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定量动态MRI融合高级AI:利器不止于TIS

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根据最新放射学研究,定量动态MRIquantitative dynamic MRIQdMRI)在治疗患儿胸廓功能不全综合症(Thoracic Insufficiency SyndromeTIS)方面前景可观。据悉,TIS是一种罕见的、潜在致命的脊柱疾病,主要因其阻止胸腔支持正常呼吸或肺部生长。

众所周知,临床上常常通过使用测量脊柱侧凸(俗称脊柱侧弯)的程度和肺功能测试确定肺容量来评估脊柱和胸壁畸形的患者。尽管在青少年特发性脊柱侧凸(adolescent idiopathic scoliosisAIS)等疾病患者中,这些测量值之间存在变量相关性,但在TIS患者中相关性较差。

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由于肺部生长异常会导致呼吸功能受到损害,TIS通常会导致呼吸衰竭并增加早期死亡的风险。TIS的发生与多种疾病和病症有关,包括脑瘫(cerebral palsy)、脊柱裂(spina bifida)、先天性脊柱侧凸(congenital scoliosis)和脊髓性肌萎缩(spinal muscular atrophySMA)。

“当患有TIS的儿童在发育过程中胸廓畸形可能会限制未来肺部发育或胸廓的功能时,可以对其进行脊柱和胸壁重建手术。”波士顿儿童医院(Boston Children’s Hospital)和哈佛医学院(Harvard Medical School)医学博士Harriet J. Paltiel说,“然而,目前这尚未被广泛接受,也没有可验证的结果指标来评估TIS患者术后呼吸功能的变化。”

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Jayaram K. Udupa博士(左)、Harriet J. Paltiel博士(右)

这可能很快就会改变。在《Radiology》研究中,由该研究作者Jayaram K。 Udupa博士领导的宾夕法尼亚大学(the University of Pennsylvania)医学图像处理小组和由Patrick J。 Cahill博士领导的费城儿童医院(Children’s Hospital of Philadelphia)胸廓功能不全综合症中心联合开发并验证了一种QdMRI方法,用于比较手术治疗前后TIS患儿肺、胸壁和半膈膜的局部动态。

“由于TIS患者呼吸困难,所以不可能应用让他们配合屏住呼吸的成像技术。”宾夕法尼亚大学放射学教授兼医学影像科主任Udupa博士说,“这就是为什么我们开发基于自由呼吸动态MRI和高级人工智能(AI)驱动图像分析的QdMRI技术,并规范化应用于常规临床的初衷。”

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XXX12岁,女性,手术后矢状面四维构建图像描绘从吸气末到呼气末的偏移空间。(A)一个典型右肺矢状切面,通过末端吸气,分割的右肺用橙色覆盖。(B)呼气末通过右肺的一个典型矢状切面,分割的右肺用橙色覆盖。(C)(B)中A分段中的分段在(B)的MRI部分上以橙色覆盖。(D)(B)中所示的MRI部分,其中偏移的膈膜成分覆盖在橙色中。(E)(B)中所示的MRI部分,其中胸壁部分的偏移以橙色覆盖。


研究亮点

通过使用垂直可扩展假体钛肋骨(vertical expandable prosthetic titanium ribVEPTR),在手术矫正前后对TIS患儿(20097-20158月)的自由呼吸动态MRI图像进行回顾性评估。

通过获得二维自由呼吸动态MRI切片子集来执行四维图像构建,其二维自由呼吸动态MRI切片表示一个呼吸循环上的一个四维体积。

然后在吸气末期和呼气终末期时,将左肺和右肺分别在四维空间中进行分割。

通过从每个肺的吸气末期图像中减去呼气末期图像,构建肺偏移差异图像,从中分别得出肺部偏移的胸壁和膈肌成分。

“目前,这种标记操作是手动完成的,通常需要约4个小时的人工时间来检查所有的2000-3000个切片,并确定哪些切片对应于吸气末期和呼气终末期的时间点,”Udupa博士说,“我们基于AI自动标记法将每次dMRI研究所需的人工时间缩短到10-15分钟,且其准确性与手动标记相媲美。”

研究结果

使用QdMRI描述TIS手术矫正前后胸廓功能局部动态的变化表明:

手术后,吸气末和呼气末的平均左肺和右肺容量显着增加。

平均肺潮气量(即平静状态下正常吸气和呼气之间移位的标准空气体积)得以改善。

Paltiel博士说道:“这项技术有望提高临床医护准确记录TIS患者VEPTR功能结果的能力,也可能适用于更多与脊柱和胸壁畸形相关的呼吸功能受损的人群。”

 

 

三星彩票医械世界编译整理自:Quantitative Dynamic MRI Shows Promise for Children with Thoracic Insufficiency Syndrome