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 mesures de l’hétérogénéité de la ventilation et de la ventilation locales qui sont fournies par le SVI ont le potentiel d’enrichir la compréhension de la façon dont les fonctions pulmonaires, normalement et anormalement3,4.
L’imagerie de ventilation spécifique est une extension du test de physiologie classique, le lavage à respiration multiple (MBW), une technique introduite pour la première fois dans les années 19505,6. Les deux techniques utilisent le Washin/washout de gaz pour mesurer l’hétérogénéité d’une ventilation spécifique, mais le SVI fournit des informations spatialement localisées tandis que MBW ne fournit que des mesures globales d’hétérogénéité. Dans MBW, un spectromètre de masse est utilisé pour mesurer la concentration expirée mélangée d’un gaz insoluble (azote, hélium, hexafluorure de soufre, etc.) sur de nombreuses respirations au cours d’un lavage de ce gaz, comme illustré à la figure 1. Avec le volume expiré par respiration pendant la période de lavage, cette information peut être utilisée pour calculer la distribution globale d’une ventilation spécifique dans le poumon. Dans SVI, un scanner d’IRM est utilisé pour mesurer le signal pondéré T1― qui est un substitut de la quantité d’oxygène en solution dans le tissu pulmonaire, un indicateur direct de la concentration locale d’oxygène ― dans chaque voxel pulmonaire sur de nombreuses respirations pendant plusieurs Washin/washouts d’oxygène. D’une manière qui est directement analogue à MBW, cette information nous permet de calculer la ventilation spécifique de chaque voxel pulmonaire. En d’autres termes, la technique effectue des milliers d’expériences de genre MBW parallèles, une pour chaque voxel, lors d’une expérience SVI. En effet, les cartes spatiales de ventilation spécifique ainsi produites peuvent être compilées pour récupérer l’hétérogénéité de ventilation spécifique de MBW. Une étude de validation7 a montré que les deux méthodologies produisaient des résultats comparables lorsqu’elles étaient exécutées en série sur les mêmes sujets.
Il existe d’autres modalités d’imagerie qui, comme le SVI, fournissent des mesures spatiales d’hétérogénéité de ventilation. Tomographie par émission de positrons (PET)8,9, tomodensitométrie à un seul photon (SPECT)10,11et IRM de gaz hyperpolarisée12,13 techniques ont été utilisées pour créer un corpus substantiel de littérature concernant le modèle spatial de ventilation chez les sujets sains et anormaux. En général, ces techniques ont au moins un avantage distinct par rapport au SVI, en ce que leur rapport signal/bruit est typiquement plus élevé. Cependant, chaque technique présente également un désavantage caractéristique: le PET et le SPECT impliquent une exposition aux rayonnements ionisants, et l’IRM hyperpolarisée nécessite l’utilisation d’un gaz hyperpolarisé hautement spécialisé et d’un scanner MR avec un matériel multinucléi non standard.
SVI, une technique de proton-IRM, utilise typiquement 1,5 Tesla MR matériel avec de l’oxygène inhalé comme un agent de contraste (les deux éléments sont facilement disponibles dans les soins de santé), ce qui rend potentiellement plus généralisables à l’environnement clinique. Le SVI tire parti du fait que l’oxygène raccourcit le temps de relaxation longitudinal (T1) des tissus pulmonaires1, ce qui à son tour se traduit par une modification de l’intensité du signal dans une image pondérée en T1. Ainsi, les changements dans la concentration de l’oxygène inspiré induisent un changement dans l’intensité du signal des images IRM correctement chronométrées. Le taux de ce changement à la suite d’un changement brusque de la concentration d’oxygène inspirée, généralement de l’air et de 100% d’oxygène, reflète la vitesse à laquelle le gaz résident est remplacé par le gaz inhalé. Ce taux de remplacement est déterminé par une ventilation spécifique.
Comme le SVI ne comporte aucun rayonnement ionisant, il n’a aucune contre-indication pour les études longitudinales et interventionnelles qui suivent les patients au fil du temps. Ainsi, il est idéalement adapté pour étudier la progression de la maladie ou évaluer la façon dont les patients individuels réagissent au traitement. En raison de sa facilité relative et de sa répétabilité sûre, l’imagerie de ventilation spécifique est, en général, une technique idéale pour ceux qui souhaitent étudier de grands effets et/ou un grand nombre de personnes dans le temps ou dans plusieurs endroits cliniques différents.
Suite à la publication originale décrivant la technique1, l’imagerie de ventilation spécifique (SVI) a été utilisée dans des études axées sur l’effet de la perfusion saline rapide, de la posture, de l’exercice et de la bronchoconstriction2,3 , le 4 , le 14 , 15. la capacité de la technique à estimer l’hétérogénéité pulmonaire totale de la ventilation spécifique a été validée en utilisant le test de lavage à respiration multiple bien établi7 et plus récemment, une validation croisée régionale a été réalisée, par Comparaison de l’imagerie de ventilation spécifique au gaz à respiration multiple SVI et hyperpolarisée16. Cette technique fiable et facilement déployable, capable de cartographier quantitativement la ventilation spécifique dans le poumon humain, a le potentiel de contribuer significativement à la détection précoce et au diagnostic des maladies respiratoires. Il présente également de nouvelles possibilités de quantifier les anomalies pulmonaires régionales et de suivre les changements induits par le traitement. Ces changements dans la fonction pulmonaire spécifique à la région, que SVI nous permet de mesurer pour la première fois, ont le potentiel de devenir des biomarqueurs pour évaluer l’impact des médicaments et des thérapies inhalées, et pourrait être un outil extrêmement utile dans les essais cliniques.
Le but de cet article est de présenter la méthodologie de l’imagerie de ventilation spécifique en détail et sous une forme visuelle, contribuant ainsi à la diffusion de la technique à plus de centres.