Name: Fehlersuche und Qualitätssicherung in der hyperpolarisierten Xenon-Magnetresonanztomographie: Werkzeuge für eine hochwertige Bildaufnahme (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-01-05T14:10:00.000+00:00
Duration: 9 min 55 s
Description: Erfahren Sie Methoden zur Qualitätssicherung und Fehlerbehebung bei der hyperpolarisierten Xenon-129-MRT für die Lungenbildgebung. Dieses Protokoll unterstützt Forscher bei der Optimierung von Bildaufnahme und Datenanalyse.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Hochwertige hyperpolarisierte Xenon-129-Magnetresonanzbilder erhalten

<ol><li>Pellegrino, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interpretative+strategies+for+lung+function+tests%5BTitle%5D)+AND+%22European+Respiratory+Journal%22%5BJournal%5D)">Interpretative strategies for lung function tests.</a> European Respiratory Journal. 26 (5), 948-968 (2005).</li>
<li>Ebner, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+129Xenon+MRI+to+quantify+regional+ventilation+differences+in+mild+to+moderate+asthma%3A+A+prospective+comparison+between+semi-automated+ventilation+defect+percentage+calculation+and+pulmonary+function+tests%5BTitle%5D)+AND+%22Investigative+Radiology%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 129Xenon MRI to quantify regional ventilation differences in mild to moderate asthma: A prospective comparison between semi-automated ventilation defect percentage calculation and pulmonary function tests.</a> Investigative Radiology. 52 (2), 120-127 (2017).</li>
<li>Abuelhia, E., Alghamdi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+arising+exposure+of+ionizing+radiation+from+computed+tomography+and+the+associated+health+concerns%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Radiation+Research+and+Applied+Sciences%22%5BJournal%5D)">Evaluation of arising exposure of ionizing radiation from computed tomography and the associated health concerns.</a> Journal of Radiation Research and Applied Sciences. 13 (1), 295-300 (2020).</li>
<li>Kern, A. L., Vogel-Claussen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+gas+MRI+in+pulmonology%5BTitle%5D)+AND+%22The+British+Journal+of+Radiology%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized gas MRI in pulmonology.</a> The British Journal of Radiology. 91 (1084), 20170647(2018).</li>
<li>Möller, H. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MRI+of+the+lungs+using+hyperpolarized+noble+gases%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">MRI of the lungs using hyperpolarized noble gases.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 47 (6), 1029-1051 (2002).</li>
<li>Salerno, M., Altes, T. A., Mugler, J. P., Nakatsu, M., Hatabu, H., de Lange, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+noble+gas+MR+imaging+of+the+lung%3A+Potential+clinical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Radiology%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized noble gas MR imaging of the lung: Potential clinical applications.</a> European Journal of Radiology. 40 (1), 33-44 (2001).</li>
<li>US FDA. New Drug Therapy Approvals at 2022. , https://www.fda.gov/drugs/new-drugs-fda-cders-new-molecular-entities-and-new-therapeutic-biological-products/new-drug-therapy-approvals-2022 (2023).</li>
<li>Nikolaou, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near-unity+nuclear+polarization+with+an+open-source+129Xe+hyperpolarizer+for+NMR+and+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Near-unity nuclear polarization with an open-source 129Xe hyperpolarizer for NMR and MRI.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (35), 14150-14155 (2013).</li>
<li>Birchall, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((XeUS%3A+A+second-generation+automated+open-source+batch-mode+clinical-scale+hyperpolarizer%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">XeUS: A second-generation automated open-source batch-mode clinical-scale hyperpolarizer.</a> Journal of Magnetic Resonance. 319, 106813(2020).</li>
<li>He, M., Zha, W., Tan, F., Rankine, L., Fain, S., Driehuys, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparison+of+two+hyperpolarized+129Xe+MRI+ventilation+quantification+pipelines%3A+The+effect+of+signal+to+noise+ratio%5BTitle%5D)+AND+%22Academic+Radiology%22%5BJournal%5D)">A comparison of two hyperpolarized 129Xe MRI ventilation quantification pipelines: The effect of signal to noise ratio.</a> Academic Radiology. 26 (7), 949-959 (2019).</li>
<li>Niedbalski, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protocols+for+multi-site+trials+using+hyperpolarized+129+Xe+MRI+for+imaging+of+ventilation%2C+alveolar-airspace+size%2C+and+gas+exchange%3A+A+position+paper+from+the+129+Xe+MRI+clinical+trials+consortium%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Protocols for multi-site trials using hyperpolarized 129 Xe MRI for imaging of ventilation, alveolar-airspace size, and gas exchange: A position paper from the 129 Xe MRI clinical trials consortium.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 86 (6), 2966-2986 (2021).</li>
<li>Möller, H. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MRI+of+the+lungs+using+hyperpolarized+noble+gases%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">MRI of the lungs using hyperpolarized noble gases.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 47 (6), 1029-1051 (2002).</li>
<li>Bier, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+thermally+polarized+129Xe+phantom+for+quality+assurance+in+multi-center+hyperpolarized+gas+MRI+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">A thermally polarized 129Xe phantom for quality assurance in multi-center hyperpolarized gas MRI studies.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 82 (5), 1961-1968 (2019).</li>
<li>Wild, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+between+2D+and+3D+gradient-echo+sequences+for+MRI+of+human+lung+ventilation+with+hyperpolarized+3He%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Comparison between 2D and 3D gradient-echo sequences for MRI of human lung ventilation with hyperpolarized 3He.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 52 (3), 673-678 (2004).</li>
<li>Garrison, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lung+volume+dependence+and+repeatability+of+hyperpolarized+129Xe+MRI+gas+uptake+metrics+in+healthy+volunteers+and+participants+with+COPD%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%3A+Cardiothoracic+Imaging%22%5BJournal%5D)">Lung volume dependence and repeatability of hyperpolarized 129Xe MRI gas uptake metrics in healthy volunteers and participants with COPD.</a> Radiology: Cardiothoracic Imaging. 5 (3), e220096(2023).</li>
<li>Ni, W., Qi, J., Liu, L., Li, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+pulse+signal+preprocessing+method+based+on+the+Chauvenet+criterion%5BTitle%5D)+AND+%22Computational+and+Mathematical+Methods+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">A pulse signal preprocessing method based on the Chauvenet criterion.</a> Computational and Mathematical Methods in Medicine. 2019, 2067196(2019).</li>
<li>129Xe MRI Clinical Trials Consortium. , https://www.129xectc.org (2023).</li>
</ol>

Robert Thomen hat Polarean, LLC beraten.

Die Fähigkeit, 129Xe-MRT-Probleme zu beheben, ist eine notwendige Fähigkeit und kann dazu beitragen, Probleme in Echtzeit zu beheben. Bis eine hyperpolarisierte Gasinfrastruktur von einer einzigen Partei erworben und von den Scannerherstellern unterstützt werden kann, liegen diese Aufgaben der Qualitätskontrolle in der alleinigen Verantwortung der einzelnen Labore. Das Ziel dieses Manuskripts ist es, dem Leser hilfreiche Praktiken und Vorschläge für den unvermeidlichen Fall einer schlechten Datenerfassung an die Hand zu geben. Während wir versuchen, so viele potenzielle Probleme wie möglich zu lösen, sind viele andere Herausforderungen bei der 129Xe-MRT spezifisch für den Scannerhersteller und können aufgrund von Einschränkungen des geistigen Eigentums nicht im Detail besprochen werden. Das 129Xe Clinical Trials Consortium, eine Gemeinschaft mit dem ausdrücklichen Ziel, Studien an mehreren Standorten mit 129Xe MRT zu entwickeln, besteht jedoch aus vielen Standortteilnehmern und erfahrenen Experten mit Erfahrung in der Operationalisierung von 129Xe MRT auf mehreren Plattformen und Software17. Es wird empfohlen, sich bei Fragen zur Implementierung und/oder Fehlerbehebung, die hier nicht behandelt werden, an einen der Teilnehmer der Website zu wenden.
Regelmäßige Leistungsüberprüfungen der Spule sollten durchgeführt werden, um frühzeitig Anzeichen für einen Signalabfall oder auftretende Rauschprobleme zu erkennen. Diese Überprüfungen umfassen die Untersuchung der Spulenschnittstelle und der internen Verbindungen sowie die Bewertung der möglichen Auswirkungen von Stürzen oder übermäßigem Gewicht auf die Spule. Zusätzlich zu den physischen Inspektionen kann der häufige Vergleich der Spektroskopie-Scans dazu beitragen, Probleme mit der Leistung der Spule zu identifizieren. Da die multinukleare Funktionalität des MRT-Systems eine gemeinsame Komponente mit der Protonenanlage ist, sollten alle neu eingeführten Geräte oder Geräte im magnetischen Raum getestet werden, um mögliche Interferenzen in der Xenon-Frequenz zu vermeiden. Zusätzlich zu den technischen Überlegungen sollte bei den experimentellen Verfahren auf Details geachtet werden. Dazu gehören ein effektives Coaching der Probanden, die Sicherstellung einer klaren Kommunikation mit den Studienkoordinatoren und die präzise Positionierung des Xenon-Beutels während der QC-Scans. Diese scheinbar unbedeutenden Details sollten nicht übersehen werden, da sie die Bildqualität und die Gesamtergebnisse der Studie erheblich verbessern können.
Das in diesem Artikel vorgestellte Protokoll bietet Forschern einen umfassenden Rahmen, um potenzielle Probleme während des Bildgebungsprozesses zu identifizieren und zu beheben. Durch die systematische Befolgung der Schritte zur Fehlerbehebung können Forscher die Bildqualität optimieren, die Datengenauigkeit verbessern und das Gebiet der hyperpolarisierten Xenon-MRT weiterentwickeln. Die kontinuierliche Verfeinerung und Anpassung dieser Fehlerbehebungsstrategien in Verbindung mit Fortschritten in der Bildgebungstechnologie wird zu weiteren Verbesserungen der Qualität und Zuverlässigkeit von hyperpolarisierten Xenon-MRT-Studien beitragen.

Seit über einem Jahrhundert stützt sich die Beurteilung der Lungenfunktion in erster Linie auf globale Messungen aus der Spirometrie und der Körperplethysmographie. Diese herkömmlichen Lungenfunktionstests (PFTs) sind jedoch nur begrenzt in der Lage, die regionalen Nuancen und subtilen Veränderungen im Lungengewebe im Frühstadium der Erkrankung zu erfassen1. Die Nuklearmedizin mit inhalativen Radiotracern wird häufig zur Beurteilung von Beatmungs-/Perfusionsstörungen eingesetzt, die häufig mit Lungenembolien verbunden sind, aber dies beinhaltet ionisierende Strahlung und führt zu einer geringeren Auflösung. Im Gegensatz dazu hat sich die Computertomographie (CT) zum Goldstandard für die Lungenbildgebung entwickelt und bietet im Vergleich zur nuklearen Bildgebung eine außergewöhnliche räumliche und zeitliche Klarheit2. Obwohl Niedrigdosis-CT-Scans die Strahlenbelastung verringern können, sollte ein potenzielles Strahlenrisiko dennoch berücksichtigt werden 3,4. Die Protonen-MRT der Lunge ist aufgrund der geringen Gewebedichte der Lunge und des schnellen Signalabfalls aus dem Lungengewebe ungewöhnlich, obwohl die jüngsten Fortschritte trotz potenziell niedrigem Signal funktionelle Informationen liefern. Andererseits ist die hyperpolarisierte Xenon-Magnetresonanztomographie (HP 129Xe MRT) eine nicht-invasive Modalität, die eine Darstellung der Lungenfunktion mit regionaler Spezifitätermöglicht 5,6. Es erzeugt eine hohe Nichtgleichgewichtsmagnetisierung des Gases in Litermengen. Das Inertgas wird dann von einer Person im MRT-Scanner für einen einzigen Atemzug eingeatmet und direkt vom Scanner abgebildet. Auf diese Weise wird das eingeatmete Gas direkt abgebildet, im Gegensatz zum Gewebe selbst. Diese Technik wurde zur Beurteilung der Lungenventilation bei vielen Krankheiten eingesetzt, darunter Asthma, chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD), Mukoviszidose, idiopathische Lungenfibrose, Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19) und viele andere3. Im Dezember 2022 wurde HP 129Xe MRT von der US-amerikanischen FDA als MRT-Beatmungskontrastmittel für den Einsatz in den Vereinigten Staaten von Amerika (USA) bei Erwachsenen und pädiatrischen Patienten ab 12 Jahren zugelassen7. Ärzte können jetzt 129Xe MRT verwenden, um Patienten mit verbesserten/personalisierten Behandlungsplänen besser zu versorgen.
Historisch gesehen konzentriert sich die klinische MRT ausschließlich auf die Abbildung von Wasserstoffkernen (Protonen), die in fast allen menschlichen Eingeweiden reichlich vorhanden sind. Die MRT-Scanner, -Sequenzen und die Qualitätskontrolle werden in der Regel vom Scannerhersteller im Rahmen der Standortlizenz und -garantie gewartet. 129Xe erfordert jedoch einen multinuklearen MR-Scanner und ein engagiertes Forschungsteam, um den Hyperpolarisator, maßgeschneiderte Hochfrequenzspulen (RF), dedizierte Pulssequenzen und Offline-Rekonstruktions-/Analysesoftware zu operationalisieren. Jede dieser Komponenten kann von Drittanbietern geliefert oder selbst entwickelt werden. Daher liegt die Last der Qualitätskontrolle in der Regel beim 129Xe-Forschungsteam und nicht beim Scannerhersteller oder einzelnen Dritten. Die konsistente Erfassung qualitativ hochwertiger 129Xe-Daten ist daher eine besondere Herausforderung, da jede Komponente des 129Xe-MRT-Prozesses ein Fehlerpotenzial mit sich bringt, das vom 129Xe-Team genau überwacht werden muss. Diese Situationen können nicht nur extrem frustrierend sein, da Forscher mögliche Ursachen für eventuell aufgetretene Herausforderungen beheben und untersuchen müssen, sondern sie können auch sehr kostspielig sein, da dies die Patientenbildgebung und die Rekrutierung von Probanden verlangsamt. Zu den Kosten, die mit der Fehlersuche verbunden sind, gehören MRT-Zeitkosten, die Hyperpolarisation von 129Xe, die den Verbrauch verschiedener Gase mit sich bringt, und der Einsatz von Materialien. Darüber hinaus ist mit der jüngsten FDA-Zulassung und dem Wachstum der 129-Xe-Bildgebungdie Bereitstellung eines standardisierten Protokolls für die Qualitätskontrolle erforderlich, um häufige Probleme und Rückschläge beim 129-Xe-Betriebzu vermeiden 8,9.
Hier stellen wir einige der am häufigsten auftretenden Probleme in der 129Xe-MRT vor, darunter HF-Spulenausfälle, das Auftreten verschiedener Rauschprofile, die zu einem niedrigen Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) führen, und Bilder von schlechter Qualität10. Unser Ziel ist es, einige präzise Richtlinien und Protokolle für die Qualitätskontrolle (QC) bereitzustellen, um die Erfassung qualitativ hochwertiger Bilddaten sicherzustellen und einige der häufigsten Probleme zu beheben, die bei der 129Xe-MRT auftreten können. Die hier gewonnenen Erkenntnisse sind auch für die Fehlersuche bei hyperpolarisiertem Helium-3 relevant.

<table><tbody><tr><td>Polarisations-Messstation&nbsp;</td><td>Polerean</td><td>42881</td><td>https://polarean.com/</td></tr> <tr><td>Druckbehälter mit Stößelventil</td><td>Ace Glas</td><td>8648-85</td><td>https://www.aceglass.com/html/3dissues/Pressure_Vessels/offline/download.pdf</td></tr><tr><td>Tedlartasche</td><td>Jensen inert</td><td>GST381S-0707TJO&nbsp; &nbsp;</td><td>http://www.jenseninert.com/</td></tr><tr><td>Xenon Hyperpolarizer 9820</td><td>Polerean</td><td>49820</td><td>https://polarean.com/</td></tr> <tr><td>Xenon-Schleifenspule</td><td>Klinische MR-Lösungen</td><td>Kundenspezifisches Gerät</td><td>https://www.sbir.gov/sbc/clinical-mr-solutions-llc</td></tr><tr><td>Xenon-Westenspule</td><td>Klinische MR-Lösungen</td><td>Kundenspezifisches Gerät</td><td>https://www.sbir.gov/sbc/clinical-mr-solutions-llc</td></tr></tbody></table>

fehlersuche und qualitätssicherung in der hyperpolarisierten xenon-magnetresonanztomographie: werkzeuge für eine hochwertige bildaufnahme

Troubleshooting and Quality Assurance in Hyperpolarized Xenon Magnetic Resonance Imaging: Tools for High-Quality Image Acquisition

Die hyperpolarisierte (HP) Xenon-Magnetresonanztomographie (129Xe MRT) ist ein kürzlich von der Federal Drug Administration (FDA) zugelassenes Bildgebungsverfahren, das hochauflösende Bilder eines eingeatmeten Xenon-Gases zur Untersuchung der Lungenfunktion liefert. Die Implementierung der 129Xe-MRT ist jedoch eine besondere Herausforderung, da sie spezielle Hardware und Ausrüstung für die Hyperpolarisation, die Beschaffung von Xenon-Bildgebungsspulen und Spulensoftware, die Entwicklung und Zusammenstellung von multinuklearen MR-Bildgebungssequenzen und die Rekonstruktion/Analyse der erfassten Daten erfordert. Ohne entsprechendes Fachwissen können diese Aufgaben entmutigend sein, und es kann frustrierend und teuer sein, keine qualitativ hochwertigen Bilder zu erhalten. Hier stellen wir einige Qualitätskontrollprotokolle (QC), Fehlerbehebungspraktiken und hilfreiche Tools für129Xe-MRT-Standorte vor, die bei der Erfassung optimierter, qualitativ hochwertiger Daten und genauer Ergebnisse helfen können. Die Diskussion beginnt mit einem Überblick über den Prozess zur Implementierung der HP 129Xe MRT, einschließlich der Anforderungen an ein Hyperpolarisator-Labor, der Kombination von 129Xe MRT-Spulenhardware/-software, Datenerfassungs- und Sequenzüberlegungen, Datenstrukturen, k-Raum- und Bildeigenschaften sowie gemessenen Signal- und Rauscheigenschaften. Jeder dieser notwendigen Schritte birgt Möglichkeiten für Fehler, Herausforderungen und ungünstige Vorkommnisse, die zu schlechter Bildqualität oder fehlgeschlagener Bildgebung führen, und diese Präsentation zielt darauf ab, einige der am häufigsten auftretenden Probleme anzugehen. Insbesondere die Identifizierung und Charakterisierung anomaler Rauschmuster in den erfassten Daten ist notwendig, um Bildartefakte und Bilder von geringer Qualität zu vermeiden. Es werden Beispiele gegeben und Minderungsstrategien diskutiert. Unser Ziel ist es, den Implementierungsprozess der 129Xe MRT für neue Standorte zu vereinfachen und gleichzeitig einige Richtlinien und Strategien für die Fehlerbehebung in Echtzeit bereitzustellen.

Abbildung 4 zeigt die Ergebnisse der Rauschcharakterisierungsanalyse, die auf dem Rauschscan durchgeführt wurde. Das Diagramm zeigt die Auswirkungen von regelmäßigem und unregelmäßigem Rauschen auf den k-Raum, in dem die Abweichung von der idealen y=x-Referenzlinie beobachtet wird. Regelmäßiges Rauschen führt zu einem kontinuierlichen Muster im k-Raum, während unregelmäßiges Rauschen zu hochwertigen Ausreißern im QQ-Diagramm führt.
In Abbildung 5 ist eine Reihe von Lungenbildern dargestellt, die mit HPG-MRT aufgenommen wurden. In der oberen Reihe sind Beispiele aus dem Bildraum zu sehen, darunter ein Referenzscan, ein Lungenbild, das von regelmäßigem und/oder unregelmäßigem Rauschen beeinflusst wird, und ein Bild ohne Signal. In der unteren Zeile werden die entsprechenden k-Raummodul-Darstellungen angezeigt.
In Abbildung 5A ist ein deutlicher heller Fleck im k-Raum zentriert, was auf ein klares Lungensignal mit geringem Rauschen hinweist. Umgekehrt zeigt Abbildung 5B das Vorhandensein von regelmäßigem Rauschen (Gauß'sches Rauschen), das über die Bilder verteilt ist. In Abbildung 5C ist ein unregelmäßiges Rauschen zu erkennen, das zu hochwertigen Spitzen im k-Raum und zu einem Streifenmuster im Bildraum führt. Abbildung 5D zeigt ein Szenario, in dem sowohl regelmäßige als auch unregelmäßige Geräusche gleichzeitig vorhanden sind, die das Lungenbild beeinträchtigen. Schließlich stellt Abbildung 5E einen Fall dar, in dem kein Signal in dem aufgenommenen Lungenbild detektiert wird.
Abbildung 6 zeigt eine Instanz der groben Datendiskretisierung im Vergleich zu ordnungsgemäß skalierten k-Raum-Daten. Bei der Berechnung des SNR wird deutlich, dass die diskretisierten Daten einen niedrigen Signalpegel aufweisen.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65972/65972fig01.jpg"> Abbildung 1: Illustration zur Erstellung eines Xenon-Phantoms. Der Druckbehälter wird in eine kleine Menge flüssigen Stickstoffs gelegt, um das Xenon bei etwa -203,15 °C (70 K) gefrieren zu lassen. Ein Beutel mit 129Xe wird direkt an das Gefäß angeschlossen. Wenn das Xenon in das Gefäß diffundiert, gefriert es beim Berühren der kalten Wände und erzeugt eine gefrorene, schneeähnliche Struktur. Nach dem vollständigen Einfrieren wird der Behälter versiegelt und das Xenon kann auftauen, was zu einem erhöhten Druck im Behälter führt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65972/65972fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65972/65972fig02.jpg"> Abbildung 2: Anordnung für die Spektroskopie. (A) 129-Xenon-Phantom zwischen zwei Protonenphantomen, die alle von einer 129-Xe-Spule umschlossen sind. (B) Befestigen Sie die Spule der Xenon-Weste mit Gurten. (C) Setzen Sie die Baugruppe zur Lokalisierung in die Bohrung des Magneten ein. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65972/65972fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65972/65972fig03.jpg"> Abbildung 3: Signalantwort in Abhängigkeit von variabler Bandbreitenanregung bei konstanter Xenonfrequenz (34.081.645 Hz). Eine Erhöhung der Bandbreite führt zu einem höheren Grundrauschen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65972/65972fig03large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65972/65972fig04.jpg"> Abbildung 4: Drei Arten von Rauschscans: akzeptables, regelmäßiges und unregelmäßiges Rauschen. (A) Panel A zeigt die k-Raummodul-Darstellung jedes Rauschmusters, wobei normales Rauschen ein Streifenmuster aufweist und unregelmäßiges Rauschen Spitzen (helle Flecken) aufweist. (B) Histogramm der Real- und Imaginärteile der k-Raum-Daten für jeden Rausch-Scan. (C) Das QQ-Diagramm der realen/imaginären Komponenten von k-Raum-Daten, wobei der erfasste Datensatz mit einem normalverteilten Datensatz mit gleichem Mittelwert und Standardabweichung in aufsteigender Reihenfolge verglichen wird. Die rote Linie stellt die y = x Referenzlinie dar. Abweichungen von dieser Linie weisen auf das Vorhandensein von nicht-Gaußschen Komponenten in den erfassten Daten hin. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65972/65972fig04large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65972/65972fig05.jpg"> Abbildung 5: Illustration verschiedener Rauschmuster in der HPG 129Xe-Lungenbildgebung. In der oberen Zeile werden Beispiele für den Bildraum angezeigt, darunter ein Referenzscan, ein Lungenbild mit regelmäßigem und/oder unregelmäßigem Rauschen und ein Bild ohne Signal. Die untere Zeile zeigt die entsprechenden k-Raummodul-Darstellungen. Im Bild mit dem Signal ist ein heller Fleck im k-Raum zentriert, der das Lungensignal darstellt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65972/65972fig05large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65972/65972fig06.jpg"> Abbildung 6: Illustration des Effekts von hoher/niedriger digitaler Präzision in 129Xe-Testbeutel-rekonstruierten Daten. Für das Bild mit hoher digitaler Präzision (obere Reihe) hat das Bild ein hohes SNR von 600, und der Modul der 55. Reihe des K-Raums zeigt eine glatte Kurve, die feine Details der Daten zeigt. Im Bild mit niedriger digitaler Genauigkeit (untere Reihe) werden jedoch einzelne Datenpunkte auf eine begrenzte Anzahl digitaler Pegel "geteilt", die den Signalbereich abdecken, was zu einem reduzierten SNR (SNR = 98) im rekonstruierten Bild führt. Dieses Problem kann nur durch eine sorgfältige Untersuchung der Rohsignaldaten identifiziert werden, da es die Produktion eines scheinbar zufriedenstellenden Bildes nicht verhindert. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65972/65972fig06large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>

Hier stellen wir ein Protokoll zur Gewinnung hochwertiger hyperpolarisierter Xenon-129-Magnetresonanzbilder vor, das Hardware, Software, Datenerfassung, Sequenzauswahl, Datenmanagement, k-Raumnutzung und Rauschanalyse umfasst.

Fehlersuche und Qualitätssicherung in der hyperpolarisierten Xenon-Magnetresonanztomographie: Werkzeuge für eine hochwertige Bildaufnahme

Hyperpolarized (HP) xenon magnetic resonance imaging (129Xe MRI) is a recently federal drug administration (FDA)-approved imaging modality that produces ...

Bei der hyperpolarisierten Xenon-MRT wird das tatsächlich eingeatmete Gas direkt abgebildet. In der Lunge gesunder Menschen verteilt sich das Gas gleichmäßig, bei Lungenerkrankungen wie Asthma, COPD oder Mukoviszidose jedoch nicht. Unser Ziel ist es, diese Krankheiten mit dieser Technologie besser zu verstehen.Die Röntgen-Computertomographie (CT) stellt den aktuellen klinischen Standard in der pulmonalen Strukturbildgebung dar, beinhaltet jedoch ionisierende Strahlung und zeigt nur Lungengewebe, nicht das eingeatmete Gas. Die Nuklearmedizin kann durch inhalative oder injizierte Radiotracer auch zur Beurteilung der Lungenbeatmung und -überflüssigkeit verwendet werden, ist jedoch ionisierend und hat eine relativ geringe Auflösung. Die Xenon-MRT liefert jedoch eine hochauflösende Momentaufnahme der Lungenbeatmung und des Gasaustauschs einer Person.Die Implementierung der Xenon-MRT ist eine einzigartige Herausforderung und erfordert spezielle Hardware, Xenon-Bildgebungsspulen und Sequenzentwicklung. Die Reise ist damit noch nicht zu Ende. Die gewonnenen Daten müssen akribisch rekonstruiert und analysiert werden.Ohne entsprechendes Fachwissen können diese Aufgaben entmutigend sein und zu frustrierenden und teuren Ergebnissen führen. Dieses Protokoll bietet Einblicke in die Qualitätskontrolle, Fehlerbehebung und Tools für Xenon-MRT-Standorte. Wir untersuchten den Aufbau von Hyperpolarisator-Laboren, Xenon-MRT-Spulen, die Berücksichtigung der Datenerfassung und die Bildeigenschaften. Unser Ziel ist es, das Publikum durch potenzielle Fehler, Herausforderungen und Vorkommnisse zu führen, die sich auf die Bildqualität oder die Ergebnisse auswirken können.Die Fehlerbehebung bei Xenon-MRT-Problemen ist notwendig, um Probleme im wirklichen Leben zu beheben. Da es keine dedizierte Infrastruktur für hyperpolarisierte Gase gibt und die Unterstützung durch die Scannerhersteller begrenzt ist, liegen die Aufgaben der Qualitätskontrolle ausschließlich bei den einzelnen Laboren. Dieses Video soll den Zuschauern praktische Tipps geben, wie sie Herausforderungen angehen und eine erfolgreiche Datenerfassung sicherstellen können.

troubleshooting-quality-assurance-hyperpolarized-xenon-magnetic

Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

Die Produktion von hyperpolarisiertem Xenon mittels Spin-Austausch optisches Pumpen (SEOP) beschrieben. Dieses Verfahren ergibt ein ~ 10.000-fache Verstärkung der Kernspinpolarisation von Xe-129 und hat Anwendungen in Kernresonanzspektroskopie und Bildgebung. Beispiele von Gasphase und Lösungszustand Experimenten angegeben.

Hyperpolarisiertem Xenon für NMR-und MRI-Anwendungen

Die hyperpolarisierte 129Xe-Magnetresonanztomographie (MRT) ist eine Methode zur Untersuchung regional aufgelöster Aspekte der Lungenfunktion. Diese Arbeit stellt einen standardisierten End-to-End-Workflow für hyperpolarisierte 129Xe-MRT der Lungenbeatmung vor, mit besonderem Augenmerk auf das Design der Pulssequenz, die 129Xe-Dosisvorbereitung, den Scan-Workflow und Best Practices für die Überwachung der Probandensicherheit.

Aufnahme von hyperpolarisierten 129Xe-Magnetresonanzbildern der Lungenbeatmung

Das Manuskript stellt ein detailliertes Protokoll für die Verwendung der hyperpolarisierten Xenon-129-Chemikalienverschiebungssättigungswiederherstellung (CSSR) vor, um den Lungengasaustausch zu verfolgen, die scheinbare Wanddicke des Alveolarseptums zu beurteilen und das Oberflächen-Volumen-Verhältnis zu messen. Die Methode hat das Potenzial, Lungenerkrankungen zu diagnostizieren und zu überwachen.

Quantitatives Maß für die Lungenstruktur und -funktion aus der hyperpolarisierten Xenon-Spektroskopie

Visualizing Protein-Proben von negativen Fleck-Elektronenmikroskopie (EM) hat sich zu einem beliebten Strukturanalyse Methode. Es ist für die quantitative Struktur-Analyse nützlich, wie zum Beispiel die Berechnung einer 3D-Rekonstruktion der Moleküle untersucht, und auch für qualitative Prüfung der Qualität von Protein-Präparationen. In diesem Artikel präsentieren wir detaillierte Protokolle für die Vorbereitung der EM-Gitter, Färbung der Probe und die Visualisierung der Probe in einem...

Visualizing Proteine ​​und Makromolekulare Komplexe von Negative Stain EM: von Grid Vorbereitung auf Image Acquisition

Strom, der an einer endovaskulären Mikrokatheter mit Mikrospule Spitze durch Laserschweißen Drehmaschine Lithographie hergestellt werden steuerbaren Verformungen unter Magnetresonanz (MR)-Führung, die Geschwindigkeit und Wirksamkeit der Navigation des Gefäßsystem während verschiedener endovaskulären Verfahren kann verbessert erreichen.

Magnetisch-Assisted Remote Controlled Microcatheter Tip Durchbiegung unter Magnetic Resonance Imaging

Dieser Beitrag beschreibt die hausinternen Verfahren zur Konstruktion eines präklinischen Multimodalität Phantom von Gewebe-Nachahmung gemacht (TM)-Materialien für die Qualitätssicherung (QS) der Tumorgröße Messung in der Tier-Bildgebungsverfahren wie Ultraschall (US), Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie Resonanz-Tomographie (MRT).

Bau eines Präklinische Multimodalität Phantom Mit Tissue-ähnlichen Materialien für die Qualitätssicherung in der Tumor Größe Maß

Wir beschreiben ein Protokoll für hybride Bildgebung, das die Fluoreszenz-vermittelte Tomographie (FMT) mit der Mikro-Computertomographie (μCT) kombiniert. Nach der Fusion und Rekonstruktion führen wir eine interaktive Organsegmentierung durch, um quantitative Messungen der Fluoreszenzverteilung zu extrahieren.

Hybrid μCT-FMT-Bildgebung und Bildanalyse

Ein MRI-kompatiblen maßgeschneiderten Laserbasis Heizvorrichtung wurde entwickelt, um eine lokale Erwärmung der subkutanen Tumoren um die Freisetzung von Wirkstoffen aus wärmeempfindlichen Liposomen gezielt an der Tumorregion aktivieren bereitzustellen.

Kundenspezifische Laser-basierte Heizvorrichtung zum ausgelöste Freisetzung von Cisplatin von wärmeempfindlichen Liposomen mit Magnet-Resonanz-Bild Anleitung

Eine neue Elektronenspinresonanz (EPR) Verfahren, schnelle Scan - EPR (RS-EPR) wird für 2D - spektrale räumliche Abbildung gezeigt , die auf die traditionelle kontinuierliche Welle (CW) Technik überlegen ist , und eröffnet neue Orte für in - vivo - Bildgebung. Die Ergebnisse werden bei 250 MHz gezeigt, aber die Technik ist bei jeder Frequenz anwendbar.

Rapid-Scan-Elektronenspinresonanz eröffnet neue Wege für Imaging Physiologisch Wichtige Parameter<em&gt; In Vivo</em

Das aktuelle Protokoll beschreibt eine Methode, mit der Benutzer Lebensfähigkeit der akuten hippocampal und kortikalen Slice Vorbereitungen bei der Sammlung von Magnet-Resonanz-Mikroskopie-Daten pflegen können.

Metabolische Unterstützung der herausgeschnitten, lebendes Gehirn Gewebe während der Magnet-Resonanz-Mikroskopie-Akquisition

Erfahren Sie Methoden zur Qualitätssicherung und Fehlerbehebung bei der hyperpolarisierten Xenon-129-MRT für die Lungenbildgebung. Dieses Protokoll unterstützt Forscher bei der Optimierung von Bildaufnahme und Datenanalyse.

Fehlersuche und Qualitätssicherung in der hyperpolarisierten Xenon-Magnetresonanztomographie: Werkzeuge für eine hochwertige Bildaufnahme (Video) | JoVE Journal

Fehlersuche und Qualitätssicherung in der hyperpolarisierten Xenon-Magnetresonanztomographie: Werkzeuge für eine hochwertige Bildaufnahme

Weitere Videos entdecken