Method Article

מדידה כמותית של מבנה ותפקוד הריאה המתקבלת מספקטרוסקופיית קסנון היפרפולרית

DOI:

10.3791/66038

⸱

November 10th, 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Radiology, University of Pennsylvania

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כתב היד מציג פרוטוקול מפורט לשימוש בשחזור רוויה כימית מסוג קסנון 129 היפרפולרי (CSSR) כדי לעקוב אחר חילופי גזים ריאתיים, להעריך את עובי דופן המחיצה הנאדית הנראית לעין ולמדוד את יחס פני השטח לנפח. לשיטה פוטנציאל לאבחן ולנטר מחלות ריאה.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

דימות תהודה מגנטית Hyperpolarized Xenon-129 (HXe) (MRI) מספק כלים לקבלת מפות דו-ממדיות או תלת-ממדיות של דפוסי אוורור ריאות, דיפוזיית גזים, ספיגת קסנון על ידי פרנכימה של ריאות ומדדים אחרים של תפקודי ריאות. עם זאת, על ידי מסחר מרחבי עבור רזולוציה זמנית, הוא גם מאפשר מעקב אחר חילופי גז קסנון ריאתי על ציר זמן ms. מאמר זה מתאר טכניקה אחת כזו, ספקטרוסקופיית MR לשחזור רוויה של שינוי כימי (CSSR). הוא ממחיש כיצד ניתן להשתמש בו כדי להעריך את נפח הדם הנימי, עובי דופן המחיצה, ואת יחס פני השטח לנפח בנאדיות. זווית ההיפוך של פולסי גלי הרדיו המופעלים (RF) כוילה בקפידה. פרוטוקולים של עצירת נשימה במנה אחת ונשימה חופשית מרובת מנות הופעלו למתן הגז לנבדק. ברגע שגז הקסנון הנשאף הגיע לנאדיות, הופעלה סדרה של פולסי RF של 90° כדי להבטיח רוויה מרבית של המגנטיזציה המצטברת של קסנון בפרנכימת הריאה. לאחר זמן עיכוב משתנה, נרכשו ספקטרום כדי לכמת את הצמיחה המחודשת של אות הקסנון עקב חילופי גזים בין נפח גז הנאדיות לבין תאי הרקמה של הריאה. ספקטרום זה נותח לאחר מכן על ידי התאמת פונקציות פסאודו-וויגט מורכבות לשלוש הפסגות הדומיננטיות. לבסוף, אמפליטודות השיא תלויות זמן ההשהיה הותאמו למודל חילופי גזים אנליטי חד-ממדי כדי לחלץ פרמטרים פיזיולוגיים.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

דימות תהודה מגנטית היפרפולרי קסנון 129 (HXe)1 היא טכניקה המציעה תובנות ייחודיות על מבנה הריאות, תפקודן ותהליכי חילופי גזים. על ידי הגברה דרמטית של המגנטיזציה של גז קסנון באמצעות שאיבה אופטית של חילופי ספין, HXe MRI משיג שיפור בסדר גודל ביחס אות לרעש בהשוואה ל- Xenon MRI 2,3,4,5,6 מקוטב תרמית. היפרפולריזציה זו מאפשרת הדמיה ישירה וכימות של ספיגת גז קסנון לרקמת הריאה ולדם, שאחרת לא היו ניתנים לגילוי עם MRI7 מקוטב תרמית קונבנציונאלי.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הערה: בעוד שטכניקת ספקטרוסקופיית MR Xenon-129 CSSR היפרפולרית המתוארת כאן משמשת בדרך כלל לדימות בבעלי חיים ובבני אדם, הפרוטוקול שלהלן מתייחס למחקרים בבני אדם בלבד. כל פרוטוקולי ההדמיה עמדו במגבלות קצב הספיגה הספציפי של ה- FDA (4 W / kg) ואושרו על ידי מועצת הביקורת המוסדית באוניברסיטת פנסילבניה. התקבלה הסכמה מדעת מכל נבדק.

1. תכנון רצף פולסים

  1. החליטו אם לבצע עצירת נשימה או מדידת נשימה חופשית.
    הערה: רכישת עצירת נשימה היא פשוטה יותר מבחינה טכנית מכיוון שהיא דורשת רק שאיפה של מנה אחת (500 - 1000 מ"ל) של גז HXe ואחריה עצירת נשימה של 10 שניות שבמהלכה נאספים נתוני MRI. עם זאת, נבדקים שאינם משתפים פעולה (למשל, ילדים צעי....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

איור 2 מדגים ספקטרום קסנון טיפוסי שנצפה בריאה האנושית במהלך עצירת נשימה, לאחר שאיפה של 500 מ"ל של מנת קסנון. הספקטרום מציג שני אזורים נפרדים, תהודת GP סביב 0 ppm, ואזור DP, המורכב משיא הממברנה בסביבות 197 ppm ושיא תאי הדם האדומים בסביבות 217 ppm. אמפליטודות השיא היחסיות תלויות במספר גורמים, כולל הצורה, משך הזמן והתדירות המרכזית של פולס עירור RF, כמו גם זמן ההשהיה בין רוויה לעירור. בדרך כלל, ככל שהעיכוב ארוך יותר, כך פסגות ה-DP גדולות יותר ביחס לשיא GP. הסיבה לכך היא שהשהיה ארוכה יותר מאפשרת .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ספקטרוסקופיית MR HXe CSSR היא טכניקה רבת עוצמה להערכת מספר מדדי תפקוד ריאתי שיהיה קשה או בלתי אפשרי לכמת in vivo באמצעות כל שיטת אבחון קיימת אחרת24. עם זאת, הרכישה וניתוח הנתונים הבאים מבוססים על הנחות מסוימות לגבי תנאים פיזיולוגיים ופרמטרים טכניים שלעולם אינם ניתנים להשגה מלאה בנבדקים חיים. מגבלות אלה והשפעתן על פרשנות המדדים שחולצו יידונו להלן.

טכניקת CSSR מיושמת בדרך כלל כמדידה גלובלית ללא קידוד מרחבי, כמתואר בפרוטוקול לעיל. לפיכך, כל אות קסנון -129 בנפח הרג.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו נתמכה על ידי מענקי NIH R01HL159898 ו-R01HL142258.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
פנאומוטש דו כיווני צימרים B רפואי AccutachTM
סליל אפוד חזהקליני MR פתרונות
מסכת פניםHans Rudolph7450
MatlabMathworksRelease 2018aארגז כלים אופטימיזציה נדרש
מערכת ניטור פיזיולוגית BIOPAC Systems Inc
תיק טדלרג'נסן מוצרים250 מ"ל ו-500 מ"ל; שקית PVF מיוחדת
קסנון מקטבXemed LLCX-box E10 
סורק MRI לכל הגוףסימנס1.5 T Avanto
בגודל מבוגר אינרטיים

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Albert, M. S., et al. Biological magnetic resonance imaging using laser-polarized 129Xe. Nature. 370 (6486), 199-201 (1994).
  2. Happer, W. Optical Pumping. Rev Mod Phys. 44 (2), 169-250 (1972).
  3. Appelt, S., et al.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Hyperpolarized Xenon MRILung Function MetricsChemical Shift SaturationGas Exchange MeasurementPulmonary Function AssessmentAlveolar Wall ThicknessCapillary Blood VolumeBreath Hold ProtocolFree Breathing StudyXenon Gas Inhalation

Related Articles