Magnetic Resonance Imaging Quantifizierung der pulmonalen Perfusion mittels geeichter Arterial Spin Labeling

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, physiologische Techniken in Kombination mit der Magnetresonanztomographie zu verwenden, um die Verteilung der Lungenperfusion nicht-invasiv unter unterschiedlichen eingeatmeten Sauerstoffbedingungen zu messen. Dies wird erreicht, indem ein Proband zunächst darauf trainiert wird, während der Bildaufnahme bei funktioneller Restkapazität den Atem anzuhalten und während des Intervalls zwischen den Bildern zu atmen, um die Aufnahme mehrerer Bilder zu ermöglichen. In einem zweiten Schritt wird der Proband mit der Gesichtsmaske versorgt und der Inspirations- und Exspirationsschlauch angebracht, um dem Probanden die unterschiedlichen Gasgemische zuzuführen und exspiratorische Gasproben zu entnehmen, um Stoffwechselmessungen durchzuführen.

Als nächstes werden im MRT-Scanner nach einem Lokalisierungsbild, der arteriellen Spinmarkierung und dem Multi-Echo-Schnellgradienten Echosequenzen verwendet, um Bilder des pulmonalen Blutflusses und der Protonendichte zu erhalten. Die resultierenden Bilder werden quantifiziert, um die Verteilung des Lungenblutflusses in Millilitern pro Minute und Gramm zu erhalten, die aus den beiden verschiedenen MRT-Bildern abgeleitet wird. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass die Lungenperfusion nicht-invasiv in vivo gemessen wird, ohne ionisierender Strahlung ausgesetzt zu sein, was wiederholte Messungen ermöglicht.

Diese Methode kann Einblicke in die Mechanismen geben, die die räumliche Verteilung der Lungenperfusion steuern, und sie kann auch zur Untersuchung anderer physiologischer Mechanismen in der MS-Scan-Umgebung verwendet werden. Die Verfahren werden heute von TSIA Rye, einem Doktoranden Sebastian Verta und Postdoktoranden der RU Carlos SA aus unserem Labor vor der Durchführung des Experiments demonstriert. Holen Sie zunächst eine schriftliche und informierte Einverständniserklärung des Probanden ein und lassen Sie ihn oder sie ein MRT-Sicherheitsscreening-Formular ausfüllen.

Führen Sie außerdem eine körperliche Untersuchung, einen Lungenfunktionstest und eine Trainingseinheit durch, in der der Proband lernt, den Atem bei funktioneller Restkapazität anzuhalten. Oder FRC beginnt mit der Einrichtung des Atemgeräts, indem er zuerst die Maske auf das Gesicht der Person aufsetzt. Mit einem Netzaufsatz ist die Maske mit einem vorsterilisierten, nicht rebreathenden Ventil und Schläuchen ausgestattet.

Achten Sie darauf, die Maske auf Undichtigkeiten zu überprüfen. Stellen Sie die Gassäcke im Scannerraum auf und schließen Sie diese an einen Tank im Raum der MRT-Konsole an. Dieser sollte so eingerichtet sein, dass der Untersucher durch Manipulation des Gastanks Gas in den Beutel geben kann.

Der Regler stellt sicher, dass der Gassack in Sichtweite ist. Wie während des Experiments muss der Untersucher den Beutel durch das Fenster des Konsolenraums überwachen, um sicherzustellen, dass das Gasvolumen ausreichend ist. Andernfalls ist das Subjekt möglicherweise nicht in der Lage, den Anteil des eingeatmeten Sauerstoffs von hyperoxischen und hypoxischen Gasen zu inspirieren, in diesem Fall beträgt 1,0 bzw. 0,125 und Raumluft kann für das normoxische Gas verwendet werden.

Stellen Sie sicher, dass der exspiratorische Beatmungsschlauch lang genug ist, um vom Probanden im MRT-Scanner über einen Wellenleiter mit dem Stoffwechselwagen im MRT-Konsolenraum verbunden zu werden. Der hier gezeigte Stoffwechselwagen misst das Volumen der ausgeatmeten Luft sowie die gemischten exspiratorischen Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentrationen. Basierend auf diesen Parametern berechnet es auch verschiedene Atemvolumina.

EG, das Tidalvolumen VO zwei VC O2, sowie der respiratorische Quotient. Lassen Sie den Probanden mit den Füßen voran auf dem Scannerbett liegen, und verwenden Sie Kissen und Schaumstoffpolster, um den Komfort zu maximieren. Verbinden Sie als Nächstes den inspiratorischen Beatmungsschlauch mit der inspiratorischen Seite der Maske des Probanden.

Der Schlauch wird verwendet, um entweder hyperoxische und hypoxische Gase oder normoxische Luft aus den Mylar-Beuteln über ein Schaltventil zu verabreichen. Legen Sie auch ein EKG-Pad auf die Brust des Probanden. Auf diese Weise kann die arterielle Spinmarkierung Mr.Sequence im Elektrokardiogramm des Probanden an den QRS-Komplex gebunden werden.

Überprüfen Sie das Ventil, um sicherzustellen, dass es normal funktioniert. Stellen Sie Ohrstöpsel bereit, um das Motiv vor Scannergeräuschen zu schützen. Da der Proband eine Maske trägt und nicht einfach mit dem Studienpersonal kommunizieren kann, positionieren Sie einen Quetschball in der Hand des Probanden und kleben Sie diesen fest.

Dies ermöglicht die Kommunikation mit den Ermittlern, wenn Hilfe benötigt wird. Platzieren Sie zuletzt ein Pulsoximeter auf dem Finger des Probanden, um die Sauerstoffsättigung zu überwachen, die kritisch ist, wenn der Proband Hypoxie ausgesetzt ist. Platzieren Sie nun zwei Mr. Phantoms auf der Brust des Motivs.

Diese Phantome sollten verwendet werden, um das MR-Signal während der Nachbearbeitung zu quantifizieren. Platzieren Sie dann die Torsospule über den Phantomen. Die Torsospule wird verwendet, um das Signal-Rausch-Verhältnis des MRT-Bildes im Vergleich zur Körperspule zu erhöhen, indem der physische Abstand zwischen dem Empfänger und dem Subjekt verringert wird.

Decken Sie das Motiv abschließend mit einer Decke ab, um den Komfort zu gewährleisten, bevor Sie es in die Mitte der MRT-Scanner-Bohrung schicken. Sobald sich die Person im Scanner befindet, sollte der Bediener häufig mit der Person sprechen, um sicherzustellen, dass sie sich wohl fühlt, und um die Person daran zu erinnern, den Quetschball zu benutzen, wenn Hilfe benötigt wird. Und wir werden uns für den Localizer einrichten, d. h. den ersten Scan.

Es wird etwa 30 Sekunden dauern. Ich möchte, dass du dich einfach entspannst und normal atmest, während all das Knallen und Klicken weitergeht. Achten Sie darauf, das EKG, die Sauerstoffsättigung, das Atemzugvolumen, VO, O2 und VC, O2 zu überwachen. Die ersten Minuten der Überwachung sind besonders wichtig, um eine gute Datenqualität zu gewährleisten.

Wenn diese Werte außerhalb der erwarteten Werte liegen, muss die Kalibrierung wiederholt und die Gesichtsmaske und der Schlauch auf Undichtigkeiten überprüft werden. Erfassen Sie zunächst eine Lokalisierungssequenz, um die anatomischen Bilder im Oberkörper des Probanden zu erhalten. Dies wird sein, dass ein Localizer etwa 20 Sekunden dauert.

Entspannen Sie sich einfach. Atmen Sie normal durch. Los geht es.

Richten Sie nun eine arterielle Spin-Markierung ein, eine SL-Farer-Sequenz mit einer halben Fourier-Akquisition. Verwenden Sie ein Single-Shot-Turbo-Spin-Echo-Bildgebungsschema wie haste, um regionale Lungenperfusionsdaten zu erfassen. Wählen Sie dann die Sagittalebene aus dem Teil der rechten Lunge aus, in dem der Abstand von vorne nach hinten am größten ist.

Typisch ist eine Scheibendicke von 15 Millimetern und ein Sichtfeld von 40 Zentimetern mal 40 Zentimetern. Hier werden die Scans mit einem 1,5 Tesla GE HDX ex excite Twin Speed Scanner aufgenommen. Der Proband hört paarweise eine Reihe von lauten Knallgeräuschen.

Zwischen diesen Schlägen liegt ein Intervall von fünf Sekunden, in dem der Proband einen Atemzyklus absolvieren sollte. Atmen Sie ein und dann bis zur funktionellen Restkapazität aus. Während des Knallgeräuschs muss das Subjekt den Atem anhalten und auf der FRC-Lungenlautstärke bleiben.

Obwohl die Probanden vor dem Scannen mit der Atemtechnik vertraut gemacht werden, sollte der erste Durchlauf der Bildaufnahme ein Testlauf sein, damit der Proband die Atmung und das Atemanhalten üben kann, während er sich im Scanner befindet. Der MR-Operateur sollte die Qualität der Lungenbilder anhand der Bewegung des Zwerchfells beurteilen. Wenn die Bewegung minimal ist, können die A SL-Messungen mit der Überwachung des Atemzugvolumens während des Scannens beginnen.

Das ungefähre Ziel. Das Atemzugvolumen von 500 Millilitern entspricht der normalen Belüftung. In der A SL-Sequenz.

Es werden zwei verschiedene kardiale Gated-Bilder aufgenommen. Das Bildtiming von 80 % des RR-Intervalls sollte für jedes Subjekt und jede Versuchsbedingung individuell eingestellt werden und stellt sicher, dass das Bild das Blutsignal aus einer systolischen Ejektionsperiode enthält, wenn die beiden Bilder subtrahiert werden, wodurch das stationäre Signal aufgehoben wird. Das Ergebnis ist eine quantitative Karte des Blutes, das innerhalb einer systolischen Ejektionsperiode in die Bildebene abgegeben wird.

Zusätzlich zu den A SL-Bildern können Sie ein Bild der Lungenprotonendichte mit einer schnellen Gradienten-Echosequenz mit mehreren Echos aufnehmen. Die Messung der Protonendichte ermöglicht es, die Perfusionsmessungen in Millilitern pro Minute pro Gramm auszudrücken und berücksichtigt die Verformung des Lungengewebes. Im Thorax hört der Proband ein kontinuierliches Geräusch, das während dieses Scans etwa 10 Sekunden anhält und für die Dauer des Geräusches den Atem anhalten und bei FRC bleiben muss.

Entspannen Sie sich, atmen Sie normal, das sah für dieses Experiment großartig aus. Gase der Normoxie oder Raumluft, Hypoxie und Hyperoxie werden in ausgewogener Reihenfolge zwischen den Probanden dargestellt. Obwohl diese bei Bedarf zwischen den Probanden variiert werden können, sollte ein Proband etwa 20 Minuten lang ein bestimmtes Gas atmen, um Steady-State-Bedingungen im Lungengewebe zu etablieren, bevor MRT-Messungen der Profusion und der Protonendichte durchgeführt werden.

Befolgen Sie dann das gleiche Bildgebungsprotokoll, das im vorherigen Abschnitt beschrieben wurde, nämlich die 20-minütige Exposition gegenüber dem Gas, bevor die Bildgebung ausgewählt wird. Denn obwohl die Initiierung einer hypoxischen pulmonalen Vasokonstriktionsreaktion innerhalb von Sekunden erfolgt, ist die Reaktion auf alveoläre Hypoxie erst nach etwa 20 Minuten maximal, was mit dem Ziel dieser speziellen Studie übereinstimmt. Die Nachbearbeitung kann mit Hilfe von MATLAB-basierter, speziell entwickelter Software erfolgen, indem die gepaarten MGRE-Bilder von der homogenen Körperspule und der homogenen Rumpfspule verwendet werden.

Alle Bilder des Blutflusses und der Protonendichte können für die Homogenität der Spule auf Probandenbasis korrigiert werden. Sobald das subtrahierte SL-Bild um die Homogenität der Spirale korrigiert wurde, kann der regionale pulmonale Blutfluss in Millilitern Blut pro Minute und Voxel quantifiziert werden. Dann können Dichte- und normalisierte Perfusionsbilder erstellt werden.

Die auf Dichte normierte Perfusion wird in Einheiten von Millilitern Blut pro Minute pro Gramm Wasser ausgedrückt und wird berechnet, indem das A SL-Bild durch das Protonendichtebild dividiert wird, um die Bilder der Perfusion in Millilitern pro Minute pro Gramm Lunge zu erhalten. Die Herzfrequenz war bei Hypoxie erhöht und die Sättigung verringert. Die Beatmung betrug 8,31 Liter pro Minute.

BTPS bei Hypoxie, 7,04 Liter pro Minute bei Normoxie und 6,64 Liter pro Minute. Während der Hyperoxie betrug das Tidalvolumen 0,76 Liter für Hypoxie, 0,69 Liter für Normoxie und 0,67 Liter für Hyperoxie. Die Exposition gegenüber Hypoxie erhöht sowohl die Ventilation als auch das Atemzugvolumen, während die Hyperoxie die Ventilation und das Atemzugvolumen verringert.

Hier sind drei dichtenormalisierte Perfusionsbilder zu sehen, die von einem Probanden unter den drei verschiedenen eingeatmeten Sauerstoffkonzentrationen aufgenommen wurden. Die Ergebnisse der Datenanalyse der Perfusionsheterogenität sind in Tabelle zwei dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Hypoxie die relative Streuung erhöhte, die anderen Indizes jedoch weitgehend unverändert blieben.

Einmal gemeistert, kann diese Technik in weniger als zwei Stunden abgeschlossen werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man die Lungenfülle misst und andere physiologische Studien innerhalb des MRT durchführt. Scanner-Umgebung.