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Medicine
Phasenaufgelöste funktionelle Lungen-MRT zur Beurteilung der Lungenbeatmung und -perfusion (V/Q)
Phasenaufgelöste funktionelle Lungen-MRT zur Beurteilung der Lungenbeatmung und -perfusion (V/Q)
JoVE Journal
Medicine
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JoVE Journal Medicine
Phase-Resolved Functional Lung MRI for Pulmonary Ventilation and Perfusion (V/Q) Assessment

Phasenaufgelöste funktionelle Lungen-MRT zur Beurteilung der Lungenbeatmung und -perfusion (V/Q)

Full Text
2,749 Views
05:56 min
August 9, 2024

DOI: 10.3791/66380-v

Andreas Voskrebenzev1,2, Filip Klimeš1,2, Frank Wacker1,2, Jens Vogel-Claussen1,2

1Institute for Diagnostic and Interventional Radiology,Hannover Medical School, 2Member of the German Center for Lung Research,Biomedical Research in Endstage and Obstructive Lung Disease Hannover (BREATH)

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study presents phase-resolved functional lung MRI as a non-invasive technique for assessing lung ventilation and perfusion dynamics. It aims to improve early detection of lung diseases and monitor treatment responses effectively.

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroscience
  • Medical Imaging
  • Pulmonary Medicine

Background

  • Traditional imaging techniques often require contrast agents or radiation.
  • Recent advancements in MRI technology allow for detailed lung function analysis.
  • 3D PREFUL MRI provides higher spatial resolution but lacks perfusion insights.
  • Complementary use of 2D and 3D protocols enhances diagnostic capabilities.

Purpose of Study

  • To visualize and quantify lung ventilation and perfusion over the cardiac and ventilation cycles.
  • To detect lung diseases early and quantify treatment responses.
  • To aid in prognostication for patients with lung diseases.

Methods Used

  • Phase-resolved functional lung MRI without contrast agents or radiation.
  • Utilization of universally available MRI sequences for free breathing imaging.
  • Retrospective image sorting for detailed analysis of lung dynamics.
  • Patient preparation and positioning for optimal imaging results.

Main Results

  • PREFUL MRI successfully demonstrated improved ventilation and perfusion in COPD patients post-therapy.
  • It predicted lung transplant loss due to chronic rejection.
  • Quantified treatment responses in children with cystic fibrosis.
  • Showed homogeneous parenchymal values in healthy individuals versus heterogeneous values in COPD patients.

Conclusions

  • PREFUL MRI is transitioning from research to clinical application.
  • It offers a non-invasive, accessible method for lung function assessment.
  • Future work will focus on optimizing scan times and enhancing image quality.

Frequently Asked Questions

What is phase-resolved functional lung MRI?
It is a non-invasive MRI technique that assesses lung ventilation and perfusion dynamics without the use of contrast agents or radiation.
How does PREFUL MRI improve lung disease diagnosis?
PREFUL MRI provides detailed insights into lung function, allowing for early detection of diseases and monitoring of treatment responses.
What are the advantages of using MRI for lung assessment?
MRI is non-invasive, does not require contrast media, and offers comprehensive diagnostic capabilities.
Can PREFUL MRI be used in children?
Yes, it is particularly useful for children who may be noncompliant with traditional lung function tests.
What future developments are planned for PREFUL MRI?
Future work will focus on reducing scan times, enhancing image quality, and developing new quantitative biomarkers.

In dieser Arbeit wird die Implementierung der phasenaufgelösten funktionellen Lungen-MRT als kontrastmittelfreie Protonen-MRT-Technik zur Beurteilung der Lungenventilations- und Perfusionsdynamik beschrieben. Validiert und anwendbar in verschiedenen Fachgebieten und Altersgruppen, könnte es die klinische Entscheidungsfindung in Zukunft verbessern, indem es bei der Quantifizierung von Krankheiten und der Therapieüberwachung hilft.

Das Hauptziel unserer Forschung ist es, die Lungenventilation und -perfusion dynamisch über den gesamten Herzzyklus und über den gesamten Beatmungszyklus zu visualisieren und zu quantifizieren, um Lungenerkrankungen frühzeitig zu erkennen und das Ansprechen auf die Behandlung zu quantifizieren und letztendlich bei der Prognose von Patienten mit Lungenerkrankungen helfen zu können. Jüngste Entwicklungen führten Sequenzen für die isotrope 3D-Volumenrekonstruktion von Beatmungszyklen ein, die eine höhere räumliche Auflösung als 2D-Protokolle erzielen und eine 3D-PREFUL-Variante schaffen. Dieser Fortschritt ist zwar bedeutend, aber es mangelt ihm an Einblicken in die Perfusion, so dass die 3D- und 2D-Protokolle als komplementäre Werkzeuge für eine ganzheitlichere Lungenfunktionsanalyse fungieren.

Ich denke, dass wir im letzten Jahr mit PREFUL MRT in verschiedenen klinischen Szenarien recht erfolgreich waren. Ich möchte drei hervorheben. Zunächst einmal COPD.

Ich denke, wir konnten sehr überzeugend zeigen, dass nach der Inhalationstherapie eine verbesserte Beatmung stattfindet, aber wir konnten auch zeigen, dass wir gleichzeitig eine verbesserte Lungenparenchymperfusion sehen, verbunden mit einer verbesserten VQ-Übereinstimmung. Zweitens, die Lungentransplantation. Es ist wichtig, den Verlust von Lungentransplantaten vorherzusagen und zu sehen, wie es Ihren Patienten geht, und PREFUL war in der Lage, genau das zu tun.

PREFUL könnte den zukünftigen Verlust von Transplantaten aufgrund einer Dysfunktion des Allotransplantats aufgrund einer chronischen Abstoßung von Lungentransplantaten vorhersagen. Und nicht zuletzt bei Kindern ist es meiner Meinung nach dort sehr wichtig, weil sie bei Lungenfunktionstests oft nicht konform sind. Und hier konnten wir das Ansprechen auf die Behandlung bei Kindern mit Mukoviszidose nach der Behandlung sehen und quantifizieren.

Insgesamt denke ich, dass PREFUL MRT auf einem sehr guten Weg ist, da es vom Labor zum Krankenbett übergeht. Unser Protokoll, die phasenaufgelöste funktionelle Lungen-MRT, ermöglicht eine frei atmende Bildgebung ohne zusätzliche Hardware, Kontrastmittel oder Bestrahlung unter Verwendung universell verfügbarer MRT-Sequenzen. Es bietet eine retrospektive Bildsortierung und ermöglicht so eine detaillierte Analyse der Beatmungs- und Perfusionsdynamik.

Diese Kombination aus Zugänglichkeit, Nicht-Invasivität und umfassenden diagnostischen Möglichkeiten unterscheidet sie von anderen Techniken. In Zukunft wird sich unser Labor darauf konzentrieren, die Scanzeiten zu verkürzen und die Bildqualität durch optimierte Sequenzprotokolle, Designs und KI-gesteuerte Rekonstruktionstechniken zu verbessern. Wir widmen uns auch der Entwicklung, Verfeinerung und Validierung neuer quantitativer Biomarker, einschließlich quantitativer Perfusions-, Pulswellengeschwindigkeits- und Lungendruckmessungen.

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Medizin Heft 210

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