Analysen av högupplösta datortomografi (CT) bilder av lungan är beroende av inter-individuella skillnader i luftvägarna geometri. Tillämpningen av beräkningsmodeller för att förstå betydelsen av dessa skillnader har tidigare visat sig vara ett användbart verktyg inom biomedicinsk forskning. Studier med enbart bildbaserade geometrier är begränsade till analys av de centrala luftvägarna, ner till generation 6-10, eftersom andra luftvägar inte syns på högupplöst CT. Luftvägar distal till detta, ofta kallade de små luftvägarna, är kända för att spela en avgörande roll i gemensamma luftvägssjukdomar som astma och kronisk obstruktiv lungsjukdom (KOL). Andra studier har inkorporerat en algoritmisk metod för att extrapolera CT segmenterade luftvägar för att erhålla en komplett ledande luftväg träd ner till nivån av acinus. Dessa modeller har vanligtvis använts för mekanistiska studier, men har också potential att användas i en patientspecifik miljö. I den aktuella studien utvecklades en bildanalys och modelleringspipeline och applicerades på ett antal friska (n = 11) och astmatiska (n = 24) CT-patientskanningar för att producera kompletta patientbaserade luftvägsmodeller till acinarnivån (genomsnittlig terminalgeneration 15,8 ± 0,47). De resulterande modellerna analyseras i form av morfometriska egenskaper och anses överensstämma med tidigare arbeten. Ett antal globala kliniska lungfunktionsmått jämförs med resistensprognoser i modellerna för att bedöma deras lämplighet för användning i en patientspecifik miljö. Vi visar en signifikant skillnad (p < 0,01) i luftvägsmotstånd vid alla testade flöden i kompletta luftvägsträd byggda med hjälp av data från svår astmatiker (GINA 3-5) jämfört med friska försökspersoner. Dessutom visas modellprognoser av luftvägsresistens vid alla flöden korrelera med patienttvingad exspiratorisk volym på en sekund (FEV1) (Spearman ρ = −0,65, p < 0,001) och, vid låga flöden (0,00017 l/s), FEV1 över forcerad vital kapacitet (FEV1/FVC) (ρ = −0,58, p < 0,001). Vi drar slutsatsen att pipeline och anatomiska modeller kan användas direkt i mekanistiska modelleringsstudier och kan utgöra grunden för framtida patientbaserade modelleringsstudier.
Bordas m.fl. REF utvecklade en bildanalys och modellering pipeline tillämpas på friska och astmatiska patientskanningar för att producera kompletta personliga luftvägs modeller till acinar nivå som innehåller CT förvärv, lunga och lobar segmentering, luftväg segmentering och centerline extraktion, algoritmisk generering av distala luftvägarna och noll-dimensionella modeller.
Development and Analysis of Patient-Based Complete Conducting Airways Models