التصوير بالرنين المغناطيسي للرئة 129Xe مفرط الاستقطاب والتحليل الطيفي في الفئران ذات التهوية الميكانيكية

Mariah  L. Costa; Joseph W. Plummer; Abdullah S. Bdaiwi; Brice J. Albert; Elizabeth M. Fugate; Peter J. Niedbalski; Diana M. Lindquist; Zackary I. Cleveland

doi:10.3791/66924

مقالة منهجية

التصوير بالرنين المغناطيسي للرئة ¹²⁹Xe مفرط الاستقطاب والتحليل الطيفي في الفئران ذات التهوية الميكانيكية

DOI:

10.3791/66924

⸱

أكتوبر 11, 2024

Mariah L. Costa¹^,²^,³ , Joseph W. Plummer¹^,² , Abdullah S. Bdaiwi¹ , Brice J. Albert⁴ , Elizabeth M. Fugate³ , Peter J. Niedbalski⁵^,⁶^,⁷ , Diana M. Lindquist³^,⁸ , Zackary I. Cleveland¹^,²^,³^,⁸^,⁹

¹Center for Pulmonary Imaging Research, Division of Pulmonary Medicine, Cincinnati Children's Hospital Medical Center, ²Department of Biomedical Engineering, University of Cincinnati, ³Imaging Research Center, Department of Radiology, Cincinnati Children's Hospital Medical Center, ⁴Analytical Technology Group, Aurorium, ⁵Division of Pulmonary, Critical Care, and Sleep Medicine, Department of Internal Medicine, University of Kansas Medical Center, ⁶Department of Bioengineering, University of Kansas, ⁷Hoglund Biomedical Imaging Center, University of Kansas Medical Center, ⁸Department of Pediatrics, University of Cincinnati, ⁹Division of Pulmonary Medicine, Cincinnati Children's Hospital Medical Center

في هذه المقالة

ملخص

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

يمكن للتصوير بالرنين المغناطيسي للزينون مفرط الاستقطاب تحديد البنية المجهرية الإقليمية للرئة (أبعاد الهواء والفضاء) وعلم وظائف الأعضاء (التهوية وتبادل الغازات) في البحوث الانتقالية والرعاية السريرية. على الرغم من أنه يمثل تحديا ، إلا أنه يمكن أن يوفر رؤى رئوية مماثلة في الدراسات قبل السريرية. يصف هذا البروتوكول البنية التحتية والإجراءات اللازمة لإجراء التصوير بالرنين المغناطيسي الرئوي الروتيني للزينون في الفئران.

الملخص

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

زينون فرط الاستقطاب (HP) 129 (¹²⁹Xe) هو عامل تباين للتصوير بالرنين المغناطيسي المستنشق (MRI) ذو خصائص طيفية وفيزيائية فريدة يمكن استغلالها لتحديد فسيولوجيا الرئة ، بما في ذلك التهوية والانتشار المقيد (حجم الفضاء الجوي السنخي) وتبادل الغازات. في البشر ، تم استخدامه لتقييم شدة المرض وتطوره في مجموعة متنوعة من الاضطرابات الرئوية وتمت الموافقة عليه للاستخدام السريري في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة. بالإضافة إلى تطبيقاته السريرية ، فإن قدرة ¹²⁹Xe MRI على تقييم الفيزيولوجيا المرضية الرئوية بشكل غير جراحي وتوفير المعلومات التي تم حلها مكانيا هي قيمة للبحث قبل السريري. من بين النماذج الحيوانية ، تعد الفئران هي الأكثر استخداما بسبب إمكانية الوصول إلى نماذج الأمراض المعدلة وراثيا. هنا ، يعد التصوير بالرنين المغناطيسي ¹²⁹Xe واعدا كتقنية طفيفة التوغل وخالية من الإشعاع وحساسة لمراقبة تطور مرض الرئة طوليا والاستجابة للعلاج (على سبيل المثال ، في اكتشاف الأدوية). يمكن أن تمتد هذه التقنية إلى التطبيقات قبل السريرية من خلال دمج جهاز التنفس الحر الذي يتم تشغيله بالرنين المغناطيسي أو جهاز التنفس الصناعي لتوصيل الغاز. هنا ، نصف الخطوات ونقدم قوائم مرجعية لضمان جمع البيانات وتحليلها بشكل قوي ، بما في ذلك إنشاء شبح غاز زينون مستقطب حراريا لمراقبة الجودة ، وتحسين الاستقطاب ، والتعامل مع (التخدير ، والتنبيب ، والتهوية ، ورعاية الفئران) ، وبروتوكولات التهوية ، والانتشار المقيد ، وبيانات تبادل الغازات. بينما يمكن تطبيق التصوير بالرنين المغناطيسي قبل السريري ¹²⁹Xe في نماذج حيوانية مختلفة (مثل الفئران والخنازير والأغنام) ، يركز هذا البروتوكول على الفئران بسبب التحديات التي يفرضها تشريحها الصغير ، والتي تتوازن مع قدرتها على تحمل التكاليف وتوافر العديد من نماذج الأمراض.

المقدمة

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

في حين أن الاضطرابات الرئوية لا تزال الأسباب الرئيسية للمراضة والوفيات العالمية¹ ، فقد شهد العقد الماضي تحسنا كبيرا في نتائج المرضى. هذه التحسينات مدفوعة جزئيا بعاملين. أولا ، تعطي المرحلة الثالثة من التجارب السريرية الآن الأولوية للتغييرات في وظائف الرئة كنقاط نهاية بدلا من الوفيات ، مما يؤدي إلى تسريع تجارب الأدوية²^،³^،⁴^،⁵. ثانيا ، قدمت التطورات في النماذج الحيوانية المحسنة رؤى حول آليات المرض وساعدت في تطوير العلاج⁶^،⁷. غالبا ما تفضل نماذج الفئران للأبحاث الانتقالية لأنها توفر أوجه تشابه فسيولوجية مع البشر ، والقدرة على تحمل التكاليف ، والتطور السريع للمرض. وسعت الهندسة الوراثية نطاق وجودة النماذج المتاحة ، حيث يضم المورد الدولي لسلالة الفئران الآن أكثر من 32,000 سلالة فأر⁸ ، مقارنة ب 4,218 سلالة فقط من الفئران (قاعدة بيانات جينوم الفئران⁹). فتحت هذه النماذج طرقا جديدة للتحقيق في الدوافع الميكانيكية واستجابات العلاج لمجموعة من أمراض الرئة ، بما في ذلك مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) ¹⁰ ، والتليف الكيسي (CF) ¹¹ ، والتليف الرئوي¹²^،¹³ ، وارتفاع ضغط الدم الرئوي¹⁴^،¹⁵ ، والربو¹⁶.

لسوء الحظ ، فإن أبحاث الرئة التي تشمل الفئران محدودة بالتقنيات المتاحة لتحديد عبء المرض. غالبا ما تعتمد الدراسات على الإجراءات النهائية التي 1) توفر معلومات الرئة الكاملة (المقايسات الكيميائية الحيوية) أو المعلومات الموضعية (الأنسجة) و 2) تتطلب تصميمات مقطعية وأحجام عينات كبيرة. وبالتالي ، فإنها لا تلتقط ديناميكيات المرض المكانية أو الزمنية. في المقابل ، يمكن للتصوير ثلاثي الأبعاد غير الجراحي تقييم البنية والعمليات الجزيئية والوظيفة في الرئتين بمرور الوقت.

يمكن تصور بنية الرئة (على سبيل المثال ، تشوهات مجرى الهواء والتليف الخلالي) باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي لوقت الصدى القصير للغاية (UTE) والتصوير المقطعي المحوسب الدقيق (μCT) بدقة عالية. يمكن الحصول على المعلومات الوظيفية والميكانيكية (على سبيل المثال ، التهوية ، والتروية ، واستقلاب الورم ، والعمليات الالتهابية) باستخدام عوامل التباين الخارجية (على سبيل المثال ، التصوير المقطعي المحوسب المعزز بالزينون والالتهابات المسوبة المعززة بالأكسجين) وأساليب الطب النووي المؤين (على سبيل المثال ، التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني [PET] ، والتصوير المقطعي المحوسب بإصدار فوتون واحد [SPECT]). ومع ذلك ، فإن التصوير الوظيفي يمثل تحديا بسبب التباين المتواضع مع الضوضاء (خاصة بالنسبة للرطوبة المعززة بالأكسجين في شدة المجال المغناطيسي العالية المستخدمة في التصوير بالرنين المغناطيسي قبل السريري ، حيث يتم إطالة T₁ ) المتاحة دون استخدام طرائق مؤينة بمستويات إشعاع أعلى من المعتاد. في حين أن التصوير بهذه الطرائق جيد التحمل في النماذج الحيوانية باستخدام الجرعات التقليدية ، فإن الإشعاع التراكمي قد يربك النتائج في الدراسات التي أجريت على علم المناعة والالتهاب وسرطان الرئة¹⁷. ومع ذلك ، فإن التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) زينون 129 (¹²⁹Xe) مفرط الاستقطاب (HP) يوفر معلومات هيكلية ووظيفية طفيفة التوغل وغير قابلة للإشعاع وحساسة للغاية. في حين تم استخدام هذه التقنية في الأبحاث قبل السريرية لتوصيف الحالات بما في ذلك انتفاخ الرئة¹⁸^،¹⁹ ، والتليف²⁰ ، وسرطان الرئة²¹ ، ومرض الانسداد الرئوي^{المزمن 22} ، وإصابة الرئة الناجمة عن الإشعاع²³ في نقاط زمنية واحدة أو متعددة ، إلا أنها لا تزال غير مستغلة بشكل كاف في بيئة ما قبل السريرية.

لتمكين التصوير بالرنين المغناطيسي ¹²⁹Xe الروتيني قبل السريري ، هناك حاجة إلى العديد من المتطلبات الأساسية ، بما في ذلك الدعم التنظيمي المؤسسي ، وجهاز الاستقطاب المفرط ، وملف الترددات الراديوية (RF) ¹²⁹Xe ، وماسح ضوئي متعدد النواة. على الرغم من أن التطبيقات المتقدمة²⁴^،²⁵^،²⁶^،²⁷^،²⁸^،²⁹^،³⁰^،³¹^،³²^،³³ تتطلب برمجة نبضية خاصة بالبائع خارج نطاق هذا البروتوكول ، يمكن تحقيق التطبيقات الأساسية من خلال تعديلات متواضعة على البرامج. لذلك ، نركز على مراقبة الجودة ، ومعالجة المغنطة ، وجمع البيانات ، وإجراءات التعامل مع - بما في ذلك التهوية الميكانيكية - الفريدة من نوعها في التصوير بالرنين المغناطيسي ^{قبل السريري 129}Xe (الشكل 1).

حتى الآن ، استخدم تصوير ^{الصغيرة 129}Xe ثلاثة طرق لتوصيل الغاز الآمن للتصوير بالرنين المغناطيسي ، ولكل منها مزايا وعيوب: التنفس الحر ، والمدفوع بالمكبس ، وانخفاض الضغط. يسمح التنفس الحر بالاستنشاق التلقائي دون التعرض لخطر الإصابة من التنبيب أو فغر القصبة الهوائية ولكنه يستهلك المزيد من غاز HP بشكل ملحوظ ويمكن أن يقدم قطع أثرية للحركة³⁴^،³⁵. الأجهزة التجارية التي تعمل بالمكبس ذاتية المعايرة وسهلة الاستخدام خارج الصندوق ولكنها قد تكون باهظة الثمن³⁶. تم وصف النهج القائم على انخفاض الضغط المستخدم هنا جيدا في الأدبيات ، المعيارية ، والقابلة للتخصيص ، ويتم تشغيلها بواسطة رمز مفتوح المصدر³⁷^،³⁸^،³⁹^،⁴⁰. علاوة على ذلك ، فهي فعالة من حيث التكلفة ، وعادة ما يبلغ مجموعها أقل من 10 آلاف دولار وبضعة أسابيع من وقت البناء المخصص. يوفر جهاز التنفس الصناعي بالضغط ¹²⁹Xe من كيس جرعة داخل علبة مضغوطة أثناء مراقبة ضغط مجرى الهواء للفأر التنبيب.

figure-introduction-1
الشكل 1: نظرة عامة على بروتوكول جمع التصوير بالرنين المغناطيسي الروتيني xenon-129 (¹²⁹Xe) في الفئران. (أ) خطوات الإعداد الأولي. (ملاحظة: برمجة الماسح الضوئي فريدة لكل مورد وغير موصوفة في هذا البروتوكول). (ب) خطوات لجمع البيانات اليومية عن ضمان الجودة. (ج) خطوات النجاح في الانتهاء من التجربة وتحليل البيانات. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

هنا ، نقوم بجمع وتحليل الفئات الثلاث الشائعة ل ¹²⁹بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي Xe: التهوية ، والتصوير المرجح بالانتشار (حجم المجال الجوي السنخي) ، وتبادل الغازات. تصور صور التهوية توزيع غاز ¹²⁹Xe المستنشق. تظهر مناطق الرئتين ذات تدفق الهواء المنخفض مظلمة في صور غاز HP ، ويتم قياس علم الأمراض من خلال حجم التهوية المعيبة. في البشر ، أظهرت نسبة عيب التهوية (VDP) قابلية تكرار قوية⁴¹^،⁴² وحساسية عالية لانسداد الرئة في أمراض مثل مرض الانسداد الرئوي^{المزمن 43}^،⁴⁴^،⁴⁵ والربو⁴⁶^،⁴⁷.

يمكن قياس الانتشار المقيد لذرات Xe ^{البالغ عددها 129}في المجال الجوي عبر معامل الانتشار الظاهري (ADC) ويعمل كبديل لحجم الفضاء الجوي. يتم حساب ADC عن طريق الحصول على صورة أساسية (b₀) بدون ترجيح الانتشار وصورة واحدة أو أكثر تم الحصول عليها في وجود ترجيح الانتشار الناجم عن التدرج ثنائي القطب (b_N). يعكس ADC المرتفع زيادة في حجم المجال الجوي بسبب الشيخوخة أو إعادة تشكيل انتفاخ^{الرئة 18}^،⁴⁸. علاوة على ذلك ، يسمح استخدام صور متعددة ذات قيمة b (≥4) بحساب معلومات مورفومترية أكثر تفصيلا (على سبيل المثال ، متوسط الاعتراض الخطي)⁴⁹^،⁵⁰.

يمكن وصف تبادل الغازات بسبب 1) قابلية ذوبان ¹²⁹Xe في أنسجة الغشاء الشعري والبلازما وكرات الدم الحمراء (خلايا الدم الحمراء) و 2) التحول الكيميائي >200 جزء في المليون في الحقل السفلي ل ¹²⁹Xe عند إذابته في هذه المقصورات. توفر كل من البيانات الطيفية والتصوير نظرة ثاقبة للأمراض القلبية الرئوية (على سبيل المثال ، ارتفاع ضغط الدم الرئوي وفشل القلب الأيسر⁵¹^،⁵²^،⁵³). في حين أن العديد من الأنواع (البشر والأنياب والجرذان) تعرض قمما طيفية فريدة تنشأ من كل حجرة ، فإن الفئران تفتقر إلى إشارة كرات الدم الحمراء الفريدة بسبب الاختلافات في تفاعلات موقع ربط الهيموجلوبين والزينون. بدلا من ذلك ، يتم دمج جميع المكونات الذائبة في إشارة واحدة في الفئران⁵⁴. ومع ذلك ، من الممكن ملاحظة رنين صبغي الدم الحمراء المميز في الفئران المعدلة وراثيا التي تعبر عن الهيموجلوبين البشري ، مثل تلك المستخدمة في نماذج مرض فقر الدم المنجلي⁵⁴. بشكل عام ، يوفر التحليل الطيفي والتصوير المذاب ¹²⁹Xe رؤى فريدة حول الفيزيولوجيا المرضية القلبية الرئوية في الفئران⁵⁵^،⁵⁶.

قبل محاولة هذا البروتوكول ، من الضروري فهم المعلومات الأساسية حول ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي والتهوية الميكانيكية وتقنيات التعامل مع الفأر المطلوبة لدراسات الفئران. قبل الشروع في الدراسات على ، يجب الموافقة على جميع الإجراءات من قبل اللجنة المؤسسية المحلية لرعاية واستخدامه (IACUC) ⁵⁷. نظرا لأن إجمالي العزم المغناطيسي المتاح في رئة الفأر منخفض جوهريا (أي حجم المد والجزر ~ 250 ميكرولتر) ، يجب أن يكون حجم الفوكسل أصغر بمقدار 1000 مرة مما هو عليه في البشر لتحقيق دقة مكافئة تشريحيا. معدل تنفس الفئران سريع للغاية (>100 نفس / دقيقة). على هذا النحو ، فإن إجراءات حبس النفس الفردي المستخدمة عادة للتصوير البشري غير مجدية. بدلا من ذلك ، يمكن تطبيق عدد قليل فقط من إثارة الترددات اللاسلكية في كل نفس ، لذلك يجب ترميز ¹²⁹صورة Xe على عشرات إلى مئات الأنفاس. قد تكون هناك حاجة إلى برمجة النبضات للسماح بالتشغيل الخارجي للعمليات الاستحواذ وتكرار الشرائح بشكل صحيح ، وترميز الطور ، و / أو الصور المرجحة بالانتشار مع موازنة نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) والدقة ومدة المسح. هنا ، يقوم جهاز التنفس الصناعي بإخراج نبضة منطق الترانزستور والترانزستور (TTL) مرة واحدة لكل نفس لتحفيز الحصول على البيانات (الشكل 2).

figure-introduction-2
الشكل 2: التهوية الميكانيكية التمثيلية وتوقيت الحصول على البيانات. (أ) يمكن أن تؤدي التهوية التي يتحكم فيها المستخدم إلى الحصول على البيانات عند الإلهام النهائي أو أثناء حبس التنفس أو عند انتهاء الصلاحية. (ب) بالنسبة لتسلسل التهوية الشعاعية ثلاثية الأبعاد هذا ، يحدد المستخدم العدد الإجمالي للإسقاطات المكتسبة وعدد الإسقاطات لكل نفس. (ج) بالنسبة للصورة الانتقائية للشريحة ، ثنائية الأبعاد مرجحة بالانتشار ، يحدد المستخدم ترتيب الشرائح وصور b-value وترميز الطور. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

لتمكين التهوية الموثوقة والولادة ¹²⁹Xe ، يلزم إجراء التخدير والتنبيب القوية. لكل دراسة ، يجب مراعاة التأثيرات النهائية لكل مخدر - بما في ذلك التغييرات في التهوية الدقيقة ومعدل ضربات القلب (HR) وضغط الدم⁵⁸^،⁵⁹^،⁶⁰^،⁶¹^،⁶²^،⁶³^،⁶⁴^،⁶⁵^،^66. بينما تم استخدام مجموعة متنوعة من المهدئات للتصوير بالرنين المغناطيسي لغاز HP قبل السريري ، فإننا نستخدم مزيجا من الكيتامين والزيلازين والأسيبرومازين ، نظرا لتوفره وفعاليته من حيث التكلفة وموثوقيته ومدته⁶⁷^،⁶⁸. بمجرد التخدير ، يجب تنبيب من أجل التهوية الميكانيكية الفعالة. يصعب تنبيب الفئران بسبب صغر حجم تشريحها ، وبالتالي ، من المهم التدريب الشامل على هذه التقنية. نحن نشجع المحققين على مراجعة بروتوكولات الفيديو المنشورة⁶⁹^،⁷⁰. نظرا لأن معظم قنيات التنبيب التجارية تحتوي على الفولاذ المقاوم للصدأ ، فإننا نقدم تقنية لصنع قنيات خالية من المعادن (أي متوافقة مع التصوير بالرنين المغناطيسي وغاز HP) ، على شكل إسفين يمكن تخصيصها لتتناسب مع قطر مجرى الهواء لإنشاء ختم محكم مع جدار القصبة الهوائية بالفأر.

نظرا لأنه يتم جمع ¹²⁹صورة Xe على مدى العديد من الأنفاس ، فإن إعدادات جهاز التنفس الصناعي أمر بالغ الأهمية. يجب النظر بعناية في استراتيجيات التهوية الوقائية لمنع إصابة الرئة⁷¹^،⁷²^،⁷³^،⁷⁴. على وجه الخصوص ، يقلل استخدام حجم المد والجزر المنخفض (TV) ، وضغط الزفير الإيجابي المعتدل (PEEP) ، ومناورات التجنيد السنخية (RMs) من خطر إصابة الرئة التي يسببها جهاز التنفس الصناعي في المرضى من البشر والنماذج الحيوانية⁷⁵^،⁷⁶^،⁷⁷^،⁷⁸^،⁷⁹^،⁸⁰^،⁸¹. هنا ، نوصي بتقنية بسيطة متوافقة مع التهوية الميكانيكية لانخفاض الضغط ¹²⁹Xe وهي واقية وتوفر ما يكفي من ¹²⁹Xe صورة SNR. على وجه التحديد ، نقوم بتطبيق PEEP عن طريق إضافة صمام PEEP تجاري إلى خط الزفير لجهاز التنفس الصناعي. لأداء RMs ، يجب إغلاق خط الزفير بحيث يتلقى استنشاقا متعدد دون زفير حتى يتم الوصول إلى الضغط المستهدف والمدة.

طوال الوقت ، نقدم إعدادات تهوية عامة ، ولكن ينصح بمراجعة الأدبيات لمعالجة أهداف الدراسة المحددة⁸²^،⁸³. بالإضافة إلى مراقبة ذروة ضغط الشهيق أثناء التهوية الميكانيكية ، من المهم مراقبة درجة حرارة ، والتي يمكن إجراؤها باستخدام طرق مراقبة درجة حرارة الفأر القياسية. على الرغم من عدم الحاجة إلى التصوير ، إلا أن مراقبة معدل ضربات القلب عن طريق مخطط كهربية القلب (ECG) يمكن أن تكون مفيدة. يمكن أن يشير مخطط كهربية القلب إلى ما إذا كان يستيقظ من التخدير أو جرعة زائدة أو محزن ، مما يسمح للباحث بالتدخل.

تم تصميم البروتوكول الذي نصفه لجمع ¹²⁹بيانات تهوية شعاعية Xe 3D⁶¹ ، وبيانات 2D GRE مرجحة^{بالانتشار 76} ، وبيانات تبادل الغازات الطيفية للنبض الديناميكي. يهدف هذا البروتوكول إلى سد الفجوة بين الأبحاث قبل السريرية في نماذج الصغيرة وإمكانية إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي ¹²⁹Xe لتعزيز فهمنا للاضطرابات الرئوية.

البروتوكول

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

تمت الموافقة على جميع الطرق الموضحة هنا من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدامه (IACUC) التابعة للمركز الطبي لمستشفى سينسيناتي للأطفال.

1. الإعداد الأولي للموقع

قم بإنشاء واختبار شبح غاز ¹²⁹Xe مستقطب حراريا (الشكل 3).
1. احصل على وعاء زجاجي من البورسليكات (~ 60 مل) ، وصمام مكبس بحلقة O أمامية مانعة للتسرب ، وجذع زجاجي من البورسليكات المطحون ، وكلها مصنفة تصل إلى 150 رطل لكل بوصة مربعة. تأكد من عدم وجود أجزاء مغناطيسية. قم بتوصيل تركيبات ضغط بالجذع الزجاجي. شد لإنتاج مانع تسرب للغاز.
2. قم بتوصيل الوعاء بمضخة تفريغ وخزان أكسجين وفقا للشكل 3 أ. وعاء مفرغ إلى أقل من 100 mTorr الضغط المطلق.
3. املأ الوعاء بالأكسجين إلى ضغط 1.5 ضغط جوي لتقليل ¹²⁹Xe T₁ من > 30 دقيقة إلى ~ 2 ثانية (عند شدة المجال المغناطيسي 7 طن ؛ بالنسبة للماسح الضوئي 9.4 T ، استخدم 1.6 أكسجين ضغط جوي). سفينة الختم.
  ملاحظة: بالنسبة لشدة المجال الأعلى ، ستكون هناك حاجة إلى ضغط جزئي أعلى للأكسجين إلى حد ما لتحقيق T₁ ≤ 2 s⁸⁴.
4. املأ خزانا غير منفذ للغاز ب 400 مل من الزينون المخصب نظيريا (85٪ ¹²⁹Xe).
  ملاحظة: يمكن أيضا استخدام زينون الوفرة الطبيعية (26٪ ¹²⁹Xe) ، ولكن يجب زيادة الإشارة إلى التخفيف من الانخفاض ~ 3 أضعاف في SNR.
5. قم بتوصيل السفينة بخزان ¹²⁹Xe. أنابيب فراغ إلى أقل من 100 mTorr الضغط المطلق.
6. املأ سائلا مفتوح الفم على الطاولة N₂ Dewar إلى ~ 90٪. اغمر قاع الإناء (~ 5 سم) في النيتروجين السائل لتكثيف O₂ وإنشاء فراغ (الشكل 3 ب). أثناء الغمر ، افتح الصمام للسماح ^{ل 129}Xe من الخزان بالتدفق إلى الوعاء (الشكل 3C).
7. أغلق صمام المكبس عن طريق سحب الجذع ببطء حتى يتم سحب فتحة التدفق في المكبس بعد الحلقة O. مباشرة بعد اجتياز الثقب للحلقة O ، قم بتشديد اليد لإغلاق الوعاء. قم بإزالة الوعاء من النيتروجين السائل واتركه يذوب.
  ملاحظة: بمجرد إذابة الجليد ، ستضغط السفينة إلى ~ 4.5 ضغط جوي (2 ضغط جوي O₂ + 2.5 ضغط جوي ¹²⁹Xe).
8. حماية الأواني الزجاجية (على سبيل المثال ، أدخل الوعاء في حاوية أنابيب البولي فينيل كلوريد المبطنة (PVC) ، الشكل 3 د).
  ملاحظة: إذا تم صيانتها بشكل صحيح ، يمكن أن تحافظ الشبح على الضغط لمدة عقد أو أكثر.
9. قم بقياس T₁ من الشبح (على سبيل المثال ، باستخدام تسلسل استعادة الانعكاس الطيفي). قم بتأكيد T₁ < 2 ثانية للماسحات الضوئية 7 T. تتبع الإشارة و T₁ بمرور الوقت لضمان الجودة (QA).

figure-protocol-1
الشكل 3: إنشاء شبح غاز ¹²⁹Xe مستقطب حراريا مسترشدا بالبروتوكول المفصل في الخطوة 1.1. يمكن تغيير الضغطين الجزئيين O₂ و ¹²⁹Xe لتخصيص T₁ لإنتاج ¹²⁹Xe T₁ مرة وقوة الإشارة عند شدة مجال^{معينة 84}. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

قم بإجراء ضمان الجودة باستخدام شبح الغاز المستقطب حراريا (الجدول 1 والشكل 4).
1. ضع ملف ¹²⁹Xe في مركز المغناطيس وقم بتوسيط شبح الغاز ¹²⁹Xe داخل الملف. في تسلسل نبضة واكتساب واحد ("نبضة واحدة") ، اضبط تردد العمل ليطابق تردد الغاز ^{التقريبي 129}Xe في الشبح (~ 83.07 ميجاهرتز عند 7T).
2. قم بتوسيط ترددات الاستحواذ والإثارة على تردد ¹²⁹Xe Larmor ، واستخدم هذا التردد لجميع عمليات المعايرة الوهمية ومراقبة الجودة ¹²⁹Xe. انظر الجدول 1 للاطلاع على المعلمات التجريبية لجميع عمليات فحص ضمان الجودة. تأكد من أن الشبح متمركز مع مترجم وهمي (الشكل 4 أ).
3. قم بإجراء تجربة التعويذة لمعايرة زاوية القلب: بافتراض أن SNR كاف ، استخدم نبضات تردد لاسلكي مفردة مع تباعد وقت التكرار (TR) > 5 × T₁. لكل عملية استحواذ ، قم بزيادة طاقة التردد اللاسلكي بشكل تدريجي حتى تصبح الإشارة فارغة وتبدأ في الانعكاس. المعيار المستخدم هنا هو: عدد النبضات = 65. TR = 10 ثوان ؛ مدة النبض = 125 ميكرو ثانية ؛ طاقة التردد اللاسلكي = 1-13.8 واط ، معززة بمقدار 0.2 واط
4. يقوم فورييه بتحويل الطيف الأول ومرحلته (أي الطيف المكتسب بأقل طاقة تردد لاسلكي). تطبيق نفس المراحل لجميع الأطياف. ارسم الأطياف الحقيقية كدالة لقوة نبضة التردد اللاسلكي (الشكل 4 ب).
5. تتوافق الطاقة التي تنتج ذروة فارغة (أي الحد الأدنى لارتفاع الذروة) مع زاوية الوجه 180 درجة. حقق زاوية قلب 90 درجة باستخدام نفس الطاقة بنصف طول النبضة اللازمة لإنتاج زاوية الوجه 180 درجة. بافتراض أن برنامج الماسح الضوئي يسمح بذلك ، اضبط هذه الطاقة المرجعية 90 درجة وطول النبضة لقياس زاوية الوجه اللاحقة.
6. استخدم نبضة واحدة للرقائق عن طريق تقليل العرض الكامل بنصف طيف Xe ¹²⁹كحد أقصى (TR ~ 1 ثانية). إذا لزم الأمر ، أعد توسيط التردد بعد الحشوة. سجل نصف العرض الكامل كحد أقصى.
7. قم بتشغيل فحص ¹²⁹Xe QA (الجدول 1 والشكل 4C). سجل بيانات ضمان الجودة: SNR ، ومتوسط الإشارة الوهمية ، والانحراف المعياري للضوضاء.

figure-protocol-2
الشكل 4: ضمان جودة المسح المسبق. (أ) يضمن المحدد الوهمي الإكليلي 2D GRE منخفض الدقة تمركز الشبح في المغناطيس. (ب) تظهر تجربة التعويذة لضبط نبضة 90 درجة ذروة فارغة عند النبضة 180 درجة. (ج) بعد توطين زاوية الوجه ومعايرتها ، احصل على صورة 2D GRE QA بدقة أعلى. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

اسم البروتوكول القصير	وصف التسلسل	TR (مللي ثانية)	TE (مللي ثانية)	المتوسطات / التكرار	زاوية الوجه (°)	حجم المصفوفة أو N_pts	مجال الرؤية (مم²)	الترددات اللاسلكية BW (كيلو هرتز)	سمك الشريحة / البلاطة (مم)	مدة المسح
نبضة واحدة	اكتساب النبض	1000		1 / 1	60	2048		10		1 ثانية
المترجم الوهمي	2D GRE	200	3.7	20 / 1	48	60 × 32	120 × 48	3	60	2 دقيقة
معايرة زاوية الوجه	اكتساب النبض	7000		1 / 65	20	2048		5.12		7.5 دقيقة
¹²⁹Xe ضمان الجودة	2D GRE	5000	3.3	8 / 1	90	32²	32²	3	40	21 دقيقة

الجدول 1: معلمات تسلسل ضمان جودة المعايرة الوهمية. TR = وقت التكرار ، TE = وقت الصدى ، N_pts = عدد النقاط ، مجال الرؤية = مجال الرؤية ، BW = عرض النطاق الترددي. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الجدول.

خطة الاستقطاب (الشكل 5 أ ، ب).
1. حدد حجم ¹²⁹Xe المستقطب ووقت التراكم: 400 مل في 15 دقيقة هو الأمثل لهذا البروتوكول (الشكل 5) ولكن يمكن تعديله بسهولة للتطبيقات والمعدات الأخرى.
2. بافتراض وجود حجم ميت معروف داخل مفرط الاستقطاب (على سبيل المثال ، V_{المحجم الميت} = 80 مل) ، احسب معدل التدفق (F_Xe في SLM) للحجم الموزع V_{المطلوب} ، ¹²⁹Xe كسر الغاز f ، ووقت التراكم t_acc:
  (1)
  ملاحظة: في حين أن أوقات الإنتاج الأطول ستؤدي عادة إلى استقطاب أعلى ، إلا أنها قد لا تكون عملية للتصوير في الجسم الحي . استخدم نموذجا مناسبا لمفرط الاستقطاب⁸⁵^،⁸⁶^،⁸⁷^،⁸⁸ لتحديد معدل التدفق الذي يوازن بين وقت الإنتاج والاستقطاب. هنا ، تم استخدام نموذج JW Plummer et ^al.89 (الشكل 5 أ). ينطبق هذا على المستقطبات ذات التدفق المستمر ولا ينطبق على المستقطبات المفرطة المتوقفة⁹⁰.
3. استقطاب الغاز وفقا لهذه المعلمات ، وقم بقياس الاستقطاب باستخدام جهاز تجاري أو محلي الصنع ومقارنته بالاستقطاب المتوقع لضمان الجودة.
4. قياس فقدان الاستقطاب أثناء النقل. إذا انخفض الاستقطاب بمقدار كبير بما فيه الكفاية (على سبيل المثال ، >10٪) ، فقم ببناء حقيبة حمل مغناطيسية لحماية الاستقطاب أثناء النقل. انظر الملف التكميلي 1: إدارة الاستقطاب أثناء النقل والشكل التكميلي 1.

figure-protocol-4
الشكل 5: إدارة الاستقطاب. (أ) الاستقطاب والحجم الناتج هما دالة لوقت التراكم ومعدل التدفق. يوفر كيس غاز سعة 400 مل استقطابا أوليا عاليا (~ 35٪) على مدار 20 دقيقة. في حين أن استخدام 1 لتر من الغاز قد يبدو جذابا ، إلا أنه سيكون له استقطاب أولي أقل (~ 20٪). (ب) بعد ~ 15 دقيقة من التهوية ، ستنضب دفعة سعة 1 لتر من HP ¹²⁹Xe إلى استقطاب <10٪ بينما يظل 600 مل من الغاز¹¹⁶. وبالتالي ، فإن استخدام أكياس متعددة سعة 400 مل من ¹²⁹Xe يحافظ على متوسط استقطاب أعلى يتم تسليمه. ج) يمكن أن تتسبب المواقع التي يتقاطع فيها المجال الأساسي ومجال التدريع النشط (الصندوق الأحمر في الموضع (N ، N ، N)) في حدوث استرخاء سريع ل HP ¹²⁹Xe. يساعد توصيف المجال الهامشي للمغناطيس في تحديد المناطق الآمنة حيث يمكن وضع خزانات HP ¹²⁹Xe دون استرخاء سريع (الصندوق الأخضر في الموضع (0,0,n)). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

ملف تكميلي 1: إدارة الاستقطاب أثناء النقل. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

قم بقياس T₁ المعتمد على الموضع من HP ¹²⁹Xe داخل الحقل الهامشي (الشكل 5C).
1. قم بإنشاء نقاط مرجعية ذات مسافات ومواضع معروفة بالنسبة لمركز متساوي المغناطيس على طول أبعاد X و Y و Z. قم بتسمية مركز متساوي وقم بتسمية المواضع الأخرى من n إلى N. يعتمد عدد الوظائف التي يجب التحقيق فيها على المساحة المتاحة.
2. فرط استقطاب حجم صغير من ¹²⁹Xe (~ 250 مل) ونقله إلى غرفة التحكم في التصوير بالرنين المغناطيسي. املأ حقنة كبيرة (50-100 مل) ب ¹²⁹Xe وضعها في مركز متساوي داخل المغناطيس (الموضع 1 في الشكل 5C). قم بتشغيل نبضة زاوية الوجه ~ 1 درجة لقياس الإشارة.
3. اترك المحقنة في موضعها لمدة ~ 10 دقائق ، ثم احصل على طيف آخر. أعد قياس الإشارة كل 10 دقائق حتى تتحلل الإشارة على الأقل 1 T₁ (أي أن الإشارة قد اضمحلت إلى ~ 1/3rd قيمتها الأولية).
4. ابدأ تجربة T₁ جديدة بحقنة جديدة من ¹²⁹Xe بتكرار الخطوة 1.4.2.
5. انقل المحقنة إلى موضع جديد (على سبيل المثال ، الموضع n في الشكل 5C) واتركها هناك لمدة 10 دقائق. أعد المحقنة إلى المركز المتساوي للحصول على طيف زاوية قلب إضافي ~ 1 درجة.
6. كرر هذه العملية: حرك المحقنة إلى الموضع n ، وانتظر لمدة 10 دقائق ، ثم أعدها إلى مركز التساوي ، وأعد قياس الإشارة حتى تتحلل على الأقل 1 T₁.
7. كرر الخطوات 1.4.4 - 1.4.6 للمواضع المرجعية المتبقية التي تغطي اتجاهات X و Y و Z.
8. سوف تتحلل الإشارة الأولية (S₀) بشكل أحادي أضعاف على نبضات n RF بزاوية قلب θ . قم بتركيب الإشارة (S) كدالة للوقت (t) في المجال الهامشي لحساب T₁ في كل موضع:
  (2)
9. حدد موقعا به T₁ كاف (>20 دقيقة) لوضع خزان ¹²⁹Xe.
قم بإنشاء قنيات تنبيب خالية من المعادن (الشكل 6).
1. احصل على اثنين من القسطرة الوريدية السكنية من البولي تترافلورو إيثيلين (PTFE) مع موصلات Luer. تخلص من الإبر في حاوية التخلص من الأدوات الحادة.
  ملاحظة: بالنسبة للفئران >25 جم ، استخدم قسطرة 18 جم و 20 جم. بالنسبة للحيوانات الصغيرة، استخدم قسطرة 20 جم و 22 جم.
2. اقطع موصل Luer من القسطرة. قم بتغذية القسطرة الأصغر في الطرف العلوي من القسطرة الأكبر لإنشاء قنية مدببة أكثر حدة وأطول. اقطع القنية المركبة إلى ~ 4.6 سم بنهاية مشطوفة ، لا تشمل قاعدة Luer (الشكل 6 أ ، ب).
3. اقطع الطرف الأوسع لطرف ماصة سعة 200 ميكرولتر بطول ~2.6 سم (الشكل 6C).
4. قم بتغطية طرف الماصة من الداخل بمادة تشحيم عامة لتحرير العفن. استخدم طرف ماصة آخر يتم إدخاله بالداخل لتوزيع مادة التشحيم بشكل رقيق. املأ طرف الماصة بمعجون الكبريت السيليكوني الأسيتوكسي الإيبوكسي (الشكل 6D ، E).
5. قم بتوصيل القنية بسلك 22 جيجا يمتد من كلا الطرفين. قم بتغذية أنبوب القنية من خلال السيليكون الموجود في طرف الماصة. قم بتمديد الأنبوب ~7 مم بعد نهاية طرف الماصة (الشكل 6F، G).
6. حرك أنبوب القنية على الجانب الأوسع من طرف الماصة من خلال موصل لوير ذو انزلاق ذكر بلاستيكي ، وقم بلصق القطع مع الإيبوكسي. قم بقطع الأنابيب التي تمتد إلى ما بعد موصل Luer (الشكل 6H).
7. انتظر حتى يجف الإيبوكسي (>24 ساعة) ، ثم قم بإزالة قنية التنبيب المصنوعة من السيليكون بعناية من قالب طرف الماصة. قم بإزالة السلك من القنية ، مع التأكد من عدم انسداد الأنبوب (الشكل 6I).
8. لعمل مقبض لسهولة التنبيب ، قم بتوصيل الأنبوب (1/16 بوصة أو 1/8 بوصة) بموصل Luer الأنثوي. عندما تكون جاهزا للتنبيب ، قم بتوصيل موصل Luer الأنثوي هذا بقنية التنبيب الذكرية. يمكن فصل هذه القطعة بسهولة بعد التنبيب (الشكل 6J).
9. قم بالتعقيم قبل كل استخدام على: امسح الجزء الخارجي من القنية بنسبة 70٪ كحول. امسح سلك 20 جم بالمطهر ثم قم بتغذية السلك من خلال القنية لتعقيم الداخل والتأكد من عدم وجود انسداد.

figure-protocol-6
الشكل 6: إنشاء قنيات تنبيب الماوس المتوافقة مع التصوير بالرنين المغناطيسي و HP ¹²⁹Xe. تتكون هذه القنيات من قسطرة وريدية وأطراف ماصة ومادة مانعة للتسرب من السيليكون، كما هو موضح في الخطوة 1.5. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. جمع البيانات اليومية

ملاحظة: انظر الملف التكميلي 2: قائمة مراجعة ضمان الجودة للفحص قبل السريري.

الملف التكميلي 2: قائمة مراجعة ضمان الجودة قبل السريرية. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

مراقبة جودة الماسحة الضوئية اليومية الكاملة وإعداد جهاز التنفس الصناعي (الشكل 4).
1. باستخدام الأشباح، قم بتشغيل بروتوكولات ضمان الجودة على الماسحة الضوئية (انظر الجدول 1 للاطلاع على معلمات مسح ضمان الجودة والخطوة 1.2 للاطلاع على خطوات مراقبة الجودة اليومية).
2. معايرة جهاز التنفس الصناعي وفقا لطريقة J. Nouls et ^al.38. انظر الملف التكميلي 3: معايرة جهاز التنفس الصناعي ، الشكل التكميلي 2 ، والشكل التكميلي 3.
3. اضبط إعدادات جهاز التنفس الصناعي للتصوير عند الإلهام النهائي (الجدول 2). ضع سرير على رف الماسح الضوئي ووحدة دعم الحياة (أي أجزاء جهاز التنفس الصناعي الميكانيكي) على الطاولة بجوار الماسح الضوئي.
4. قم بتنشيط نظام تسخين الخاص بالموقع. اضبط السخان على 35.5 - 40 درجة مئوية ، وقم بتشغيل الهواء المتداول ، وضع خرطوم الهواء في حدود ~ 5 بوصات من المكان الذي سيستريح فيه رأس لتسخين تجويف الماسح الضوئي مسبقا.

إعداد التهوية	توصية بشأن HP ¹²⁹Xe MRI	تلاحظ
حجم المد والجزر (التلفزيون)	8-10 مل / كجم من وزن الجسم المثالي	تلفزيون معتدل يتطلب التلفزيون المنخفض BR أعلى مما قد يتسبب في ظهور عناصر الحركة في الصور
ضغط الزفير الإيجابي (PEEP)	2-6 سم 2 O
معدل التنفس (BR)	80-120 برف/دقيقة
مناورات التوظيف (RMs)	~ 35 سم H₂O لمدة 6 ثوان كل 5 دقائق
مدة التهوية موضع	< 6 ساعات ؛ ضعيف	الاستلقاء لرؤية حركة الصدر بشكل أفضل
جزء من الأكسجين المستوحى (F_IO₂)	0.3–0.5	منع نقص الأكسجة في الفئران المخدرة
نسبة الشهيق إلى الزفير (I: E)	1:2–1:4
اللهامي إلى مدة الدورة الإجمالية	0.2–0.4
تهوية دقيقة	≥0.57 مل جم ^-1 دقيقة ¹
معاييرنا:
BR = 80 br / دقيقة ، مدة الإلهام = 200 مللي ثانية ، F_IO₂ = 0.3
التصوير عند الإلهام النهائي: حبس التنفس = 200 مللي ثانية ، تأخير الزناد = 200 مللي ثانية بعد بدء الإلهام
التصوير أثناء حبس التنفس: حبس التنفس = 250 مللي ثانية ، تأخير الزناد = 250 مللي ثانية بعد بدء الشهيق
التصوير عند انتهاء الزفير: حبس التنفس = 200 مللي ثانية ، تأخير الزناد = 650 مللي ثانية بعد بدء الشهيق

الجدول 2: إعدادات جهاز التنفس الصناعي الموصى بها للتصوير ¹²⁹Xe. يمكن ضبط المعلمات لأهداف الدراسة المحددة والظروف^{التجريبية 117}^،¹¹⁸^،¹¹⁹^،¹²⁰^،¹²¹^،¹²²^،¹²³^،¹²⁴. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الجدول.

الملف التكميلي 3: معايرة جهاز التنفس الصناعي. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

مهدئ وتنبيب.
1. قم بتشغيل الحاضنة على 27.7 درجة مئوية و / أو وسادة التسخين الكهربائية إلى 37.7 درجة مئوية. قياس وتسجيل كتلة جسم. احسب الجرعات المهدئة بناء على الكتلة. انظر الجدول 3 للاطلاع على نظام الجرعات النموذجي.
2. حقن المهدئ داخل الصفاق. لاحظ وقت الحقن واضبط المؤقت للجرعة التالية من المهدئ.
  ملاحظة: أكمل الخطوات المتبقية في القسم 2 (جمع البيانات اليومية) في أسرع وقت ممكن لتقليل الوقت الذي تتعرض له التخدير وخطر الجرعة الزائدة.
3. ضع مادة تشحيم العين على عيون وضع في قفص على وسادة التدفئة أو داخل حاضنة لمنع انخفاض حرارة الجسم.
4. تأكد من أن مخدر بالكامل عن طريق إجراء اختبار قرصة إصبع القدم بعد 10-15 دقيقة من الحقن المهدئ⁶⁸. التنبيب باتباع الإجراءات الموضحة في Das et ^al.69.
  ملاحظة: مقال Das et ^al.69 مصحوب بعرض فيديو شامل لهذه التقنية. الخطوات هي كما يلي:
5. مستلق من الأسنان على لوح مائل. استخدم خافض لسان القوارض لسحب اللسان.
6. لضمان ظهور الحبال الصوتية ، قم بتوفير الضوء الأبيض عبر كابل الألياف الضوئية داخل قنية التنبيب أو ضوء ساطع يوضع على الجزء الخارجي من الحلق. أدخل القنية على بعد أقل من 5 مم من الحبال الصوتية.
7. تأكد من أن القنية في القصبة الهوائية ، وليس المريء ، عن طريق توصيلها بقطعة من الأنابيب بها قطرة صغيرة من الماء بداخلها. إذا تحركت قطرة الماء في الوقت المناسب مع أنفاس ، فمن المحتمل أن يكون الوضع صحيحا.

عامل	جرعة	مسار	مدة	التعليقات
العوامل المستنشقة
إيزوفلوران	الحث: 4٪ -5٪ الصيانة: 1٪ - 3٪ أو للتأثير	استنشاقه	أثناء التدفق المستمر	• يتطلب استخدام المرذاذ المعاير
عوامل الحقن
موصى به: كيتامين + زيلازين + أسيبرومازين	90 + 9 + 3 مجم / كجم	داخل الصفاق	20-60 دقيقة	• يخلق قابلية لانخفاض حرارة الجسم
				• للجرعات المتكررة ، يوصى بالتبديل إلى خليط الكيتامين + الزيلازين لمنع الجرعة الزائدة
				• يسبب الاهتزاز أثناء تلاشيها. للتصوير ، التزم الصارم بجدول الجرعات
				• قد يسبب بطء القلب
كيتامين + زيلازين	90 + 9 مجم / كجم	داخل الصفاق	20-40 دقيقة	• انظر أعلاه (كيتامين + زيلازين + أسيبرومازين)
بنتوباربيتال	50 - 70 مجم / كجم	داخل الصفاق	20-60 دقيقة	• يخفض معدل التنفس والحركة
				• قد تكون النفقات باهظة التكلفة
				• قد لا تكون الدرجة الصيدلانية متوفرة
إخلاء المسؤولية: هذه إرشادات عامة. استشر طبيبا بيطريا لمزيد من المعلومات قبل التنفيذ.

الجدول 3: وصفات التخدير الشائعة للفئران. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الجدول.

تهوية (الجدول 2).
1. قم بتوصيل بجهاز التنفس الصناعي عبر موصل Luer على قنية التنبيب. راقب حركة الحجاب الحاجز وذروة ضغط الشهيق (~ 10-12 سم H₂O لحجم المد والجزر 10 مل / كجم من وزن الجسم). إذا كان الضغط أو حركة التنفس غير طبيعية ، فاضبط زاوية العنق وعمق القنية بعناية حسب الحاجة.
2. تأكد من أن قنية التنبيب محكمة الإغلاق عن طريق إجراء مناورة تجنيد: منع الزفير (على سبيل المثال ، بإصبع ، سد منفذ الزفير) بحيث يستنشق عدة مرات دون زفير.
  ملاحظة: إذا وصل ضغط مجرى الهواء إلى 35 سم في الساعة₂ذروة ضغط الشهيق أكثر من ~ 6 ثوان ، فإن ختم مجرى الهواء يكون ضيقا بدرجة كافية. إذا لم يكن الأمر كذلك، فراجع المناقشة لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها.
3. اسمح للزفير الطبيعي باستئنافه. قم بإجراء مناورات التجنيد بين عمليات الفحص وكل ~ 5 دقائق عند عدم المسح للحفاظ على امتثال الرئة ومنع انخماص الرئة. قم بتوصيل صمام PEEP بخط الزفير. اضبط PEEP على 4 سم H₂O. شاهد ذروة ضغط الشهيق تزداد بهذه المقدار.
4. بعد التنبيب الناجح ، قم بتخطيط وتهيئة إنتاج HP ¹²⁹Xe حول جدول إعادة الجرعة المهدئة لمنع من الاستيقاظ أثناء الفحص. راقب درجة حرارة الجسم طوال التجربة.
الحصول على البيانات: جمع صور التهوية.
ملاحظة: يمكن تنفيذ خطوات الحصول على البيانات 2.4 و2.5 و2.6 بأي ترتيب
1. اضبط جهاز التنفس الصناعي وفقا للجدول 2 للتصوير عند الإلهام النهائي.
2. قم بتحميل بروتوكولات الإعداد التالية: مترجم البروتون ، نبضة واحدة للتركيز على تردد الغاز في رئتي الفأر ، و ¹²⁹مترجم Xe. انظر الجدول 4 للاطلاع على معلمات المسح.
3. ضع في المركز المتساوي وتأكد من أن التجويف الصدري في وسط مجال الرؤية مع توطين البروتون. في حالة استخدام ملفات أحادية التردد ، استبدل ملف البروتون بملف RF ¹²⁹Xe مضبوط.
4. سجل ¹²⁹استقطاب Xe وانقله إلى ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي. انظر الملف التكميلي 4: قائمة مراجعة ضمان الجودة في استقطاب الزينون.
5. ضع كيسا يحتوي على ¹²⁹Xe داخل علبة جهاز التنفس الصناعي وأغلقها. قم بتوصيل العلبة بما يتماشى مع جهاز التنفس الصناعي واسمح للعلبة بالضغط (3-6 رطل لكل بوصة مربعة).
6. ابدأ ¹²⁹Xe التهوية الميكانيكية. في كل مرة يتم فيها تنشيط تهوية ¹²⁹Xe ، اسمح للحيوان بإكمال ~ 5 أنفاس قبل بدء الفحص لتحويل السعة الوظيفية المتبقية للرئتين.
  ملاحظة: قم بالتبديل إلى خليط N₂ / O₂ بين ¹²⁹عملية مسح Xe للحفاظ على الغاز شديد الاستقطاب.
7. باستخدام نبضة واحدة ، اضبط تردد العمل ليتناسب مع تردد الرنين في الجسم الحي للغازات ¹²⁹Xe (~ 83.07 ميجاهرتز عند 7 تيران). انسخ التردد إلى جميع عمليات مسح الغاز اللاحقة ^{لمرحلة الغاز 129}Xe. قم بإجراء ^{توطين 129}Xe للتأكد من أن الرئتين في مركز متساوي.
8. قم بتحميل وتشغيل تسلسل التهوية الشعاعي ¹²⁹Xe. مراقبة ذروة ضغط الشهيق.
  ملاحظة: إذا نفد غاز ¹²⁹Xe قبل انتهاء البروتوكول ، فسوف ينخفض ضغط الشهيق الأقصى بسرعة. يمكن لكيس سعة 400 مل من ¹²⁹Xe تهوية فأر 30 جراما لمدة ~ 24 دقيقة عند التهوية بنسبة 70٪ ¹²⁹Xe عند 80 نفسا في الدقيقة بحجم مد وجزر يبلغ 10 مل / كجم من وزن الجسم المثالي.
9. عند الانتهاء من الفحص ، قم بالتبديل إلى التهوية بخليط N₂ / O₂وقم بإزالة الكيس الفارغ من ¹²⁹Xe.
10. للتصوير عند انتهاء الزفير ، قم بتغيير مدة حبس التنفس وتأخير الزناد وفقا للجدول 2 وكرر الخطوات 2.4.2 - 2.4.9.
11. تصدير البيانات الأولية من الماسحة الضوئية.

اسم البروتوكول القصير	وصف التسلسل	الزناد	TR (مللي ثانية)	TE (مللي ثانية)	التكرار	زاوية الوجه (°)	حجم المصفوفة أو N_pts	مجال الرؤية (مم²)	الترددات اللاسلكية BW (كيلو هرتز)	شريحة / سمك البلاطة (مم)	مدة المسح
نبضة واحدة	اكتساب النبض (طور الغاز)	اختياري	1000		1	60	2048		10		1 ثانية
مترجم	2D GRE	نعم	50	1.7	1	60	64²	32²	3	25	60 ثانية
التهوية الشعاعية	3D متعدد الصدى شعاعي	نعم	20	انظر التسمية التوضيحية	1	30	61³	22³	32.05	30	16 دقيقة
نبضة واحدة للمرحلة الذائبة	اكتساب النبض (المرحلة الذائبة)	لا	80		1	90	512		10.35		80 مللي ثانية
المواصفات الديناميكية للمرحلة الذائبة.	اكتساب النبض (المرحلة الذائبة)	لا	50		1000	90	512		10.5		50 ثانية
الانتشار المرجح	2D GRE	نعم	12.2	8.1	4	45	64²	32²	3	1.5	18 دقيقة

الجدول 4: معلمات التسلسل في الجسم الحي . يكتسب تسلسل التهوية الشعاعي ثلاثي الأبعاد متعدد الصدى الموصوف^{سابقا 39} صورا في 6 مرات صدى. تظهر النتائج لصورة الصدى الأولى (TE = 1.12 مللي ثانية ، الشكل 7). الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الجدول.

الملف التكميلي 4: قائمة مراجعة ضمان الجودة لاستقطاب الزينون. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الحصول على البيانات: قم بتشغيل التحليل الطيفي الديناميكي للطور الذائب.
1. اضبط جهاز التنفس الصناعي وفقا للجدول 2 للتصوير أثناء حبس التنفس. اضبط BR على 100 نفس / دقيقة. استعد لحقيبة جديدة من ¹²⁹Xe كما في الخطوات 2.4.2 - 2.4.5.
2. ابدأ ¹²⁹Xe التهوية الميكانيكية. قم بتحميل وتشغيل نبضة واحدة لضبط تردد العمل ليتناسب مع التردد المذاب (~ 83.084 ميجاهرتز عند 7 تيران). انسخ تردد العمل إلى التحليل الطيفي الديناميكي للطور الذائب.
  ملاحظة: ستكون هذه ذروة واحدة في الفئران التي تحتوي على الهيموجلوبين^{من النوع البري 54}.
3. قم بتحميل وتشغيل تسلسل التحليل الطيفي الديناميكي المتمركز على التردد المذاب في رئتي. عند الانتهاء من الفحص ، قم بالتبديل إلى التهوية بخليط N₂ / O₂ وقم بإزالة الكيس الفارغ من ¹²⁹Xe. تصدير البيانات الأولية من الماسحة الضوئية.
الحصول على البيانات: جمع الصور المرجحة بالانتشار.
1. اضبط جهاز التنفس الصناعي وفقا للجدول 2 للتصوير أثناء حبس التنفس. استعد لحقيبة جديدة من ¹²⁹Xe كما في الخطوات 2.4.2 - 2.4.7.
2. قم بتحميل وتشغيل التسلسل المرجح بالانتشار. عند الانتهاء من الفحص ، قم بالتبديل إلى التهوية بخليط N₂ / O₂ وقم بإزالة الكيس الفارغ من ¹²⁹Xe. تصدير البيانات الأولية من الماسحة الضوئية.

3. اختتام التجربة

استعادة.
1. اسحب قنية التنبيب مباشرة من فم. إذا لم يبدأ على الفور في التنفس تلقائيا ، فقم بإجراء ضغطات خفيفة على الصدر. إذا كان ذلك متاحا ، فقم بإدارة تدفق خفيف من الأكسجين الطبي بالقرب من وجه لدعم التعافي من التخدير.
2. بمجرد أن يتنفس بثبات من تلقاء نفسه وإذا تم تخدير لمدة >2 ساعة ، قم بإعطاء 0.5 - 1 مل من المحلول الملحي العادي تحت الجلد لمنع الجفاف.
3. أعد إلى قفص بمفرده. ضع القفص في حاضنة أو على وسادة تدفئة.
  ملاحظة: المخدرة عرضة لأكل لحوم البشر ولا يمكن وضعها في قفص مع رفقاء القفص حتى تتعافى تماما (أي تتجول بشكل مستقل). لا يمكن للحيوانات المهدئة تنظيم درجة حرارة أجسامها. استخدم ظهر اليد لتشعر بدرجة حرارة كل بضع دقائق.
4. راقب عن كثب حتى يعود منعكس الصحيح (أي يمكن أن ينقلب بشكل مستقل من وضعية الاستلقاء إلى وضعية الانبطاح).
5. قم بإزالة من الدعم الحراري بمجرد أن يتمكن من التجول بشكل مستقل. أعد إلى قفص مع زملائه في القفص.
  ملاحظة: إذا لم يكن للحيوان رفقاء في القفص ، فهو أكثر عرضة لانخفاض حرارة الجسم الناجم عن التخدير. زود بفراش إضافي ، وإذا كان ذلك متاحا ، اترك في حاضنة طوال الليل.
6. سجل وزن مرة واحدة في الأسبوع لمدة أسبوعين لمراقبة صحته.
  ملاحظة: إذا أصيب بإصابة في الفم أو المريء من التنبيب ، فقد يتوقف عن الأكل. إذا فقد >20٪ من وزن جسمه الأولي ، فاستشر طبيبا بيطريا حول القتل الرحيم.
تحليل صور التهوية (الشكل 7).
1. قم بتحميل البيانات الأولية في نظام أساسي للبرمجة. قم بتنزيل إطار إعادة البناء مفتوح المصدر للصور غير الديكارتية⁹¹.
2. إعادة بناء الصور وفقا لتعليمات إطار العمل مفتوحة المصدر. تطبيع النقطة الأولى في كل إسقاط شعاعي³⁹.
3. قم بتقسيم حمة الرئة في الصور ، بما في ذلك voxels ذات إشارة ¹²⁹Xe منخفضة أو معدومة. لا تشمل الشعب الهوائية الكبيرة. قم بتقسيم ضوضاء الخلفية في الصورة، باستثناء الرئتين والممرات الهوائية وعناصر التصوير.
  ملاحظة: يمكن أن تساعد صورة مترجم البروتون في تحديد الحدود المتنية.
4. احسب SNR باستخدام الصيغة:
  (3)
5. تحديد التهوية المعيبة.
  ملاحظة: تم اقتراح طرق مختلفة لتحديد ضعف التهوية في نماذج الصغيرة. تظل طرق التحليل مجالا مفتوحا للاستفسار ، ولكن الأساليب التي يسهل تنفيذها تشمل: (1) التجزئة اليدوية شبه الكمية⁹² ، (ثانيا) نهج الرسم البياني باستخدام الإشارة من القصبة الهوائية لتطبيع الإشارة المتني⁴⁷ ، و (ثالثا) تقسيم الحجم الكلي للرئة (TLV) وتحديد عتبة الإشارة (على سبيل المثال ، <60٪ من متوسط الرئة بالكامل) لتقسيم الرئتين إلى حجم معيب وحجم رئة متهوية (VV). حدد VDP ^93,94 وفقا لما يلي:
  (4)
تحليل التحليل الطيفي الديناميكي للطور الذائب (الشكل 8).
1. قم بتحميل البيانات الأولية في نظام أساسي للبرمجة. قم بإجراء تحويل فورييه سريع وقم بوضع الأطياف (الترتيب اليدوي المتزامن للأطياف بترتيب صفري كاف لهذا التطبيق.)
2. احسب بيانات الرنين المغناطيسي النووي القياسي (NMR)⁹⁵^،⁹⁶: SNR ، نصف العرض الكامل ، المساحة المتكاملة ، التحول الكيميائي ، ومرحلة كلا القمتين.
3. من بيانات الحجم ، اقسم اتساع إشارة الطيف المذاب على اتساع طيف الغاز لكل تكرار لإيجاد نسبة المذاب إلى الغاز بمرور الوقت.
تحليل الصور المرجحة بالانتشار (الشكل 9).
1. قم بتحميل البيانات الأولية في نظام أساسي للبرمجة. قم بتقسيم حمة الرئة للصورة b₀ كما في الخطوة 3.2.3. احسب SNR لكل صورة b-value.
2. احسب نسبة قيمة الإشارة إلى الضوضاء، SVNR_0، بقسمة الإشارة في كل فوكسل من صورة b₀ على الانحراف المعياري لضوضاء الصورة. استبعاد فوكسل مع SVNR₀ < 2.5 ضعف تشويش الصورة⁹⁷.
  ملاحظة: SVNR₀هو مقياس فوكسل فردي ، في حين أن SNR المتني هو مقياس للرئة بأكملها.
3. احسب ADC عن طريق تركيب اضمحلال الإشارة على القيم b (b_i) وفقا للمعادلة 5^98,99:
  (5)

النتائج

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

صور التهوية

إذا تم تنفيذ إجراءات تحضير والتهوية بشكل صحيح ، يمكن للتصوير الشعاعي ثلاثي الأبعاد التقاط أنماط التهوية بنجاح عند إجراء الحصول على البيانات إما عند الإلهام أو انتهاء الصلاحية (الشكل 7). بينما يتم جمع هذه الصور على العديد من الأنفاس ، فإن الطريقة الموضحة هنا تشبه طريقة التصوير بالتنفس الفردي المستخدمة في البشر. وذلك لأن جميع خطوط k-space يتم جمعها في وقت محدد أثناء دورة التنفس (على سبيل المثال ، كل ذلك عند نهاية الإلهام) ، مما يؤدي إلى إنشاء صورة ممثلة لاستنشاق واحد. في هذه الصور ، تكون المسالك الهوائية الرئيسية (القصبة الهوائية والشعب الهوائية) مرئية بوضوح ، ولا توجد قطع أثرية واضحة للصور ، ويبدو حمة الرئة منتفخة بالكامل مع SNR مرتفع (~ 15 أو أعلى ، اعتمادا على الاستقطاب الأولي). على الرغم من أن الصور المكتسبة عند الإلهام (الشكل 7 أ ، SNR = 15) تعرض SNR أقل من تلك المكتسبة عند انتهاء الصلاحية (الشكل 7 ب ، SNR = 27). يرتبط هذا بضغط القيادة المتواضع والتدفق البطيء المستخدم عند تهوية هذا الماوس. بالنسبة لصور الإلهام ، لم يكن غاز HP قد غسول بالكامل بعد في حمة الرئتين ، مما تسبب في تركيز ¹²⁹Xe (وبالتالي الإشارة) في الشعب الهوائية الأكبر. يتفاقم هذا التأثير بصريا عن طريق تحجيم k-space أثناء إعادة بناء الصورة لأن إشارة مجرى الهواء العالية تهيمن على النطاق الديناميكي للبيانات. ومع ذلك ، يجب أن يكون التحليل واضحا إذا تم تقسيم الحمة بحيث يتم حذف المسالك الهوائية الكبيرة.

figure-results-1
الشكل 7: صور تهوية شعاعية ثلاثية الأبعاد تمثيلية في فأر C57BL / 6J بالغ تم الحصول عليه باستخدام الطرق المنشورة^{سابقا 39}. في حين أن كلتا الصورتين لهما SNR مرتفع نسبيا ، فإن الصور عند إلهام (A) لها SNR أقل من الصور عند انتهاء الصلاحية (B) إلى حد كبير لأن غاز ¹²⁹Xe لم يكن لديه الوقت بعد للغسل في الرئتين. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

من المهم التمييز بين التهوية المسدودة مرضيا والأسباب الأخرى لانخفاض SNR. في الشكل 7 أ ، لا يتوقع حدوث إعاقة في التهوية (أي انخفاض VDP) لأن كان فأرا سليما من النوع البري. إذا تم إعاقة التهوية ، فستظهر العيوب عادة كمناطق ذات إشارة منخفضة إلى ¹²⁹Xe. تشمل الأسباب غير المرضية للإشارة المنخفضة عادة ما يلي:

(ط) استقطاب منخفض ¹²⁹Xe: يؤدي هذا إلى انخفاض SNR في حمة الرئة والممرات الهوائية دون وجود قطع أثرية مصاحبة. يمكن أن يعزى الاستقطاب المنخفض عادة إلى اتباع إجراءات الاستقطاب بشكل غير صحيح ، أو إزالة الاستقطاب أثناء النقل ، أو محتوى غاز O₂ المفرط في أنبوب توصيل HP ¹²⁹Xe (على سبيل المثال ، من جهاز التنفس الصناعي الذي تمت معايرته بشكل غير صحيح).

(ii) قنية التنبيب التي يتم إدخالها بعمق شديد: إذا تم إدخالها بعمق شديد في القصبة الهوائية ، فقد تنحرف القنية إلى أسفل القصبة الهوائية اليمنى أو اليسرى. إذا تم وضعه بإحكام كاف ، فقد يقتصر حجم المد والجزر في الرئة بالكامل على عدد قليل من الفصوص والممرات الهوائية بينما لا يتلقى باقي الرئة أي شيء. في حالة حدوث ذلك ، يمكن أن تصاب الفصوص المتضخمة ، وقد يكون من الضروري القتل الرحيم للحيوان. بدلا من ذلك ، قد يتلامس طرف القنية بشكل مباشر مع الأنسجة. في هذه الحالة ، سيقتصر ¹²⁹Xe بشكل أساسي على الجزء الداخلي من القنية ، مما ينتج عنه إشارة ساطعة من أنبوب مستقيم بشكل واضح وإشارة ضئيلة داخل الحمة. في هذه الحالة ، يجب تصحيح وضع القنية على الفور ، ويجب مراقبة بحثا عن علامات الضيق (على سبيل المثال ، حركة الصدر غير الطبيعية أو الغائبة أو غير المتزامنة مقارنة بجهاز التنفس الصناعي).

(ثالثا) قنية التنبيب الموضوعة بشكل ضحل للغاية: عندما يتم توصيل بلعة من الغاز بشكل ضحل جدا في البلعوم الفموي ، يمكن أن تكون مقاومة تلك البلعة المتدفقة إلى الرئتين أقوى من مقاومة تلك البلعة التي تتدفق حول الجزء الخارجي من القنية وخارج الفم. هذا يمكن أن يؤدي إلى ضعف تضخم الرئة. قد يكون SNR للقصبة الهوائية مرتفعا ، بينما سيكون SNR المتني منخفضا. قد تكون القطع الأثرية للحركة موجودة بسبب تدفق الغاز عبر القصبة الهوائية أثناء الحصول على البيانات. سيختلف طابع القطعة الأثرية اعتمادا على نوع التسلسل (GRE ، شعاعي ، إلخ).

(رابعا) توقيت الاستحواذ غير الصحيح: إذا حدث نبض الترددات اللاسلكية والحصول على البيانات خلال فترات تدفق غاز الشهيق أو الزفير ، فعادة ما تكون القطع الأثرية للحركة الشديدة موجودة - خاصة عند استخدام التسلسلات الديكارتية - وسيكون SNR المتني منخفضا.

(ت) التنفس التلقائي: إذا لم يتم تخدير بشكل كاف أثناء الحصول على البيانات ، تركيب الحركة التنفسية التلقائية بشكل غير متزامن فوق نمط التهوية الميكانيكية. سيؤدي ذلك إلى تسليم متغير من التنفس ^{إلى التنفس 129}Xe ، وقطع أثرية متوسطة إلى شديدة الحركة ، وضعف SNR المتني. يعد التتبع الدقيق للجرعة المهدئة وتوقيتها أمرا بالغ الأهمية.

(سادسا) موت: في حالات نادرة ، قد تموت الفئران (على سبيل المثال ، بسبب وضع القنية غير الصحيح ، أو عدم كفاية توصيل O₂ ، أو جرعة زائدة من المهدئ ، أو علم الأمراض التجريبي الشديد). إذا حدث هذا ، فإن أنسجة الرئة تصلب بسرعة ، وسوف ينتفخ حمة الرئة بشكل سيئ. قد تظل القصبة الهوائية العلوية ساطعة ، لكن حمة الرئة ستكون منخفضة جدا في الإشارة.

التحليل الطيفي لتبادل الغازات

في البشر ، تقدم المعلمات المشتقة من التحليل الطيفي (على سبيل المثال ، شدة الإشارة ، والعرض الطيفي ، والتحول الكيميائي ، والمرحلة) رؤى حول ديناميكيات القلب والرئة وحالة المرض⁵²^،⁵³. على عكس البشر⁸⁶ ،¹⁰⁰ ، والجرذان²⁰^،¹⁰¹ ، فإن أطياف الرئة الكاملة من الفئران التي تم الحصول عليها عندما تقتصر مغنطة ¹²⁹Xe على حمة الرئة تعرض رنين طور واحد واسع وذائب يتوافق مع ¹²⁹Xe مذاب في أنسجة الغشاء الشعري وبلازما الدم وكرات الدم^{الحمراء 54} (الشكل 8 أ ، 197 جزء في المليون). عند نقله عن طريق تدفق الدم إلى الأنسجة البعيدة ، ^{ينتج 129}Xe ترددات رنين مميزة من أنسجة مختلفة ، بما في ذلك الأنسجة الدهنية⁵⁴ ، والعضلات ، والمادة الرمادية ، والمادة البيضاء¹⁰²^،¹⁰³. ومع ذلك ، نظرا لأوقات العبور الطويلة نسبيا (عدة ثوان) والذوبان المتواضع¹⁰⁴ (ذوبان أوستوالد = 0.1 - 0.3) ، عادة ما تكون هذه الإشارات ضعيفة ولا يتم ملاحظتها إلا أثناء التجارب المخصصة والدقيقة. الاستثناء هو ¹²⁹Xe مذاب في الأنسجة الدهنية (الشكل 8 أ ، 189 جزء في المليون). من هذه الأنسجة ، يمكن أن تظهر إشارة ¹²⁹Xe في غضون ثوان قليلة (على سبيل المثال ، خلال الأنفاس القليلة الأولى أثناء إعداد). علاوة على ذلك ، يمكن أن تكون شدة الإشارة عالية ، لأن قابلية ذوبان Ostwald ^{ل 129}Xe أكبر بمقدار 20 ضعفا تقريبا في الأنسجة الدهنية منها في بلازما الدم (على سبيل المثال ، 1.7 مقابل 0.094 ، على التوالي ، عند 37 درجة مئوية¹⁰⁴). من المتوقع أيضا أن تكون أوقات الاسترخاء الطولية طويلة نسبيا (في الجسم الحي T₁ هو ~ 20 ثانية في الدهون¹⁰⁵ مقابل 3-8 ثوان في الدم¹⁰⁶). نتيجة لذلك ، يمكن أن تكون إشارة ¹²⁹Xe من الأنسجة الدهنية عالية نسبيا مقارنة بالأنسجة الأخرى.

نظرا لاختلاف ديناميكيات الإشارة ، يمكن تصميم ¹²⁹تجربة التحليل الطيفي Xe لاستجواب الأنسجة الدهنية (على سبيل المثال ، لاستهداف القياس الحراري للأنسجة الدهنية^{البنية 107}) أو امتصاص الغاز في الرئتين عن طريق تحديد معلمات الاستحواذ الصحيحة. عندما يتم الحصول على ¹²⁹طيفا Xe من الرئتين بالإعدادات الموضحة في الجدول 4 (على سبيل المثال ، TR = 50 مللي ثانية وزاوية قلب 90 درجة تتمحور حول ذروة الطور الذائب) ، يتم ملاحظة كل من قمم الطور الغازي والطور الذائب (الشكل 8 أ ، ب). والجدير بالذكر أن حجم الغاز في رئة الفأر أعلى بمقدار 2-3 مرات من حجم الأنسجة ، وقابلية ذوبان ¹²⁹Xe في هذا النسيج هي ~ 10٪ ^{فقط 104}^،¹⁰⁸^،¹⁰⁹^،¹¹⁰،^111. على الرغم من ذلك ، فإن اتساع الإشارة الذائبة يتجاوز اتساع طور الغاز بمقدار 2 ضعف تقريبا لأن إثارة الطور الغازي بعيدة عن الرنين (~ 15 كيلو هرتز عند 7 تيرابايت ؛ الشكل 8 ب ، SNR = 102 مقابل 43 ، على التوالي). لذلك ، يمكن تقريب تجمع المغنطة الأكبر من 20 إلى 30 ضعفا في الطور الغازي كخزان مستقر (أي غير مستنفد) لإشارة الطور الذائب أثناء الأجزاء الثابتة من دورة التنفس.

مع نفس جديد من المغنطة كل ~ 600 مللي ثانية و TR يبلغ 50 مللي ثانية ، تتأرجح شدة الإشارة من كل من الطور الغازي والمرحلة الذائبة ¹²⁹Xe. بالنسبة لإشارة الغاز ، يعزى ذلك إلى التغيير في الحجم الكلي للغاز (أي مرتفع عند الشهيد ومنخفض عند الزفير). الوضع أكثر تعقيدا بالنسبة للإشارة الذائبة لأن مغنطة غاز المصدر ، T₂ * ، وحجم الدم الشعري قد تتقلب مع حالة التضخم. نتيجة لذلك ، تتأرجح نسبة سعة الإشارة الذائبة إلى الغاز أيضا فيما يتعلق بدورة التنفس (الشكل 8C ، متوسط الذائب: نسبة الغاز = 1.9 ± 0.39).

figure-results-2
الشكل 8: التحليل الطيفي الديناميكي التمثيلي في فأر C57BL / 6J البالغ. (أ) يظهر طيف نبضة واحدة إشارة تنشأ من ¹²⁹Xe في الطور الغازي ، مذابة في الأنسجة الدهنية (189 جزء في المليون) ، ومذابة في كل من الغشاء الشعري وأنسجة الدم (197 جزء في المليون). (ب) التحليل الطيفي الديناميكي الذي يبين شدة الإشارة المتغيرة بمرور الوقت لكل من ¹²⁹Xe الذائبة والغازية (زمن التكرار = 50 مللي ثانية). للمساعدة في التصور ، يتم عرض خمسة أطياف فقط. تمثل الخطوط القطرية على المحور الزمني فواصل المقياس. (ج) تظهر نسبة اتساع الإشارة الذائبة إلى الغاز على مدى فاصل زمني قدره 2 ثانية (المقابلة لكسر المقياس الأحمر في اللوحة B تباينا واضحا مع دورة التنفس (0.6 ثانية لكل نفس). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

فيما يلي قائمة بالعوامل التي يمكن أن تضر ^{بنتائج التحليل الطيفي لتبادل الغاز Xe 129}. في كل حالة ، تكون النتيجة المحتملة هي SNR منخفض ، مما قد يجعل التركيب الطيفي والمقاييس الناتجة (على سبيل المثال ، نسبة سعة الإشارة الذائبة إلى الغاز ، والتحول الكيميائي ، والعرض الطيفي ، والطور) غير دقيقة.

(ط) تردد العمل الخاطئ: نظرا لحجم الغاز المرتفع بشكل ملحوظ وقابلية ذوبان الأنسجة المنخفضة ، فإن نبضات التردد اللاسلكي المتمركزة على تردد طور الغاز لن تنتج أي إشارة طور مذابة. يجب أن تتمركز نبضات التردد اللاسلكي عند تردد الطور المذاب أو بالقرب منه.

(ثانيا) واسع جدا من عرض النطاق الترددي: يجب أن يكون عرض النطاق الترددي للإثارة واسعا بما يكفي بحيث يتم إثارة بعض المرحلة الغازية ¹²⁹Xe من أجل قياس نسبة سعة الإشارة الذائبة إلى الغاز. ولكن إذا كان عرض النطاق الترددي واسعا جدا ، فإن نبضة الإثارة ستدمر المغنطة في الطور الغازي قبل أن تذوب في الأنسجة. يمكن اعتبار هذا إشارة غاز عالية جدا وإشارة طور ذائبة منخفضة أو معدومة على الرغم من تركيز النبضة على تردد الطور المذاب.

(ثالثا) TR غير المحسن: لاستجواب ديناميكيات الإشارة على التنفس ، تتطلب نظرية أخذ العينات Nyquist-Shannon أخذ عينات من الإشارة بضعف ترددها على الأقل (هنا ، تم أخذ عينات من 100 نفس في الدقيقة كل 50 مللي ثانية ، أو ~ 12x لكل نفس). اعتمادا على الظروف التجريبية ، يمكن إجراء مزيد من الاستجواب لديناميكيات الإشارات القلبية الرئوية بمعدل أخذ عينات أسرع. تعتمد نتائج هذه التجارب على العديد من العوامل ، بما في ذلك عرض النطاق الترددي للإثارة ومعدل التنفس ومعدل ضربات القلب. يجب أيضا مراعاة وقت تبادل الزينون (أي وقت ذوبان الزينون في الأنسجة ؛ ~ 56 مللي ثانية⁵⁴) ووقت العبور الرئوي (أي وقت تدفق الدم من البطين الأيمن إلى الأيسر ؛ ~ 830 مللي ثانية لمعدل ضربات القلب ~ 436 نبضة / دقيقة¹¹²). سيؤدي أخذ العينات في كثير من الأحيان إلى التدمير المبكر للمغنطة وانخفاض الإشارة ، ولكنه سيقلل أيضا من تأثير تدفق الدم. سيسمح أخذ العينات بشكل أقل تكرارا للمغنطة بالذوبان بشكل أكبر وبناء المزيد من الإشارة ، لكنها ستصبح أكثر اعتمادا على تدفق الدم وأقل توطين في مناطق تبادل الغازات في الحويصلات الهوائية.

صور مرجحة بالانتشار

تم التحقق من صحة الصور المرجحة بالانتشار ، المستخدمة لتحديد حجم المجال الجوي السنخي ، بدقة في نماذج الصغيرة من خلال طرق قياس الأنسجة التقليدية⁹⁸^،¹¹³^،¹¹⁴. هنا ، قمنا بتقييد المناقشة بالتصوير ثنائي الأبعاد الانتقائي للشرائح لتقليل وقت المسح واستخدام الغاز مع مطابقة البروتوكولات التي تم التحقق من صحتها^{مسبقا 98}. يكفي ما لا يقل عن 2 صورة ب لحساب ADC ، و 4 صور أو أكثر من قيمة b ضرورية لحسابات القياس الشكلي المتقدمة (مثل متوسط التقاطع الخطي). يوفر الحصول على صور متعددة ذات قيمة b ميزة كبيرة من خلال تحسين دقة الحسابات. على عكس تصوير البشر أثناء حبس نفس واحد ، يوفر التصوير قبل السريري على العديد من الأنفاس إشارة متجددة باستمرار. لهذا السبب ، من الممكن الحصول على العديد من الصور عالية القيمة SNR b ، والتي تقتصر فقط على حجم غاز HP المتاح ومدة تخدير. هنا ، حصلنا على 7 صور بقيمة b ، كل منها يحتوي على SNR >15 ، باستخدام 400 مل من ^{غاز 129}Xe على مدار 18 دقيقة من وقت المسح (الشكل 9). تتحلل الإشارة في كل صورة مع زيادة شدة تدرج الانتشار (b-value). يتناسب اضمحلال الإشارة هذا مع ADC ل ¹²⁹Xe داخل الرئة. يمكن تمييز المسالك الهوائية الكبيرة عن أنسجة الأسينار من خلال مقارنة صور b₀ و b₆ . في المناطق التي من المحتمل تشريحيا أن تحتوي على ممرات هوائية ، ستظهر وحدات البكسل ساطعة جدا في الصورة b₀ ولكنها تظهر داكنة في الصورة b₆ (الأسهم الحمراء ، الشكل 9). يجب استبعاد هذه البكسل من تحليل حمة الرئة.

figure-results-3
الشكل 9: صور تمثيلية مرجحة بالانتشار في ماوس C57BL / 6J للبالغين. تظهر الممرات الهوائية الكبيرة (الأسهم الحمراء) ، التي من خلالها ^{ينتشر 129}Xe بحرية أثناء تخفيفه بالأكسجين ، توهينا متزايدا للإشارة بالنسبة إلى حمة الرئة. ينتج عن هذا ممرات هوائية ساطعة في الصورة b₀ وممرات هوائية منخفضة الإشارة في الصورة b₆ . تحتوي الفئران والجرذان على قيم ADC صغيرة مماثلة بالنسبة للبشر ، لكن القيم ستعتمد على العوامل البيولوجية والتجريبية مثل العمر وحجم المد والجزر والضغط ومعلمات الانتشار. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

يتبع ADC لهذا الفأر البالغ من النوع البري السليم النتيجة المتوقعة بناء على الأدبيات وعمره و SNR ومعلمات الاستحواذ والمزيد. تشمل العوامل التي قد تؤثر بشكل ضار على دقة ودقة نتائج ADC ما يلي:

(ط) SNR منخفض: الأهم من ذلك ، أن SNR المنخفض في الصور يميل حساب ADC نحو القيم المنخفضة⁹⁹^،¹¹⁵. لهذا السبب ، نستبعد voxels مع SVNR₀< 2.5 ضعف ضوضاء الصورة⁹⁷.

(ثانيا) التجزئة غير السليمة: يمكن أن يؤدي التجزئة الضعيفة (على سبيل المثال ، استخدام عتبة الإشارة دون الفحص البصري لمراقبة الجودة) إلى تحريف النتائج. إذا كانت الصور تحتوي على قطع أثرية (مثل تلك التي تسببها الحركة) ، فقد تتجاوز العتبة ويتم تصنيفها بشكل غير صحيح على أنها متمة. علاوة على ذلك ، من المهم بشكل خاص استبعاد وحدات البكسل بالقرب من الشعب الهوائية الكبيرة ، حيث أن تأثيرات الحجم الجزئي قد تميل ADC نحو قيم أعلى.

(ثالثا) جهاز التنفس الصناعي الذي تم معايرته بشكل خاطئ: بشكل عام ، يمكن أن يؤدي تخفيف ¹²⁹Xe بغازات أخف (على سبيل المثال ، O₂ أو N₂) إلى تحويل ADC نحو قيم أعلى ، لذا فإن التهوية بمخاليط الغاز المعروفة ضرورية للمقارنات الكمية. في حالة التهوية بخليط ¹²⁹Xe / O₂ ، فإن الزيادة في تركيز الأكسجين قبل التسليم ستزيد من استرخاء T₁ وتقلل من مغنطة ¹²⁹Xe في أنبوب توصيل الغاز ، وبالتالي تقليل SNR.

(رابعا) تجنيد الرئة: في المخدرة وذات التهوية الميكانيكية ، يمكن أن يحدث الانهيار السنخي (انخماص الرئة) بمرور الوقت. عندما يحدث هذا أثناء تهوية الحجم الثابت ، يتم بالضرورة إعادة توزيع نفس حجم المد والجزر على الحويصلات الهوائية التي تظل مجندة. مع تطور انخماص الرئة المعتدل إلى الشديد ، يمكن أن تصبح بقية الرئة مفرطة التضخم ، مما يتسبب في الإصابة وزيادة ADC في تلك المناطق. تمنع مناورات التجنيد المنتظمة و PEEP الانهيار السنخي ، وتجنب انخفاض امتثال الرئة ، وتقليل مخاطر إصابة الرئة التي يمكن أن تحرف نتائج ADC.

(ت) سوء ملاءمة البيانات: يجب أن تؤخذ طريقة تقدير ADC في الاعتبار. يعد التركيب الخطي اللوغاريتمي هو الأكثر كفاءة من الناحية الحسابية ولكنه يقدم تحيزا في صور SNR المنخفضة. لذلك ، من الأفضل تطبيقه على صور SNR العالية (>20). تقلل الطريقة الخطية الموزونة من هذا التحيز وهي مناسبة في الصور باستخدام SNR > 15. يمكن أن ينتج عن تقدير بايز تقديرات ADC مع انخفاض عدم اليقين حتى مع SNR <10 ولكنه مكلف حسابيا⁹⁹.

(سادسا) وقت الانتشار دون المستوى الأمثل: يتأثر وقت الانتشار الأمثل بأقصى قوة تدرج لماسح التصوير بالرنين المغناطيسي ونصف قطر مجرى الهواء في الفئران (نصف القطر ~ 100 ميكرومتر⁴⁹) ، وهو أصغر بثلاث مرات تقريبا من ذلك في البشر. لضمان الظروف المثلى ، يتم ضبط وقت الانتشار لتحقيق طول انتشار أكبر من متوسط نصف قطر السنخية ولكنه أصغر من متوسط طول القنوات السنخية. يمكن تحديد وقت الانتشار الأمثل لقوة التدرج القصوى الخاصة بالموقع باستخدام الطرق التي حددها Sukstanskii و Yablonskiy⁴⁹. قد يؤدي استخدام وقت انتشار دون المستوى الأمثل إلى انخفاضات غير خطية في ¹²⁹Xe ADC ، مما يعقد تفسير النتائج.

(vii) قيم b دون المستوى الأمثل: هناك مفاضلة بين تعظيم SNR وتعظيم نسبة التباين إلى الضوضاء (CNR) التي تم إنشاؤها عبر صور b-value. إذا تم التضحية ب CNR عن طريق استخدام قيم b منخفضة فقط (أي اضمحلال الإشارة المنتشرة كما لو كان يحصل فقط على أول صور ب قيمة 3 في الشكل 9) ، فإن تقدير ADC سيكون غير دقيق بسبب سوء التركيب. إذا كان ترجيح الانتشار قويا جدا ، فلن يكون SNR الناتج غير كاف ، وسيكون ADC منحازا نحو القيم المنخفضة.

المناقشة

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

يظهر التصوير بالرنين المغناطيسي ¹²⁹Xe مفرط الاستقطاب كتقنية متطورة وقوية لدراسة البنية المجهرية للرئة ووظيفتها في نماذج الصغيرة. يهدف هذا البروتوكول إلى توجيه الإعداد الأولي للموقع ووصف الإجراءات التجريبية اللازمة لتحديد التهوية والانتشار وتبادل الغازات في رئتي الفأر باستخدام HP ¹²⁹Xe. تشمل المتطلبات الأساسية للتجارب إنشاء شبح غاز ¹²⁹Xe وضمان توصيل استقطاب الغاز العالي إلى. يتطلب هذا الأخير تخطيطا دقيقا لمعلمات الاستقطاب ، والتخفيف من خسائر الاستقطاب أثناء نقل الغاز (على سبيل المثال ، بناء حقيبة حمل مغناطيسية) ، وتوصيف (وتجنب مثالي) استرخاء T₁ داخل المجال الهامشي لمغناطيس التصوير بالرنين المغناطيسي قبل السريري¹¹⁶^،¹²⁵. بالتوازي مع تطوير البنية التحتية اللازمة ل HP ¹²⁹Xe ، من الضروري إنشاء بروتوكولات وإجراءات قوية للتعامل مع. وتشمل هذه التخدير الفعال لتمكين التهوية الميكانيكية القوية ، والتنبيب غير الضار لتمكين الدراسات الطولية ، واستراتيجيات التهوية التي توازن بين الحاجة إلى توفير مغنطة عالية ¹²⁹Xe مع ظروف تهوية آمنة وذات صلة من الناحية الفسيولوجية.

إلى حد ما ، تعتمد الطرق والإجراءات والنتائج الموضحة هنا على الأجهزة المحددة المستخدمة (على سبيل المثال ، جهاز التنفس الصناعي والمستقطب ونوع ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي). إذا كانت المعدات البديلة متوفرة ، فيمكن تعديل التقنيات التجريبية بسهولة نسبية. علاوة على ذلك ، يمكن تحسين إجراءات ضمان الجودة اليومية (الخطوة 1.2 والشكل 4 والجدول 1). يعد حفظ السجلات الدقيق خلال ~ 30 دقيقة من ضمان الجودة أمرا بالغ الأهمية أثناء إنشاء موقع جديد. يسمح بالكشف المبكر عن مشكلات الأجهزة والقدرة على استبعادها أثناء استكشاف الأخطاء وإصلاحها. بمجرد توصيف الاختلافات اليومية في مقاييس ضمان الجودة بشكل جيد ، يمكن تقليص معايرة زاوية الوجه وفحص ضمان الجودة ~ 21 دقيقة لتحقيق الكفاءة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن توسيع النهج العام ليشمل أنواع الصغيرة الشائعة الأخرى (مثل الجرذان والأرانب) عن طريق ضبط جرعات التخدير وإعدادات جهاز التنفس الصناعي ومعلمات الاستحواذ. يمكن استخدام البروتوكولات الأساسية لاستكشاف فسيولوجيا المعتمدة على جهاز التنفس الصناعي مثل تأثير معدل التنفس والحجم ومستويات PEEP على تبادل الغازات أو التجنيد السنخي. إذا لم تكن البيانات الطولية مطلوبة أو تم الانتهاء من دراسة طولية ، فإن قنية التنبيب تسمح بغسل القصبات الهوائية أو التثبيت السريع للرئة والحصاد للتحليلات التقليدية (على سبيل المثال ، الأنسجة أو القياسات المورفومترية). علاوة على ذلك ، تمتد إمكانية تعديل هذا البروتوكول إلى تسلسلات ومعلمات التصوير بالرنين المغناطيسي ، مما يمثل جانبا ديناميكيا من ¹²⁹بحثا للتصوير بالرنين المغناطيسي Xe.

يعد وضع القنية أمرا بالغ الأهمية لسلامة وجودة الصورة. نظرا لأن قنية التنبيب غير مثبتة بشكل صارم - على سبيل المثال ، عن طريق خياطة حول القصبة الهوائية - يمكن أن تؤدي الإزاحات الصغيرة نسبيا (على سبيل المثال ، الحركات عند توصيل معدات المراقبة الفسيولوجية) إلى كسر الختم المحكم مع القصبة الهوائية. هذا الختم محكم ضروري لمناورات التجنيد (~ 35 سم H₂O ذروة ضغط الشهيق) ، والتي تعتبر ضرورية للحفاظ على امتثال الرئة ومنع انخماص الرئة. إذا لم تصل مناورة التجنيد إلى الضغط المستهدف ، يجب على المحقق أن يزن الاستراتيجيات التصحيحية في سياق أهداف الدراسة (على سبيل المثال ، التصوير المرجح بالانتشار مقابل تصوير التهوية ؛ نقطة زمنية واحدة مقابل طولية). يمكن أن تشمل استراتيجيات التخفيف 1) إزالة القنية وإعادة التنبيب ، 2) ضبط موضع القنية لزيادة التلامس مع جدران القصبة الهوائية أثناء إدخالها ، و 3) المضي قدما في التجربة دون الحصول على ختم محكم للغاز. من وجهة نظر دقة البيانات ، تعد إعادة التنبيب هي الخيار الأقوى ، ولكنها قد تستغرق وقتا طويلا وتؤدي إلى اضمحلال مغنطة ¹²⁹Xe غير المرغوب فيه. يعد ضبط موضع القنية أسرع ، ولكن يجب أن يتم بحذر ، لأنه ينطوي على خطر أكبر للإصابة. من الأفضل استخدام مواصلة التجربة بدون RMs عندما يتم تهوية الفأر لمدة <20 دقيقة لتجنب التغيرات الناجمة عن انخماص الرئة في ديناميكيات الرئة¹¹⁷.

بالإضافة إلى الحاجة الواضحة للتعامل الآمن مع ، فإن المفتاح لتطوير برنامج التصوير بالرنين المغناطيسي للماوس HP ¹²⁹Xe قوي وموثوق به - واستكشاف التحديات التي يواجهها - هو حفظ السجلات بدقة. لإنتاج HP ¹²⁹Xe ، ينصح بتتبع طاقة الليزر ووقت التراكم ومعدل التدفق والاستقطاب. أثناء التصوير الوهمي والتحليل الطيفي ، من الأفضل تسجيل SNR للصورة ، وموضع الذروة ، وعرض الخط الطيفي ، وطاقة التردد اللاسلكي اللازمة للحصول على نبضة 90 درجة. بالنسبة للتصوير في الجسم الحي ، يجب تسجيل بيانات ضمان الجودة المماثلة جنبا إلى جنب مع معلمات المراقبة الفسيولوجية (ذروة ضغط الشهيق ، ودرجة حرارة الجسم ، وما إلى ذلك) وجدول زمني مفصل لأحداث التعامل مع. يمكن لبعض القطع الرئيسية من المعدات أن تجعل استكشاف أخطاء جهاز التنفس الصناعي وإصلاحها أسهل. وتشمل هذه مستشعر O₂ ، ومقياس التنفس للحيوانات الصغيرة ، ومقياس ضغط لمعايرة التهوية وضغط PEEP. يمكن أن يساعد راسم الذبذبات ومقياس الفولتسعة في التأكد من أن توقيت جهاز التنفس الصناعي دقيق ومطابق لبوابة ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي. أخيرا ، لا غنى عن مقياس الجusser المحمول باليد لتأكيد سلامة حقيبة الحمل المغناطيسية إذا كانت مطلوبة للنقل. فيما يتعلق باستكشاف أخطاء تسلسل التصوير بالرنين المغناطيسي وإصلاحها ، يوصى باستخدام كل من شبح الغاز الموصوف في هذا البروتوكول وحقنة مملوءة بغاز HP. يعد استخدام حقنة تحتوي على غاز HP ¹²⁹Xe مفيدا بشكل خاص لاستكشاف أخطاء التسلسلات المرجحة بالانتشار وإصلاحها ، حيث يمكن تقييم دقة البيانات بناء على ما إذا كانت تعكس حقيقة أرضية معروفة: معامل الانتشار الحر النقي ¹²⁹Xe داخل المحقنة.

يجب الاعتراف بالعديد من القيود عند تطبيق هذا البروتوكول. أولا ، يعتمد ذلك على المعدات والخبرات المتخصصة ، مما يقلل من إمكانية الوصول إلى المواقع الجديدة. ومع ذلك ، مع الموافقة التنظيمية الأخيرة للاستخدام السريري في الولايات المتحدة ، من المتوقع أن يزداد عدد المواقع المجهزة ب ¹²⁹قدرة Xe MRI. هذه التقنية مقيدة أيضا بالقيود المتأصلة في الغاز شديد الاستقطاب ، بما في ذلك عمر الاستقطاب القصير نسبيا والحاجة إلى الحصول السريع على البيانات. عادة ما يؤدي استخدام جهاز التنفس الصناعي إلى تحسين SNR للصورة وتجنب القطع الأثرية للحركة بشكل جوهري ، ولكنه يخفي ديناميكيات التنفس الطبيعية التي يمكن التقاطها من خلال استخدام جهاز توصيل الغاز الذي يتنفس بحرية. علاوة على ذلك ، يجب تفسير النتائج المستخلصة من النماذج الحيوانية الصغيرة التي تستخدم هذا البروتوكول بحذر عند الاستقراء لفسيولوجيا الإنسان ، بالنظر إلى الاختلافات الكبيرة في الأنواع. هناك قيد آخر يتمثل في الطبيعة الصعبة للتنبيب الفموي والتهوية الميكانيكية ، والتي يصعب استخدامها في الفئران التي يقل وزنها عن 25 جراما. قد يستبعد هذا الذكور الذين تقل أعمارهم عن ~ 8 أسابيع والإناث التي تقل أعمارهم عن ~ 20 أسبوعا ما لم يتم استخدام معدات وإجراءات مخصصة. يتمثل القيد الأكثر وضوحا لهذا البروتوكول في عدم وجود برمجة نبضية وتقنيات متقدمة لإعادة بناء الصور. إن إدراج مثل هذه الأساليب في بروتوكول معمم أمر غير عملي بسبب تفاصيلها التقنية المعقدة ومعرفتها المتخصصة. أخيرا ، يصف هذا البروتوكول المقاييس الكمية الأساسية مثل SNR و VDP و ADC ولكن ليس مقاييس أكثر تقدما مثل التهوية الجزئية الإقليمية ، وقياس شكل الانتشار ، وتصوير تبادل الغازات. سيتم تنفيذ هذه المقاييس المتقدمة بسهولة أكبر بمجرد إعداد البنية الأساسية الموضحة هنا.

على الرغم من أن التصوير بالرنين المغناطيسي بالغاز HP ¹²⁹Xe للحيوانات الصغيرة كثيف الاستخدام للموارد ويمثل تحديا تجريبيا ، إلا أنه لديه القدرة على تطوير أبحاث الرئة قبل السريرية بشكل كبير. إنه يوفر وسيلة طفيفة التوغل وحساسة لتحديد التهوية الإقليمية ، وحجم المجال الجوي السنخي ، وديناميكيات تبادل الغازات. على هذا النحو ، يمكن أن يوفر وسيلة فريدة لتقييم فسيولوجيا الرئة وتطور المرض والتدخلات العلاجية بمرور الوقت. لذلك ، فإنه يمثل تحسنا مقارنة بالتقنيات قبل السريرية التقليدية ، بما في ذلك علم الأنسجة ، والتحليلات الكيميائية الحيوية ، وطرق التصوير المؤين ، وقياسات ميكانيكا الرئة الغازية. علاوة على ذلك ، لا يزال التصوير بالرنين المغناطيسي للحيوانات الصغيرة ¹²⁹Xe مجالا فرعيا للبحث يطور بنشاط ، ويمثل تحقيق التوازن بين فيزياء التصوير ذات الصلة والمتطلبات قبل السريرية فرصا بحثية كبيرة في حد ذاتها. أخيرا ، نظرا لأن التصوير بالرنين المغناطيسي ^{السريري 129}Xe أصبح مقبولا ومستخدما على نطاق واسع سريريا ، فإن فرص الدراسات الانتقالية من الفأر إلى الإنسان والظهر ستستمر في النمو بمرور الوقت.

الشكل التكميلي 1: مخطط دائرة لحقيبة الحمل المغناطيسية. يتم توصيل الملف اللولبي المصنوع من الأسلاك النحاسية المطلية بالمينا ، L1 ، بالتوازي مع V1 ، وهي بطارية حمض الرصاص المختومة القابلة لإعادة الشحن بجهد 12 فولت. يمكن تحديد مقاومة المقاوم R1 للتحكم في التيار من خلال V1 و L1. مصباح LED لمؤشر اللوحة ، R2 و D1 ، موصل أيضا بالتوازي مع V1. يتم توصيل مفتاح التشغيل والإيقاف ، S1 ، في سلسلة مع V1. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الشكل التكميلي 2: نتائج معايرة جهاز التنفس الصناعي للنيتروجين. تم قياس حجم الناتج من 30 نفسا بثلاث نسخ. تم إجراء انحدار خطي لتحديد ضغط القيادة اللازم لإنتاج أحجام الغاز ذات الصلة. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الشكل التكميلي 3: ورقة الغش في إعدادات ضغط جهاز التنفس الصناعي. يتم استخدام نتائج الميل والاعتراض من الانحدار الخطي لكل غاز في المعادلة S1. استخدمت هذه المعادلة لتحديد ضغط القيادة اللازم لإنتاج حجم مد وجزر قدره 10 مل/كغ من وزن الجسم المثالي لمخاليط الغاز 70٪ N₂ + 30٪ O₂و 70٪ ¹²⁹Xe + 30٪ O₂ لأوزان ذات الصلة. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الإفصاحات

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

بيتر نيدبالسكي هو مستشار لشركة Polarean Imaging ، Plc.

شكر وتقدير

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

يعرب المؤلفون عن امتنانهم العميق لجيري دالك لكونه ضوءا إرشاديا في بناء أجهزة التنفس الصناعي. نود أن نشكر كارتر ماكماستر على تخمير غاز HP ¹²⁹Xe. نود أيضا أن نشكر الدكتور ماثيو ويلمرينغ والدكتور خوان بارا روبلز على مناقشاتهما العلمية المثيرة للتفكير. الأرقام التي تم إنشاؤها باستخدام BioRender.com. تم تمويل هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة (أرقام المنح: NHLBI R01HL143011 ، R01HL151588)

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
1 مل حقنة	فيشر الكتالوج العلمي	رقم 14-955-464	https://www.fishersci.com/shop/products/sterile-syringes-single-use-12/14955464
10 مل أسطوانة متدرجة	Cole-Parmer	& nbsp ؛ UX-34502-69	https://www.coleparmer.com/i/cole-parmer-essentials-graduated-cylinder-glass-hexagonal-base-10-ml-2-pk/3450269?PubID=UX&persist=true&ip=no& gad_source=1& gclid = CjwKCAi A6KWvBhAREiwAFPZM7h3do -ssjascARuVviKd7V7kC5ztdIB6 _70DnMr-K3qk9RKeJ7-IrhoCeT
> 0QAvD_BwE 18 جم - قسطرة PFTE الوريدية (غير معقمة)	Terumo Surflo	SROX1832CA	https://www.shopmedvet.com/product/iv-catheter-18-x-1-25inch?r=GSS17&p=GSS17&utm_source = google & utm_medium = google_ التسوق & gad_source = 1 & gclid = CjwKCAiA0bWvBhBjEiwAtEsoW 4oTvZkAgWQCda6ocVtQlulVrG 2536FNbu5soMVSFN8xK_g1Uh pXIRoCGwoQAvD_BwE
20 جم - قسطرة PFTE الوريدية (غير معقمة)	Terumo Surflo	SROX2051CA	https://www.shopmedvet.com/product/iv-catheter-20-x-2inch?r=GSS17&p=GSS17&utm_source = google& utm_medium = google_ التسوق & gad_source = 1 & gclid = CjwKCAiA0bWvBhBjEiwAtEsoW 87ggCkgToD_XF_UgpQBTpmN dgSNfCml6TkDKlW8k27Dq_daR itPuhoCnBQQAvD_BwE
22 G - قسطرة PFTE الوريدية (غير معقمة)	Terumo Surflo	SROX2225CA	https://www.shopmedvet.com/product/iv-catheter-22-x-1inch?r=GSS17&p=GSS17&utm_source = google& utm_medium = google_ التسوق & gad_source = 1 & gclid = CjwKCAiA0bWvBhBjEiwAtEso W9IM6mpee6m7e-lBfR8dZhSN KYbMUs7qgEU4gYCRTW_rJAs W_lGkthoCm30QAvD_BwE
400 مل أكياس تيدلر	جنسن المنتجات الخاملة	GST-001S-3507TJC	NA
60 مل حقنة	فيشر الكتالوج العلمي	رقم 14-955-461	https://www.fishersci.com/shop/products/sterile-syringes-single-use-12/14955461
70٪ كحول	كول بارمر	UX-80024-34	https://www.coleparmer.com/i/labchem-isopropyl-alcohol-70-v-v-500-ml/8002434?PubID=UX&persist=true&ip = no & gad_source = 1 & gclid = CjwKC AiA6KWvBhAREiwAFPZM7gGh p8g7MBHBBKadaRCAwfEMgV gna5fhYRsuXIuqoqOiToCC4fem nhoCGMEQAvD_BwE
ديوار للنيتروجين السائل	Terra Universal	4LDB	https://www.laboratory-equipment.com/tw-4ldb-liquid-nitrogen-dewar-ic-biomedical.html?srsltid=AfmBOooxwMtOA1Z2TweR P8V5Iy5EvYT3alZuzoiY 3UF3Ib9RgFnDxVTfWP0
زيوت تشحيم العين	Refresh	تحديث مساء	https://www.refreshbrand.com/Products/refresh-pm
ضوء الألياف البصرية	AmScope	HL250-AY	https://amscope.com/products/hl250-ay?tw_source=google & tw_adid=& tw_campaign= 16705014684& gad_source = < / > 1 & gclid = CjwKCAiA6KWvBhA REiwAFPZM7p-DpyvHJaGxR pAD1385hzGf1oPdKHHLFDR Sp8yrtxry11SNJeJnKxoCtAoQ AvD_BwE
مغناطيس قمة	مقياس الغاز	GMHT201
وعاء زجاجي https://www.apexmagnets.com/magnets/accessories/ht-digital-gaussmeter-with-peak-hold-can-display-gauss-or-tesla (وهم) زجاج	الآس	8648-24	https://aceglass.com/results.php?t=8648-24&t=8648-24
وسادة التدفئة	مستودع مكتب	9206211 ؛	وسادة تسخين بيور ريفيس إكسبريس ديزاينر سلسلة التخصيب النقي 12 × 15 بالم أكوا - مستودع مكتب
فرط الاستقطاب	بولاريان	9820	https://polarean.com/xenon-mri-platform/
لوحة التنبيب	Hallowell EMC	000A3467	https://hallowell.com/product/rodent-tilting-workstand/
قائمة مستلزمات التنبيب	الأجزاء المنشورة في مكان آخر	NA	https://app.jove.com/t/50318/a-simple-method-of-mouse-lung-intubation
أسطوانة زينون غنية بالنظائر	نظائر ليندي	XE-129 (1٪) N2 (10٪) HE CGMP 302SZ	NA
النيتروجين السائل	Linde	NI LC160-22	https://www.lindedirect.com/store/product-detail/nitrogen_n2_nitrogen_liquid _lc160_22_psi_ni_lc160_22 / ni-lc160-22?cat_id = متجر & العقدة = b89
ذكر زلة لور	كول بارمر	UX-21943-27	https://www.coleparmer.com/i/diba-omnifit-t-series-solvent-waste-cap-adapter-polypropylene-male-luer-slip-x-1-16-id-hose-barb-5-pk/2194327
مقياس الضغط	غرينجر	3T294	https://www.grainger.com/product/3T294?gucid=N:N:PS: المدفوعة: GGL: CSM-2295: 4P7A1P: 20501231& gad_source = 1 & gclid =CjwKCAiAi6uvBhADEiwAWiyR dltxrPJmmcm0bFiYLuPrB25HV QFdEfKMBqvgJBNdQUs3DZ7b TLr8CRoCanAQAvD_BwE& gclsrc = aw.ds
جهاز التنفس	Minivent هارفارد	73-0044	https://www.harvardapparatus.com/minivent-ventilator-for-mice-single-animal-volume-controlled-ventilators.html
الماوس الأذن لكسر	فيشر العلمي	13-812-201	https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-animal-ear-tag-punch/13812201
خافض اللسان الماوس	الأدوات الطبية	VRI-617	https://medical-tools.com/shop/rodent-tongue-depressor.html
مقياس وزن الماوس	Cole-Parmer	UX-11712-12	https://www.coleparmer.com/i/adam-equipment-cqt2000-core-portable-balance-2000g-x-1g-220-v/1171212?PubID=UX&persist=true&ip=no&gad _source = 1 & gclid=CjwKCAiA6K WvBhAREiwAFPZM7iYnAG5Ilc Z5DZWrdJ6wcLDZSCSfNJHOH m2PQOpyyWe0TjFa75R3tBoCjB sQAvD_BwE
MRI scanner	Bruker	7T Biospec الأفقي	https://www.bruker.com/de/products-and-solutions/preclinical-imaging/mri/biospec.html
Multimeter	Home Depot		1007898529 https://www.homedepot.com/p/Klein-Tools-600-Volt-Digital-Multi-Meter-Manual-Ranging-MM325/320822947
زينون الليند الطبيعية الوفرة		الأمم المتحدة 2036	NA
Needle	فيشر 305194 العلمي		https://www.fishersci.com/shop/products/bd-general-use-precisionglide-hypodermic-needles-20/148266C?keyword=true
حقنة إبرة آمن	فيشر NC2703873 علمية		https://www.fishersci.com/shop/products/ndlsafe-ii-syr-uncap-deca/NC2703873#?keyword=needlesafe
اسطوانة النيتروجين	Linde	NI M-K	https://www.lindedirect.com/store/product-detail/nitrogen_n2_nitrogen_nf_k/ni-m-k?cat_id=shop&node=b89
اسطوانة الأكسجين	Linde	OX M-K	https://www.lindedirect.com/store/product-detail/oxygen_o2_oxygen_usp_k/ox-m-k?cat_id=shop&node=b90
مستشعر الأكسجين	أدوات Apogee	MO-200	https://www.apogeeinstruments.com/mo-200-oxygen-sensor-with-handheld-meter/
مستشعر الأكسجين المضمن رأس التدفق	أدوات Apogee	AO-002	https://www.apogeeinstruments.com/ao-002-oxygen-meter-sensor-flow-through-head/
صمام	PEEP Hallowell EMC	000A6556A	https://hallowell.com/product/adjustable-peep-valve-with-exhaust-port-range-5-20cm-disposable/
نصائح الماصة	فيشر	الكتالوج العلمي رقم 02-707-108	نصائح Fisherbrand Stack-Rack Space-Saver: 101-1000 L قياسي ؛ أزرق; المجلد: \| صمام الغطاس العلمي فيشر
	زجاج الآس	8648-20	https://www.aceglass.com/results.php?t=8648
لفائف ما قبل السريرية	Doty علمية	مصممة	خصيصا https://dotynmr.com/products/bmax-xy-low-e/
منظمات الضغط	Cole-Parmer	UX-98202-11	https://www.coleparmer.com/i/cole-parmer-single-stage-regulator-1500-scfh-capacity-346-cga-fitting/9820211?PubID=UX&persist=true&ip=no& gad_source = 1 & gclid = CjwKCAi A6KWvBhAREiwAFPZM7pruR xCAiaj52nA_8Y1nveQZRsD6B f0QO65o2DKFYqRoz0PopSkX QxoCxqcQAvD_BwE
جهاز التنفس الصناعي بانخفاض الضغط	المنشورة في مكان آخر	NA	https://sites.duke.edu/driehuyslab/resources/
PVC لمستودع هوم	ديبوت	193682	نظام تدفئة https://www.homedepot.com/p/IPEX-1-2-in-x-10-ft-White-PVC-SCH-40-Potable-Pressure-Water-Pipe-30-05010HD/319692959
SAI		موديل 1030	https://i4sa.com/product/model-1030-monitoring-gating-system/
سالين	فارس للمختبرات	0409488820-1	https://www.farrislabs.com/products/bacteriostatic-sodium-chloride-0-9-30ml-bottle?variant=42807174824167¤cy = USD& utm_medium=product_ sync & utm_source=google& utm_ content=sag_organic& utm_ campaign=sag_organic& utm_ campaign = GS-2021-09-24 & utm _source=google& utm_medium = smart_campaign & gad_source = 1 & gclid = CjwKCAiA6KWvBh AREiwAFPZM7oS3-hFDETO_2f6OWOoKyBMb WuDuWqYxdWRYUWEkY M2Py73VfGzVtRoC2FQQAvD_BwE
حاويات حاويات حادة	فيشر علمي	22-730-455	https://www.fishersci.com/shop/products/sharps-container-47/p-7250579#?keyword=needle%20safe
سيليكون الايبوكسي	Grainger	3KMY7	https://www.grainger.com/product/3KMY7?gucid=N:N:PS:Paid:GGL:CSM- 2295:4P7A1P:20501231& gad_ المصدر = 1 & gclid=CjwKCAiA6KW vBhAREiwAFPZM7voahkm8tda t1Euql1A8DFhC6AZVJ0wXzCE PfE6iUzrIJXV-Hl8o4xoCQLYQA vD_BwE& gclsrc = aw.ds
زيوت تشحيم قالب السيليكون	Grainger	19MW95	https://www.grainger.com/product/CRC-Mold-Release-Agent-16-oz-19MW95
مقياس التنحين	ADInstruments	FE141	https://www.adinstruments.com/products/spirometer
Spirometer - رأس تدفق الماوس	ADInstruments	MLT1L	https://www.adinstruments.com/products/respiratory-flow-heads
أنابيب - 1/4 OD	Clippard	URH1-0402-CLT-050	https://www.clippard.com/part/URH1-0402-CLT-050
الأنابيب - 1/8 OD	Clippard	URH1-0804-CLT-050	https://www.clippard.com/part/URH1-0402-CLT-050
مضخة فراغ	Cole-Parmer	؛ UX-60062-11	https://www.coleparmer.com/i/environmental-express-diaphragm-pump-high-volume-120v/6006211?PubID=UX&persist=true&ip=no&gad _source = 1 & gclid = CjwKCAiA6K WvBhAREiwAFPZM7uFGwmW pRelHNFgZVvJJV09vDUVyfyG HoKeZTiFNIiVTe-05IpJJPxoCO PoQAvD_BwE
- 18 مقياس	Digikey	2328-18H240-ND	https://www.digikey.com/en/products/detail/remington-industries/18H240/15202027?s=N4 IgjCBcoOwBxVAYygMwIYBsDOB TANCAPZQDa4YATPAGwgC6h ADgC5QgDKLATgJYB2AcxAB fQmAAMAFkqIQKSBhwFiZEA GZNATi0SGzNpE48BwsSErqw 6uQqV5CJSOQCsMF٪2Bq11 GIVuy58QqLmss4gALbogvy4L AAEAO683LgMIkA
محطة قياس استقطاب زينون	بولارين	NA	https://polarean.com/xenon-mri-platform/

الصناعي نظام نظائر حامل قائمة أجزاء وهمي

المراجع

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

World Health Organization. Global health estimates 2020: Deaths by cause, age, sex, by country and by region, 2000-2019. World Health Organization. , Geneva. (2020).
Middleton, P. G., et al. Elexacaftor-Tezacaftor-Ivacaftor for cystic fibrosis with a single Phe508del allele. N Engl J Med. 381 (19), 1809-1819 (2019).
Taylor-Cousar, J. L., et al. Tezacaftor-Ivacaftor in patients with cystic fibrosis homozygous for Phe508del. N Engl J Med. 377 (21), 2013-2023 (2017).
Richeldi, L., et al. Efficacy and safety of nintedanib in idiopathic pulmonary fibrosis. N Engl J Med. 370 (22), 2071-2082 (2014).
King, T. E., et al. A phase 3 trial of pirfenidone in patients with idiopathic pulmonary fibrosis. N Engl J Med. 370 (22), 2083-2092 (2014).
Yong, K. S. M., Her, Z., Chen, Q. Humanized mice as unique tools for human-specific studies. Arch Immunol Ther Exp (Warsz. 66 (4), 245-266 (2018).
Li, H., Auwerx, J. Mouse systems genetics as a prelude to precision medicine. Trends Genet. 36 (4), 259-272 (2020).
Eppig, J. T., Motenko, H., Richardson, J. E., Richards-Smith, B., Smith, C. L. The International Mouse Strain Resource (IMSR): cataloging worldwide mouse and ES cell line resources. Mamm Genome. 26 (9-10), 448-455 (2015).
Vedi, M., et al. 2022 updates to the rat genome database: A Findable, Accessible, Interoperable, and Reusable (FAIR) resource. Genetics. 224 (1), 042(2023).
Ghorani, V., Boskabady, M. H., Khazdair, M. R., Kianmeher, M. Experimental animal models for COPD: a methodological review. Tob Induc Dis. 15, 25(2017).
Semaniakou, A., Croll, R. P., Chappe, V. Animal models in the pathophysiology of cystic fibrosis. Front Pharmacol. 9, 1475(2018).
Moore, B. B., et al. Animal models of fibrotic lung disease. Am J Respir Cell Mol Biol. 49 (2), 167-179 (2013).
Jenkins, R. G., et al. An official American thoracic society workshop report: Use of animal models for the preclinical assessment of potential therapies for pulmonary fibrosis. Am J Respir Cell Mol Biol. 56 (5), 667-679 (2017).
Gomez-Arroyo, J., et al. A brief overview of mouse models of pulmonary arterial hypertension: problems and prospects. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 302 (10), L977-L991 (2012).
Dignam, J. P., Scott, T. E., Kemp-Harper, B. K., Hobbs, A. J. Animal models of pulmonary hypertension: Getting to the heart of the problem. Br J Pharmacol. 179 (5), 811-837 (2022).
Woodrow, J. S., Sheats, M. K., Cooper, B., Bayless, R. Asthma: The use of animal models and their translational utility. Cells. 12 (7), 1091(2023).
Van de Velde, G., et al. Longitudinal in vivo microcomputed tomography of mouse lungs: No evidence for radiotoxicity. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 309 (3), L271-L279 (2015).
Mata, J. F., et al. Evaluation of emphysema severity and progression in a rabbit model: comparison of hyperpolarized 3He and 129Xe diffusion MRI with lung morphometry. J Appl Physiol (1985). 102 (1985), 1273-1280 (2007).
Boudreau, M., Xu, X., Santyr, G. E. Measurement of 129Xe gas apparent diffusion coefficient anisotropy in an elastase-instilled rat model of emphysema. Magn Reson Med. 69 (1), 211-220 (2013).
Cleveland, Z. I., et al. 3D MRI of impaired hyperpolarized 129Xe uptake in a rat model of pulmonary fibrosis. NMR Biomed. 27 (12), 1502-1514 (2014).
Kimura, A., et al. Inflammation during lung cancer progression and ethyl pyruvate treatment observed by pulmonary functional hyperpolarized 129Xe MRI in mice. Contrast Media Mol Imaging. 2021, 9918702(2021).
Kimura, A., et al. Treatment response of ethyl pyruvate in a mouse model of chronic obstructive pulmonary disease studied by hyperpolarized 129Xe MRI. Magn Reson Med. 78 (2), 721-729 (2017).
Ouriadov, A., et al. Early stage radiation-induced lung injury detected using hyperpolarized 129Xe Morphometry: Proof-of-concept demonstration in a rat model. Magn Reson Med. 75 (6), 2421-2431 (2016).
Willmering, M. M., et al. Improved pulmonary 129Xe ventilation imaging via 3D-spiral UTE MRI. Magn Reson Med. 84 (1), 312-320 (2020).
Kaushik, S. S., et al. Single-breath clinical imaging of hyperpolarized 129Xe in the airspaces, barrier, and red blood cells using an interleaved 3D radial 1-point Dixon acquisition. Magn Reson Med. 75 (4), 1434-1443 (2016).
Zanette, B., Munidasa, S., Friedlander, Y., Ratjen, F., Santyr, G. A 3D stack-of-spirals approach for rapid hyperpolarized 129Xe ventilation mapping in pediatric cystic fibrosis lung disease. Magn Reson Med. 89 (3), 1083-1091 (2023).
Zanette, B., Stirrat, E., Jelveh, S., Hope, A., Santyr, G. Physiological gas exchange mapping of hyperpolarized 129Xe using spiral-IDEAL and MOXE in a model of regional radiation-induced lung injury. Med Phys. 45 (2), 803-816 (2018).
Collier, G. J., et al. Dissolved 129Xe lung MRI with four-echo 3D radial spectroscopic imaging: Quantification of regional gas transfer in idiopathic pulmonary fibrosis. Magn Reson Med. 85 (5), 2622-2633 (2021).
Qing, K., et al. Assessment of lung function in asthma and COPD using hyperpolarized 129Xe chemical shift saturation recovery spectroscopy and dissolved-phase MRI. NMR Biomed. 27 (12), 1490-1501 (2014).
Ruppert, K., Brookeman, J. R., Hagspiel, K. D., Mugler, J. P. Probing lung physiology with xenon polarization transfer contrast (XTC). Magn Reson Med. 44 (3), 349-357 (2000).
Kern, A. L., et al. Investigating short-time diffusion of hyperpolarized 129Xe in lung air spaces and tissue: A feasibility study in chronic obstructive pulmonary disease patients. Magn Reson Med. 84 (4), 2133-2146 (2020).
Amzajerdian, F., et al. Simultaneous quantification of hyperpolarized xenon-129 ventilation and gas exchange with multi-breath xenon-polarization transfer contrast (XTC) MRI. Magn Reson Med. 90 (6), 2334-2347 (2023).
Perron, S., et al. Application of a 2D frequency encoding sectoral approach to hyperpolarized 129Xe MRI at low field. J Magn Reson. 336, 107159(2022).
Loza, L. A., et al. Quantification of ventilation and gas uptake in free-breathing mice with hyperpolarized 129Xe MRI. IEEE Trans Med Imaging. 38 (9), 2081-2091 (2019).
Imai, H., et al. Regional fractional ventilation mapping in spontaneously breathing mice using hyperpolarized 129Xe MRI. NMR Biomed. 28 (1), 24-29 (2015).
Friedlander, Y., et al. Effect of inhaled oxygen concentration on 129Xe chemical shift of red blood cells in rat lungs. Magn Reson Med. 86 (3), 1187-1193 (2021).
Virgincar, R. S., et al. A portable ventilator with integrated physiologic monitoring for hyperpolarized 129Xe MRI in rodents. J Magn Reson. 295, 63-71 (2018).
Nouls, J., Fanarjian, M., Hedlund, L., Driehuys, B. A constant-volume ventilator and gas recapture system for hyperpolarized gas MRI of mouse and rat lungs. Concepts Magn Reson Part B Magn Reson Eng. 39B (2), 78-88 (2011).
Niedbalski, P. J., et al. Preclinical hyperpolarized 129Xe MRI: ventilation and T2* mapping in mouse lungs at 7 T using multi-echo flyback UTE. NMR Biomed. 33 (7), e4302(2020).
Akinyi, T. G. An Affordable Open-Source Small Animal MR and Hyperpolarized Gas Compatible Ventilator: Feasibility in Preclinical Imaging. , University of Cincinnati. Master's thesis (2017).
Smith, L. J., et al. The assessment of short and long term changes in lung function in CF using 129Xe MRI. Eur Respir J. 6, 2000441(2020).
Svenningsen, S., et al. Reproducibility of hyperpolarized 129Xe MRI ventilation defect percent in severe asthma to evaluate clinical trial feasibility. Acad Radiol. 28 (6), 817-826 (2021).
Kirby, M., et al. Hyperpolarized 3He and 129Xe MR imaging in healthy volunteers and patients with chronic obstructive pulmonary disease. Radiology. 265 (2), 600-610 (2012).
Virgincar, R. S., et al. Quantitative analysis of hyperpolarized 129Xe ventilation imaging in healthy volunteers and subjects with chronic obstructive pulmonary disease. NMR Biomed. 26 (4), 424-435 (2013).
Ebner, L., et al. Multireader determination of clinically significant obstruction using hyperpolarized 129Xe-ventilation MRI. AJR Am J Roentgenol. 212 (4), 758-765 (2019).
Driehuys, B., et al. 3He MRI in mouse models of asthma. Magn Reson Med. 58 (5), 893-900 (2007).
Mistry, N. N., Thomas, A., Kaushik, S. S., Johnson, G. A., Driehuys, B. Quantitative analysis of hyperpolarized 3He ventilation changes in mice challenged with methacholine. Magn Reson Med. 63 (3), 658-666 (2010).
Costa, M., et al. Noninvasive assessment of in vivo mouse lung microstructural changes due to aging and PEEP. Am J Respir Crit Care Med. 207, A4713(2023).
Sukstanskii, A. L., Yablonskiy, D. A. Lung morphometry with hyperpolarized 129Xe: theoretical background. Magn Reson Med. 67 (3), 856-866 (2012).
Chan, H. F., Stewart, N. J., Norquay, G., Collier, G. J., Wild, J. M. 3D diffusion-weighted 129Xe MRI for whole lung morphometry. Magn Reson Med. 79 (6), 2986-2995 (2018).
Bier, E. A., et al. Noninvasive diagnosis of pulmonary hypertension with hyperpolarised 129Xe magnetic resonance imaging and spectroscopy. ERJ Open Res. 8 (2), 00035(2022).
Bier, E. A., et al. A protocol for quantifying cardiogenic oscillations in dynamic 129Xe gas exchange spectroscopy: The effects of idiopathic pulmonary fibrosis. NMR Biomed. 32 (1), e4029(2019).
Wang, Z., et al. Diverse cardiopulmonary diseases are associated with distinct xenon magnetic resonance imaging signatures. Eur Respir J. 54 (6), 1900831(2019).
Freeman, M. S., Cleveland, Z. I., Qi, Y., Driehuys, B. Enabling hyperpolarized 129Xe MR spectroscopy and imaging of pulmonary gas transfer to the red blood cells in transgenic mice expressing human hemoglobin. Magn Reson Med. 70 (5), 1192-1199 (2013).
Iguchi, S., et al. Direct imaging of hyperpolarized 129Xe alveolar gas uptake in a mouse model of emphysema. Magn Reson Med. 70 (1), 207-215 (2013).
Imai, H., et al. Noninvasive detection of pulmonary tissue destruction in a mouse model of emphysema using hyperpolarized 129Xe MRS under spontaneous respiration. Magn Reson Med. 64 (4), 929-938 (2010).
Silk, S. B., Hampton, L. L., Brown, P. A. What investigators need to know about the use of animals. ILAR J. 54 (3), 324-328 (2014).
Cereda, M., et al. Mild loss of lung aeration augments stretch in healthy lung regions. J Appl Physiol. 120 (1985), 444-454 (2016).
Constantinides, C., Murphy, K. Molecular and integrative physiological effects of isoflurane anesthesia: The paradigm of cardiovascular studies in rodents using magnetic resonance imaging. Front Cardiovasc Med. 3, 23(2016).
Irwin, M. R., Curay, C. M., Choi, S., Kiyatkin, E. A. Basic physiological effects of ketamine-xylazine mixture as a general anesthetic preparation for rodent surgeries. Brain Res. 1804, 148251(2023).
Roth, D. M., Swaney, J. S., Dalton, N. D., Gilpin, E. A., John Ross, J. Impact of anesthesia on cardiac function during echocardiography in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 282 (6), H2134-H2140 (2002).
Massey, C. A., Richerson, G. B. Isoflurane, ketamine-xylazine, and urethane markedly alter breathing even at subtherapeutic doses. J Neurophysiol. 118 (4), 2389-2401 (2017).
Janssen, B. J. A., et al. Effects of anesthetics on systemic hemodynamics in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 287 (4), H1618-H1624 (2004).
Lenzarini, F., Di Lascio, N., Stea, F., Kusmic, C., Faita, F. Time course of isoflurane-induced vasodilation: A Doppler ultrasound study of the left coronary artery in mice. Ultrasound Med Biol. 42 (4), 999-1009 (2016).
Mondonedo, J. R., et al. Volatile anesthetics and the treatment of severe bronchospasm: A concept of targeted delivery. Drug Discov Today Dis Models. 15, 43-50 (2015).
Nolan, J. P. Anaesthesia and Neuromuscular Block. Clinical Pharmacology. , Churchill Livingstone. 295-310 (2012).
Arras, M., Autenried, P., Rettich, A., Spaeni, D., Rülicke, T. Optimization of intraperitoneal injection anesthesia in mice: drugs, dosages, adverse effects, and anesthesia depth. Comp Med. 51 (5), 443-456 (2001).
Navarro, K. L., et al. Mouse anesthesia: The art and science. ILAR J. 62 (1-2), 238-273 (2021).
Das, S., MacDonald, K., Chang, H. Y., Mitzner, W. A simple method of mouse lung intubation. J Vis Exp. (73), e50318(2013).
Thomas, J. L., et al. Endotracheal intubation in mice via direct laryngoscopy using an otoscope. J Vis Exp. (86), e50269(2014).
Slutsky, A. S., Ranieri, V. M. Ventilator-induced lung injury. N Engl J Med. 369 (22), 2126-2136 (2013).
Matute-Bello, G., et al. An official American thoracic society workshop report: features and measurements of experimental acute lung injury in animals. Am J Respir Cell Mol Biol. 44 (5), 725-738 (2011).
Kulkarni, H. S., et al. Update on the features and measurements of experimental acute lung injury in animals: An official American thoracic society workshop report. Am J Respir Cell Mol Biol. 66 (2), e1-e14 (2022).
Tsuchida, S., et al. Atelectasis causes alveolar injury in nonatelectatic lung regions. Am J Respir Crit Care Med. 174 (3), 279-289 (2006).
Fan, E., et al. An official American thoracic society/European society of intensive care medicine/society of critical care medicine clinical practice guideline: Mechanical ventilation in adult patients with acute respiratory distress syndrome. Am J Respir Crit Care Med. 195 (9), 1253-1263 (2017).
Santos, R. S., Silva, P. L., Pelosi, P., Rocco, P. R. Recruitment maneuvers in acute respiratory distress syndrome: The safe way is the best way. World J Crit Care Med. 4 (4), 278-286 (2015).
Mekontso Dessap, A., et al. Conflicting physiological and genomic cardiopulmonary effects of recruitment maneuvers in murine acute lung injury. Am J Respir Cell Mol Biol. 46 (4), 541-550 (2012).
García-Fernández, J., et al. Recruitment manoeuvres in anaesthesia: How many more excuses are there not to use them. Rev Esp Anestesiol Reanim (Engl Ed). 65 (4), 209-217 (2018).
Allen, G. B., Suratt, B. T., Rinaldi, L., Petty, J. M., Bates, J. H. Choosing the frequency of deep inflation in mice: balancing recruitment against ventilator-induced lung injury. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 291 (4), L710-L717 (2006).
da Silva, A. C. L., et al. Sigh maneuver protects healthy lungs during mechanical ventilation in adult Wistar rats. Exp Biol Med. 245 (15), 1404-1413 (2020).
Riva, D. R., et al. Recruitment maneuver: RAMP versus CPAP pressure profile in a model of acute lung injury. Respir Physiol Neurobiol. 169 (1), 62-68 (2009).
Schwarte, L. A., Zuurbier, C. J., Ince, C. Mechanical ventilation of mice. Basic Res Cardiol. 95 (6), 510-520 (2000).
Joelsson, J. P., Ingthorsson, S., Kricker, J., Gudjonsson, T., Karason, S. Ventilator-induced lung-injury in mouse models: Is there a trap. Lab Anim Res. 37 (1), 30(2021).
Jameson, C. J., Jameson, A. K., Hwang, J. K. Nuclear spin relaxation by intermolecular magnetic dipole coupling in the gas phase. 129Xe in oxygen. J Chem Phys. 89 (7), 4074-4081 (1988).
Kelley, M., Branca, R. T. Theoretical models of spin-exchange optical pumping: Revisited and reconciled. J Appl Phys. 129 (15), 1-16 (2021).
Norquay, G., Leung, G., Stewart, N. J., Wolber, J., Wild, J. M. 129Xe chemical shift in human blood and pulmonary blood oxygenation measurement in humans using hyperpolarized 129Xe NMR. Magn Reson Med. 77 (4), 1399-1408 (2017).
Norquay, G., Collier, G. J., Rao, M., Stewart, N. J., Wild, J. M. 129Xe-Rb spin-exchange optical pumping with high photon efficiency. Phys Rev Lett. 121 (15), 153201(2018).
Ball, J. E., Wild, J. M., Norquay, G. Investigating Rubidium density and temperature distributions in a high-throughput 129Xe-Rb spin-exchange optical pumping polarizer. Molecules. 28 (1), 11(2022).
Plummer, J. W., et al. A semi-empirical model to optimize continuous-flow hyperpolarized 129Xe production under practical cryogenic-accumulation conditions. J Magn Reson. 320, 106845(2020).
Nikolaou, P., et al. Near-unity nuclear polarization with an open-source 129Xe hyperpolarizer for NMR and MRI. Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (35), 14150-14155 (2013).
Robertson, S. H., et al. Optimizing 3D noncartesian gridding reconstruction for hyperpolarized 129Xe MRI-focus on preclinical applications. Concepts Magn Reson Part A Bridg Educ Res. 44 (4), 190-202 (2015).
Thomas, A. C., et al. A robust protocol for regional evaluation of methacholine challenge in mouse models of allergic asthma using hyperpolarized 3He MRI. NMR Biomed. 22 (5), 502-515 (2009).
Niedbalski, P. J., et al. Protocols for multi-site trials using hyperpolarized 129Xe MRI for imaging of ventilation, alveolar-airspace size, and gas exchange: A position paper from the 129Xe MRI clinical trials consortium. Magn Reson Med. 86 (6), 2966-2986 (2021).
Woodhouse, N., et al. Combined helium-3/proton magnetic resonance imaging measurement of ventilated lung volumes in smokers compared to never-smokers. J Magn Reson Imaging. 21 (4), 365-369 (2005).
Brown, R. W., Cheng, Y. C. N., Haacke, E. M., Thompson, M. R., Venkatesan, R. Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and Sequence Design. , Wiley. (2014).
Levitt, M. H. Spin Dynamics: Basics of Nuclear Magnetic Resonance. , Wiley. (2013).
Salerno, M., et al. Emphysema: hyperpolarized helium 3 diffusion MR imaging of the lungs compared with spirometric indexes—initial experience. Radiology. 222 (1), 252-260 (2002).
Niedbalski, P. J., et al. Validating in vivo hyperpolarized 129Xe diffusion MRI and diffusion morphometry in the mouse lung. Magn Reson Med. 85 (4), 2160-2173 (2021).
Bdaiwi, A. S., et al. Improving hyperpolarized 129Xe ADC mapping in pediatric and adult lungs with uncertainty propagation. NMR Biomed. 35 (3), e4639(2022).
Ruppert, K., Brookeman, J. R., Hagspiel, K. D., Driehuys, B., Mugler, J. P. NMR of hyperpolarized 129Xe in the canine chest: spectral dynamics during a breath-hold. NMR Biomed. 13 (4), 220-228 (2000).
Driehuys, B., et al. Imaging alveolar-capillary gas transfer using hyperpolarized 129Xe MRI. Proc Natl Acad Sci U S A. 103 (48), 18278-18283 (2006).
Nakamura, K., et al. 129Xe spectra from the heads of rats with and without ligation of the external carotid and pterygopalatine arteries. Magn Reson Med. 53 (3), 528-534 (2005).
Kershaw, J., et al. Confirming the existence of five peaks in 129Xe rat head spectra. Magn Reson Med. 57 (4), 791-797 (2007).
Chen, R. Y., et al. Tissue-blood partition coefficient for xenon: temperature and hematocrit dependence. J Appl Physiol. 49 (2), 178-183 (1980).
Möller, H. E., et al. Magnetic resonance angiography with hyperpolarized 129Xe dissolved in a lipid emulsion. Magn Reson Med. 41 (5), 1058-1064 (1999).
Norquay, G., et al. Relaxation and exchange dynamics of hyperpolarized 129Xe in human blood. Magn Reson Med. 74 (2), 303-311 (2015).
Zhang, L., et al. Absolute thermometry of human brown adipose tissue by magnetic resonance with laser polarized 129Xe. Commun Med. 3 (1), 147(2023).
Barshishat-Kupper, M., et al. Protein oxidation in the lungs of C57BL/6J mice following X-irradiation. Proteomes. 3 (3), 249-265 (2015).
Olsson, L. E., et al. Measurement of MR signal and T2* in lung to characterize a tight skin mouse model of emphysema using single-point imaging. J Magn Reson Imaging. 25 (3), 488-494 (2007).
Crowle, A. J. Delayed hypersensitivity in mice. J Allergy. 30 (2), 151-164 (1959).
Guo, J., Cao, X., Cleveland, Z. I., Woods, J. C. Murine pulmonary imaging at 7T: T2* and T1 anisotropic UTE. Magn Reson Med. 79 (4), 2254-2264 (2018).
Sonobe, T., et al. Imaging of the closed-chest mouse pulmonary circulation using synchrotron radiation microangiography. J Appl Physiol. 111 (1), 75-80 (2011).
Wang, W., et al. Imaging lung microstructure in mice with hyperpolarized 3He diffusion MRI. Magn Reson Med. 65 (3), 620-626 (2011).
Ouriadov, A. V., et al. Application of a stretched-exponential model for morphometric analysis of accelerated diffusion-weighted 129Xe MRI of the rat lung. Magn Reson Mater Phy. 34 (1), 73-84 (2021).
O'Halloran, R. L., Holmes, J. H., Altes, T. A., Salerno, M., Fain, S. B. The effects of SNR on ADC measurements in diffusion-weighted hyperpolarized He-3 MRI. J Magn Reson. 185 (1), 42-49 (2007).
Moller, H. E., Cleveland, Z. I., Driehuys, B. Relaxation of hyperpolarized 129Xe in a deflating polymer bag. J Magn Reson. 212 (1), 109-115 (2011).
Reiss, L. K., Kowallik, A., Uhlig, S. Recurrent recruitment manoeuvres improve lung mechanics and minimize lung injury during mechanical ventilation of healthy mice. PLoS One. 6 (9), e24527(2011).
Cagle, L. A., et al. Effects of positive end-expiratory pressure and recruitment maneuvers in a ventilator-induced injury mouse model. PLoS One. 12 (11), e0187419(2017).
Cannizzaro, V., et al. Lung volume recruitment maneuvers and respiratory system mechanics in mechanically ventilated mice. Respir Physiol Neurobiol. 169 (3), 243-251 (2009).
Hohlbaum, K., et al. Impact of repeated anesthesia with ketamine and xylazine on the well-being of C57BL/6JRj mice. PLoS One. 13 (9), e0203559(2018).
Blevins, C. E., Celeste, N. A., Marx, J. O. Effects of oxygen supplementation on injectable and inhalant anesthesia in C57BL/6 mice. J Am Assoc Lab Anim Sci. 60 (3), 289-297 (2021).
Cannizzaro, V., et al. Impact of supplemental oxygen in mechanically ventilated adult and infant mice. Respir Physiol Neurobiol. 165 (1), 61-66 (2009).
Sembroski, E., Sanghavi, D. K., Bhardwaj, A. Inverse Ratio Ventilation. StatPearls Publishing. , Treasure Island, FL. (2023).
Boros, S. J. Variations in inspiratory:expiratory ratio and airway pressure wave form during mechanical ventilation: the significance of mean airway pressure. J Pediatr. 94 (1), 114-117 (1979).
Zheng, W., Cleveland, Z. I., Moller, H. E., Driehuys, B. Gradient-induced longitudinal relaxation of hyperpolarized noble gases in the fringe fields of superconducting magnets used for magnetic resonance. J Magn Reson. 208 (2), 284-290 (2011).

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

129

التصوير بالرنين المغناطيسي للرئة 129Xe مفرط الاستقطاب والتحليل الطيفي في الفئران ذات التهوية الميكانيكية

في هذه المقالة

ملخص

الملخص

المقدمة

البروتوكول

النتائج

المناقشة

الإفصاحات

شكر وتقدير

المواد

المراجع

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

مقالات ذات صلة

التصوير بالرنين المغناطيسي للرئة ¹²⁹Xe مفرط الاستقطاب والتحليل الطيفي في الفئران ذات التهوية الميكانيكية