Mapeo cuantitativo de ventilación específica en el pulmón humano usando resonancia magnética de protones y oxígeno como agente de contraste

Imágenes específicas de ventilación, o SVI, es una técnica cualitativa de imágenes pulmonares que nos ayudará a profundizar en nuestra comprensión fundamental de la fisiología y el manejo de enfermedades respiratorias. El SVI no requiere radiación y solo requiere equipo comúnmente disponible, un escáner de RESONANCIA magnética y oxígeno médico. Esto hace que sea seguro para los niños e ideal para estudios repetidos en adultos.

La traducción de SVI a la práctica clínica puede mejorar el manejo del asma porque nos permitirá identificar las zonas más afectadas por la enfermedad. La capacidad de mapear los cambios dentro del pulmón en respuesta a la terapia puede ayudar a optimizar la terapia de inhalación e informar las opciones terapéuticas individualizadas. Ayudando a demostrar este procedimiento está Vincent Tedjasaputra, un becario postdoctoral del Departamento de Medicina.

Comience el procedimiento, obtenga el consentimiento informado por escrito del sujeto y describa los riesgos potenciales que presenta la exposición a campos magnéticos que cambian rápidamente y la posible incomodidad del uso de una máscara facial y el gas seco respirable. Confirme que el sujeto puede someterse de forma segura a una resonancia magnética utilizando el cuestionario de detección de seguridad de resonancia magnética o RMN aprobado localmente. Entrena al sujeto para que respire a tiempo con la secuencia de exploración de RM y mide las dimensiones de la nariz a la barbilla del sujeto para determinar el tamaño de la máscara facial que mejor se adapte al sujeto.

A continuación, verifique que los bolsillos y la ropa del sujeto estén libres de tarjetas de crédito magnéticas y piezas metálicas que contengan hierro. Para preparar el escáner MR, conecte una bobina de torso al conector adecuado en la mesa del escáner para configurar el escáner para su uso y coloque hojas, almohadillas y almohadas en la mesa del escáner para que el sujeto se sienta cómodo durante al menos 30 minutos de imágenes. Para montar el sistema de suministro de oxígeno, coloque una válvula de conmutación bidireccional al alcance del operador del escáner y utilice una pieza de tubo de plástico de ocho metros de longitud de un cuarto de pulgada de diámetro para conectar el suministro de oxígeno a una entrada de la válvula de conmutación.

Conecte la salida de la válvula de conmutación en la sala de control a la tubería de plástico de un cuarto y alimente el tubo a través del paso a través de la sala de control a la sala del escáner, teniendo cuidado de que el tubo llegue al centro del orificio del escáner. Asegure la fijación de derivación de flujo a la máscara facial para el sujeto. Conecte el extremo de latón de media pulgada del tubo al accesorio de la máscara de derivación de flujo.

Establezca la presión sobre el regulador de salida de suministro de oxígeno en un valor que produzca un flujo de oxígeno mayor que el flujo inspiratorio pico esperado de acuerdo con la naturaleza del estudio y la resistencia general del sistema de suministro de gas. A continuación, active el flujo de oxígeno para probar la válvula del interruptor, asegurándose de que haya un flujo adecuado en la salida del accesorio de derivación de flujo y de que no haya fugas en el tubo de plástico. Para preparar el sujeto para la toma de imágenes, haga que el sujeto se encuentre en la mesa del escáner asegurándose de que la parte superior del elemento de bobina inferior es más alta que los hombros del sujeto para asegurarse de que la parte superior del elemento de bobina inferior proporciona una cobertura adecuada de los ápices pulmonares.

Haga que el sujeto inserte los tapones para los oídos y verifique que el sonido se está bloqueando. Tape un mecanismo de seguridad a la muñeca del sujeto para que pueda ser fácilmente accedido y conecte la máscara y el sistema de derivación de flujo a la cara del sujeto. Ocluya brevemente el lado espiratorio del accesorio de derivación de flujo y pida al sujeto que intente una inspiración y una expiración normales para comprobar si hay fugas.

Ahora cargue el sujeto en el escáner utilizando la herramienta de centrado de luz para asegurarse de que la bobina de torso ocupa el centro del agujero y guíe la línea de derivación de flujo para asegurar la comodidad del sujeto mientras mueve el sujeto hacia el centro del escáner. Después de seleccionar la ubicación pulmonar para las rebanadas de imágenes, adquiera una secuencia localizadora para obtener un mapa anatómico que se utilizará para prescribir el resto del examen. Utilice la interfaz gráfica de usuario del escáner para hacer clic y arrastrar el sector de imágenes centrado en el campo pulmonar dirigido a la región de interés a la ubicación deseada para seleccionar hasta cuatro sectores pulmonares sagitales que se van a estudiar.

A continuación, tome nota de la ubicación de las rebanadas de imágenes con respecto a la ubicación de la columna vertebral para que se pueda volver a crear una imagen del mismo volumen para estudios longitudinales. Para imágenes de ventilación específicas, establezca el tiempo de inversión en el equipo MR para la rebanada más medial en 1100 milisegundos para obtener el máximo contraste de oxígeno del aire, el número de repeticiones en 220 y el tiempo de repetición a cinco segundos. Supervise la consistencia del volumen pulmonar y la expiración del sujeto durante las adquisiciones posteriores y proporcione retroalimentación para mejorar la calidad si es necesario.

Cambie la mezcla de gas inspirada en el sujeto cada 20 respiraciones durante la retención de la adquisición de la respiración para la comodidad del sujeto, alternando entre el aire de la habitación y el oxígeno médico. Compruebe el oxímetro de pulso regularmente para verificar la frecuencia cardíaca y la saturación de oxígeno y consulte con el sujeto con frecuencia para dar actualizaciones periódicas del tiempo restante. Después de la respiración 220, la imagen está completa.

Devuelva el sujeto al aire de la habitación y retírelo del escáner. Para crear un mapa de ventilación específico, importe las imágenes para el registro en el software de análisis de imágenes e inspeccione visualmente toda la pila de 220 imágenes para seleccionar la imagen para cada sector que mejor represente la capacidad residual funcional. Utilizando la imagen de modo como referencia, utilice un registro proyectivo o fino para registrar todas las imágenes en la referencia de capacidad residual funcional y cuantificar la ventilación específica en el pulmón desde la pila registrada utilizando un algoritmo adecuado.

Se creará un mapa de la ventilación específica. SVI produce mapas cuantitativos de ventilación específica, por ejemplo, como se muestra en esta imagen de una sola rebanada en el pulmón derecho de una mujer sana de 39 años. Observe la presencia del gradiente vertical esperado en la ventilación específica con la porción dependiente del pulmón presentando una ventilación específica más alta que la porción no dependiente del pulmón.

Un histograma de los valores de ventilación específicos del mapa con una función de distribución de probabilidad normal del registro de mejor ajuste permite utilizar el ancho de la distribución de mejor ajuste como una métrica de heterogeneidad de ventilación específica. Aquí, se muestra un lavado de aliento múltiple adquirido en el mismo sujeto en la misma postura. El registro temporal de la concentración de nitrógeno se midió en la boca después de un cambio de aire inspirado a 100% de oxígeno inspirado.

En esta distribución de ventilación específica según lo estimado a partir del lavado tanto para imágenes de ventilación específicas como para el lavado de múltiples respiraciones, se encontró que la anchura de la distribución estaba dentro de un rango normal saludable. Entrenar a los sujetos a respirar a tiempo con el escáner y darles retroalimentación durante la adquisición puede ayudar a garantizar datos de buena calidad. En combinación con las mediciones de densidad y perfusión, SVI se puede utilizar para mapear la relación local de ventilación con perfusión y medida de la eficiencia de intercambio de gas.

Esta técnica se ha utilizado para entender la distribución de la ventilación después del ejercicio extenuante y un panel especial de restricción bronquial repetida en el asma. El entorno de RMN requiere atención a la seguridad, ya que un campo magnético fuerte está siempre activado y los objetos ferromagnéticos pueden convertirse en proyectiles, lo que resulta en lesiones.