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Cartographie quantitative de la ventilation spécifique dans le poumon humain utilisant l’imagerie par résonance magnétique de proton et l’oxygène comme agent de contraste

DOI:

10.3791/59579

June 5th, 2019

In This Article

Summary

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L’imagerie de ventilation spécifique est une technique d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle qui permet de quantifier la ventilation spécifique régionale dans le poumon humain, en utilisant l’oxygène inhalé comme agent de contraste. Ici, nous présentons un protocole pour collecter et analyser des données spécifiques d’imagerie de ventilation.

Abstract

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L’imagerie de ventilation spécifique (SVI) est une technique d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle capable de quantifier la ventilation spécifique ― le ratio du gaz frais entrant dans une région pulmonaire divisée par le volume expiratoire de la région ― dans le poumon humain, en utilisant seulement l’oxygène inhalé comme agent de contraste. La quantification régionale de la ventilation spécifique a le potentiel d’aider à identifier les zones de la fonction pulmonaire pathologique. L’oxygène en solution dans le tissu raccourcit le temps de relaxation longitudinal du tissu (T1), et donc un changement dans l’oxygénation tissulaire peut être détecté comme un changement dans le signal pondéré T1avec une récupération d’inversion image acquise. À la suite d’un changement brusque entre deux concentrations d’oxygène inspiré, la vitesse à laquelle le tissu pulmonaire à l’intérieur d’un voxel est équilibré à un nouvel état d’équilibre reflète la vitesse à laquelle le gaz résident est remplacé par du gaz inhalé. Ce taux est déterminé par une ventilation spécifique. Pour susciter ce changement soudain dans l’oxygénation, les sujets respirent alternativement 20-souffle blocs d’air (21% d’oxygène) et 100% d’oxygène dans le scanner d’IRM. Un changement progressif de la fraction d’oxygène inspirée est obtenu par l’utilisation d’un système de dérivation de débit imprimé en trois dimensions (3D) avec un commutateur manuel pendant une courte attente d’expiration expiratoire. Pour détecter la variation correspondante de T1, une impulsion d’inversion globale suivie d’une séquence d’écho de spin rapide à un seul coup a été utilisée pour acquérir des images pondérées en t1à deux dimensions dans un scanner IRM 1,5 t, à l’aide d’une bobine de torse à huit éléments. Une seule tranche et une imagerie à plusieurs tranches sont possibles, avec des paramètres d’imagerie légèrement différents. La quantification de la ventilation spécifique est obtenue en corréler le temps-cours de l’intensité du signal pour chaque voxel pulmonaire avec une bibliothèque de réponses simulées au stimulus air/oxygène. Les estimations de SVI de l’hétérogénéité spécifique de la ventilation ont été validées par rapport aux multiples lavées à l’haleine et ont prouvé avec précision l’hétérogénéité de la répartition spécifique de la ventilation.

Introduction

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L’objectif global de l’imagerie de ventilation spécifique (SVI) ― une technique d’imagerie par résonance magnétique à protons (IRM) qui utilise l’oxygène comme agent de contraste1 ― est de cartographier quantitativement la ventilation spécifique dans le poumon humain. La ventilation spécifique est le rapport du gaz frais livré à une région pulmonaire dans une respiration divisée par le volume expiratoire final de la même région pulmonaire1. En conjonction avec les mesures de la densité pulmonaire locale, une ventilation spécifique peut être utilisée pour calculer la ventilation régionale2. Les mes....

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Protocol

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Le programme de protection de la recherche humaine de l’Université de Californie, San Diego a approuvé ce protocole.

1. sécurité et formation des sujets

  1. Obtenir le consentement écrit et éclairé du sujet. Décrivez les risques potentiels présentés par l’exposition à des champs magnétiques en évolution rapide, et l’inconfort potentiel de l’utilisation du masque facial et de la respiration des gaz secs.
  2. Assurez-vous que le sujet peut subir un balayage MR en toute sécurité, en utilisant le questionnaire de dépistage de la sécurité IRM approuvé localement.
  3. Si le sujet est une femme en âge de procréer, et incertain de....

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Results

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Une seule tranche de SVI dans un sujet sain
L’imagerie de ventilation spécifique produit des cartes quantitatives de ventilation spécifique, comme le montre la figure 3A, qui représente une seule tranche dans le poumon droit d’une femelle en bonne santé de 39 ans. Noter la présence du gradient vertical attendu dans une ventilation spécifique; la portion dépendante du poumon présente une ventilation spécifique plus élevée que la portion non dépendante d.......

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Discussion

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L’imagerie de ventilation spécifique permet la cartographie quantitative de la répartition spatiale de la ventilation spécifique dans le poumon humain. Des alternatives à la SVI existent mais sont limitées d’une manière ou d’une autres: le lavage à respiration multiple fournit une mesure d’hétérogénéité mais manque d’information spatiale23. Des méthodes d’imagerie alternatives exposent les patients à des rayonnements ionisants (p. ex. SPECT, PET, CT, scintigraphie gamma) ou ne sont pas largement d.......

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Disclosures

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Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgements

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Ce travail a été appuyé par l’Institut national de cardiologie, de poumon et de sang (NHLBI) (subventions R01 HL-080203, R01 HL-081171, R01 HL-104118 et R01-HL119263) et l’Institut national de recherche biomédicale spatiale (subvention nationale de l’aéronautique et de l’espace NCC 9-58). E.T. Geier a été soutenue par NHLBI Grant HL127980.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
de dérivation de flux imprimé en 3D
Masque facialHans Rudolphsérie 7400 Masque oro-nasal, différentes tailles
Régulateur
Casque de masqueHans Rudolph7400 compatible
Logiciel d’analyse MatlabMathworksdéveloppé localement
Médical oxygèneAir Liquide/LindeOxygène à livrer au sujet
IRMGE healthcare1,5 T GE HDx Excite scanner à deux vitesses
Tubes¼ ; « , 3/8 » et 1/2" tubes et connecteurs
Oxymètre de poulsNonin7500 FO (compatible MR)
Vanne
Bobine de torseGE healthcareBobine de torse à gain élevé pour scanner GE
Système de gaz/oxygène en plastiquede commutation

References

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  1. Sá, R. C., et al. Vertical distribution of specific ventilation in normal supine humans measured by oxygen-enhanced proton MRI. Journal of Applied Physiology. 109 (6), 1950-1959 (2010).
  2. Henderson, A. C., et al.

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Specific Ventilation ImagingProton Magnetic Resonance ImagingOxygen Contrast AgentLung Ventilation MappingT1 weighted ImagingInversion Recovery SequenceFunctional Residual CapacityMultiple Breath WashoutVentilation Heterogeneity AnalysisMRI Safety Screening

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