Imagem pulmonar multimodal: usando informações complementares de TC e ressonância magnética hiperpolarizada de 129Xe para avaliar a função da estrutura pulmonar

Resumo

A TC e a ressonância magnética ^{com 129}Xe fornecem informações complementares sobre a função da estrutura pulmonar que podem ser exploradas para análise regional usando registro de imagem. Aqui, fornecemos um protocolo que se baseia na literatura existente para ¹²⁹Xe MR para registro de imagem de TC usando plataformas de código aberto.

Resumo

A ressonância magnética hiperpolarizada com gás ¹²⁹Xe é uma técnica emergente para avaliar e medir a função pulmonar regional, incluindo distribuição de gases pulmonares e trocas gasosas. A tomografia computadorizada (TC) de tórax ainda continua sendo o padrão-ouro clínico para imagens dos pulmões, em parte devido aos protocolos rápidos de TC que adquirem imagens de alta resolução em segundos e à ampla disponibilidade de tomógrafos. Abordagens quantitativas permitiram a extração de medidas estruturais do parênquima pulmonar, das vias aéreas e vasculares da TC de tórax que foram avaliadas em muitos estudos de pesquisa clínica. Juntos, a TC e a ressonância magnética ¹²⁹Xe fornecem informações complementares que podem ser usadas para avaliar a estrutura e a função pulmonar regional, resultando em novos insights sobre a saúde e a doença pulmonar. ¹²⁹O registro de imagem Xe MR-CT pode ser realizado para medir a função da estrutura pulmonar regional para entender melhor a fisiopatologia da doença pulmonar e realizar intervenções pulmonares guiadas por imagem. Aqui, um método para registro de ressonância magnética-TC ^{de 129}Xe é descrito para apoiar a implementação em ambientes clínicos ou de pesquisa. Os métodos de registro e as aplicações que foram empregados até o momento na literatura também são resumidos, e sugestões são fornecidas para direções futuras que podem superar ainda mais os desafios técnicos relacionados ao registro de imagens de ¹²⁹Xe MR-CT e facilitar a implementação mais ampla da avaliação regional da função da estrutura pulmonar.

Introdução

A ressonância magnética (RM) com gás hiperpolarizado surgiu pela primeira vez como uma nova modalidade de imagem pulmonar funcional para avaliar a distribuição da ventilação pulmonar há quase três décadas¹. Desde então, estudos de pesquisa usando ressonância magnética com gás hiperpolarizado revelaram vários insights sobre a natureza da função pulmonar em pacientes com doenças pulmonares crônicas, como asma, doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) e fibrose cística 2,3,4,5,6.

Protocolo

Os casos de imagem mostrados aqui foram aprovados pelo Conselho de Ética em Pesquisa em Saúde da Universidade da Colúmbia Britânica Providence (REB # H21-01237, H21-02149, H22-01264). Os participantes forneceram consentimento informado por escrito antes de concluir a imagem. O pipeline geral da aquisição da imagem para o registro é descrito na Figura 2, e os detalhes do protocolo aqui se concentram apenas no registro da imagem MR-CT. A aquisição e a segmentação de imagens dependem do hardware de imagem disponível ou preferido, dos protocolos de imagem e das ferramentas de software de análise de imagem e, ....

Resultados

Este estudo adquiriu prospectivamente TC pareada e ^{ressonância magnética de 129}Xe em um ambiente de pesquisa para caracterização regional da função da estrutura pulmonar e broncoscopia guiada por imagem em uma variedade de doenças e condições pulmonares. A Figura 3 mostra a ventilação por ressonância magnética e TC de ¹²⁹Xe registradas nos planos coronal e sagital para quatro participantes representativos com uma variedade .......

Discussão

A TC e a ressonância magnética ^{com Xe 129}fornecem informações complementares para avaliar a estrutura e a função pulmonar regional que são melhor facilitadas usando o registro de imagem. O registro de imagens multimodais pode não ser trivial de implementar e, portanto, o protocolo fornecido aqui destina-se a fornecer as ferramentas para os leitores registrarem ¹²⁹Xe MRI na TC. O protocolo fornecido usa ANTsPy para facilitar a implementação para usuários c.......

Materiais

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