Name: IRM pulmonaire fonctionnelle résolue en phase pour l’évaluation de la ventilation et de la perfusion pulmonaires (V/Q) (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-08-09T12:50:00.000+00:00
Duration: 5 min 56 s
Description: Découvrez l'IRM pulmonaire fonctionnelle résolue en phase pour évaluer la ventilation et la perfusion sans agent de contraste ni radiation. Cette méthode permet de détecter précocement les maladies pulmonaires et de quantifier les réponses au traitement chez les patients.

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

<meta charset="utf8"></head><body>Imagerie pulmonaire avancée pour la détection et la surveillance des maladies

Le système respiratoire, avec ses mécanismes complexes, est vulnérable à diverses maladies. De manière proéminente, les affections respiratoires chroniques telles que la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO), la fibrose kystique (FK) et l’hypertension pulmonaire thromboembolique chronique (HPTEC) réduisent considérablement l’espérance de vie1. Par conséquent, le diagnostic précoce, le suivi et l’évaluation de la réponse thérapeutique sont devenus primordiaux.
Les tests de la fonction respiratoire (PFT) peuvent dériver des paramètres globaux de la fonction pulmonaire tels que l’indice de Tiffeneau-Pinelli, défini comme le rapport entre le volume expiratoire maximal en une seconde (VEMS1) et la capacité vitale forcée (CVF)2. Ces paramètres sont bien établis dans la routine clinique, mais manquent d’informations régionales et nécessitent un niveau élevé d’observance du patient. À cet égard, l’imagerie peut offrir des informations supplémentaires et des possibilités pour des paramètres plus sensibles. La tomodensitométrie (TDM) offre une imagerie à haute résolution de la morphologie parenchymateuse, et des techniques récentes telles que la cartographie de la réponse paramétrique récupèrent également des informations fonctionnelles3. Néanmoins, la tomographie par émission de photons uniques (SPECT) reste la référence actuelle pour représenter la ventilation et la perfusion (V/Q) dans le poumon4. Communes à tous, les modalités d’imagerie mentionnées nécessitent une exposition aux rayonnements ionisants, ce qui nécessite une attention particulière dans les cas de surveillance et de groupes vulnérables. Par conséquent, un effort continu est en cours pour promouvoir l’IRM en tant que modalité alternative.
De manière inhérente, le poumon est un organe difficile pour l’IRM en raison de sa faible densité de protons et de sa décroissance rapide du signal5. Parmi la multitude d’approches, les solutions les plus répandues comprennent l’utilisation de gaz hyperpolarisés (par exemple, l’IRM 129Xe) pour la ventilation6 et l’application intraveineuse d’un agent de contraste à base de gadolinium pour la représentation de la perfusion7. Ces méthodes offrent un rapport signal/bruit (SNR) élevé et sont largement considérées comme des méthodes de référence dans la communauté MR. Une approche plus récente évite l’application de tout agent de contraste et est réalisable avec la RM conventionnelle des protons en respiration libre avec un temps d’acquisition total de ~1 min/tranche. Ainsi, les effets indésirables potentiels et les effets à long terme récemment débattus des agents de contraste sont évités et une diffusion plus facile sans qu’il soit nécessaire de recourir à une hyperpolarisation supplémentaire et à du matériel multinucléaire est permise. De plus, le problème de trouver un état de gonflage adéquat, qui peut affecter les valeurs de défaut de ventilation dérivées8 , est évité par l’acquisition en respiration libre.
Cette approche basée sur le signal IRM indirect a été introduite pour la première fois par Zapke et al. qui ont utilisé la relation réciproque du signal pondéré en protons S et du volume pulmonaire V : S~1/V.9 Elle est basée sur le processus de transformation des images acquises en respiration libre en un état d’inflation commun (généralement dans une position intermédiaire entre l’expiration finale et l’inspiration finale), compensant ainsi le mouvement et permettant d’analyser la série temporelle du signal dans chaque voxel. Par la suite, une mesure de la ventilation peut être dérivée de ces images dites enregistrées à l’aide de l’équation (1) de Klimeš et al.10 :
<img alt="Équation de la ventilation respiratoire : RVent= (VInsp-VExp)/VReg = (SReg/SInsp) - (SReg/SExp)." src="/files/ftp_upload/66380/66380eq01.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Equation 1">(1)
Avec les volumes/signaux en inspiration (Insp), en expiration (Exp) et en état enregistré (Reg). Par la suite, la méthode a été élargie par l’introduction de la décomposition de Fourier pour différencier les modulations du signal associées à la fréquence respiratoire (ventilation) et à la fréquence du pouls (perfusion) et donc, dériver une carte V/Q parfaitement appariée spatialement à partir d’une acquisition11. Ceci est rendu possible par l’écart typique entre les fréquences respiratoires et cardiaques, de sorte que les deux composantes qui sont superposées dans le domaine temporel sont efficacement discriminées dans le domaine fréquentiel par l’analyse de Fourier. Après le passage d’un champ faible (0,35T) à 1,5T avec une séquence de précession libre en régime stationnaire équilibrée optimisée (bSSFP)12, cette méthode a commencé à attirer davantage l’attention avec plusieurs études de suivi 13,14,15.
Étant donné que la respiration et le pouls sont sujets à la variabilité et que l’imagerie bSSFP (gradient compensé) disponible dans le commerce à 1,5T peut entraîner des artefacts de bande substantiels (lignes claires de signal vide), une méthode similaire a été proposée avec une séquence d’écho de gradient gâchée (SPGRE) en combinaison avec un filtrage passe-bas et passe-haut large16,17. Cela permet de capturer le spectre plus complexe des modulations réelles liées à la respiration et au pouls. Le calcul suivant de l’amplitude dans le domaine temporel évite d’avoir à sélectionner un pic de fréquence spécifique. Une optimisation supplémentaire a été obtenue en divisant l’enregistrement typique en une étape vers un état de référence en deux étapes distinctes. Ainsi, le fait que pendant la respiration libre, une gamme de phases de respiration différentes est acquise entre l’inspiration finale et l’expiration finale, avec divers degrés de déformation requis vers un état fixe, est utilisé. Après avoir choisi plusieurs groupes et identifié le groupe d’images individuelles, la procédure suivante est effectuée : 1) Enregistrement à l’intérieur du groupe d’état respiratoire respectif, 2) Enregistrement intergroupe étape par étape d’un groupe adjacent à l’autre (par exemple, 1-&gt;2, 2-&gt;3,...) au groupe représentant le groupe de référence. Cette approche a été élargie par l’estimation de phase pour chaque image afin d’établir une résolution temporelle apparente plus élevée pour faciliter l’analyse de la dynamique de la ventilation et de la perfusion, ce qui a conduit à la terminologie IRM du poumon fonctionnel résolu en phase (PREFUL) pour différencier cette branche des autres techniques connexes18. Les études de suivi ont utilisé les informations supplémentaires fournies par la respiration complète et les cycles cardiaques et ont montré une sensibilité potentiellement accrue de ces paramètres 19,20,21.
La validation avec la SPECT de référence a révélé un coefficient de dés de ≥67 % pour les régions de défauts22, et une mesure plus directe de la ventilation avec 129Xe a montré une corrélation des pourcentages de défauts de ventilation ≥62 % dans une cohorte mixte BPCO/FK/sain23 et 84 % dans une cohorte multicentrique et multi-fournisseurs de FK24, qui a également démontré une corrélation similaire avec l’indice de clairance pulmonaire de PREFUL et 129Xe (r = 0,82 et r = 0,91). L’analyse de perfusion de la même étude a montré qu’il n’y avait pas de différences significatives dans le chevauchement spatial avec l’ECD entre les centres évalués25. La concordance avec l’EDC et l’accord des résultats de PREFUL entre les centres ont également été signalés pour une sous-étude prospective incluant neuf centres26. Une analyse de reproductibilité chez les patients atteints de BPCO a abouti à un coefficient de variation inférieur à 15 % pour tous les paramètres27. Les études actuelles suggèrent que le paramètre FVL a un pouvoir prédictif et une sensibilité plus élevés pour détecter les changements de traitement par rapport au paramètre de ventilation « statique », qui ne prend en compte que les phases de fin d’inspiration et de fin d’expiration. La réactivité au traitement par des mesures de boucle débit-volume régionale (FVL) a été démontrée après un traitement par inhalation avec de l’indacatérol-glycopyrronium (IND/GLY) dans la BPCO28. En concordance, le paramètre FVL prédisait la perte de greffe chez les patients transplantés de deux poumons, alors que la spirométrie ne le pouvait pas (P = 0,02 vs P = 0,33)29. Les premières études de faisabilité montrent que l’imagerie pulmonaire fonctionnelle avec PREFUL peut être réalisée chez les nourrissons et les nouveau-nés en respiration libre avec du matériel d’IRM clinique standard30,31. Glandorf et al. ont comparé les paramètres PREFUL à 1,5T et 3T (séquence SPGRE) et n’ont trouvé aucune différence significative pour la plupart des paramètres, qui étaient hautement reproductibles malgré la différence d’intensité de champ32. Cela peut être un avantage important, car tous les sites n’ont pas accès à des scanners de champ 1,5T ou inférieur. Récemment, la faisabilité et la détection de symptômes persistants après une infection par la COVID-19 à 0,55T ont été démontrées en évaluant les données bSSFP avec PREFUL33.
En résumé, bien qu’il s’agisse d’une technique relativement nouvelle, PREFUL a été largement étudiée. Des critères importants tels que la validation avec des mesures plus directes et établies, la reproductibilité, la sensibilité pour la pathologie et la réactivité au traitement et aux changements de progression ont été évalués. Néanmoins, seuls quelques centres spécialisés utilisent cette technique malgré les faibles exigences technologiques. Par conséquent, l’objectif de ce travail est de résumer la dernière méthodologie de PREFUL MR sous forme écrite et visuelle. Cette information peut être utilisée pour établir cette technique dans plus de centres et ainsi, à long terme, conduire à une technique plus mature.

<table><tbody><tr><td>Outils de normalisation avancés (ANTs)</td><td>-Boîte</td><td></td> <td>à outils de recalage d’images (https://stnava.github.io/ANTs/ ; https://github.com/fordanic/image-registration)</td></tr><tr><td>Forsberg-Boîte</td><td></td><td></td> <td>à outils de recalage d’images</td></tr><tr><td>MRI</td><td>Siemens Healthineers AG, Munich, Allemagne</td><td></td><td>0.55T / 1.5T / 3T Scanner</td></tr><tr><td>PREFUL App</td><td>BioVisioneers GmbH, Laatzen, Allemagne</td><td></td><td>Analyse PREFUL, Chiffres et rapports</td></tr></tbody></table>

irm pulmonaire fonctionnelle résolue en phase pour l’évaluation de la ventilation et de la perfusion pulmonaires (v/q)

Phase-Resolved Functional Lung MRI for Pulmonary Ventilation and Perfusion (V/Q) Assessment

La partie inférieure de la figure 2 illustre les conséquences d’une mise à l’échelle correcte et inadéquate, avec un effet correspondant sur la plage dynamique. La figure 6 montre la distribution inhomogène du signal, qui est représentative des balayages sans et avec normalisation de la bobine. Il est recommandé d’éviter une plage dynamique faible et des images sans normalisation de la bobine.
<img alt="Comparaison d’images IRM du processus de correction de la bobine en imagerie thoracique ; avant et après l’amélioration." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66380/66380fig06.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 6"> Figure 6 : Exemples d’images après acquisition sans correction de bobine (incorrecte) et avec correction de bobine (correcte). Notez l’amélioration artificielle du signal aux limites du corps près des éléments de la bobine. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66380/66380fig06large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
La figure 7 illustre la réussite et l’échec de la segmentation automatique. Notez que la segmentation échouée n’inclut pas tous les voxels pulmonaires, ce qui faussera l’analyse et les statistiques ultérieures. Une attention particulière est requise pour les cas d’infiltrats, car ces voxels peuvent être classés à tort comme des récipients en raison de leur signal élevé par les modèles d’IA ou ne pas être segmentés du tout.
<img alt="Segmentation pulmonaire, analyse IRM, diagramme de comparaison, étapes de segmentation, tranches d’images, sujets A et B." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66380/66380fig07.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 7"> Figure 7 : Un exemple de segmentation automatisée aboutissant à un échec (Sujet A : homme de 83 ans atteint de BPCO) et à un résultat positif (Sujet B : femme de 30 ans témoin sain). La première rangée montre les images, qui ont été utilisées comme entrée pour les modèles d’IA. La deuxième rangée montre les résultats de la première étape de segmentation consistant à trouver la limite pulmonaire. La troisième rangée montre le résultat final après l’exclusion des navires. Comme le montrent les flèches bleues, l’algorithme a été mis à l’épreuve par les variances pulmonaires à signal élevé provoquant une mauvaise détection des limites pulmonaires. Notez que les images ont été normalisées par le signal maximal, ce qui a conduit à des résultats différents en raison de l’absence de normalisation de la bobine du balayage effectuée sur le sujet A. Les régions rouges montrent les ROI, qui ont été automatiquement détectés pour le tri en phase de perfusion. Abréviations : MPOC = maladie pulmonaire obstructive chronique ; ROI = régions d’intérêt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66380/66380fig07large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
Les figures 8 et 9 montrent des cartes de paramètres représentatives pour un témoin sain (30 ans, femme) et un patient BPCO (60 ans, homme). Notez que le contrôle sain présente une ventilation et une perfusion plus homogènes et donc, moins de voxels défectueux. Les rapports correspondants des statistiques sur le retour sur investissement se trouvent dans les tableaux 4 et 5.
<img alt="Schéma d’analyse de la fonction pulmonaire de perfusion, ventilation avec quantification du débit régional et du volume." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66380/66380fig08.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 8"> Figure 8 : Cartes des paramètres PREFUL d’une femelle de 30 ans témoin en bonne santé. La perfusion (1èrerangée), la ventilation régionale (2èmerangée), la métrique de corrélation de boucle débit-volume (3èmerangée) et les cartes V/Q seuillées (4èmerangée). Notez la distribution homogène des valeurs parenchymateuses et les faibles pourcentages de défauts. Abréviations : PREFUL = poumon fonctionnel résolu en phase ; V = ventilation ; Q = perfusion. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66380/66380fig08large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Diagramme d’analyse de la fonction pulmonaire ; perfusion, ventilation, ventilation dynamique, images combinées V/Q." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66380/66380fig09.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 9"> Figure 9 : Cartes des paramètres PREFUL d’un patient de 60 ans atteint de BPCO. La perfusion (1èrerangée), la ventilation régionale (2èmerangée), la métrique de corrélation de boucle débit-volume (3èmerangée) et les cartes V/Q seuillées (4èmerangée). Notez la distribution hétérogène des valeurs parenchymateuses et les pourcentages élevés de défauts. Abréviations : MPOC = maladie pulmonaire obstructive chronique ; PREFUL = poumon fonctionnel résolu en phase ; V = ventilation ; Q = perfusion. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66380/66380fig09large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
Tableau 4 : Rapport exemplaire des paramètres PREFUL obtenus pour un contrôle sain (femelle de 30 ans). Notez les faibles valeurs de coefficient de variation et de défaut, qui sont conformes aux cartes de paramètres présentées à la figure 8 pour le même sujet. Voir aussi le tableau 5 et la figure 9. Abréviation : PREFUL = poumon fonctionnel résolu en phase. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66380/66380_Table_4_rev.xlsx" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.</a>
Tableau 5 : Rapport exemplaire des paramètres PREFUL obtenus pour un patient BPCO (homme de 60 ans). Notez les valeurs élevées de coefficient de variation et de défaut, qui sont conformes aux cartes de paramètres présentées à la figure 9 pour le même sujet. Voir aussi le tableau 4 et la figure 8. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66380/66380_Table_5_rev.xlsx" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.</a>
Matériel supplémentaire : Explication animée de l’algorithme PREFUL. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66380/JOVE_All_Screen_Recordings.mp4" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.</a>

IRM pulmonaire fonctionnelle résolue en phase pour l’évaluation de la ventilation et de la perfusion pulmonaires (V/Q)

Fourier decomposition is a contrast agent-free 1H MRI method for lung perfusion (Q) and ventilation (V) assessment. After image registration, the time ...

phase-resolved-functional-lung-mri-for-pulmonary-ventilation

Research

Recherche

JoVE Journal

Medicine

Médecine

Une méthode IRM pour étudier la distribution du débit sanguin pulmonaire sous une variété de conditions physiologiques, dans ce cas à l'exposition trois différentes concentrations d'oxygène inspiré: l'hypoxie, normoxie, hyperoxie et, est décrite. Cette technique utilise des techniques pulmonaires humaines recherche en physiologie dans un environnement de numérisation MR.

Quantification magnétique Imagerie par Résonance de la perfusion pulmonaire en utilisant Calibré marquage de spins artériels

Poumon fonctionnel tridimensionnel (3D) à résolution de phase (PREFUL) est une technique d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRM) qui permet de quantifier la ventilation régionale de l’ensemble du volume pulmonaire humain, en utilisant la respiration de marée et l’acquisition sans agent de contraste pendant 8 min. Ici, nous présentons un protocole IRM pour collecter et analyser les données d’imagerie 3D PREFUL.

Imagerie par résonance magnétique pulmonaire fonctionnelle résolue en phase tridimensionnelle

La thermoplastie bronchique est une procédure non-médicament pour l'asthme persistant sévère qui transmet l'énergie thermique à la paroi des voies respiratoires de façon contrôlée avec précision pour réduire les muscles des voies aériennes excessives lisse. Réduire les muscles lisses des voies aériennes diminue la capacité des voies aériennes de se contracter, ce qui réduit la fréquence des crises d'asthme.

Thermoplastie bronchique: une nouvelle approche thérapeutique pour l&#39;asthme sévère

Le poumon est perfusé à la fois par l'artère systémique bronchique et les artères pulmonaires. Dans la plupart des pathologies pulmonaires, il est le plus petit système vasculaire systémique qui montre une néovascularisation robuste. Interruption du flux sanguin pulmonaire favorise l'angiogenèse bronchique rapide. Nous fournissons des détails chirurgicales pour induire une ischémie artérielle pulmonaire gauche qui favorise la néovascularisation bronchique.

L&#39;angiogenèse dans le poumon de rat ischémique

Nous décrivons une méthode de détection du développement de nodules tumoraux dans les poumons d’un modèle murin d’adénocarcinome à l’aide de la micro-tomodensitométrie et son utilisation pour surveiller les changements de taille des nodules au fil du temps et en réponse au traitement. L’exactitude de l’évaluation a été confirmée par la quantification histologique du point final.

Utilisation de la tomographie par Micro-calculé pour l&#39;évaluation des tumeurs du développement et de suivi de la réponse au traitement dans un modèle murin de cancer du poumon

Pour évaluer les réponses de diffusion et de la vascularisation pulmonaire à l'exercice, nous décrivons la technique de la capacité de diffusion de l'oxygène multiples d'inspiration pour déterminer le volume de sang capillaire et membrane capacité de diffusion, ainsi que agité échocardiographie de contraste de sérum physiologique pour évaluer le recrutement des anastomoses artério-veineuses intrapulmonaire.

Évaluation du volume pulmonaire de sang capillaire, Membrane Diffusing Capacité et intrapulmonaire artério Anastomoses Pendant l&#39;exercice

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.

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

Présenté ici est un protocole pour préserver la contractilité vasculaire du tissu pulmonaire murin PCLS, résultant en une image tridimensionnelle sophistiquée du système vasculaire pulmonaire et des voies respiratoires, qui peut être préservée jusqu’à 10 jours et qui est sensible à de nombreuses procédures.

Les tranches pulmonaires coupées avec précision comme outil efficace pour les études ex vivo sur la structure et la contractilité des vaisseaux pulmonaires

Cet article décrit un modèle porcin de ventilation à pression négative de perfusion pulmonaire ex situ , y compris l’approvisionnement, la fixation et la gestion sur la plate-forme sur mesure. L’accent est mis sur les techniques anesthésiques et chirurgicales, ainsi que sur le dépannage.

Perfusion pulmonaire ex situ de la ventilation à pression négative normamère : évaluation de la fonction pulmonaire et du métabolisme

Il n’existe pas d’approche non invasive fiable pour l’évaluation fonctionnelle du cœur du donneur au cours de la perfusion cardiaque normothermique ex situ (NESP). Nous décrivons ici un protocole d’évaluation ex situ de la performance myocardique à l’aide de la méthode de l’échocardiographie épicardique et du cathéter de conductance.

Évaluation fonctionnelle du cœur du donneur pendant la perfusion ex situ : aperçu des boucles pression-volume et de l’échocardiographie de surface

Découvrez l'IRM pulmonaire fonctionnelle résolue en phase pour évaluer la ventilation et la perfusion sans agent de contraste ni radiation. Cette méthode permet de détecter précocement les maladies pulmonaires et de quantifier les réponses au traitement chez les patients.

IRM pulmonaire fonctionnelle résolue en phase pour l’évaluation de la ventilation et de la perfusion pulmonaires (V/Q)

Explorer plus de vidéos