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

L’imagerie par ventilation spécifique, ou IVS, est une technique qualitative d’imagerie pulmonaire qui nous aidera à mieux comprendre notre compréhension fondamentale de la physiologie et de la prise en charge des maladies respiratoires. SVI est exempt de radiations et ne nécessite que de l’équipement couramment disponible, un scanner IRM et de l’oxygène médical. Cela le rend sûr pour les enfants et idéal pour les études répétées chez les adultes.

La traduction de l’IVS à la pratique clinique peut améliorer la prise en charge de l’asthme, car elle nous permettra d’identifier les régions les plus touchées par la maladie. La capacité de cartographier les changements dans le poumon en réponse à la thérapie peut aider à optimiser la thérapie inhalée et à éclairer les choix thérapeutiques individualisés. Vincent Tedjasaputra, boursier postdoctoral au Département de médecine, aide à démontrer cette procédure.

Commencez la procédure, obtenez le consentement éclairé écrit du sujet et décrivez les risques potentiels présentés par l’exposition à des champs magnétiques en évolution rapide et l’inconfort potentiel d’utiliser un masque facial et de respirer du gaz sec. Confirmez que le sujet peut subir en toute sécurité un balayage par résonance magnétique à l’aide du questionnaire d’imagerie par résonance magnétique ou de dépistage de l’IRM approuvé localement. Entraînez le sujet à respirer dans le temps avec la séquence de balayage mr et mesurez les dimensions du nez au menton du sujet pour déterminer la taille du masque facial qui s’adaptera le mieux au sujet.

Vérifiez ensuite que les poches et les vêtements du sujet sont exempts de cartes de crédit à base magnétique et de pièces métalliques contenant du fer. Pour préparer le scanner MR, connectez une bobine de torse au connecteur approprié dans la table du scanner pour configurer le scanner pour l’utilisation et placez des draps, des tampons et des oreillers sur la table du scanner afin que le sujet soit à l’aise pendant au moins 30 minutes d’imagerie. Pour assembler le système de distribution d’oxygène, placez une soupape d’aiguillage dans les deux sens à la portée de l’opérateur du scanner et utilisez un tube en plastique de huit mètres de longueur d’un quart de pouce de diamètre pour connecter l’alimentation en oxygène à une entrée de la valve d’aiguillage.

Connectez la sortie de la vanne d’aiguillage dans la salle de commande au tube en plastique d’un quart et alimentez le tube à travers le passage de la salle de commande à la salle de scanner en prenant soin que le tube atteigne le milieu de l’alésage du scanner. Fixez l’attache de dérivation d’écoulement au masque facial pour le sujet. Connectez l’extrémité en laiton d’un demi-pouce du tube à la fixation du masque de dérivation d’écoulement.

Réglez la pression sur le régulateur de sortie d’approvisionnement en oxygène à une valeur qui produit un flux d’oxygène supérieur au débit inspiratoire de pointe prévu selon la nature de l’étude et la résistance globale du système de livraison de gaz. Activez ensuite l’écoulement de l’oxygène pour tester la vanne d’aiguillage, en vous assurant qu’un débit adéquat est présent à la sortie de la fixation du pontage d’écoulement et qu’aucune fuite n’est présente dans le tube en plastique. Pour préparer le sujet à l’imagerie, faites en sorte que le sujet se trouve sur la table du scanner en s’assurant que le dessus de l’élément de bobine inférieure est plus haut que les épaules du sujet pour s’assurer que le dessus de l’élément de bobine inférieure fournit une couverture adéquate des apices pulmonaires.

Que le sujet insère des bouchons d’oreille et vérifie que le son est bloqué. Collez un mécanisme de sécurité au poignet du sujet afin qu’il puisse être facilement accessible et fixez le masque et le système de dérivation d’écoulement au visage du sujet. Occlusez brièvement le côté expiratory de la pièce jointe de déviation de flux et demandez au sujet de tenter une inspiration et une expiration normales pour vérifier les fuites.

Maintenant, chargez le sujet dans le scanner à l’aide de l’outil de centrage de la lumière pour s’assurer que la bobine de torse occupe le centre de l’alésage et guider la ligne de dérivation d’écoulement pour assurer le confort du sujet tout en déplaçant le sujet vers le centre du scanner. Après avoir choisi l’emplacement pulmonaire pour les tranches d’imagerie, acquérir une séquence de localisation pour obtenir une carte anatomique qui sera utilisée pour prescrire le reste de l’examen. Utilisez l’interface utilisateur graphique du scanner pour cliquer et faire glisser la tranche d’imagerie centrée dans le champ pulmonaire ciblant la région d’intérêt à l’endroit désiré pour sélectionner jusqu’à quatre tranches pulmonaires sagittales à étudier.

Notez ensuite l’emplacement des tranches d’imagerie en ce qui concerne l’emplacement de la colonne vertébrale afin que le même volume puisse être re-imaged pour les études longitudinales. Pour une imagerie de ventilation spécifique, réglez le temps d’inversion dans l’ordinateur MR pour la tranche la plus médiale à 1100 millisecondes au maximum le contraste de l’oxygène de l’air, le nombre de répétitions à 220, et le temps de répétition à cinq secondes. Surveillez l’uniformité du volume pulmonaire et de l’expiration du sujet lors d’acquisitions subséquentes et fournissez des commentaires pour améliorer la qualité si nécessaire.

Changez le mélange de gaz inspiré du sujet toutes les 20 respirations pendant la prise de souffle d’acquisition pour le confort du sujet, alternant entre l’air de la pièce et l’oxygène médical. Vérifiez régulièrement l’oxymètre d’impulsion pour vérifier la fréquence cardiaque et la saturation en oxygène et vérifiez fréquemment avec le sujet pour donner des mises à jour régulières du temps restant. Après souffle 220, l’imagerie est complète.

Retournez le sujet à l’air de la pièce et retirez-le du scanner. Pour créer une carte de ventilation spécifique, importez les images pour l’enregistrement dans le logiciel d’analyse d’image et inspectez visuellement l’ensemble de la pile d’images de 220 pour sélectionner l’image pour chaque tranche qui représente le mieux la capacité résiduelle fonctionnelle. En utilisant l’image de mode comme référence, utilisez le projectif ou un enregistrement fin pour enregistrer toutes les images à la référence fonctionnelle de capacité résiduelle et quantifier la ventilation spécifique dans le poumon à partir de la pile enregistrée à l’aide d’un algorithme approprié.

Une carte de la ventilation spécifique sera créée. SVI produit des cartes quantitatives de ventilation spécifique, par exemple comme le montre cette seule tranche d’image dans le poumon droit d’une femme en bonne santé de 39 ans. Notez la présence du gradient vertical prévu dans la ventilation spécifique, la partie dépendante du poumon présentant une ventilation spécifique plus élevée que la partie non dépendante du poumon.

Un histogramme des valeurs de ventilation spécifiques de la carte avec une fonction de distribution normale de probabilité de journal de meilleur ajustement permet d’utiliser la largeur de la meilleure distribution d’ajustement comme mesure de l’hétérogénéité spécifique de ventilation. Ici, un lavage de souffle multiple acquis dans le même sujet dans la même posture est montré. L’enregistrement temporel de la concentration d’azote a été mesuré à la bouche après un passage de l’air inspiré à l’oxygène inspiré à 100%.

Dans cette répartition de la ventilation spécifique, estimée à partir du lavage pour l’imagerie de ventilation spécifique et le lavage multiple de l’haleine, la largeur de la distribution s’est trouvée dans une fourchette normale saine. Former les sujets à respirer à temps avec le scanner et leur donner des commentaires lors de l’acquisition peut aider à assurer des données de bonne qualité. Combiné avec des mesures de densité et de perfusion, SVI peut être utilisé pour cartographier le rapport local de ventilation à la perfusion et la mesure de l’efficacité de l’échange de gaz.

Cette technique a été employée pour comprendre la distribution de la ventilation après exercice laborieux et un panneau spécial de restriction bronchique répétée dans l’asthme. L’environnement IRM exige une attention à la sécurité car un fort champ magnétique est toujours en place et les objets ferrrommagnétiques peuvent devenir des projectiles entraînant des blessures.