Method Article

القياس الكمي لبنية الرئة ووظيفتها التي تم الحصول عليها من مطيافية الزينون شديدة الاستقطاب

DOI:

10.3791/66038

⸱

November 10th, 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Radiology, University of Pennsylvania

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقدم المخطوطة بروتوكولا مفصلا لاستخدام استعادة تشبع التحول الكيميائي Xenon-129 مفرط الاستقطاب (CSSR) لتتبع تبادل الغازات الرئوية، وتقييم سمك جدار الحاجز السنخي الظاهر، وقياس نسبة السطح إلى الحجم. هذه الطريقة لديها القدرة على تشخيص ومراقبة أمراض الرئة.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يوفر التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) Xenon-129 (HXe) أدوات للحصول على خرائط 2 أو 3 أبعاد لأنماط تهوية الرئة ، وانتشار الغاز ، وامتصاص الزينون بواسطة حمة الرئة ، ومقاييس وظائف الرئة الأخرى. ومع ذلك ، من خلال التداول المكاني للدقة الزمنية ، فإنه يتيح أيضا تتبع تبادل غازات الزينون الرئوية على مقياس زمني MS. توضح هذه المقالة إحدى هذه التقنيات، التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي لاستعادة التشبع بالتحول الكيميائي (CSSR). يوضح كيف يمكن استخدامه لتقييم حجم الدم الشعري ، وسمك جدار الحاجز ، ونسبة السطح إلى الحجم في الحويصلات الهوائية. تمت معايرة زاوية الوجه لنبضات الترددات الراديوية المطبقة (RF) بعناية. تم استخدام بروتوكولات حبس النفس بجرعة واحدة وبروتوكولات التنفس الحر متعددة الجرعات لإعطاء الغاز للموضوع. بمجرد وصول غاز الزينون المستنشق إلى الحويصلات الهوائية ، تم تطبيق سلسلة من نبضات التردد اللاسلكي 90 درجة لضمان أقصى تشبع لمغنطة الزينون المتراكمة في حمة الرئة. بعد وقت تأخير متغير ، تم الحصول على أطياف لتحديد إعادة نمو إشارة الزينون بسبب تبادل الغازات بين حجم الغاز السنخي وحجرات الأنسجة في الرئة. ثم تم تحليل هذه الأطياف عن طريق تركيب وظائف Voigt الزائفة المعقدة مع القمم الثلاث السائدة. أخيرا ، تم تركيب سعة الذروة المعتمدة على وقت التأخير في نموذج تبادل الغاز التحليلي أحادي البعد لاستخراج المعلمات الفسيولوجية.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) Xenon-129 (HXe) مفرط الاستقطاب هو تقنية تقدم رؤى فريدة حول بنية الرئة ووظيفتها وعمليات تبادل الغازات. من خلال تضخيم مغنطة غاز الزينون بشكل كبير من خلال الضخ البصري للتبادل المغزلي ، يحقق HXe MRI تحسنا كبيرا في نسبة الإشارة إلى الضوضاء مقارنة بالتصوير بالرنين المغناطيسي Xenon المستقطب حراريا2،3،4،5،6. يتيح هذا الاستقطاب المفرط التصور المباشر والقياس الكمي لامتصاص غاز الزينون في أنسجة الرئة والدم ، والذي لا يمكن اكتشافه باستخدام ال....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ملاحظة: في حين أن تقنية التحليل الطيفي Xenon-129 CSSR MR شديدة الاستقطاب الموصوفة هنا تستخدم بشكل شائع للتصوير الحيواني والبشري ، يشير البروتوكول أدناه إلى الدراسات البشرية فقط. التزمت جميع بروتوكولات التصوير بقيود معدل الامتصاص النوعي (SAR) لإدارة الغذاء والدواء (4 واط / كجم) وتمت الموافقة عليها من قبل مجلس المراجعة المؤسسية في جامعة بنسلفانيا. تم الحصول على موافقة مستنيرة من كل موضوع.

1. تصميم تسلسل النبض

  1. قرر ما إذا كنت تريد إجراء حبس النفس أو قياس التنفس الحر.
    ملاحظة: تعتبر عمليات حبس النفس أبسط من الناحية الفنية لأنها تتطلب فقط استنشاق جرعة واحدة (500 - 1000 مل) من غاز HXe متبوعة بحبس التنفس لمدة 10 ثوان يت....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يوضح الشكل 2 طيف زينون نموذجي لوحظ في رئة الإنسان أثناء حبس النفس ، بعد استنشاق 500 مل من جرعة زينون. يعرض الطيف منطقتين متميزتين ، رنين GP حوالي 0 جزء في المليون ، ومنطقة DP ، والتي تتكون من ذروة الغشاء عند حوالي 197 جزء في المليون وذروة خلايا الدم الحمراء عند حوالي 217 جزء في المليون. تعتمد سعة الذروة النسبية على عدد من العوامل بما في ذلك الشكل والمدة والتردد المركزي لنبضة إثارة التردد اللاسلكي بالإضافة إلى وقت التأخير بين التشبع والإثارة. بشكل عام ، كلما طال التأخير ، زادت قمم DP بالنسبة .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

التحليل الطيفي HXe CSSR MR هو تقنية قوية لتقييم العديد من مقاييس وظائف الرئة التي سيكون من الصعب أو المستحيل تحديدها في الجسم الحي باستخدام أي طريقة تشخيصية أخرى موجودة24. ومع ذلك ، فإن الاستحواذ وتحليل البيانات اللاحقة يعتمدان على افتراضات معينة حول الظروف الفسيولوجية والمعايير التقنية التي لا يمكن تحقيقها بالكامل في الكائنات الحية. ستتم مناقشة هذه القيود وتأثيرها على تفسير المقاييس المستخرجة أدناه.

عادة ما يتم تنفيذ تقنية CSSR كقياس عالمي بدون تشفير مكاني ، ك.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للكشف عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا العمل من خلال منح المعاهد الوطنية للصحة R01HL159898 و R01HL142258.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
الهواء ثنائي الاتجاه ب & B Medical AccutachTM
لفائف الصدرسترة حلول MR السريريةقناع الوجه بحجم
الكبارهانز رودولف7450
MatlabMathworksالإصدار 2018aصندوق أدوات التحسين المطلوب
نظام المراقبة الفسيولوجية  BIOPAC Systems Inc
Tedlar BagJensen Inert Products250 مل و 500 مل ؛ كيس PVF متخصص
Xenon PolarizerXemed LLCX-box E10 & nbsp ؛
ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي لكامل الجسمسيمنز1.5 طن أفانتو

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Albert, M. S., et al. Biological magnetic resonance imaging using laser-polarized 129Xe. Nature. 370 (6486), 199-201 (1994).
  2. Happer, W. Optical Pumping. Rev Mod Phys. 44 (2), 169-250 (1972).
  3. Appelt, S., et al.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Hyperpolarized Xenon MRILung Function MetricsChemical Shift SaturationGas Exchange MeasurementPulmonary Function AssessmentAlveolar Wall ThicknessCapillary Blood VolumeBreath Hold ProtocolFree Breathing StudyXenon Gas Inhalation

Related Articles