Name: Medida cuantitativa de la estructura y función pulmonar obtenida de la espectroscopia de xenón hiperpolarizado (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-11-10T13:20:00.000+00:00
Duration: 8 min 23 s
Description: Aprende a medir la función pulmonar mediante espectroscopia de xenón hiperpolarizado con secuencias CSSR durante respiración libre. Este método permite evaluar el grosor de la pared alveolar y diagnosticar enfermedades pulmonares con mayor precisión clínica.

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

Este trabajo fue apoyado por subvenciones de los NIH R01HL159898 y R01HL142258.

Evaluación de la función pulmonar con resonancia magnética hiperpolarizada de xenón-129

<ol><li>Albert, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biological+magnetic+resonance+imaging+using+laser-polarized+129Xe%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Biological magnetic resonance imaging using laser-polarized 129Xe.</a> Nature. 370 (6486), 199-201 (1994).</li>
<li>Happer, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Pumping%5BTitle%5D)+AND+%22Rev+Mod+Phys%22%5BJournal%5D)">Optical Pumping.</a> Rev Mod Phys. 44 (2), 169-250 (1972).</li>
<li>Appelt, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theory+of+spin-exchange+optical+pumping+of+He-3+and+Xe-129%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+A%22%5BJournal%5D)">Theory of spin-exchange optical pumping of He-3 and Xe-129.</a> Phys Rev A. 58 (2), 1412-1439 (1998).</li>
<li>Hersman, F. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large+production+system+for+hyperpolarized+129Xe+for+human+lung+imaging+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Acad+Radiol%22%5BJournal%5D)">Large production system for hyperpolarized 129Xe for human lung imaging studies.</a> Acad Radiol. 15 (6), 683-692 (2008).</li>
<li>Parnell, S. R., Deppe, M. H., Parra-Robles, J., Wild, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancement+of+Xe-129+polarization+by+off-resonant+spin+exchange+optical+pumping%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Enhancement of Xe-129 polarization by off-resonant spin exchange optical pumping.</a> J Appl Phys. 108 (6), 064908(2010).</li>
<li>Norquay, G., Collier, G. J., Rao, M., Stewart, N. J., Wild, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((%5E%7B129%7DXe-Rb+spin-exchange+optical+pumping+with+high+photon+efficiency%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+Lett%22%5BJournal%5D)">^{129}Xe-Rb spin-exchange optical pumping with high photon efficiency.</a> Phys Rev Lett. 121 (15), 153201(2018).</li>
<li>Mugler, J. P. 3rd, et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MR+imaging+and+spectroscopy+using+hyperpolarized+129Xe+gas%3A+preliminary+human+results%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">MR imaging and spectroscopy using hyperpolarized 129Xe gas: preliminary human results.</a> Magn Reson Med. 37 (6), 809-815 (1997).</li>
<li>Ruppert, K., Brookeman, J. R., Hagspiel, K. D., Driehuys, B., Mugler, J. P. 3rd NMR of hyperpolarized (129)Xe in the canine chest: spectral dynamics during a breath-hold. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRuppert%2C+K+%22NMR+Biomed%22">NMR Biomed</a>. 13 (4), 220-228 (2000).</li>
<li>Butler, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+surface-area-to-volume+ratios+in+soft+porous+materials+using+laser-polarized+Xenon+interphase+exchange+nuclear+magnetic+resonance%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Condens+Matter%22%5BJournal%5D)">Measuring surface-area-to-volume ratios in soft porous materials using laser-polarized Xenon interphase exchange nuclear magnetic resonance.</a> J Phys Condens Matter. 14 (13), L297-L304 (2002).</li>
<li>Mansson, S., Wolber, J., Driehuys, B., Wollmer, P., Golman, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+diffusing+capacity+and+perfusion+of+the+rat+lung+in+a+lipopolysaccaride+disease+model+using+hyperpolarized+129Xe%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Characterization of diffusing capacity and perfusion of the rat lung in a lipopolysaccaride disease model using hyperpolarized 129Xe.</a> Magn Reson Med. 50 (6), 1170-1179 (2003).</li>
<li>Abdeen, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+Xenon+diffusing+capacity+in+the+rat+lung+by+hyperpolarized+%28129%29Xe+MRI+and+dynamic+spectroscopy+in+a+single+breath-hold%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Measurement of Xenon diffusing capacity in the rat lung by hyperpolarized (129)Xe MRI and dynamic spectroscopy in a single breath-hold.</a> Magn Reson Med. 56 (2), 255-264 (2006).</li>
<li>Driehuys, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+alveolar-capillary+gas+transfer+using+hyperpolarized+129Xe+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Imaging alveolar-capillary gas transfer using hyperpolarized 129Xe MRI.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 103 (48), 18278-18283 (2006).</li>
<li>Patz, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+pulmonary+imaging+and+spectroscopy+with+hyperpolarized+129Xe+at+0.2T%5BTitle%5D)+AND+%22Acad+Radiol%22%5BJournal%5D)">Human pulmonary imaging and spectroscopy with hyperpolarized 129Xe at 0.2T.</a> Acad Radiol. 15 (6), 713-727 (2008).</li>
<li>Qing, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+lung+function+in+asthma+and+COPD+using+hyperpolarized+129Xe+chemical+shift+saturation+recovery+spectroscopy+and+dissolved-phase+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Assessment of lung function in asthma and COPD using hyperpolarized 129Xe chemical shift saturation recovery spectroscopy and dissolved-phase MRI.</a> NMR Biomed. 27 (12), 1490-1501 (2014).</li>
<li>Stewart, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reproducibility+of+quantitative+indices+of+lung+function+and+microstructure+from+129+Xe+chemical+shift+saturation+recovery+%28CSSR%29+MR+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Reproducibility of quantitative indices of lung function and microstructure from 129 Xe chemical shift saturation recovery (CSSR) MR spectroscopy.</a> Magn Reson Med. 77 (6), 2107-2113 (2017).</li>
<li>Zhong, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+assessment+of+both+lung+morphometry+and+gas+exchange+function+within+a+single+breath-hold+by+hyperpolarized+%28129%29+Xe+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Simultaneous assessment of both lung morphometry and gas exchange function within a single breath-hold by hyperpolarized (129) Xe MRI.</a> NMR Biomed. 30 (8), (2017).</li>
<li>Kern, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regional+investigation+of+lung+function+and+microstructure+parameters+by+localized+%28129%29+Xe+chemical+shift+saturation+recovery+and+dissolved-phase+imaging%3A+A+reproducibility+study%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Regional investigation of lung function and microstructure parameters by localized (129) Xe chemical shift saturation recovery and dissolved-phase imaging: A reproducibility study.</a> Magn Reson Med. 81 (1), 13-24 (2018).</li>
<li>Kern, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+of+regional+lung+microstructural+parameters+using+hyperpolarized+%28129%29+Xe+dissolved-phase+MRI+in+healthy+volunteers+and+patients+with+chronic+obstructive+pulmonary+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Mapping of regional lung microstructural parameters using hyperpolarized (129) Xe dissolved-phase MRI in healthy volunteers and patients with chronic obstructive pulmonary disease.</a> Magn Reson Med. 81 (4), 2360-2373 (2018).</li>
<li>Xie, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single+breath-hold+measurement+of+pulmonary+gas+exchange+and+diffusion+in+humans+with+hyperpolarized+%28129%29+Xe+MR%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Single breath-hold measurement of pulmonary gas exchange and diffusion in humans with hyperpolarized (129) Xe MR.</a> NMR Biomed. 32 (5), e4068(2019).</li>
<li>Zanette, B., Santyr, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accelerated+interleaved+spiral-IDEAL+imaging+of+hyperpolarized+%28129%29+Xe+for+parametric+gas+exchange+mapping+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Accelerated interleaved spiral-IDEAL imaging of hyperpolarized (129) Xe for parametric gas exchange mapping in humans.</a> Magn Reson Med. 82 (3), 1113-1119 (2019).</li>
<li>Ruppert, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigating+biases+in+the+measurement+of+apparent+alveolar+septal+wall+thickness+with+hyperpolarized+129Xe+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Investigating biases in the measurement of apparent alveolar septal wall thickness with hyperpolarized 129Xe MRI.</a> Magn Reson Med. 84 (6), 3027-3039 (2020).</li>
<li>Zhang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+evaluation+of+lung+injury+caused+by+PM%282.5%29+using+hyperpolarized+gas+magnetic+resonance%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Quantitative evaluation of lung injury caused by PM(2.5) using hyperpolarized gas magnetic resonance.</a> Magn Reson Med. 84 (2), 569-578 (2020).</li>
<li>Friedlander, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+%28129%29+Xe+MRI+of+the+rat+brain+with+chemical+shift+saturation+recovery+and+spiral-IDEAL+readout%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized (129) Xe MRI of the rat brain with chemical shift saturation recovery and spiral-IDEAL readout.</a> Magn Reson Med. 87 (4), 1971-1979 (2022).</li>
<li>Patz, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+of+hyperpolarized+%28129%29Xe+in+the+lung%3A+a+simplified+model+of+%28129%29Xe+septal+uptake+and+experimental+results%5BTitle%5D)+AND+%22New+J+Phys%22%5BJournal%5D)">Diffusion of hyperpolarized (129)Xe in the lung: a simplified model of (129)Xe septal uptake and experimental results.</a> New J Phys. 13, 015009(2011).</li>
<li>Chang, Y. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MOXE%3A+a+model+of+gas+exchange+for+hyperpolarized+129Xe+magnetic+resonance+of+the+lung%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">MOXE: a model of gas exchange for hyperpolarized 129Xe magnetic resonance of the lung.</a> Magn Reson Med. 69 (3), 884-890 (2013).</li>
<li>Stewart, N. J., Parra-Robles, J., Wild, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Finite+element+modeling+of+%28129%29Xe+diffusive+gas+exchange+NMR+in+the+human+alveoli%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson%22%5BJournal%5D)">Finite element modeling of (129)Xe diffusive gas exchange NMR in the human alveoli.</a> J Magn Reson. 271, 21-33 (2016).</li>
<li>Ruppert, K., Qing, K., Patrie, J. T., Altes, T. A., Mugler, J. P. 3rd <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+hyperpolarized+Xenon-129+MRI+to+quantify+early-stage+lung+disease+in+smokers%5BTitle%5D)+AND+%22Acad+Radiol%22%5BJournal%5D)">Using hyperpolarized Xenon-129 MRI to quantify early-stage lung disease in smokers.</a> Acad Radiol. 26 (3), 355-366 (2019).</li>
<li>Kern, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigating+short-time+diffusion+of+hyperpolarized+%28129%29+Xe+in+lung+air+spaces+and+tissue%3A+A+feasibility+study+in+chronic+obstructive+pulmonary+disease+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Investigating short-time diffusion of hyperpolarized (129) Xe in lung air spaces and tissue: A feasibility study in chronic obstructive pulmonary disease patients.</a> Magn Reson Med. 84 (4), 2133-2146 (2020).</li>
<li>Stewart, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+validation+of+the+hyperpolarized+%28129%29+Xe+chemical+shift+saturation+recovery+technique+in+healthy+volunteers+and+subjects+with+interstitial+lung+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Experimental validation of the hyperpolarized (129) Xe chemical shift saturation recovery technique in healthy volunteers and subjects with interstitial lung disease.</a> Magn Reson Med. 74 (1), 196-207 (2015).</li>
<li>Fox, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+radiation+induced+lung+injury+in+rats+using+dynamic+hyperpolarized+%28129%29Xe+magnetic+resonance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Phys%22%5BJournal%5D)">Detection of radiation induced lung injury in rats using dynamic hyperpolarized (129)Xe magnetic resonance spectroscopy.</a> Med Phys. 41 (7), 072302(2014).</li>
<li>Li, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+evaluation+of+radiation-induced+lung+injury+with+hyperpolarized+Xenon+magnetic+resonance%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Quantitative evaluation of radiation-induced lung injury with hyperpolarized Xenon magnetic resonance.</a> Magn Reson Med. 76 (2), 408-416 (2016).</li>
<li>Ruppert, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+pulmonary+capillary+blood+pulsations+using+hyperpolarized+Xenon-129+chemical+shift+saturation+recovery+%28CSSR%29+MR+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Detecting pulmonary capillary blood pulsations using hyperpolarized Xenon-129 chemical shift saturation recovery (CSSR) MR spectroscopy.</a> Magn Reson Med. 75 (4), 1771-1780 (2016).</li>
<li>Walkup, L. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feasibility%2C+tolerability+and+safety+of+pediatric+hyperpolarized+129Xe+magnetic+resonance+imaging+in+healthy+volunteers+and+children+with+cystic+fibrosis%5BTitle%5D)+AND+%22Pediatr+Radiol%22%5BJournal%5D)">Feasibility, tolerability and safety of pediatric hyperpolarized 129Xe magnetic resonance imaging in healthy volunteers and children with cystic fibrosis.</a> Pediatr Radiol. 46 (12), 1651-1662 (2016).</li>
<li>Willmering, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pediatric+%28129%29+Xe+gas-transfer+MRI-feasibility+and+applicability%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Pediatric (129) Xe gas-transfer MRI-feasibility and applicability.</a> J Magn Reson Imaging. 56 (4), 1207-1219 (2022).</li>
<li>Amzajerdian, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+quantification+of+hyperpolarized+Xenon-129+ventilation+and+gas+exchange+with+multi-breath+Xenon-polarization+transfer+contrast+%28XTC%29+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Simultaneous quantification of hyperpolarized Xenon-129 ventilation and gas exchange with multi-breath Xenon-polarization transfer contrast (XTC) MRI.</a> Magn Reson Med. 90 (6), 2334-2347 (2023).</li>
<li>Niedbalski, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Utilizing+flip+angle%2FTR+equivalence+to+reduce+breath+hold+duration+in+hyperpolarized+%28129%29+Xe+1-point+Dixon+gas+exchange+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Utilizing flip angle/TR equivalence to reduce breath hold duration in hyperpolarized (129) Xe 1-point Dixon gas exchange imaging.</a> Magn Reson Med. 87 (3), 1490-1499 (2022).</li>
<li>Chang, Y. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+a+quantitative+understanding+of+gas+exchange+in+the+lung%5BTitle%5D)+AND+%22arXiv%22%5BJournal%5D)">Toward a quantitative understanding of gas exchange in the lung.</a> arXiv. , (2010).</li>
<li>Chang, Y. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+human+lung+structure+and+physiology+using+hyperpolarized+129Xe%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Quantification of human lung structure and physiology using hyperpolarized 129Xe.</a> Magn Reson Med. 71 (1), 339-344 (2014).</li>
<li>Collier, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+cardiogenic+flow+oscillations+in+healthy+subjects+with+hyperpolarized+3He+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Observation of cardiogenic flow oscillations in healthy subjects with hyperpolarized 3He MRI.</a> J Appl Physiol. 119 (9), 1007-1014 (2015).</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+%28129%29+Xe+MRI+for+imaging+of+ventilation%2C+alveolar-airspace+size%2C+and+gas+exchange%3A+A+position+paper+from+the+%28129%29+Xe+MRI+clinical+trials+consortium%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%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> Magn Reson Med. 86 (6), 2966-2986 (2021).</li>
</ol>

Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar.

La espectroscopia de resonancia magnética HXe CSSR es una técnica potente para evaluar varias métricas de la función pulmonar que serían difíciles o imposibles de cuantificar in vivo utilizando cualquier otra modalidad diagnóstica existente24. Sin embargo, la adquisición y el posterior análisis de los datos se basan en ciertas suposiciones sobre las condiciones fisiológicas y los parámetros técnicos que nunca son totalmente alcanzables en sujetos vivos. Estas limitaciones y su impacto en ...

La resonancia magnética (RMN) hiperpolarizada de xenón-129 (HXe)1 es una técnica que ofrece información única sobre la estructura pulmonar, la función y los procesos de intercambio de gases. Al amplificar drásticamente la magnetización del gas xenón a través del bombeo óptico de intercambio de espín, la resonancia magnética HXe logra una mejora de un orden de magnitud en la relación señal-ruido en comparación con la resonancia magnética de xenónpolarizada térmicamente 2,3,4,5,6. Esta hiperpolarización permite la visualización directa y la cuantificación de la absorción de gas xenón en el tejido pulmonar y la sangre, que de otro modo sería indetectable con la resonancia magnética convencional con polarización térmica7.
La espectroscopia de resonancia magnética de recuperación de saturación por desplazamiento químico (CSSR) 8,9,10,11,12,13 ha demostrado ser una de las técnicas de resonancia magnética HXe más valiosas. La CSSR consiste en saturar selectivamente la magnetización del xenón disuelto en el tejido pulmonar y la sangre mediante pulsos de radiofrecuencia (RF) de frecuencia específica. La recuperación posterior de la señal de fase disuelta (DP) a medida que se intercambia con el gas xenón hiperpolarizado fresco en los espacios aéreos en una escala de tiempo de ms ofrece información funcional importante sobre el parénquima pulmonar.
Desde su desarrollo a principios de la década de 2000, las técnicas detrás de la espectroscopia CSSR se han ido perfeccionando progresivamente 14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Además, los avances en el modelado de las curvas de absorción de xenón han permitido la extracción de parámetros fisiológicos específicos, como el grosor de la pared alveolar y los tiempos de tránsito pulmonar 10,24,25,26. Los estudios han demostrado la sensibilidad de la CSSR a los cambios sutiles en la microestructura pulmonar y la eficiencia del intercambio gaseoso en forma de anomalías pulmonares encontradas en fumadores clínicamente sanos27, así como en una variedad de enfermedades pulmonares, incluida la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC)18,27,28, la fibrosis29 y la lesión pulmonar inducida por radiación30,31. También se ha demostrado que la espectroscopia CSSR es sensible para detectar oscilaciones en la señal DP correspondientes al flujo sanguíneo pulsátil durante el ciclo cardíaco32.
Si bien se han logrado avances significativos, aún persisten desafíos prácticos en la implementación de la espectroscopia CSSR en sistemas de resonancia magnética clínica. Los tiempos de exploración que requieren apnea de dosis única cercanos a 10 s pueden ser demasiado largos para sujetos pediátricos33,34 o pacientes con enfermedad pulmonar grave35,36. Además, la técnica es susceptible a sesgos de medición si los parámetros de adquisición, como el orden de los tiempos de retardo de saturación o la eficacia de la saturación en fase disuelta, no se optimizan adecuadamente21. Para abordar estas limitaciones y hacer que la CSSR sea más accesible para la comunidad investigadora en general, se necesitan protocolos claros y paso a paso para las adquisiciones convencionales de retención de la respiración y de respiración libre, actualmente en desarrollo.
El objetivo de este trabajo es presentar una metodología detallada para realizar espectroscopía de RM CSSR optimizada utilizando gas HXe. El protocolo cubrirá la polarización y el suministro del gas xenón, la calibración de pulsos de RF, la selección de parámetros de secuencia, la preparación del sujeto, la adquisición de datos y los pasos clave en el análisis de datos. Se proporcionarán ejemplos de resultados experimentales. Se espera que esta guía completa sirva como base para las implementaciones de CSSR en todos los sitios y ayude a aprovechar todo el potencial de esta técnica para cuantificar los cambios microestructurales pulmonares en una variedad de enfermedades pulmonares.

<table><tbody><tr><td>Neumotache bidireccional&nbsp;</td><td>B& B Medical AccutachTM</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chest Vest Coil</td><td>Clinical MR</td><td></td><td>Solutions Mascarilla facial de tamaño adulto</td></tr><tr><td></td><td>Hans Rudolph</td><td>7450</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td>Release 2018a</td><td>Optimization Toolbox required</td></tr><tr><td>Sistema de monitoreo fisiológico&nbsp;</td><td>BIOPAC Systems Inc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bolsa Tedlar</td><td>Jensen Productos Inertes</td><td></td><td>250 mL y 500 mL; bolsa de PVF especializada</td></tr><tr><td>Polarizador de xenón</td><td>Xemed LLC</td><td>X-box E10&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>escáner de resonancia magnética de cuerpo entero</td><td>Siemens</td><td>1.5 T Avanto</td><td></td></tr></tbody></table>

medida cuantitativa de la estructura y función pulmonar obtenida de la espectroscopia de xenón hiperpolarizado

Quantitative Measure of Lung Structure and Function Obtained from Hyperpolarized Xenon Spectroscopy

Las imágenes de resonancia magnética (RM) hiperpolarizadas de Xenon-129 (HXe) proporcionan herramientas para obtener mapas bidimensionales o tridimensionales de los patrones de ventilación pulmonar, la difusión de gases, la absorción de xenón por el parénquima pulmonar y otras métricas de la función pulmonar. Sin embargo, al cambiar el espacio por la resolución temporal, también permite el rastreo del intercambio pulmonar de gases xenón en una escala de tiempo de ms. Este artículo describe una de estas técnicas, la espectroscopia de resonancia magnética con recuperación de saturación por desplazamiento químico (CSSR). Ilustra cómo se puede utilizar para evaluar el volumen sanguíneo capilar, el grosor de la pared septal y la relación superficie-volumen en los alvéolos. El ángulo de inversión de los pulsos de radiofrecuencia (RF) aplicados se calibró cuidadosamente. Se emplearon protocolos de apnea de dosis única y de respiración libre multidosis para administrar el gas al sujeto. Una vez que el gas xenón inhalado alcanzó los alvéolos, se aplicó una serie de pulsos de RF de 90° para garantizar la máxima saturación de la magnetización de xenón acumulada en el parénquima pulmonar. Después de un tiempo de retardo variable, se adquirieron espectros para cuantificar el recrecimiento de la señal de xenón debido al intercambio gaseoso entre el volumen de gas alveolar y los compartimentos tisulares del pulmón. Estos espectros se analizaron ajustando funciones complejas pseudo-Voigt a los tres picos dominantes. Finalmente, las amplitudes de pico dependientes del tiempo de retardo se ajustaron a un modelo analítico unidimensional de intercambio de gases para extraer parámetros fisiológicos.

La Figura 2 ilustra un espectro típico de xenón observado en el pulmón humano durante una retención de la respiración, después de la inhalación de 500 ml de dosis de xenón. El espectro muestra dos regiones distintas, la resonancia GP alrededor de 0 ppm y la región DP, que consiste en el pico de la membrana a aproximadamente 197 ppm y el pico de los glóbulos rojos a aproximadamente 217 ppm. Las amplitudes de pico relativas dependen de una serie de factores, incluida la forma, la duración y la...

El manuscrito presenta un protocolo detallado para el uso de la recuperación de saturación por desplazamiento químico (CSSR) de Xenon-129 hiperpolarizado para rastrear el intercambio de gases pulmonares, evaluar el grosor aparente de la pared septal alveolar y medir la relación superficie-volumen. El método tiene el potencial de diagnosticar y controlar las enfermedades pulmonares.

Medida cuantitativa de la estructura y función pulmonar obtenida de la espectroscopia de xenón hiperpolarizado

Hyperpolarized Xenon-129 (HXe) magnetic resonance imaging (MRI) provides tools for obtaining 2- or 3-dimensional maps of lung ventilation patterns, gas ...

Nuestra investigación se centra en el uso de la tecnología de resonancia magnética hiperpolarizante en 129 para evaluar la función pulmonar e investigar enfermedades pulmonares. El objetivo principal es ver cómo esta técnica de imagen puede conducir a una mejor detección, comprensión y seguimiento de diferentes afecciones pulmonares. La mayoría de las imágenes de resonancia magnética pulmonar hiperpolarizada se realizan durante una retención de la respiración.Creemos que la función pulmonar cuantificada en una condición artificial de este tipo, puede no reflejar completamente el intercambio de gases durante la respiración regular, y estamos probando nuevas mediciones de respiración libre que no requieren ninguna retención de la respiración. Los desafíos actuales incluyen la optimización de la técnica de adquisición de CSSR para lograr consistencia y precisión frente a la variación fisiológica y el cumplimiento del paciente. Los pacientes gravemente enfermos o pediátricos tienen dificultades para mantener una retención prolongada de la respiración.La técnica cardíaca CSSR parece particularmente sensible a los cambios en el grosor de la pared septal alveolar. Como hemos demostrado nosotros y otros en el campo de la cirugía, el engrosamiento de la pared alveolar puede indicar la presencia de edema intersticial, inflamación o fibrosis pulmonar. Todas las métricas derivadas de las adquisiciones de espectroscopía CSSR se basan actualmente en la dinámica temporal de las amplitudes de la señal.En el futuro, sin embargo, esperamos incluir cambios en la forma de los picos y la frecuencia central en el análisis para obtener una imagen más completa de los procesos de intercambio de gases en curso.

quantitative-measure-lung-structure-function-obtained-from

Research

Investigación

JoVE Journal

Medicine

Medicina

La resonancia magnética (RM) hiperpolarizada de 129X es un método para estudiar aspectos de la función pulmonar resueltos regionalmente. Este trabajo presenta un flujo de trabajo estandarizado de extremo a extremo para la resonancia magnética hiperpolarizada de 129Xe de ventilación pulmonar, con especial atención al diseño de la secuencia de pulsos, la preparación de la dosis de 129Xe, el flujo de trabajo de exploración y las mejores prácticas para el monitoreo de la seguridad de los sujetos.

Adquisición de imágenes de resonancia magnética hiperpolarizada de 129X de ventilación pulmonar

La TC y la RM 129Xe proporcionan información complementaria sobre la estructura y la función pulmonar que puede aprovecharse para el análisis regional mediante el registro de imágenes. Aquí, proporcionamos un protocolo que se basa en la literatura existente para el registro de imágenes de RM a TC de 129Xe utilizando plataformas de código abierto.

Imágenes pulmonares multimodales: uso de información complementaria de la TC y la resonancia magnética hiperpolarizada de 129Xe para evaluar la estructura y función pulmonar

Langendorff modo de perfusión cardiaca aislada, en conjunto...

Evaluación de la función cardiaca y Energética en los corazones de ratón aislado utilizando 31 P espectroscopía de RMN

De imágenes de ultrasonido de diagnóstico ha demostrado ser eficaz en el diagnóstico de diversas enfermedades respiratorias en sujetos humanos y animales. Demostramos un protocolo integral de ultrasonido utilizado por el laboratorio del Dr. Zuo para analizar la cinética de diafragma específicamente en modelos de ratón. Esta es también una técnica de investigación no invasiva que puede proporcionar información cuantitativa sobre la función de los músculos respiratorios ratón.

Ultrasonido Diagnóstico por la Imagen de la función del ratón del diafragma

Describimos una metodología para el procesamiento de sangre total para obtener una variedad de componentes para su posterior análisis. Hemos optimizado un protocolo simplificado que permite el procesamiento simultáneo rápido y de alto rendimiento de muestras de sangre completa en un entorno no clínico.

Fraccionamiento rápida y aislamiento de componentes de sangre total en las muestras obtenidas a partir de una configuración basada en la comunidad

Se describen los métodos de biopsia de músculo vasto lateral, la preparación de las mitocondrias purificada, y perfilado respirométrico. El uso de volumen muscular pequeña hace que esta técnica adecuada para aplicaciones de investigación clínica.

Evaluación de Preparación y respirometría de mitocondrias aisladas de tejido músculo esquelético Obtenidos percutánea Biopsia con aguja

Este artículo describe la medición de la función ventricular izquierda murina mediante el análisis de presión/volumen a diferentes frecuencias cardíacas.

Cateterismo cardíaco en ratones para medir la relación de volumen Presión: Investigar el efecto Bowditch

Este protocolo describe cómo utilizar cuantitativa en tiempo real PCR (QRT-PCR) para detectar ARNm específicos de células tumorales que representan la metástasis en el tejido pulmonar de ratón.

Evaluación de pulmón metástasis en el ratón mamarias modelos tumorales mediante PCR cuantitativa en tiempo real

modelado tradicional de obstrucción del tracto urinario parcial en roedores está plagado de mortalidad de los animales. Una lesión en la denervación de la disección alrededor de la uretra y la vejiga cuello proximal también es de gran preocupación. Hemos desarrollado y evaluado un modelo de obstrucción uretral mediados de seguro y fiable, evitando las deficiencias del modelo tradicional.

Preservación de los nervios de mitad de obstrucción uretral (NEMO) en femenino pequeños roedores

Aquí, Describimos dos medidas de función pulmonar – pletismografía barométrica, que permite la medición de la capacidad pulmonar y capnografía volumétrica, una herramienta para medir el espacio muerto anatómico y la uniformidad de las vías respiratorias. Estas técnicas pueden utilizarse independientemente o en combinación para evaluar la función de las vías respiratorias en volúmenes pulmonares diferentes.

Combina la capnografía volumétrica y la pletismografía barométrica para medir la relación estructura-función de pulmón

Aprende a medir la función pulmonar mediante espectroscopia de xenón hiperpolarizado con secuencias CSSR durante respiración libre. Este método permite evaluar el grosor de la pared alveolar y diagnosticar enfermedades pulmonares con mayor precisión clínica.

Medida cuantitativa de la estructura y función pulmonar obtenida de la espectroscopia de xenón hiperpolarizado

Explorar más videos