プロトコル

ここに示されている画像診断例は、ブリティッシュコロンビア大学プロビデンス医療研究倫理委員会(REB# H21-01237、H21-02149、H22-01264)によって承認されています。参加者は、イメージングを完了する前に書面によるインフォームドコンセントを提供しました。画像取得からレジストレーションまでの全体的なパイプラインを 図2に示し、ここでのプロトコルの詳細はMR-CT画像レジストレーションのみに焦点を当てています。画像の取得とセグメンテーションは、利用可能または推奨されるイメージングハードウェア、イメージングプロトコル、および画像解析ソフトウェアツールに依存するため、読者の好みに委ねられます。このプロトコルは、画像セグメンテーション後の肺の単一ラベルマスクを使用して、これらの前のステップに依存しないように設計されています。

1. ソフトウェアのセットアップ

1. Advanced Normalization Tools 画像処理ライブラリ 47,48,49 の Python ラッパーである ANTsPy (Table of Materials を参照

結果

この研究では、さまざまな肺疾患および状態にわたる局所的な肺の構造機能特性評価および画像誘導気管支鏡検査の研究環境で、CT と ¹²⁹Xe MRI のペアを前向きに取得しました。図 3 は、さまざまな MRI 換気パターンを持つ 4 人の代表的な参加者 (図 1 の同じ参加者) について、冠状面と矢状面で登録された ¹²⁹

ディスカッション

CTと ¹²⁹Xe MRIは、画像レジストレーションを使用して最も促進される局所的な肺の構造と機能を評価するための補完的な情報を提供します。マルチモーダル画像レジストレーションは実装が容易ではないため、ここで提供するプロトコルは、読者が ¹²⁹Xe MRIをCTに登録するためのツールを提供することを目的としています。提供されるプロトコルは、従?.......

資料

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