MRI ריאות היפרפולריזציה 129Xe וספקטרוסקופיה בעכברים מאווררים מכנית

Mariah  L. Costa; Joseph W. Plummer; Abdullah S. Bdaiwi; Brice J. Albert; Elizabeth M. Fugate; Peter J. Niedbalski; Diana M. Lindquist; Zackary I. Cleveland

doi:10.3791/66924

מאמר שיטה

MRI ריאות היפרפולריזציה ¹²⁹Xe וספקטרוסקופיה בעכברים מאווררים מכנית

DOI:

10.3791/66924

⸱

11 באוקטובר 2024

Mariah L. Costa¹^,²^,³ , Joseph W. Plummer¹^,² , Abdullah S. Bdaiwi¹ , Brice J. Albert⁴ , Elizabeth M. Fugate³ , Peter J. Niedbalski⁵^,⁶^,⁷ , Diana M. Lindquist³^,⁸ , Zackary I. Cleveland¹^,²^,³^,⁸^,⁹

¹Center for Pulmonary Imaging Research, Division of Pulmonary Medicine, Cincinnati Children's Hospital Medical Center, ²Department of Biomedical Engineering, University of Cincinnati, ³Imaging Research Center, Department of Radiology, Cincinnati Children's Hospital Medical Center, ⁴Analytical Technology Group, Aurorium, ⁵Division of Pulmonary, Critical Care, and Sleep Medicine, Department of Internal Medicine, University of Kansas Medical Center, ⁶Department of Bioengineering, University of Kansas, ⁷Hoglund Biomedical Imaging Center, University of Kansas Medical Center, ⁸Department of Pediatrics, University of Cincinnati, ⁹Division of Pulmonary Medicine, Cincinnati Children's Hospital Medical Center

במאמר זה

סיכום

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

MRI קסנון היפר-פולרי יכול לכמת מיקרו-מבנה ריאה אזורי (ממדי אוויר-חלל) ופיזיולוגיה (אוורור וחילופי גזים) במחקר תרגומי וטיפול קליני. למרות שהוא מאתגר, הוא יכול לספק תובנות ריאתיות דומות במחקרים פרה-קליניים. פרוטוקול זה מתאר את התשתית והנהלים הדרושים לביצוע MRI ריאות קסנון שגרתי בעכברים.

תקציר

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

קסנון-129 (¹²⁹Xe) היפרפולריזציה (HP) הוא חומר ניגוד הדמיית תהודה מגנטית בשאיפה (MRI) בעל תכונות ספקטרליות ופיזיקליות ייחודיות שניתן לנצל כדי לכמת פיזיולוגיה ריאתית, כולל אוורור, דיפוזיה מוגבלת (גודל מרחב אווירי) וחילופי גזים. בבני אדם, הוא שימש להערכת חומרת המחלה והתקדמותה במגוון הפרעות ריאה ומאושר לשימוש קליני בארצות הברית ובבריטניה. מעבר ליישומים הקליניים שלו, היכולת של ¹²⁹Xe MRI להעריך באופן לא פולשני פתופיזיולוגיה ריאתית ולספק מידע שנפתר מרחבית היא בעלת ערך למחקר פרה-קליני. מבין מודלים של בעלי חיים, עכברים הם הנפוצים ביותר בשל הנגישות של מודלים של מחלות מהונדסות גנטית. כאן, ¹²⁹Xe MRI מבטיח כטכניקה זעיר פולשנית, נטולת קרינה ורגישה לניטור אורך של התקדמות מחלת ריאות ותגובה לטיפול (למשל, בגילוי תרופות). טכניקה זו יכולה להרחיב ליישומים פרה-קליניים על ידי שילוב מכשיר נשימה חופשית המופעל על ידי MRI או מכונת הנשמה מכנית להעברת גז. כאן, אנו מתארים את השלבים ומספקים רשימות בדיקה כדי להבטיח איסוף וניתוח נתונים חזקים, כולל יצירת פנטום גז קסנון מקוטב תרמית לבקרת איכות, אופטימיזציה של קיטוב, טיפול בבעלי חיים (טשטוש, אינטובציה, אוורור וטיפול בעכברים), ופרוטוקולים לאוורור, דיפוזיה מוגבלת ונתוני חילופי גזים. בעוד שניתן ליישם MRI פרה-קליני ¹²⁹Xe במודלים שונים של בעלי חיים (למשל, חולדות, חזירים, כבשים), פרוטוקול זה מתמקד בעכברים בשל האתגרים שמציבה האנטומיה הקטנה שלהם, המאוזנים על ידי סבירותם וזמינותם של מודלים רבים של מחלות.

מבוא

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

בעוד שהפרעות ריאה נותרו הגורמים המובילים לתחלואה ותמותה עולמית^, בעשור האחרון נרשמו שיפורים דרמטיים בתוצאות המטופלים. שיפורים אלה מונעים בחלקם על ידי שני גורמים. ראשית, ניסויים קליניים שלב III מתעדפים כעת שינויים בתפקוד הריאות כנקודות קצה ולא תמותה, ומאיצים את ניסויי התרופות 2,3,4,5. שנית, התקדמות במודלים משופרים של בעלי חיים סיפקה תובנות לגבי מנגנוני מחלה וסייעה בפיתוח טיפול ^6,7. מודלים של עכברים מועדפים לעתים קרובות למחקר תרגומי מכיוון שהם מציעים הקבלות פיזיולוגיות לבני אדם, סבירות והתפתחות מהירה של מחלות. ההנדסה הגנטית הרחיבה את מגוון ואיכות המודלים הזמינים, כאשר משאב זני העכברים הבינלאומי מתהדר כעת ביותר מ-32,000 זני עכברים⁸, בהשוואה ל-4,218 זני חולדות בלבד (מאגר גנום העכברים⁹). מודלים אלה פתחו אפיקים חדשים לחקירת מניעים מכניסטיים ותגובות טיפוליות למגוון מחלות ריאה, כולל מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD)¹⁰, סיסטיק פיברוזיס (CF)¹¹, פיברוזיס ריאתי^12,13, יתר לחץ דם ריאתי^14,15 ואסטמה¹⁶.

למרבה הצער, מחקר ריאות הכולל עכברים מוגבל על ידי הטכניקות הזמינות לכימות נטל המחלה. מחקרים מסתמכים לעתים קרובות על נהלים סופיים אשר 1) מספקים מידע על כל הריאה (מבחנים ביוכימיים) או מידע מקומי (היסטולוגיה) ו-2) דורשים עיצובי חתך וגדלי מדגם גדולים. לפיכך, הם אינם לוכדים דינמיקה מרחבית או זמנית של מחלה. לעומת זאת, הדמיה תלת מימדית לא פולשנית יכולה להעריך מבנה, תהליכים מולקולריים ותפקוד בריאות לאורך זמן.

ניתן לדמיין את מבנה הריאות (למשל, הפרעות בדרכי הנשימה ופיברוזיס אינטרסטיציאלי) באמצעות MRI קצר במיוחד (UTE) וטומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (μCT) ברזולוציה גבוהה. ניתן להשיג מידע פונקציונלי ומכניסטי (למשל, אוורור, זלוף, מטבוליזם של גידול ותהליכים דלקתיים) באמצעות חומרי ניגוד אקסוגניים (למשל, CT משופר קסנון ו-UTE משופר חמצן) וגישות רפואה גרעינית מייננות (כלומר, טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים [PET], וטומוגרפיה ממוחשבת של פליטת פוטון יחיד [SPECT]). עם זאת, הדמיה פונקציונלית מאתגרת בשל הניגודיות הצנועה לרעש (במיוחד עבור UTE משופר חמצן בעוצמות השדה המגנטי הגבוהות המשמשות ל-MRI פרה-קליני, כאשר T₁ מתארך) הזמין ללא שימוש בשיטות מייננות עם רמות קרינה גבוהות מהרגיל. בעוד שהדמיה בשיטות אלה נסבלת היטב במודלים של בעלי חיים המשתמשים במינונים קונבנציונליים, קרינה מצטברת עלולה לבלבל את התוצאות במחקרים על אימונולוגיה, דלקת וסרטן ריאות¹⁷. עם זאת, הדמיית תהודה מגנטית (MRI) קסנון-129 (¹²⁹Xe) היפרפולרית (HP) מספקת מידע מבני ותפקודי זעיר פולשני, לא מקרין ורגיש ביותר. בעוד שטכניקה זו שימשה במחקר פרה-קליני כדי לאפיין מצבים הכוללים אמפיזמה^18,19, פיברוזיס²⁰, סרטן ריאות²¹, COPD²² ופגיעה ריאתית הנגרמת על ידי קרינה²³ בנקודות זמן בודדות או מרובות, היא נותרה לא מנוצלת בסביבה הפרה-קלינית.

כדי לאפשר MRI ¹²⁹Xe שגרתי ופרה-קליני, נדרשים מספר תנאים מוקדמים, כולל תמיכה רגולטורית מוסדית, מכשיר היפרפולריזציה, סליל תדר רדיו (RF) מכוון ^{Xe 129}וסורק בעל יכולת גרעינית רב-גרעינית. למרות שיישומים מתקדמים 24,25,26,27,28,29,30,31,32,33 דורשים תכנות פולסים ספציפי לספק שנמצא מחוץ לתחום של פרוטוקול זה, ניתן להשיג יישומים בסיסיים עם שינויי תוכנה צנועים. לכן, אנו מתמקדים בבקרת איכות, טיפול במגנטיזציה, איסוף נתונים והליכי טיפול בבעלי חיים - כולל הנשמה מכנית - שהם ייחודיים ל-MRI פרה-קליני ¹²⁹Xe (איור 1).

עד כה, הדמיית Xe של בעלי חיים קטנים ^השתמשהבשלוש גישות להעברת גז בטוחות MR, כל אחת עם יתרונות וחסרונות: נשימה חופשית, מונעת בוכנה וירידת לחץ. נשימה חופשית מאפשרת שאיפה ספונטנית ללא סיכון לפציעה מאינטובציה או טרכאוסטומיה, אך צורכת הרבה יותר גז HP ויכולה להכניס חפצי תנועה ^34,35. מכשירים מונעי בוכנה מסחריים הם כיול עצמי וקלים לשימוש מחוץ לקופסה, אך עשויים להיות יקרים להחריד³⁶. הגישה המבוססת על ירידת לחץ המשמשת כאן מתוארת היטב בספרות, מודולרית, ניתנת להתאמה אישית ומופעלת על ידי קוד פתוח 37,38,39,40. יתר על כן, הוא חסכוני, בדרך כלל מסתכם בפחות מ-10,000 דולר וכמה שבועות של זמן בנייה ייעודי. מאוורר ירידת הלחץ מספק ¹²⁹Xe משקית מינון בתוך מיכל בלחץ תוך ניטור לחץ דרכי הנשימה של עכבר עם אינטובציה.

figure-introduction-1
איור 1: סקירה כללית של הפרוטוקול לאיסוף הדמיית תהודה מגנטית (MRI) שגרתית של קסנון-129 (¹²⁹Xe) בעכברים. (A) שלבים להגדרה ראשונית. (הערה: תכנות הסורק הוא ייחודי לכל ספק ואינו מתואר בפרוטוקול זה). (ב) שלבים לאיסוף אבטחת איכות יומית (QA) ונתונים על בעלי חיים. (ג) שלבים לסיום מוצלח של ניסוי וניתוח נתונים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

כאן, אנו אוספים ומנתחים את שלושת הסוגים הנפוצים של ^{נתוני 129}Xe MRI: אוורור, הדמיה משוקללת דיפוזיה (גודל מרחב אווירי מכתשית) וחילופי גזים. תמונות אוורור מתארות את התפלגות גז ¹²⁹Xe שנשאף. אזורים בריאות עם זרימת אוויר מופחתת נראים כהים בתמונות גז HP, והפתולוגיה מכומתת על ידי נפח האוורור הפגום. בבני אדם, אחוז פגם האוורור (VDP) הראה יכולת חזרה חזקה^41,42 ורגישות גבוהה לחסימת ריאות במחלות כמו COPD 43,44,45 ואסטמה ^46,47.

ניתן למדוד את הדיפוזיה המוגבלת של ¹²⁹אטומי Xe במרחב האווירי באמצעות מקדם הדיפוזיה לכאורה (ADC) ומשמש כתחליף לגודל חלל האוויר. ה-ADC מחושב על ידי רכישת תמונת בסיס (b₀) ללא שקלול דיפוזיה ותמונה אחת או יותר שנרכשו בנוכחות שקלול דיפוזיה המושרה על ידי שיפוע דו קוטבי (b_N). ADC מוגבה משקף עלייה בגודל המרחב האווירי עקב הזדקנות או שיפוץ אמפיזמטי^18,48. יתר על כן, שימוש בתמונות מרובות של ערך b (≥4) מאפשר לחשב מידע מורפומטרי מפורט יותר (למשל, יירוט ליניארי ממוצע)^49,50.

ניתן לאפיין את חילופי הגזים עקב 1) המסיסות של ¹²⁹Xe ברקמת הממברנה הנימים, הפלזמה וה-RBCs (כדוריות דם אדומות) ו-2) השינוי הכימי של >200 ppm במורד השדה של ¹²⁹Xe כאשר הוא מומס בתאים אלה. הן נתונים ספקטרוסקופיים והן נתוני הדמיה מספקים תובנה לגבי מחלות לב ריאה (למשל, יתר לחץ דם ריאתי ואי ספיקת לב שמאלית 51,52,53). בעוד שמינים רבים (בני אדם, כלבים וחולדות) מציגים פסגות ספקטרליות ייחודיות שמקורן בכל תא, לעכברים חסר אות RBC ייחודי עקב הבדלים באינטראקציות אתר קשירה של המוגלובין-קסנון. במקום זאת, כל הרכיבים המומסים משולבים לאות יחיד בעכברים⁵⁴. עם זאת, ניתן להבחין בתהודה מובהקת של RBC בעכברים טרנסגניים המבטאים המוגלובין אנושי, כמו אלה המשמשים במודלים של מחלת תאי חרמש⁵⁴. בסך הכל, ספקטרוסקופיה והדמיה מומסת ¹²⁹Xe מספקות תובנות ייחודיות לגבי פתופיזיולוגיה של לב ריאה בעכברים^55,56.

לפני שתנסה פרוטוקול זה, יש צורך להבין מידע רקע על סורק ה-MRI, אוורור מכני וטכניקות טיפול בעכבר הנדרשות למחקרי עכברים. לפני תחילת ניסויים בבעלי חיים, כל ההליכים חייבים להיות מאושרים על ידי הוועדה המוסדית המקומית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC)⁵⁷. מכיוון שהמומנט המגנטי הכולל הזמין בריאה של העכבר נמוך באופן מהותי (כלומר, נפח גאות ~ 250 מיקרוליטר), גודל הווקסל חייב להיות קטן פי 1000 מאשר בבני אדם כדי להשיג רזולוציה שווה ערך מבחינה אנטומית. קצב הנשימה של העכברים גם הוא מהיר במיוחד (>100 נשימות לדקה). ככזה, הליכי עצירת נשימה בודדת המשמשים בדרך כלל להדמיה אנושית אינם ניתנים לביצוע. במקום זאת, ניתן ליישם רק כמה עירורי RF בתוך כל נשימה, כך ^ש-129תמונות Xe חייבות להיות מקודדות על פני עשרות עד מאות נשימות. ייתכן שיידרש תכנות פולסים כדי לאפשר הפעלה חיצונית של רכישות ולולאה נכונה של פרוסות, קידודי פאזה ו/או תמונות משוקללות דיפוזיה תוך איזון יחס אות לרעש (SNR), רזולוציה ומשך הסריקה. כאן, המאוורר מוציא פולס לוגי טרנזיסטור-טרנזיסטור (TTL) פעם אחת בכל נשימה כדי להפעיל קליטת נתונים (איור 2).

figure-introduction-2
איור 2: אוורור מכני מייצג ותזמון קליטת נתונים. (א) אוורור מבוקר על ידי המשתמש יכול לעורר רכישת נתונים בהשראה סופית, במהלך עצירת הנשימה או בסוף התפוגה. (ב) עבור רצף אוורור רדיאלי תלת-ממדי זה, המשתמש מגדיר את המספר הכולל של הקרנות שנרכשו ואת מספר ההקרנות לנשימה. (C) לתמונה סלקטיבית של פרוסות ומשקללת דיפוזיה דו-ממדית, המשתמש מגדיר את סדר הפרוסות, תמונות עם ערך b וקידוד פאזה. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

כדי לאפשר אוורור אמין ואספקת ¹²⁹Xe, נדרשים הליכי טשטוש ואינטובציה חזקים. עבור כל מחקר, יש לקחת בחשבון את ההשפעות במורד הזרם של כל חומר הרדמה - כולל שינויים באוורור זעיר, קצב לב (HR) ולחץ דם 58,59,60,61,62,63,64,65,66^. בעוד שמגוון תרופות הרגעה שימשו ל-MRI גז פרה-קליני של HP, אנו משתמשים בתערובת של קטמין, קסילזין ואצפרומזין, בשל זמינותו, עלות-תועלת, אמינותו ומשך הזמן שלו^67,68. לאחר ההרדמה, יש להחדיר את בעלי החיים לאוורור מכני יעיל. אינטובציה של עכברים קשה בגלל הגודל הקטן של האנטומיה שלהם, ולכן חשוב להתאמן היטב בטכניקה זו. אנו מעודדים את החוקרים לעיין בפרוטוקולי וידאו שפורסמו^69,70. מכיוון שרוב צינוריות האינטובציה המסחריות מכילות נירוסטה, אנו מציגים טכניקה ליצירת צינוריות נטולות מתכת (כלומר, תואמות MRI וגז HP), בצורת טריז שניתן להתאים אישית כך שיתאימו לקוטר דרכי הנשימה כדי ליצור אטימה אטומה עם דופן קנה הנשימה של העכבר.

מכיוון ^ש-129תמונות Xe נאספות על פני נשימות רבות, הגדרות מכונת ההנשמה הן קריטיות. יש לשקול בזהירות אסטרטגיות אוורור מגן כדי למנוע פגיעה ריאתית 71,72,73,74. בפרט, השימוש בנפח גאות נמוך (TV), לחץ נשיפה חיובי מתון (PEEP) ותמרוני גיוס מכתשית (RMs) מפחיתים את הסיכון לפגיעה ריאתית הנגרמת על ידי מכונת הנשמה בחולים אנושיים ובמודלים של בעלי חיים 75,76,77,78,79,80,81. כאן, אנו ממליצים על טכניקה פשוטה התואמת לאוורור מכני של ¹²⁹Xe עם ירידת לחץ המגן ומספק מספיק ¹²⁹Xe תמונה SNR. באופן ספציפי, אנו מיישמים PEEP על ידי הוספת שסתום PEEP מסחרי לקו הנשיפה של מכונת ההנשמה. כדי לבצע RMs, יש לסגור את קו הנשיפה כך שהחיה תקבל שאיפות מרובות ללא נשיפה עד להגעה ללחץ ומשך המטרה.

לאורך כל הדרך, אנו מספקים הגדרות אוורור כלליות, אך מומלץ לסקור את הספרות כדי להתייחס ליעדי המחקר הספציפיים^82,83. בנוסף לניטור שיא לחץ השאיבה במהלך אוורור מכני, חשוב לנטר את טמפרטורת החיה, שניתן לעשות זאת בשיטות ניטור טמפרטורת עכבר סטנדרטיות. למרות שאינו נדרש להדמיה, ניטור דופק באמצעות אלקטרוקרדיוגרמה (ECG) יכול להיות יתרון; א.ק.ג יכול להצביע אם בעל חיים מתעורר מהרגעה, ממנת יתר או ממצוקה, מה שמאפשר לחוקר להתערב.

הפרוטוקול שאנו מתארים נועד לאסוף ¹²⁹נתוני אוורור רדיאלי תלת-ממדי^{של Xe 61}, נתונים משוקללים של דיפוזיה GRE דו-ממדית⁷⁶ ונתוני חילופי גזים ספקטרוסקופיה דינמית של רכישת דופק. פרוטוקול זה נועד לגשר על הפער בין מחקר פרה-קליני במודלים של בעלי חיים קטנים לבין הפוטנציאל של ¹²⁹Xe MRI לקדם את ההבנה שלנו של הפרעות ריאה.

פרוטוקול

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

כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) של המרכז הרפואי לילדים בסינסינטי.

1. הכנת האתר הראשונית

צור ובדוק פנטום גז ¹²⁹Xe מקוטב תרמית (איור 3).
1. השג כלי זכוכית בורוסיליקט (~60 מ"ל), שסתום בוכנה עם טבעת O איטום קדמית וגזע זכוכית בורוסיליקט טחון, כולם מדורגים עד 150 psig. ודא שאין חלקים מגנטיים. חבר אביזר דחיסה לגבעול הזכוכית. הדק כדי לייצר אטימה אטומה לגז.
2. חבר את הכלי למשאבת ואקום ומאגר חמצן לפי איור 3A. כלי ואקום ללחץ מוחלט של פחות מ-100 mTorr.
3. מלאו את הכלי בחמצן בלחץ של 1.5 אטמוספירה כדי להפחית את ^ה-129Xe T₁ מ-> 30 דקות ל-~2 שניות (בעוצמת שדה מגנטי של 7 T; עבור סורק 9.4 T, השתמש בחמצן 1.6 אטמוספירה). כלי חותם.
  הערה: עבור עוצמות שדה גבוהות יותר, יידרש לחץ חלקי חמצן גבוה במקצת כדי להשיג T₁≤ 2 שניות⁸⁴.
4. מלאו מאגר אטום לגז ב-400 מ"ל קסנון מועשר איזוטופי (85% ¹²⁹Xe).
  הערה: ניתן להשתמש גם בקסנון בשפע טבעי (26% ¹²⁹Xe), אך יהיה צורך להגדיל את הפחתה של האותות כדי להפחית את ההפחתה של ~פי 3 ב-SNR.
5. חבר את הכלי למאגר של ¹²⁹Xe. צינורות ואקום ללחץ מוחלט של פחות מ-100 mTorr.
6. מלאו נוזל ספסל בפה פתוח N₂ Dewar עד ~90%. טבלו את תחתית הכלי (~5 ס"מ) בחנקן נוזלי כדי לעבות את O₂ וליצור ואקום (איור 3B). בעודו שקוע, פתח את השסתום כדי לאפשר ^ל-129Xe מהמאגר לזרום לתוך הכלי (איור 3C).
7. אטום את שסתום הבוכנה על ידי משיכה איטית של הגבעול עד שחור הזרימה בבוכנה נמשך מעבר לטבעת ה-O. מיד לאחר שהחור עבר את טבעת ה-O, הדק את היד כדי לאטום את הכלי. הסר את הכלי מחנקן נוזלי ואפשר לו להפשיר.
  הערה: לאחר ההפשרה, הכלי ילחץ ל~4.5 אטמוספירה (2 כספומטים O₂ + 2.5 כספומט ¹²⁹Xe).
8. הגן על כלי זכוכית (למשל, הכנס כלי במיכל צינור פוליוויניל כלוריד מרופד (PVC), איור 3D).
  הערה: אם הוא מתוחזק כראוי, הפנטום יכול לשמור על לחץ במשך עשור או יותר.
9. מדוד את ה-T₁ של הפנטום (למשל, באמצעות רצף התאוששות היפוך ספקטרוסקופי). אשר את T₁ < 2 שניות עבור סורקי 7 T. עקוב אחר אות ו-T₁ לאורך זמן לאבטחת איכות (QA).

figure-protocol-1
איור 3: יצירת פנטום גז ¹²⁹Xe מקוטב תרמית המונחה על ידי הפרוטוקול המפורט בשלב 1.1. ניתן לשנות את הלחצים החלקיים של O₂ ^ו-129Xe כדי להתאים אישית את ה-T₁ כך שיניב ¹²⁹Xe T₁ פעמים ועוצמת אות בעוצמת שדה נתונה⁸⁴. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

בצע אבטחת איכות עם פנטום הגז המקוטב תרמית (טבלה 1 ואיור 4).
1. הנח את סליל ¹²⁹Xe במרכז המגנט ומרכז את פנטום הגז ¹²⁹Xe בתוך הסליל. ברצף דופק ורכישה יחיד ("דופק יחיד"), הגדר את תדר העבודה כך שיתאים לתדר הגז המשוער ^{של 129}Xe בפנטום (~83.07 מגה-הרץ ב-7T).
2. מרכז את תדרי הקליטה והעירור לתדר ¹²⁹Xe Larmor, והשתמש בתדר זה עבור כל סריקות כיול הפנטום ובקרת האיכות ¹²⁹Xe. ראה טבלה 1 לפרמטרים ניסיוניים עבור כל סריקות ה-QA. ודא שהפנטום ממורכז עם לוקלייזר פנטום (איור 4A).
3. בצע ניסוי נוטציה כדי לכייל את זווית ההיפוך: בהנחה ש-SNR מספיק, השתמש בפולסים בודדים של RF עם מרווח זמן חזרה (TR) >-5 x T₁. עבור כל רכישה, הגדל בהדרגה את עוצמת ה-RF עד שהאות מתבטל ומתחיל להתהפך. התקן המשמש כאן הוא: מספר פולסים = 65; TR = 10 שניות; משך הדופק = 125 מיקרון; הספק RF = 1-13.8 וואט, גדל ב-0.2 וואט
4. פורייה מתמיר ופאזה את הספקטרום הראשון (כלומר, הספקטרום הנרכש עם הספק ה-RF הנמוך ביותר). החל את אותו שלב עבור כל הספקטרום. שרטטו את הספקטרום האמיתי כפונקציה של עוצמת פולס ה-RF (איור 4B).
5. ההספק שמייצר שיא אפס (כלומר, גובה שיא מינימלי) מתאים לזווית ההיפוך של 180°. השג זווית היפוך של 90° על ידי שימוש באותו כוח במחצית אורך הדופק הדרוש להפקת זווית היפוך של 180°. בהנחה שתוכנת הסורק מאפשרת, הגדר את עוצמת הייחוס ואורך הדופק של 90° עבור קנה המידה של זווית ההיפוך שלאחר מכן.
6. השתמש בפולס בודד כדי להחליק על ידי מזעור הרוחב המלא במחצית המקסימום של ^{ספקטרום 129}Xe (TR ~ 1 שניות). במידת הצורך, מרכז מחדש את התדר לאחר החלקה. הקלט את חצי הרוחב המרבי במלואו.
7. הפעל את ^{סריקת 129}Xe QA (טבלה 1 ואיור 4C). רשום נתוני QA: SNR, אות פנטום ממוצע וסטיית תקן של הרעש.

figure-protocol-2
איור 4: אבטחת איכות טרום-סריקה. (A) לוקלייזר פנטום קורונלי 2D GRE ברזולוציה נמוכה מבטיח שהפנטום מרוכז במגנט. (B) ניסוי נוטציה להגדרת פולס של 90 מעלות מראה שיא אפס בפולס של 180 מעלות. (C) לאחר לוקליזציה וכיול של זווית ההיפוך, רכוש תמונת 2D GRE QA ברזולוציה גבוהה יותר. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

שם מקוצר של פרוטוקול	תיאור רצף	ת"ר (אלפיות השנייה)	TE (ms)	ממוצעים / חזרות	זווית היפוך (°)	גודל מטריקס או N_נקודות	FOV (מ"מ²)	RF שחור-לבן (kHz)	עובי פרוסה / לוח (מ"מ)	משך הסריקה
דופק יחיד	רכישת דופק	1000		1 / 1	60	2048		10		1 שניות
לוקלייזר פנטום	GRE דו-ממדי	200	3.7	20 / 1	48	60 × 32	120 × 48	3	60	2 דק'
כיול זווית היפוך	רכישת דופק	7000		1 / 65	20	2048		5.12		7.5 דק'
¹²⁹Xe QA	GRE דו-ממדי	5000	3.3	8 / 1	90	32²	32²	3	40	21 דק'

טבלה 1: פרמטרים של רצף אבטחת איכות של כיול פנטום. TR = זמן חזרה, TE = זמן הד, N_נקודות = מספר נקודות, FOV = שדה ראייה, BW = רוחב פס. אנא לחץ כאן להורדת טבלה זו.

תכנן קיטוב (איור 5A, B).
1. בחר נפח וזמן צבירה של ¹²⁹Xe מקוטב: 400 מ"ל ב-15 דקות הוא אופטימלי עבור פרוטוקול זה (איור 5) אך ניתן לכוונן אותו בקלות עבור יישומים וציוד אחרים.
2. בהנחה שנפח מת ידוע בתוך ההיפרפולרייזר (למשל, V_{נפח מת} = 80 מ"ל), חשב את קצב הזרימה (F_Xe ב-SLM) עבור נפח V _{מחולק רצוי}, ¹²⁹Xe שבר גז f וזמן הצטברות t_acc:
  (1)
  הערה: בעוד שזמני ייצור ארוכים יותר יניבו בדרך כלל קיטוב גבוה יותר, ייתכן שהם לא יהיו מעשיים עבור הדמיה in vivo. השתמש במודל מתאים עבור ההיפרפולרייזר 85,86,87,88 כדי לקבוע קצב זרימה שיאזן את זמן הייצור והקיטוב. כאן נעשה שימוש במודל של J. W. Plummer et ^al.89 (איור 5A). זה חל על מקטבים בזרימה רציפה ואינו חל על היפרפולרייזרים בזרימה עצורה⁹⁰.
3. לקטב גז לפי פרמטרים אלה, למדוד את הקיטוב באמצעות מכשיר מסחרי או ביתי ולהשוות אותו לקיטוב החזוי עבור QA.
4. מדוד את אובדן הקיטוב במהלך ההובלה. אם הקיטוב יורד בכמות גדולה מספיק (למשל, >10%), בנה תיק נשיאה מגנטי כדי להגן על הקיטוב במהלך ההובלה. ראה קובץ משלים 1: ניהול קיטוב במהלך תחבורה ואיור משלים 1.

figure-protocol-4
איור 5: ניהול קיטוב. (A) קיטוב ונפח מיוצר הם פונקציה של זמן הצטברות וקצב זרימה. שקית גז של 400 מ"ל מספקת קיטוב ראשוני גבוה (~35%) במשך 20 דקות. בעוד ששימוש ב-1 ליטר גז עשוי להיראות אטרקטיבי, יהיה לו קיטוב ראשוני נמוך יותר (~20%). (B) לאחר ~15 דקות של אוורור, אצווה של 1 ליטר של HP ¹²⁹Xe תתרוקן ל-<10% קיטוב בעוד ש-600 מ"ל גז יישארו¹¹⁶. לפיכך, שימוש בשקיות מרובות של 400 מ"ל של ¹²⁹Xe שומר על קיטוב ממוצע גבוה יותר. ג) מיקומים שבהם השדה הראשי ושדה המיגון הפעיל מצטלבים (תיבה אדומה במיקום (N,N,N)) עלולים לגרום להרפיה מהירה של HP ¹²⁹Xe. אפיון שדה השוליים של המגנט מסייע בזיהוי אזורים בטוחים שבהם ניתן למקם מאגרים של HP ¹²⁹Xe ללא הרפיה מהירה (תיבה ירוקה במיקום (0,0,n)). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

קובץ משלים 1: ניהול קיטוב במהלך הובלה. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

מדוד את T₁ תלוי המיקום של HP ¹²⁹Xe בתוך שדה השוליים (איור 5C).
1. צור נקודות ייחוס עם מרחקים ומיקומים ידועים ביחס לאיזוסנטר המגנט לאורך מידות X, Y ו-Z. סמן איזוסנטר ותייג את המיקומים האחרים n עד N. מספר התפקידים לחקירה יהיה תלוי בשטח הזמין.
2. היפרפולריזציה של נפח קטן של ¹²⁹Xe (~250 מ"ל) והעברתו לחדר הבקרה של ה-MRI. מלאו מזרק גדול (50-100 מ"ל) ^ב-129Xe והניחו אותו באיזוסנטר בתוך המגנט (מיקום 1 באיור 5C). הפעל דופק זווית היפוך ~1° כדי למדוד את האות.
3. השאירו את המזרק במקומו למשך ~10 דקות, ואז רכשו ספקטרום נוסף. מדוד מחדש את האות כל 10 דקות עד שהאות דעך לפחות 1 T₁ (כלומר, האות דעך ל-~1/3 מערכו ההתחלתי).
4. התחל ניסוי T₁ חדש עם מזרק חדש של ¹²⁹Xe על ידי חזרה על שלב 1.4.2.
5. העבר את המזרק למצב חדש (למשל, מיקום n באיור 5C) והשאיר אותו שם למשך 10 דקות. החזר את המזרק לאיזוסנטר כדי לרכוש ספקטרום זווית היפוך נוסף של ~1°.
6. חזור על תהליך זה: העבר את המזרק למצב n, המתן 10 דקות, החזר אותו לאיזוסנטר ומדוד מחדש את האות עד שהוא דועך לפחות 1 T₁.
7. חזור על שלבים 1.4.4 - 1.4.6 עבור מיקומי הייחוס הנותרים המכסים את כיווני X, Y ו-Z.
8. האות הראשוני (S₀) ידעך באופן חד-אקספוננציאלי על פני n פולסי RF עם זווית היפוך θ . התאם את האות (S) כפונקציה של זמן (t) בשדה השוליים כדי לחשב את ה-T₁ בכל מיקום:
  (2)
9. זהה מיקום עם מספיק T₁ (>20 דקות) למיקום מאגר ¹²⁹Xe.
צור צינוריות אינטובציה נטולות מתכת (איור 6).
1. השג שני צנתרים שוכנים בוורידים פוליטטרפלואורואתילן (PTFE) עם מחברי Luer. השליכו מחטים למיכל סילוק חדים.
  הערה: עבור עכברים >25 גרם, השתמש בצנתרים של 18 גרם ו-20 גרם. עבור בעלי חיים קטנים יותר, השתמש בצנתרים של 20 גרם ו-22 גרם.
2. נתק את מחבר Luer מהצנתרים. הזינו את הצנתר הקטן יותר לקצה העליון של הצנתר הגדול יותר כדי ליצור צינורית מחודדת וארוכה יותר. חותכים את הצינורית המרוכבת ל-~4.6 ס"מ עם קצה משופע, לא כולל בסיס Luer (איור 6A, B).
3. חותכים את הקצה הרחב יותר של קצה פיפטה של 200 מיקרוליטר לאורך של ~2.6 ס"מ (איור 6C).
4. מצפים את החלק הפנימי של קצה הפיפטה בחומר סיכה כללי לשחרור עובש. השתמש בקצה פיפטה נוסף המוחדר פנימה כדי לפזר דק את חומר הסיכה. מלאו את קצה הפיפטה באפוקסי משחת גיפור סיליקון אצטוקסי (איור 6D, E).
5. חבר את הצינורית עם חוט 22 G המשתרע משני הקצוות. הזינו את צינור הצינורית דרך סיליקון בקצה הפיפטה. הארך את הצינור ~ 7 מ"מ מעבר לקצה קצה הפיפטה (איור 6F, G).
6. החלק את צינור הצינורית בצד הרחב יותר של קצה הפיפטה דרך מחבר לואר זכר מפלסטיק, והדבק את החלקים יחד עם האפוקסי. חיתוך צינורות המשתרעים מעבר למחבר Luer (איור 6H).
7. המתן לייבוש האפוקסי (>24 שעות), ולאחר מכן הסר בזהירות את צינורית אינטובציית הסיליקון מתבנית קצה הפיפטה. הסר את החוט מהצינורית, וודא שהצינור לא נסתם (איור 6I).
8. כדי ליצור ידית לאינטובציה קלה, חבר צינורות (1/16 אינץ' או 1/8 אינץ') למחבר Luer נקבה. כאשר הוא מוכן לאינטובציה, חבר את מחבר ה-Luer הנקבי הזה לצינורית האינטובציה הזכרית של Luer. ניתן לנתק את החלק הזה בקלות לאחר אינטובציה (איור 6J).
9. חיטוי לפני כל שימוש בבעלי חיים: נגב את החלק החיצוני של הצינורית ב-70% אלכוהול. נגב חוט 20 גרם עם חומר חיטוי ולאחר מכן הזין את החוט דרך הצינורית כדי לחטא את החלק הפנימי ולהבטיח שאין סתימות.

figure-protocol-6
איור 6: יצירת צינוריות אינטובציה של עכבר תואמות MRI ו-HP ¹²⁹Xe. צינוריות אלו בנויות מצנתרים ורידיים, קצות פיפטות ואיטום סיליקון, כמתואר בשלב 1.5. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

2. איסוף נתונים יומי

הערה: ראה קובץ משלים 2: רשימת תיוג ל-QA של סריקה פרה-קלינית.

קובץ משלים 2: רשימת בדיקה לבדיקת QA של סריקה פרה-קלינית. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

בקרת איכות יומית מלאה של הסורק והתקנת מאוורר (איור 4).
1. עם פנטומים, הפעל פרוטוקולי QA על הסורק (ראה טבלה 1 לפרמטרים של סריקת QA ושלב 1.2 לשלבי בקרת איכות יומיים).
2. כיול מאוורר לפי השיטה של J. Nouls et ^al.38. ראה קובץ משלים 3: כיול מכונת הנשמה, איור משלים 2 ואיור משלים 3.
3. הגדר את הגדרות מכונת ההנשמה להדמיה בהשראה סופית (טבלה 2). הנח את מיטת בעלי החיים על מתלה הסורק ואת מודול תומכי החיים (כלומר, חלקי מאוורר מכניים) על השולחן שליד הסורק.
4. הפעל את מערכת חימום בעלי החיים הספציפית לאתר. הגדר תנור חימום ל-35.5 - 40 מעלות צלזיוס, הפעל אוויר במחזור והנח את צינור האוויר בטווח של ~5 אינץ' מהמקום שבו ראש החיה ינוח כדי לחמם מראש את קדח הסורק.

הגדרת אוורור	המלצה על HP ¹²⁹Xe MRI	הערות
עוצמת גאות ושפל (טלוויזיה)	8-10 מ"ל/ק"ג של משקל גוף אידיאלי	טלוויזיה מתונה; טלוויזיה נמוכה דורשת BR גבוה יותר שעלול לגרום לחפצי תנועה בתמונות
לחץ נשיפה חיובי (PEEP)	2–6 סמ"ק₂O
קצב נשימה (BR)	80-120 br/min
תמרוני גיוס (RMs)	~ 35 ס"מ H₂O ל-6 שניות כל 5 דקות
משך אוורור; מיקום	< 6 שעות; שכיבה	שכב כדי לראות טוב יותר את תנועת החזה
חלק של חמצן בהשראה (F_IO₂)	0.3–0.5	למנוע היפוקסיה בעכברים מורדמים
יחס שאיפה לנשיפה (I:E)	1:2–1:4
מעורר השראה עד משך המחזור הכולל	0.2–0.4
אוורור דק	≥0.57 מ"ל ^גרם-1 ^דקה-1
הסטנדרטים שלנו:
BR = 80 br/min, משך ההשראה = 200 ms, F_IO₂ = 0.3
הדמיה בסוף ההשראה: עצירת נשימה = 200 אלפיות השנייה, עיכוב טריגר = 200 אלפיות השנייה לאחר תחילת ההשראה
הדמיה בזמן עצירת נשימה: עצירת נשימה = 250 אלפיות השנייה, עיכוב טריגר = 250 אלפיות השנייה לאחר תחילת ההשראה
הדמיה בסוף התפוגה: עצירת נשימה = 200 אלפיות השנייה, עיכוב טריגר = 650 אלפיות השנייה לאחר תחילת ההשראה

טבלה 2: הגדרות הנשמה מומלצות להדמיית ¹²⁹Xe. ניתן לכוונן את הפרמטרים למטרות מחקר ספציפיות ולתנאי ניסוי 117,118,119,120,121,122,123,124. אנא לחץ כאן להורדת טבלה זו.

קובץ משלים 3: כיול מכונת הנשמה. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

בעל חיים רגוע ואינטובציה.
1. הפעל את החממה ל-27.7 מעלות צלזיוס ו/או את כרית החימום החשמלית ל-37.7 מעלות צלזיוס. מדוד ורשום את מסת הגוף של החיה. חשב מינון הרגעה על סמך מסה. ראה טבלה 3 למשטר מינון טיפוסי.
2. הזריק את תרופת ההרגעה תוך צפקית. שימו לב לזמן ההזרקה והגדירו את הטיימר למינון הבא של תרופת ההרגעה.
  הערה: השלם את השלבים הנותרים בסעיף 2 (איסוף נתונים יומי) במהירות האפשרית כדי למזער את זמן ההרגעה ואת הסיכון למנת יתר.
3. מרחו חומר סיכה לעיניים על עיני החיה והניחו את החיה בכלוב על כרית החימום או בתוך אינקובטור כדי למנוע היפותרמיה.
4. ודא שהחיה מורדמת לחלוטין על ידי ביצוע בדיקת צביטה בבוהן 10-15 דקות לאחר הזרקת הרגעה⁶⁸. אינטובציה בהתאם להליכים המתוארים ב- Das et ^al.69.
  הערה: המאמר של Das et ^al.69 מלווה בהדגמת וידאו מקיפה של הטכניקה. השלבים הם כדלקמן:
5. תלו את החיה בשכיבה בשיניים על לוח מלוכסן. השתמש במדכא לשון מכרסמים כדי לשלוף את הלשון.
6. כדי להבטיח שמיתרי הקול נראים לעין, ספק אור לבן באמצעות כבל סיב אופטי בתוך צינורית האינטובציה או אור בהיר הממוקם בחלק החיצוני של הגרון. הכנס את הצינורית פחות מ-5 מ"מ מעבר למיתרי הקול.
7. ודא שהצינורית נמצאת בקנה הנשימה, לא בוושט, על ידי חיבורה לחתיכת צינור עם טיפת מים קטנה בפנים. אם טיפת המים נעה בזמן עם נשימות החיה, סביר להניח שהמיקום נכון.

סוכן	מנה	מסלול	משך	הערות
חומרים באינהלציה
איזופלורן	אינדוקציה: 4%-5% תחזוקה: 1%- 3% או לאפקט	שאיפה	במהלך זרימה רציפה	• דורש שימוש בוופורייזר מכויל
חומרים הניתנים להזרקה
מומלץ: קטמין + קסילזין + אצפרומזין	90 + 9 + 3 מ"ג/ק"ג	תוך-צפקי	20–60 דקות	• יוצר רגישות להיפותרמיה
				• למינון חוזר מומלץ לעבור לתערובת קטמין + קסילזין למניעת מנת יתר
				• גורם לרעידות כשהוא מתפוגג. לצורך הדמיה, הקפידו על לוח הזמנים של המינון
				• עלול לגרום לברדיקרדיה
קטמין + קסילזין	90 + 9 מ"ג/ק"ג	תוך-צפקי	20–40 דקות	• ראה לעיל (קטמין + קסילזין + אצפרומזין)
פנטוברביטל	50 - 70 מ"ג/ק"ג	תוך-צפקי	20–60 דקות	• מדכא את קצב הנשימה והתנועה
				• ההוצאה עלולה להיות יקרה
				• ייתכן שאיכות פרמצבטית לא תהיה זמינה
כתב ויתור: אלה הנחיות כלליות. התייעץ עם וטרינר למידע נוסף לפני היישום.

טבלה 3: נוסחאות הרדמה נפוצות לעכברים. אנא לחץ כאן להורדת טבלה זו.

בעל חיים מאוורר (טבלה 2).
1. חבר את החיה למכונת הנשמה באמצעות מחבר Luer בצינורית האינטובציה. עקוב אחר תנועת הסרעפת ולחץ השאיבה השיא (~10-12 ס"מ H₂O לנפח גאות של 10 מ"ל/ק"ג משקל גוף). אם הלחץ או תנועת הנשימה אינם תקינים, התאם בזהירות את זווית הצוואר ועומק הצינורית לפי הצורך.
2. ודא שצינורית האינטובציה אטומה על ידי ביצוע תמרון גיוס: מנע נשיפה (למשל, עם אצבע, חסום את פתח הנשיפה) כך שהחיה תשאף מספר פעמים מבלי לנשוף.
  הערה: אם לחץ דרכי הנשימה מגיע ל-35 סמ"ש₂O לחץ נשימה שיא מעל ~6 שניות, אטם דרכי הנשימה הדוק מספיק. אם לא, עיין בדיון לפתרון בעיות.
3. אפשר לנשיפה רגילה להתחדש. בצע תמרוני גיוס בין סריקות וכל ~5 דקות כאשר לא סורקים כדי לשמור על תאימות ריאות ולמנוע אטלקטזיס. חבר את שסתום ה-PEEP לקו הנשיפה. הגדר את PEEP ל-4 סמ"ש₂O. צפה בשיא לחץ השאיבה עולה בכמות זו.
4. לאחר אינטובציה מוצלחת, תכנן ואתחל את הייצור של HP ¹²⁹Xe סביב לוח הזמנים של מינון חוזר של תרופות הרגעה כדי למנוע מהחיה להתעורר במהלך סריקה. עקוב אחר טמפרטורת הגוף לאורך כל הניסוי.
רכישת נתונים: אסוף תמונות אוורור.
הערה: ניתן לבצע את שלבים 2.4, 2.5 ו-2.6 של רכישת נתונים בכל סדר
1. הגדר את מכונת ההנשמה לפי טבלה 2 להדמיה בהשראת הקצה.
2. טען את פרוטוקולי ההתקנה הבאים: לוקלייזר בעלי חיים של פרוטון, דופק יחיד להתמקדות בתדר הגז בריאות העכבר, ולוקלייזר ^{בעלי חיים 129}Xe. ראה טבלה 4 לפרמטרים של סריקה.
3. מקם את החיה באיזוסנטר ואשר שחלל בית החזה נמצא במרכז שדה הראייה עם לוקליזציה של פרוטונים. אם אתה משתמש בסלילים בתדר יחיד, החלף את סליל הפרוטון בסליל RF מכוון ^{Xe 129}.
4. רשום ^{קיטוב של 129}Xe והעבר אותו לסורק ה-MRI. ראה קובץ משלים 4: רשימת בדיקה לקיטוב קסנון QA.
5. הנח שקית של ¹²⁹Xe בתוך מיכל ההנשמה ואטום. חבר את המיכל בקו אחד עם המאוורר ואפשר למיכל ללחוץ (3 - 6 psig).
6. הפעל אוורור מכני ¹²⁹Xe. בכל פעם שמופעל אוורור ¹²⁹Xe, אפשר לבעל החיים להשלים ~5 נשימות לפני תחילת הסריקה כדי להפוך את הקיבולת השיורית התפקודית של הריאות.
  הערה: עבור לתערובת N₂/O₂ בין ¹²⁹סריקות Xe כדי לחסוך בגז היפר-פולריזציה.
7. באמצעות דופק יחיד, כוונן את תדר העבודה כך שיתאים לתדר התהודה in vivo של ¹²⁹Xe גזי (~83.07 מגה-הרץ ב-7 T). העתק את התדר לכל סריקות שלב הגז ¹²⁹Xe הבאות. בצע לוקליזציה ^{של 129}Xe כדי לאשר שהריאות נמצאות באיזוסנטר.
8. טען והפעל את רצף האוורור הרדיאלי ¹²⁹Xe. עקוב אחר לחץ השאיבה המרבי.
  הערה: אם הגז ¹²⁹Xe נגמר לפני סיום הפרוטוקול, לחץ השאיבה השיא יירד במהירות. שקית של 400 מ"ל של ¹²⁹Xe יכולה לאוורר עכבר של 30 גרם למשך ~24 דקות כאשר הוא מאוורר עם 70% ¹²⁹Xe ב-80 נשימות לדקה עם נפח גאות של 10 מ"ל/ק"ג של משקל גוף אידיאלי.
9. בסיום הסריקה, עבור לאוורור עם תערובת N₂/O₂והסר את השקית הריקה של ¹²⁹Xe.
10. להדמיה בסוף התפוגה, שנה את משך עצירת הנשימה ועיכוב ההדק בהתאם לטבלה 2 וחזור על שלבים 2.4.2 - 2.4.9.
11. ייצא את הנתונים הגולמיים מהסורק.

שם מקוצר של פרוטוקול	תיאור רצף	ההדק	ת"ר (אלפיות השנייה)	TE (ms)	חזרות	זווית היפוך (°)	גודל מטריקס או N_נקודות	FOV (מ"מ²)	RF שחור-לבן (kHz)	עובי פרוסה/לוח (מ"מ)	משך הסריקה
דופק יחיד	רכישת דופק (פאזה גזית)	אופציונלי	1000		1	60	2048		10		1 שניות
לוקלייזר בעלי חיים	GRE דו-ממדי	כן	50	1.7	1	60	64²	32²	3	25	60 שניות
אוורור רדיאלי	רדיאלי תלת-ממדי רב-הד	כן	20	ראה כיתוב	1	30	61³	22³	32.05	30	16 דק'
שלב מומס דופק יחיד	רכישת דופק (שלב מומס)	לא	80		1	90	512		10.35		80 אלפיות השנייה
מפרט דינמי של שלב מומס.	רכישת דופק (שלב מומס)	לא	50		1000	90	512		10.5		50 שניות
דיפוזיה משוקללת	GRE דו-ממדי	כן	12.2	8.1	4	45	64²	32²	3	1.5	18 דק'

טבלה 4: פרמטרים של רצף in vivo . רצף האוורור הרדיאלי התלת-ממדי מרובה הד שתואר קודם לכן³⁹ רוכש תמונות ב-6 פעמים הד. התוצאות מוצגות עבור תמונת ההד הראשונה (TE = 1.12 ms, איור 7). אנא לחץ כאן להורדת טבלה זו.

קובץ משלים 4: רשימת בדיקה לקיטוב קסנון QA. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

רכישת נתונים: הפעל ספקטרוסקופיה פאזה מומסת דינמית.
1. הגדר את מכונת ההנשמה לפי טבלה 2 להדמיה בזמן עצירת נשימה. הגדר את ה-BR ל-100 נשימות לדקה. התכוננו לתיק חדש של ¹²⁹Xe כמו בשלבים 2.4.2 - 2.4.5.
2. הפעל אוורור מכני ¹²⁹Xe. טען והפעל דופק בודד כדי להתאים את תדר העבודה כך שיתאים לתדר המומס (~83.084 מגה-הרץ ב-7 T). העתק את תדר העבודה לספקטרוסקופיה הדינמית של הפאזה המומסת.
  הערה: זו תהיה שיא בודד בעכברים עם המוגלובין^{מסוג בר 54}.
3. טען והפעל את רצף הספקטרוסקופיה הדינמי שבמרכזו התדר המומס בריאות של בעלי חיים. בסיום הסריקה, עבור לאוורור עם תערובת N₂/O₂ והסר את השקית הריקה של ¹²⁹Xe. ייצא את הנתונים הגולמיים מהסורק.
רכישת נתונים: אסוף תמונות משוקללות דיפוזיה.
1. הגדר את מכונת ההנשמה לפי טבלה 2 להדמיה בזמן עצירת נשימה. התכוננו לתיק חדש של ¹²⁹Xe כמו בשלבים 2.4.2 - 2.4.7.
2. טען והפעל את הרצף המשוקלל לדיפוזיה. בסיום הסריקה, עבור לאוורור עם תערובת N₂/O₂ והסר את השקית הריקה של ¹²⁹Xe. ייצא את הנתונים הגולמיים מהסורק.

3. סיום הניסוי

לשחזר בעל חיים.
1. משוך את צינורית האינטובציה היישר מהפה של החיה. אם החיה לא מתחילה לנשום מיד באופן ספונטני, יש לבצע לחיצות חזה קלות. אם זמין, יש לתת זרימה קלה של חמצן ברמה רפואית ליד פני החיה כדי לתמוך בהתאוששות מהרגעה.
2. ברגע שהחיה נושמת בהתמדה בכוחות עצמה ואם החיה הייתה מורדמת במשך >2 שעות, יש לתת 0.5 - 1 מ"ל של מי מלח רגילים תת עורית כדי למנוע התייבשות.
3. החזירו את החיה לכלוב בעצמה. הניחו את הכלוב בחממה או על כרית חימום.
  הערה: בעלי חיים מרדימים פגיעים לקניבליזם ולא ניתן לשים אותם בכלוב עם חברים לכלוב עד להתאוששות מלאה (כלומר, להסתובב באופן עצמאי). בעלי חיים מרדימים אינם יכולים לווסת את טמפרטורת גופם. השתמש בגב היד כדי להרגיש את הטמפרטורה של החיה כל כמה דקות.
4. עקוב אחר בעל החיים מקרוב עד שרפלקס היישור שלו חוזר (כלומר, הוא יכול להתהפך באופן עצמאי משכיבה למצב שכיבה).
5. הסר את החיה מתמיכת החום ברגע שהיא יכולה לנוע באופן עצמאי. החזירו את החיה לכלוב עם חבריה לכלוב.
  הערה: אם לבעל החיים אין חברים לכלוב, הוא רגיש יותר להיפותרמיה הנגרמת על ידי הרגעה. ספקו לבעל החיים מצעים נוספים, ואם זמין, השאירו את החיה באינקובטור למשך הלילה.
6. רשום את משקל החיה פעם בשבוע למשך שבועיים כדי לעקוב אחר בריאותה.
  הערה: אם החיה סבלה מפגיעה בפה או בוושט כתוצאה מאינטובציה, היא עלולה להפסיק לאכול. אם בעל החיים מאבד >20% ממשקל גופו הראשוני, התייעץ עם וטרינר לגבי המתת חסד.
נתח תמונות אוורור (איור 7).
1. טען נתונים גולמיים לפלטפורמת תכנות. הורד את מסגרת השחזור בקוד פתוח עבור תמונות לא קרטזיות⁹¹.
2. שחזר תמונות בהתאם להוראות מסגרת קוד פתוח. נרמל את הנקודה הראשונה בכל הטלה רדיאלית³⁹.
3. פלח את פרנכימת הריאות בתמונות, כולל ווקסלים עם אות ¹²⁹Xe נמוך או ללא אות. אל תכלול דרכי נשימה גדולות. פלח את רעשי הרקע בתמונה, למעט ריאות, דרכי נשימה וחפצי הדמיה.
  הערה: תמונת לוקלייזר הפרוטונים יכולה לסייע בקביעת גבולות פרנכימליים.
4. חשב את ה- SNR באמצעות הנוסחה:
  (3)
5. כמת אוורור פגום.
  הערה: הוצעו שיטות שונות לכימות אוורור לקוי במודלים של בעלי חיים קטנים. שיטות ניתוח נותרו תחום מחקר פתוח, אך גישות המיושמות בקלות כוללות: (i) סגמנטציה ידנית חצי כמותית⁹², (ii) גישת היסטוגרמה המשתמשת באות מקנה הנשימה כדי לנרמל אות פרנכימלי⁴⁷, ו-(iii) פילוח נפח הריאות הכולל (TLV) והגדרת סף אות (למשל, <60% מממוצע הריאות השלם) כדי לחלק את הריאות לנפח פגום ונפח ריאות מאוורר (VV). כמת VDP ^93,94 לפי:
  (4)
נתח ספקטרוסקופיה דינמית של פאזה מומסת (איור 8).
1. טען נתונים גולמיים לפלטפורמת תכנות. בצע התמרת פורייה מהירה ושלב את הספקטרום (ידני סימולטני, שלב מסדר אפס של ספקטרום מספיק ליישום זה.)
2. חשב נתוני תהודה מגנטית גרעינית סטנדרטית (NMR)^95,96: SNR, רוחב מלא חצי מקסימום, שטח משולב, הסטה כימית ופאזה של שתי הפסגות.
3. מנתוני הגודל, חלקו את משרעת האות של הספקטרום המומס בזו של ספקטרום הגז עבור כל חזרה כדי למצוא את היחס המומס לגז לאורך זמן.
נתח תמונות משוקללות דיפוזיה (איור 9).
1. טען נתונים גולמיים לפלטפורמת תכנות. פלח את פרנכימת הריאות של תמונת b₀ כמו בשלב 3.2.3. חשב את ה-SNR עבור כל תמונה בעלת ערך b.
2. חשב את יחס האות לרעש, SVNR_0, על ידי חלוקת האות בכל ווקסל של התמונה b₀ בסטיית התקן של רעש התמונה. אל תכלול ווקסלים עם SVNR₀ < פי 2.5 מרעש התמונה⁹⁷.
  הערה: ה-SVNR₀הוא מדד ווקסל בודד, בעוד שה-SNR הפרנכימלי הוא מדד ריאה שלמה.
3. חשב את ה-ADC על ידי התאמת דעיכת האות על פני ערכי b (b_i) לפי משוואה 5^98,99:
  (5)

תוצאות

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

תמונות אוורור

אם הליכי הכנה ואוורור של בעלי חיים מיושמים כהלכה, הדמיה רדיאלית תלת-ממדית יכולה ללכוד בהצלחה דפוסי אוורור כאשר רכישת הנתונים מתבצעת בהשראה או בתאריך התפוגה (איור 7). בעוד שהתמונות האלה נאספות על פני נשימות רבות, השיטה המתוארת כאן דומה לשיטת ההדמיה בנשימה אחת המשמשת בבני אדם. הסיבה לכך היא שכל קווי ה-k-space נאספים בזמן מסוים במהלך מחזור הנשימה (למשל, כולם בהשראה סופית), ויוצרים במצטבר תמונה המייצגת שאיפה בודדת. בתמונות אלה, דרכי הנשימה העיקריות (קנה הנשימה והסמפונות) נראות בבירור, אין חפצי תמונה ברורים, ופרנכימת הריאה נראית מנופחת במלואה עם SNR גבוה (~15 ומעלה, תלוי בקיטוב הראשוני). בעוד שהן מנוגדות לאינטואיציה, התמונות שנרכשו בהשראה (איור 7A, SNR = 15) מציגות SNR נמוך יותר מאלה שנרכשו בתאריך התפוגה (איור 7B, SNR = 27). זה קשור ללחץ הנהיגה הצנוע ולזרימה האיטית המשמשת בעת אוורור עכבר זה. עבור תמונות השראה, גז HP עדיין לא נשטף במלואו לפרנכימה של הריאות, מה שגרם ^ל-129Xe (ובכך לאות) להתרכז בדרכי הנשימה הגדולות יותר. אפקט זה מחמיר ויזואלית על ידי קנה מידה של k-space במהלך שחזור תמונה מכיוון שאות דרכי הנשימה הגבוה שולט בטווח הדינמי של הנתונים. עם זאת, הניתוח צריך להיות פשוט אם הפרנכימה מפולחת כך שדרכי הנשימה הגדולות מושמטות.

figure-results-1
איור 7: תמונות אוורור רדיאלי תלת-ממדיות מייצגות בעכבר C57BL/6J בוגר שנרכש בשיטות שפורסמו בעבר³⁹. בעוד שלשתי התמונות יש SNR גבוה יחסית, לתמונות בהשראה (A) יש SNR נמוך יותר מתמונות בתפוגה (B), בעיקר מכיוון שלגז ¹²⁹Xe עדיין לא הספיק להישטף לריאות. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

חשוב להבחין בין אוורור חסום פתולוגית לבין גורמים אחרים ל- SNR נמוך. באיור 7A, לא צפויה חסימת אוורור (כלומר, VDP נמוך) מאחר שהחיה הייתה עכבר בריא מסוג בר. אם האוורור היה חסום, פגמים היו מופיעים בדרך כלל כאזורים עם אות ¹²⁹Xe נמוך עד ללא אות. סיבות לא פתולוגיות לאות נמוך כוללות בדרך כלל:

(i) קיטוב נמוך ^{של 129}Xe: זה גורם ל-SNR נמוך בפרנכימה של הריאות ודרכי הנשימה ללא חפצים נלווים. בדרך כלל ניתן לייחס קיטוב נמוך לביצוע שגוי של נהלי קיטוב, דה-פולריזציה במהלך ההובלה או תכולת גז O₂ מוגזמת בצינורות האספקה של HP ¹²⁹Xe (למשל, ממאוורר מכויל באופן שגוי).

(ii) צינורית אינטובציה המוחדרת עמוק מדי: אם היא מוחדרת עמוק מדי לקנה הנשימה, הצינורית עלולה לסטות במורד הסימפונות השמאלית או הימנית. אם הוא תקוע מספיק חזק, נפח הגאות של הריאה השלמה עשוי להיות מוגבל רק לכמה אונות ודרכי נשימה בעוד ששאר הריאה לא מקבלת כלום. אם זה יקרה, האונות המנופחות עלולות להיפצע, וייתכן שיהיה צורך להמית את החיה. לחלופין, קצה הצינורית עשוי לבוא במגע ישיר עם רקמה. במקרה זה, ¹²⁹Xe יוגבל בעיקר לחלק הפנימי של הצינורית, וכתוצאה מכך אות בהיר מצינור ישר בעליל ואות מינימלי בתוך הפרנכימה. במקרה זה, יש לתקן את מיקום הצינורית באופן מיידי, ולעקוב אחר החיה לאיתור סימני מצוקה (למשל, תנועת חזה חריגה, נעדרת או אסינכרונית בהשוואה למכונת ההנשמה).

(iii) צינורית אינטובציה הממוקמת בצורה רדודה מדי: כאשר בולוס גז מועבר בצורה רדודה מדי באורופרינקס, ההתנגדות לבולוס הזורם לריאות יכולה להיות חזקה יותר מההתנגדות לבולוס הזורם סביב החלק החיצוני של הצינורית והחוצה מהפה. זה יכול לגרום לניפוח ריאות ירוד. SNR קנה הנשימה עשוי להיות גבוה, בעוד SNR פרנכימלי יהיה נמוך. חפצי תנועה עשויים להיות נוכחים עקב גז הזורם במעלה קנה הנשימה במהלך רכישת נתונים. אופי החפץ ישתנה בהתאם לסוג הרצף (GRE, רדיאלי וכו').

(iv) תזמון רכישה שגוי: אם פעימת RF ורכישת נתונים התרחשו בתקופות של זרימת גז שאיפה או נשיפה, בדרך כלל יהיו חפצי תנועה חמורים - במיוחד בעת שימוש ברצפים קרטזיים - ו-SNR פרנכימלי יהיה נמוך.

(v) נשימה ספונטנית: אם בעל החיים אינו מורדם מספיק במהלך איסוף הנתונים, תנועת הנשימה הספונטנית תונח באופן אסינכרוני על גבי דפוס האוורור המכני. זה יביא לאספקת ¹²⁹Xe משתנה מנשימה לנשימה, חפצי תנועה בינוניים עד חמורים ו-SNR פרנכימלי לקוי. מעקב קפדני אחר מינון ותזמון תרופות הרגעה הוא קריטי.

(vi) מוות של בעלי חיים: במקרים נדירים, עכברים עלולים למות (למשל, עקב מיקום לא נכון של צינורית, אספקת O₂ לא מספקת, מנת יתר של תרופות הרגעה או פתולוגיה ניסיונית חמורה). אם זה קורה, רקמת הריאה מתקשה במהירות, ופרנכימת הריאה תתנפח בצורה גרועה. קנה הנשימה העליון עשוי להישאר בהיר, אך פרנכימת הריאות תהיה נמוכה מאוד באות.

ספקטרוסקופיה של חילופי גזים

בנבדקים אנושיים, פרמטרים הנגזרים מספקטרוסקופיה (למשל, עוצמת אות, רוחב ספקטרלי, הסטה כימית ופאזה) מציעים תובנות לגבי דינמיקה לב-ריאה ומצב מחלה^52,53. בניגוד לבני אדם⁸⁶, כלבים¹⁰⁰ וחולדות^20,101, ספקטרום ריאות שלם מעכברים המתקבל כאשר מגנטיזציה של ¹²⁹Xe מוגבלת לפרנכימת הריאה מציגה תהודה פאזה אחת, רחבה ומומסת המתאימה ^ל-129Xe מומס ברקמת הממברנה הנימים, פלזמת הדם ו-RBCs⁵⁴ (איור 8A, 197 ppm). כאשר הוא מועבר על ידי זרימת דם לרקמות מרוחקות יותר, ¹²⁹Xe מייצר תדרי תהודה מובהקים מרקמות שונות, כולל רקמת שומן⁵⁴, שריר, חומר אפור וחומר לבן^102,103. עם זאת, בשל זמני מעבר ארוכים יחסית (מספר שניות) ומסיסות צנועה¹⁰⁴ (מסיסות אוסטוולד = 0.1 - 0.3), אותות אלה בדרך כלל חלשים ונצפים רק במהלך ניסויים ייעודיים וזהירים. היוצא מן הכלל הוא ¹²⁹Xe מומס ברקמות שומן (איור 8A, 189 ppm). מרקמות אלה, אות ¹²⁹Xe יכול להופיע תוך מספר שניות (למשל, במהלך הנשימות הראשונות במהלך הגדרת החיה). יתר על כן, עוצמת האות יכולה להיות גבוהה, מכיוון שמסיסות אוסטוולד של ¹²⁹Xe גדולה כמעט פי 20 ברקמות שומן מאשר בפלסמת הדם (כלומר, 1.7 לעומת 0.094, בהתאמה, ב-37 מעלות צלזיוס¹⁰⁴). זמני ההרפיה האורכיים צפויים גם הם להיות ארוכים יחסית (in vivo T₁ הוא ~20 שניות בשומנים¹⁰⁵ לעומת 3-8 שניות בדם¹⁰⁶). כתוצאה מכך, אות ¹²⁹Xe מרקמת השומן יכול להיות גבוה יחסית לרקמות אחרות.

בשל דינמיקת אותות שונה, ניתן להתאים ניסויי ספקטרוסקופיה ^{של 129}Xe כדי לחקור רקמת שומן (למשל, להתמקד בתרמומטריה של רקמת שומן^{חומה 107}) או ספיגת גזים בריאות על ידי בחירת פרמטרי הרכישה הנכונים. כאשר ^{נרכשים 129}ספקטרום Xe מהריאות עם ההגדרות המתוארות בטבלה 4 (כלומר, TR = 50 ms וזווית היפוך של 90° שבמרכזה שיא הפאזה המומס), נצפים גם שיאי פאזה גזית וגם שיאי פאזה מומסים (איור 8A,B). יש לציין כי נפח הגז בריאה של העכבר גבוה פי 2-3 מנפח הרקמה, והמסיסות של ¹²⁹Xe ברקמה זו היא רק ~104,108,109,110,111^. למרות זאת, משרעת האות המומס עולה על זו של פאזת הגז בערך פי 2 מכיוון שעירור פאזת הגז רחוק מהתהודה (~15 קילו-הרץ ב-7 T; איור 8B, SNR = 102 לעומת 43, בהתאמה). לכן, ניתן להעריך את מאגר המגנטיזציה הגדול פי 20 עד 30 בפאזה הגזית כמאגר יציב (כלומר, לא מדולל) עבור אות שלב ההתמוססות במהלך חלקים סטטיים של מחזור הנשימה.

עם נשימה חדשה של מגנטיזציה כל ~600 אלפיות השנייה ו-TR של 50 אלפיות השנייה, עוצמת האות הן משלב הגז והן משלב ¹²⁹Xe המומס מתנודדת. עבור אות הגז, ניתן לייחס זאת לשינוי בנפח הגז הכולל (כלומר, גבוה בהשראה ונמוך בתפוגה). המצב מורכב יותר עבור האות המומס מכיוון שמגנטיזציה של גז המקור, T₂*, ונפח הדם הנימי עשויים להשתנות עם מצב הניפוח. כתוצאה מכך, יחס משרעת האות המומס לגז מתנודד גם ביחס למחזור הנשימה (איור 8C, ממוצע מומס: יחס גז = 1.9 ± 0.39).

figure-results-2
איור 8: ספקטרוסקופיה דינמית מייצגת בעכבר C57BL/6J בוגר. (A) ספקטרום פולס יחיד מראה אות שמקורו ^ב-129Xe בפאזה הגזית, מומס ברקמת השומן (189 ppm), ומומס הן בקרום הנימים והן ברקמות הדם (197 ppm). (B) ספקטרוסקופיה דינמית שמראה את עוצמת האות המשתנה בזמן של ¹²⁹Xe מומס וגזי (זמן חזרה = 50 אלפיות השנייה). כדי לסייע בהדמיה, מוצגים רק חמישה ספקטרומים. קווים אלכסוניים על ציר הזמן מייצגים מעברי קנה מידה. (C) היחס בין משרעת האות המומס לגז על פני מרווח של 2 שניות (המתאים לשבירת הסולם האדום בפאנל B מראה שונות ברורה עם מחזור הנשימה (0.6 שניות לנשימה). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

להלן רשימה של גורמים שעלולים לסכן ¹²⁹תוצאות ספקטרוסקופיה של חילופי גזים Xe. בכל מקרה, התוצאה הסבירה היא SNR נמוך, מה שעלול להפוך את ההתאמה הספקטרלית והמדדים המתקבלים (למשל, יחס משרעת אות מומס לגז, הסטה כימית, רוחב ספקטרלי ופאזה) לא מדויקים.

(i) תדירות עבודה שגויה: בגלל נפח הגז הגבוה משמעותית ומסיסות הרקמות הנמוכה, פולסי RF המתרכזים בתדר פאזת הגז לא יפיקו אות פאזה מומס. פולסי RF צריכים להיות מרוכזים בתדר הפאזה המומס או בסמוך לו.

(ii) רוחב פס רחב מדי: רוחב הפס של העירור צריך להיות רחב מספיק כדי ששלב גז ^{כלשהו 129}Xe יתרגש על מנת למדוד את היחס בין משרעת האות המומס לגז. אבל אם רוחב הפס רחב מדי, דופק העירור יהרוס את המגנטיזציה בשלב הגז לפני שהוא מתמוסס לתוך הרקמה. ניתן לראות זאת כאות גז גבוה מאוד ואות פאזה מומס נמוך עד ללא אות פאזה מומס למרות שהפולס מרוכז בתדר הפאזה המומס.

(iii) TR לא אופטימלי: כדי לחקור דינמיקת אותות על פני נשימה, משפט הדגימה של נייקוויסט-שאנון דורש לדגום את האות במינימום כפול מתדירותו (כאן, 100 נשימות לדקה נדגמו כל 50 אלפיות השנייה, או ~12x לנשימה). בהתאם לתנאי הניסוי, חקירה נוספת של דינמיקת אותות לב ריאה בקצב דגימה מהיר יותר אפשרית. תוצאות הניסויים הללו יהיו תלויות בגורמים רבים, כולל רוחב פס עירור, קצב נשימה וקצב לב. יש לקחת בחשבון גם את זמן חילופי הקסנון (כלומר, הזמן שבו קסנון מתמוסס לרקמה; ~56 אלפיות השנייה⁵⁴) וזמן המעבר הריאתי (כלומר, זמן זרימת הדם מהחדר הימני לחדר השמאלי; ~830 אלפיות השנייה לקצב לב של ~436 פעימות לדקה¹¹²). דגימה לעתים קרובות מדי תביא להרס מוקדם של מגנטיזציה ואות נמוך, אך היא גם תפחית את השפעת זרימת הדם. דגימה בתדירות נמוכה יותר תאפשר למגנטיזציה להתמוסס עוד יותר ולבנות יותר אותות, אך היא תהפוך תלויה יותר בזרימת הדם ופחות מקומית לאזורי חילופי הגזים בנאדיות.

תמונות במשקל דיפוזיה

התמונות המשוקללות לדיפוזיה, המשמשות לכימות גודל המרחב האווירי המכתשית, אומתו בקפדנות במודלים של בעלי חיים קטנים באמצעות שיטות היסטומורפומטרייה מסורתיות ^98,113,114. כאן, הגבלנו את הדיון להדמיה דו-ממדית, סלקטיבית כדי למזער את זמן הסריקה והשימוש בגז תוך התאמה לפרוטוקולים⁹⁸ שאומתו בעבר. מינימום של 2 תמונות בעלות ערך b מספיקות לחישוב ה-ADC, ו-4 תמונות או יותר בעלות ערך b נחוצות לחישובי מורפומטריה מתקדמים (כגון יירוט ליניארי ממוצע). רכישת תמונות מרובות בעלות ערך b מציעה יתרון משמעותי על ידי שיפור הדיוק של החישובים. בניגוד להדמיה של בני אדם במהלך עצירת נשימה אחת, הדמיה פרה-קלינית על פני נשימות רבות מספקת אות מתחדש באופן רציף. בשל כך, ניתן לרכוש תמונות רבות בעלות ערך b של SNR, המוגבלות רק על ידי נפח הגז הזמין של HP ומשך ההרגעה של בעלי חיים. כאן, רכשנו 7 תמונות בעלות ערך b, כל אחת עם SNR >15, תוך שימוש ב-400 מ"ל של ¹²⁹גז Xe במשך 18 דקות של זמן סריקה (איור 9). האות בכל תמונה דועך עם עוצמת שיפוע דיפוזיה מוגברת (ערך b). דעיכת אות זו פרופורציונלית ל-ADC של ^ה-129Xe בתוך הריאה. ניתן להבחין בין דרכי נשימה גדולות לרקמה אצינרית על ידי השוואת תמונות b₀ ו-b₆. באזורים שסביר מבחינה אנטומית להכיל דרכי נשימה, פיקסלים ייראו בהירים מאוד בתמונה b₀ אולם ייראו כהים בתמונה b₆ (חיצים אדומים, איור 9). יש להוציא פיקסלים אלה מניתוח פרנכימת הריאות.

figure-results-3
איור 9: תמונות משוקללות דיפוזיה מייצגות בעכבר C57BL/6J בוגר. דרכי נשימה גדולות (חיצים אדומים), שדרכן ¹²⁹Xe מתפזר בחופשיות תוך דילול בחמצן, מציגות הנחתת אות מוגברת ביחס לפרנכימת הריאה. התוצאה היא דרכי אוויר בהירות בתמונה b₀ ודרכי אוויר עם אות נמוך בתמונה b₆ . לעכברים ולחולדות יש ערכי ADC קטנים באופן דומה ביחס לבני אדם, אך הערכים יהיו תלויים בגורמים ביולוגיים וניסיוניים כמו גיל, נפח גאות ושפל, לחץ ופרמטרים של דיפוזיה. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

ה-ADC של עכבר בריא, בוגר, מסוג פרא זה עוקב אחר התוצאה הצפויה על סמך הספרות, גילו, SNR, פרמטרי רכישה ועוד. גורמים שעלולים להשפיע לרעה על הדיוק והדיוק של תוצאות ה-ADC כוללים:

(i) SNR נמוך: חשוב לציין, SNR נמוך בתמונות מטה את חישוב ה-ADC לכיוון ערכים נמוכים יותר^99,115. מסיבה זו, אנו לא כוללים ווקסלים עם SVNR₀< פי 2.5 מרעש התמונה⁹⁷.

(ii) פילוח לא תקין: פילוח לקוי (למשל, שימוש בסף אותות ללא בדיקה ויזואלית לבקרת איכות) יכול להטות את התוצאות. אם התמונות מכילות חפצים (כמו אלה הנגרמים על ידי תנועה), הם עלולים לחרוג מהסף ולסווג באופן שגוי כפרנכימה. יתר על כן, חשוב במיוחד לא לכלול פיקסלים ליד דרכי נשימה גדולות, מכיוון שהשפעות נפח חלקיות עלולות להטות את ה-ADC שלהם לערכים גבוהים יותר.

(iii) מאוורר מכויל בצורה שגויה: באופן כללי, דילול של ¹²⁹Xe עם גזים קלים יותר (למשל, O₂ או N₂) יכול להזיז את ה-ADC לעבר ערכים גבוהים יותר, ולכן אוורור עם תערובות גזים ידועות נחוץ להשוואות כמותיות. אם מאווררים בתערובת ¹²⁹Xe/O₂ , עלייה בריכוז החמצן לפני הלידה תגביר את הרפיית T₁ ותפחית את המגנטיזציה של ¹²⁹Xe בצינורות אספקת הגז, ובכך תפחית את SNR.

(iv) גיוס ריאות: בבעלי חיים מורדמים ומאווררים מכנית, התמוטטות המכתשית (אטלקטזיס) יכולה להתרחש לאורך זמן. כאשר זה קורה במהלך אוורור בנפח קבוע, אותו נפח גאות מופץ בהכרח מחדש לנאדיות שנשארות מגוייסות. כאשר מתפתחת אטלקטזיס בינונית עד חמורה, שאר הריאה יכולה להיות מנופחת יתר על המידה, ולגרום לפציעה ולעלייה ב-ADC באזורים אלה. תמרוני גיוס קבועים ו-PEEP מונעים קריסה של המכתשית, מונעים ירידה בהיענות לריאות וממזערים את הסיכון לפגיעה ריאתית שעלולה להטות את תוצאות ה-ADC.

(v) התאמת נתונים לקויה: יש לקחת בחשבון את שיטת הערכת ה-ADC. התאמה ליניארית היא היעילה ביותר מבחינה חישובית אך מציגה הטיה בתמונות SNR נמוכות. לכן, עדיף ליישם אותו על תמונות SNR גבוהות (>20). השיטה הליניארית המשוקללת מפחיתה את ההטיה הזו ומתאימה בתמונות עם SNR > 15. הערכה בייסיאנית יכולה להניב הערכות של ADC עם אי ודאות נמוכה אפילו עם SNR <10 אך היא יקרה מבחינה חישובית⁹⁹.

(vi) זמן דיפוזיה לא אופטימלי: זמן הדיפוזיה האופטימלי מושפע מעוצמת השיפוע המקסימלית של סורק ה-MRI ומרדיוס דרכי הנשימה האצינארי בעכברים (רדיוס ~100 מיקרומטר⁴⁹), שהוא קטן בערך פי שלושה מזה בבני אדם. כדי להבטיח תנאים אופטימליים, זמן הדיפוזיה מוגדר להשגת אורך דיפוזיה גדול מהרדיוס המכתשית הממוצע אך קטן מהאורך הממוצע של צינורות המכתשית. ניתן לקבוע את זמן הדיפוזיה האופטימלי עבור חוזק השיפוע המרבי הספציפי לאתר באמצעות השיטות שתוארו על ידי Sukstanskii ו-Yablonskiy⁴⁹. שימוש בזמן דיפוזיה לא אופטימלי עלול להוביל לירידות לא ליניאריות ^ב-129Xe ADC, מה שמסבך את פירוש התוצאות.

(vii) ערכי b תת-אופטימליים: יש פשרה בין מקסום ה-SNR לבין מקסום יחס הניגודיות לרעש (CNR) שנוצר על פני תמונות בעלות ערך b. אם CNR מוקרב על ידי שימוש בערכי b נמוכים בלבד (כלומר, דעיכת אות דיפוזי כאילו רוכשים רק את 3 התמונות הראשונות בעלות ערך b באיור 9), אז הערכת ה-ADC לא תהיה מדויקת עקב התאמה לקויה. אם שקלול הדיפוזיה חזק מדי, ה-SNR המתקבל לא יהיה מספיק, וה-ADC יהיה מוטה לכיוון ערכים נמוכים יותר.

דיון

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

MRI היפרפולריזציה ¹²⁹Xe מתגלה כטכניקה מתוחכמת ועוצמתית לחקר מיקרו-מבנה ותפקוד ריאות במודלים של בעלי חיים קטנים. פרוטוקול זה נועד להנחות את הכנת האתר הראשונית ולתאר הליכים ניסיוניים הדרושים לכימות אוורור, דיפוזיה וחילופי גזים בריאות עכברים עם HP ¹²⁹Xe. התנאים המוקדמים העיקריים לניסויים כוללים הקמת פנטום גז ¹²⁹Xe והבטחת קיטוב גז גבוה מועבר לבעל החיים. האחרון דורש תכנון קפדני של פרמטרי קיטוב, הפחתת הפסדי קיטוב במהלך הובלת גז (למשל, בניית תיק נשיאה מגנטי), ואפיון (ובאופן אידיאלי הימנעות) הרפיית T₁ בשדה השוליים של מגנט ה-MRI הפרה-קליני^116,125. במקביל לפיתוח התשתית הנדרשת של HP ¹²⁹Xe, הכרחי לבסס פרוטוקולים ונהלים חזקים לטיפול בבעלי חיים. אלה כוללים טשטוש יעיל כדי לאפשר אוורור מכני חזק, אינטובציה לא מזיקה כדי לאפשר מחקרי אורך, ואסטרטגיות אוורור המאזנות את הצורך לספק מגנטיזציה גבוהה ^{של 129}Xe עם תנאי אוורור בטוחים ורלוונטיים מבחינה פיזיולוגית.

במידה מסוימת, השיטות, הנהלים והתוצאות המתוארים כאן תלויים בחומרה הספציפית שבה נעשה שימוש (למשל, מכונת הנשמה, מקטב וסוג סורק MRI). אם ציוד חלופי זמין, ניתן לשנות טכניקות ניסיוניות בקלות יחסית. יתר על כן, ניתן לייעל את נהלי אבטחת האיכות היומיומיים (שלב 1.2, איור 4 וטבלה 1). שמירת רשומות קפדנית במהלך ~30 דקות של QA היא קריטית במהלך הקמת אתר חדש. זה מאפשר זיהוי מוקדם של בעיות חומרה ויכולת לשלול אותן במהלך פתרון בעיות. לאחר שהשינויים היומיומיים במדדי ה-QA מאופיינות היטב, כיול זווית ההיפוך וסריקת ה-QA של ~21 דקות עשויים להיות מוקטנים ליעילות. בנוסף, ניתן להרחיב את הגישה הכללית למינים נפוצים אחרים של בעלי חיים קטנים (למשל, חולדות וארנבות) על ידי התאמת מינוני ההרדמה, הגדרות מכונת ההנשמה ופרמטרי הרכישה. ניתן להשתמש בפרוטוקולים הבסיסיים כדי לחקור פיזיולוגיה תלויה במכונת הנשמה כמו ההשפעה של קצב הנשימה, נפח ורמות PEEP על חילופי גזים או גיוס המכתשית. אם אין צורך בנתוני אורך או שהושלם מחקר אורך, צינורית האינטובציה מאפשרת שטיפת סימפונות או קיבוע ריאות מהיר וקציר לניתוחים קונבנציונליים (למשל, היסטולוגיה או מדידות מורפומטריות). יתר על כן, הפוטנציאל לשינוי פרוטוקול זה משתרע על רצפים ופרמטרים של MRI, המייצגים היבט דינמי של ^{מחקר 129}Xe MRI.

מיקום הצינורית הוא קריטי לבטיחות בעלי החיים ולאיכות התמונה. מכיוון שצינורית האינטובציה אינה מודבקת בצורה נוקשה - למשל, על ידי תפירה סביב קנה הנשימה - תזוזות קטנות יחסית (למשל, תנועות בעת חיבור ציוד ניטור פיזיולוגי) עלולות לשבור את האיטום האטום עם קנה הנשימה. אטם אטום זה נחוץ לתמרוני גיוס (~35 ס"מ H₂O לחץ שאיפה שיא), שהם חיוניים לשמירה על תאימות ריאות ומניעת אטלקטזיס. אם תמרון הגיוס לא יגיע ללחץ היעד, על החוקר לשקול את האסטרטגיות המתקנות בהקשר של יעדי המחקר (למשל, הדמיה משוקללת דיפוזיה לעומת הדמיית אוורור; נקודת זמן בודדת לעומת אורך). אסטרטגיות הפחתה יכולות לכלול 1) הסרת הצינורית והחזרת הצינורית, 2) התאמת מיקום הצינורית כדי להגביר את המגע עם דפנות קנה הנשימה בזמן שהיא עדיין מוחדרת, ו-3) המשך הניסוי מבלי להשיג אטימה אטומה לגז. מנקודת מבט של נאמנות נתונים, Reintubation היא האפשרות החזקה ביותר, אך היא יכולה לגזול זמן ולהוביל לדעיכת מגנטיזציה לא רצויה של ¹²⁹Xe. התאמת מיקום הצינורית מהירה יותר, אך יש לבצע אותה בזהירות, מכיוון שהיא טומנת בחובה סיכון גדול יותר לפציעה. המשך הניסוי ללא RMs משמש בצורה הטובה ביותר כאשר העכבר יהיה מונשם למשך <20 דקות כדי למנוע שינויים הנגרמים על ידי אטלקטזיס בדינמיקת הריאות¹¹⁷.

מעבר לצורך הברור בטיפול בטוח בבעלי חיים, המפתח לפיתוח תוכנית MRI חזקה ואמינה לעכבר HP ¹²⁹Xe - ולפתרון בעיות באתגרים שלה - הוא שמירת רשומות קפדנית. לייצור HP ¹²⁹Xe, רצוי לעקוב אחר עוצמת הלייזר, זמן הצבירה, קצב הזרימה והקיטוב. במהלך הדמיית פנטום וספקטרוסקופיה, עדיף להקליט SNR תמונה, מיקום שיא, רוחב קו ספקטרלי ועוצמת ה-RF הדרושה להשגת דופק של 90°. עבור הדמיה in vivo , יש לרשום נתוני QA דומים יחד עם פרמטרים פיזיולוגיים של ניטור (לחץ שאיפה שיא, טמפרטורת גוף וכו') וציר זמן מפורט של אירועי טיפול בבעלי חיים. כמה פריטי ציוד מרכזיים יכולים להקל על פתרון בעיות במכונות הנשמה. אלה כוללים חיישן O₂ , ספירומטר לבעלי חיים קטנים ומנומטר לכיול אוורור ולחץ PEEP. אוסצילוסקופ ומד מתח יכולים לסייע באישור שתזמון מכונת ההנשמה מדויק ומותאם לשער סורק ה-MRI. לבסוף, מד גאוס כף יד הוא הכרחי לאישור תקינותו של תיק נשיאה מגנטי אם הוא נדרש להובלה. לגבי פתרון בעיות ברצף MRI, מומלץ להשתמש הן בפנטום הגז המתואר בפרוטוקול זה והן במזרק מלא בגז HP. השימוש במזרק המכיל גז HP ¹²⁹Xe מועיל במיוחד לפתרון בעיות של רצפים משוקללים לדיפוזיה, שכן ניתן להעריך את דיוק הנתונים על סמך האם הם משקפים אמת קרקעית ידועה: מקדם הדיפוזיה החופשי של ¹²⁹Xe טהור בתוך המזרק.

יש להכיר במספר מגבלות בעת יישום פרוטוקול זה. ראשית, זה תלוי בציוד מיוחד ומומחיות, מה שמפחית את הנגישות לאתרים חדשים. עם זאת, עם האישור הרגולטורי האחרון לשימוש קליני בארה"ב, מספר האתרים המצוידים ^ב-129יכולות Xe MRI צפוי לגדול. הטכניקה מוגבלת גם על ידי מגבלות אינהרנטיות של גז היפר-פולריזציה, כולל אורך חיים קצר יחסית של קיטוב והצורך באיסוף נתונים מהיר. השימוש במאוורר מכני בדרך כלל משפר את SNR התמונה ונמנע באופן מהותי מחפצי תנועה, אך הוא מסווה דינמיקת נשימה טבעית שניתן ללכוד על ידי שימוש במכשיר אספקת גז לנשימה חופשית. יתר על כן, יש לפרש בזהירות ממצאים ממודלים של בעלי חיים קטנים המשתמשים בפרוטוקול זה בעת אקסטרפולציה לפיזיולוגיה האנושית, בהתחשב בשינויים משמעותיים בין המינים. מגבלה נוספת היא האופי המאתגר של אינטובציה דרך הפה והנשמה מכנית, הקשים בעכברים במשקל של פחות מ-25 גרם. זה עשוי להוציא זכרים מתחת לגיל ~8 שבועות ונקבות מתחת לגיל ~20 שבועות, אלא אם כן נעשה שימוש בציוד ונהלים ייעודיים. המגבלה הבולטת ביותר של פרוטוקול זה היא היעדר תכנות פולסים וטכניקות מתקדמות לשחזור תמונה. הכללת שיטות כאלה בפרוטוקול כללי אינה מעשית בשל הפרטים הטכניים המורכבים והידע המיוחד שלהן. לבסוף, פרוטוקול זה מתאר מדדים כמותיים בסיסיים כמו SNR, VDP ו-ADC, אך לא מדדים מתקדמים יותר כמו אוורור חלקי אזורי, מורפומטריית דיפוזיה והדמיית חילופי גזים. מדדים מתקדמים אלה ייושמו ביתר קלות לאחר הגדרת התשתית הבסיסית המתוארת כאן.

למרות ש-HP ¹²⁹Xe gas MRI של בעלי חיים קטנים הוא עתיר משאבים ומאתגר מבחינה ניסויית, יש לו פוטנציאל לקדם משמעותית את מחקר הריאות הפרה-קליני. הוא מציע אמצעי זעיר פולשני ורגיש לכימות אוורור אזורי, גודל מרחב אווירי מכתשית ודינמיקת חילופי גזים. ככזה, הוא יכול לספק אמצעי ייחודי להערכת פיזיולוגיה של הריאות, התקדמות המחלה והתערבויות טיפוליות לאורך זמן. לכן הוא מייצג שיפור לעומת טכניקות פרה-קליניות מסורתיות, כולל היסטולוגיה, ניתוחים ביוכימיים, שיטות הדמיה מייננות ומדידות מכניקת ריאות פולשניות. יתר על כן, MRI ¹²⁹Xe של בעלי חיים קטנים נותר תת-תחום מחקר מתפתח באופן פעיל, ואיזון בין פיזיקת ההדמיה הרלוונטית לדרישות הפרה-קליניות מייצג הזדמנויות מחקר משמעותיות בפני עצמו. לבסוף, ככל ^ש-129Xe MRI קליני יהפוך למקובל יותר ונעשה בו שימוש קליני, ההזדמנויות למחקרי תרגום מעכבר לאדם ובחזרה ימשיכו לגדול עם הזמן.

איור משלים 1: דיאגרמת מעגל עבור תיק הנשיאה המגנטי. סולנואיד עשוי חוט נחושת אמייל, L1, מחובר במקביל ל- V1, סוללת עופרת אטומה נטענת 12 וולט. ניתן לבחור את ההתנגדות של הנגד R1 כדי לשלוט בזרם דרך V1 ו-L1. מנורת LED מחוון פאנל, R2 ו-D1, מחווטת גם במקביל ל-V1. מתג הפעלה-כיבוי, S1, מחובר בסדרה עם V1. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

איור משלים 2: תוצאות כיול מאוורר לחנקן. תפוקת הנפח מ-30 נשימות נמדדה בשלוש פעמים. בוצעה רגרסיה ליניארית כדי לקבוע את לחץ ההנעה הדרוש לייצור נפחי גז רלוונטיים. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

איור משלים 3: גיליון רמאות של הגדרות לחץ מאוורר. תוצאות השיפוע והיירוט מהרגרסיה הליניארית של כל גז משמשות במשוואה S1. משוואה זו שימשה לקביעת לחץ המניע הדרוש לייצור נפח גאות של 10 מ"ל/ק"ג של משקל גוף אידיאלי עבור תערובות גזים של 70% N₂ + 30% O₂ו-70% ¹²⁹Xe + 30% O₂ עבור משקל בעלי חיים רלוונטי. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

גילויים

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

פיטר נידבלסקי הוא יועץ ל-Polarean Imaging, Plc.

תודות

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

המחברים מביעים את תודתם העמוקה לג'רי דאלקה על היותו אור מנחה בבניית מכונות הנשמה. ברצוננו להודות לקרטר מקמאסטר על בישול גז HP ¹²⁹Xe. ברצוננו גם להודות לד"ר מתיו וילמרינג ולד"ר חואן פארה-רובלס על הדיונים המדעיים מעוררי המחשבה שלהם. דמויות שנוצרו באמצעות BioRender.com. עבודה זו מומנה על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (מענק מס': NHLBI R01HL143011, R01HL151588)

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
1 מ"ל מזרק	פישר	קטלוג מדעי מס' 14-955-464	https://www.fishersci.com/shop/products/sterile-syringes-single-use-12/14955464
10 מ"ל צילינדר בוגר	Cole-Parmer	UX-34502-69	https://www.coleparmer.com/i/cole-parmer-essentials-graduated-cylinder-glass-hexagonal-base-10-ml-2-pk/3450269?PubID=UX&persist=true&ip=no& gad_source=1& gclid=CjwKCAi A6KWvBhAREiwAFPZM7h3do -ssjascARuVviKd7V7kC5ztdIB6 _70DnMr-K3qk9RKeJ7-IrhoCeT 0QAvD_BwE
18 G - צנתרי PFTE ורידיים (לא סטריליים)	Terumo Surflo	SROX1832CA	https://www.shopmedvet.com/product/iv-catheter-18-x-1-25inch?r=GSS17&p=GSS17&utm_source= google& utm_medium=google_ שופינג& gad_source=1& gclid= CjwKCAiA0bWvBhBjEiwAtEsoW 4oTvZkAgWQCda6ocVtQlulVrG 2536FNbu5soMVSFN8xK_g1Uh pXIRoCGwoQAvD_BwE
20 G - צנתרי PFTE ורידיים (לא סטריליים)	Terumo Surflo	SROX2051CA	https://www.shopmedvet.com/product/iv-catheter-20-x-2inch?r=GSS17&p=GSS17&utm_source =google& utm_medium=google_ שופינג& gad_source=1& gclid= CjwKCAiA0bWvBhBjEiwAtEsoW 87ggCkgToD_XF_UgpQBTpmN dgSNfCml6TkDKlW8k27Dq_daR itPuhoCnBQQAvD_BwE
22 G - צנתרי PFTE ורידיים (לא סטריליים)	Terumo Surflo	SROX2225CA	https://www.shopmedvet.com/product/iv-catheter-22-x-1inch?r=GSS17&p=GSS17&utm_source= google& utm_medium=google_ שופינג& gad_source=1& gclid =CjwKCAiA0bWvBhBjEiwAtEso W9IM6mpee6m7e-lBfR8dZhSN KYbMUs7qgEU4gYCRTW_rJAs W_lGkthoCm30QAvD_BwE
400 מ"ל שקיות טדלר	ג'נסן מוצרים אינרטיים	GST-001S-3507TJC	NA
60 מ"ל מזרק	פישר	קטלוג מדעי מס' 14-955-461	https://www.fishersci.com/shop/products/sterile-syringes-single-use-12/14955461
70% אלכוהול	קול-פארמר	UX-80024-34	https://www.coleparmer.com/i/labchem-isopropyl-alcohol-70-v-v-500-ml/8002434?PubID=UX&persist=true&ip= no& gad_source=1& gclid=CjwKC AiA6KWvBhAREiwAFPZM7gGh p8g7MBHBBKadaRCAwfEMgV gna5fhYRsuXIuqoqOiToCC4fem nhoCGMEQAvD_BwE
Dewar לחנקן נוזלי	Terra Universal	4LDB	https://www.laboratory-equipment.com/tw-4ldb-liquid-nitrogen-dewar-ic-biomedical.html?srsltid=AfmBOooxwMtOA1Z2TweR P8V5Iy5EvYT3alZuzoiY 3UF3Ib9RgFnDxVTfWP0
רענון חומר סיכה לעיניים		רענון אחר הצהריים	https://www.refreshbrand.com/Products/refresh-pm
אור סיבים אופטיים	AmScope	HL250-AY	https://amscope.com/products/hl250-ay?tw_source=google & tw_adid=& tw_campaign= 16705014684& gad_source= 1& gclid=CjwKCAiA6KWvBhA REiwAFPZM7p-DpyvHJaGxR pAD1385hzGf1oPdKHHLFDR Sp8yrtxry11SNJeJnKxoCtAoQ AvD_BwE
Gaussmeter	Apex מגנטים	GMHT201
כלי זכוכית https://www.apexmagnets.com/magnets/accessories/ht-digital-gaussmeter-with-peak-hold-can-display-gauss-or-tesla (פנטום)	Ace Glass	8648-24
https://aceglass.com/results.php?t=8648-24&t=8648-24 כרית חימום	אופיס דיפו	9206211	העשרה טהורה כרית חימום מסדרת PureRelief Express Designer 12 x 15 Palm Aqua - אופיס דיפו
Hyperpolarizer	Polarean	9820	https://polarean.com/xenon-mri-platform/
לוח אינטובציה	Hallowell EMC	000A3467	https://hallowell.com/product/rodent-tilting-workstand/
רשימת חלקים של אספקת אינטובציה	פורסמה במקום אחר	NA	https://app.jove.com/t/50318/a-simple-method-of-mouse-lung-intubation
צילינדר קסנון מועשר איזוטופי	איזוטופים של לינדה	XE-129(1%)N2(10%)HE CGMP 302SZ	NA
חנקן נוזלי	Linde	NI LC160-22	https://www.lindedirect.com/store/product-detail/nitrogen_n2_nitrogen_liquid _lc160_22_psi_ni_lc160_22 /ni-lc160-22?cat_id=shop& node=b89
זכר להחליק	luer Cole-Parmer	UX-21943-27
https://www.coleparmer.com/i/diba-omnifit-t-series-solvent-waste-cap-adapter-polypropylene-male-luer-slip-x-1-16-id-hose-barb-5-pk/2194327 מד לחץ	Grainger	3T294	https://www.grainger.com/product/3T294?gucid=N:N:PS: משולם:GGL:CSM-2295:4P7A1P: 20501231& gad_source=1& gclid =CjwKCAiAi6uvBhADEiwAWiyR dltxrPJmmcm0bFiYLuPrB25HV QFdEfKMBqvgJBNdQUs3DZ7b TLr8CRoCanAQAvD_BwE& gclsrc=aw.ds
מאוורר מיני-וונט	מכשיר הרווארד	73-0044	https://www.harvardapparatus.com/minivent-ventilator-for-mice-single-animal-volume-controlled-ventilators.html
מנקב אוזניים עכבר	פישר מדעי	13-812-201	https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-animal-ear-tag-punch/13812201
מדכא לשון עכבר	כלים רפואיים	VRI-617	https://medical-tools.com/shop/rodent-tongue-depressor.html
סולם משקל עכבר	Cole-Parmer	UX-11712-12	https://www.coleparmer.com/i/adam-equipment-cqt2000-core-portable-balance-2000g-x-1g-220-v/1171212?PubID=UX&persist=true&ip=no&gad _source=1& gclid=CjwKCAiA6K WvBhAREiwAFPZM7iYnAG5Ilc Z5DZWrdJ6wcLDZSCSfNJHOH m2PQOpyyWe0TjFa75R3tBoCjB sQAvD_BwE
סורק MRI		מערכת אופקית Bruker 7T Biospec	https://www.bruker.com/de/products-and-solutions/preclinical-imaging/mri/biospec.html
מולטימטר	הום דיפו	1007898529	https://www.homedepot.com/p/Klein-Tools-600-Volt-Digital-Multi-Meter-Manual-Ranging-MM325/320822947
שפע טבעי קסנון	לינדה איזוטופים	מחט NA של האו"ם 2036
	פישר מדעי	305194	https://www.fishersci.com/shop/products/bd-general-use-precisionglide-hypodermic-needles-20/148266C?keyword=true
מחזיק מזרק בטוח מחט	פישר NC2703873 מדעי		https://www.fishersci.com/shop/products/ndlsafe-ii-syr-uncap-deca/NC2703873#?keyword=needlesafe
צילינדר חנקן	Linde	NI M-K
https://www.lindedirect.com/store/product-detail/nitrogen_n2_nitrogen_nf_k/ni-m-k?cat_id=shop&node=b89 צילינדר חמצן	Linde	OX M-K	חיישן
חמצן	מכשירי אפוג'י	MO-200	https://www.apogeeinstruments.com/mo-200-oxygen-sensor-with-handheld-meter/
חיישן חמצן מוטבע ראש זרימה	מכשירי אפוג'י	AO-002	https://www.apogeeinstruments.com/ao-002-oxygen-meter-sensor-flow-through-head/
שסתום PEEP	Hallowell EMC	000A6556A
https://hallowell.com/product/adjustable-peep-valve-with-exhaust-port-range-5-20cm-disposable/ טיפים לפיפטה	פישר קטלוג מדעי	מס' 02-707-108	טיפים לחיסכון במקום של Fisherbrand Stack-Rack: 101-1000 ליטר סטנדרטי; כחול; נפח: \| שסתום בוכנה פישר סיינטיפיק
	אייס זכוכית	8648-20	https://www.aceglass.com/results.php?t=8648
סליל פרה-קליני	Doty מדעי	בהתאמה אישית
https://dotynmr.com/products/bmax-xy-low-e/ ווסתי לחץ	Cole-Parmer	UX-98202-11	https://www.coleparmer.com/i/cole-parmer-single-stage-regulator-1500-scfh-capacity-346-cga-fitting/9820211?PubID=UX&persist=true&ip=no&< br/> gad_source=1& gclid=CjwKCAi A6KWvBhAREiwAFPZM7pruR xCAiaj52nA_8Y1nveQZRsD6B f0QO65o2DKFYqRoz0PopSkX QxoCxqcQAvD_BwE
חלקי מאוורר טיפת לחץ	שפורסמה במקום אחר	צינור NA	https://sites.duke.edu/driehuyslab/resources/
PVC לפנטום	הום דיפו	193682
https://www.homedepot.com/p/IPEX-1-2-in-x-10-ft-White-PVC-SCH-40-Potable-Pressure-Water-Pipe-30-05010HD/319692959 מערכת חימום בעלי חיים SAII		דגם 1030	https://i4sa.com/product/model-1030-monitoring-gating-system/
Saline	Farris Laboratories Inc.	0409488820-1	https://www.farrislabs.com/products/bacteriostatic-sodium-chloride-0-9-30ml-bottle?variant=42807174824167¤cy = USD& utm_medium=product_ sync& utm_source=google& utm_ content=sag_organic& utm_ קמפיין=sag_organic& קמפיין utm_ = gs-2021-09-24& utm _source=google& utm_medium =smart_campaign& gad_source = 1& gclid=CjwKCAiA6KWvBh AREiwAFPZM7oS3-hFDETO_2f6OWOoKyBMb WuDuWqYxdWRYUWEkY M2Py73VfGzVtRoC2FQQAvD_BwE
Sharps מיכל	פישר מדעי	22-730-455	https://www.fishersci.com/shop/products/sharps-container-47/p-7250579#?keyword=needle%20safe
סיליקון אפוקסי	גריינג'ר	3KMY7	https://www.grainger.com/product/3KMY7?gucid=N:N:PS:Paid:GGL:CSM-<> 2295:4P7A1P:20501231& gad_ מקור=1& gclid=CjwKCAiA6KW vBhAREiwAFPZM7voahkm8tda t1Euql1A8DFhC6AZVJ0wXzCE PfE6iUzrIJXV-Hl8o4xoCQLYQA vD_BwE& gclsrc=aw.ds
חומר סיכה לשחרור עובש סיליקון	Grainger	19MW95
https://www.grainger.com/product/CRC-Mold-Release-Agent-16-oz-19MW95 ספירומטר	FE141	https://www.adinstruments.com/products/spirometer
ספירומטר - ראש זרימה של עכבר	ADInstruments	MLT1L	https://www.adinstruments.com/products/respiratory-flow-heads
צינורות - 1/4 OD	Clippard	URH1-0402-CLT-050	צינורות https://www.clippard.com/part/URH1-0402-CLT-050
- 1/8 OD	Clippard	URH1-0804-CLT-050
https://www.clippard.com/part/URH1-0402-CLT-050 משאבת ואקום	Cole-Parmer	UX-60062-11	https://www.coleparmer.com/i/environmental-express-diaphragm-pump-high-volume-120v/6006211?PubID=UX&persist=true&ip=no&gad _source=1& gclid=CjwKCAiA6K WvBhAREiwAFPZM7uFGwmW pRelHNFgZVvJJV09vDUVyfyG HoKeZTiFNIiVTe-05IpJJPxoCO PoQAvD_BwE
חוט - 18 מד	Digikey	2328-18H240-ND	https://www.digikey.com/en/products/detail/remington-industries/18H240/15202027?s=N4 IgjCBcoOwBxVAYygMwIYBsDOB TANCAPZQDa4YATPAGwgC6h ADgC5QgDKLATgJYB2AcxAB fQmAAMAFkqIQKSBhwFiZEA GZNATi0SGzNpE48BwsSErqw 6uQqV5CJSOQCsMF%2Bq11 GIVuy58QqLmss4gALbogvy4L AAEAO683LgMIkA
תחנת מדידת קיטוב קסנון	Polarean	NA	https://polarean.com/xenon-mri-platform/

https://www.lindedirect.com/store/product-detail/oxygen_o2_oxygen_usp_k/ox-m-k?cat_id=shop&node=b90 רשימת

מקורות

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

World Health Organization. Global health estimates 2020: Deaths by cause, age, sex, by country and by region, 2000-2019. World Health Organization. , Geneva. (2020).
Middleton, P. G., et al. Elexacaftor-Tezacaftor-Ivacaftor for cystic fibrosis with a single Phe508del allele. N Engl J Med. 381 (19), 1809-1819 (2019).
Taylor-Cousar, J. L., et al. Tezacaftor-Ivacaftor in patients with cystic fibrosis homozygous for Phe508del. N Engl J Med. 377 (21), 2013-2023 (2017).
Richeldi, L., et al. Efficacy and safety of nintedanib in idiopathic pulmonary fibrosis. N Engl J Med. 370 (22), 2071-2082 (2014).
King, T. E., et al. A phase 3 trial of pirfenidone in patients with idiopathic pulmonary fibrosis. N Engl J Med. 370 (22), 2083-2092 (2014).
Yong, K. S. M., Her, Z., Chen, Q. Humanized mice as unique tools for human-specific studies. Arch Immunol Ther Exp (Warsz. 66 (4), 245-266 (2018).
Li, H., Auwerx, J. Mouse systems genetics as a prelude to precision medicine. Trends Genet. 36 (4), 259-272 (2020).
Eppig, J. T., Motenko, H., Richardson, J. E., Richards-Smith, B., Smith, C. L. The International Mouse Strain Resource (IMSR): cataloging worldwide mouse and ES cell line resources. Mamm Genome. 26 (9-10), 448-455 (2015).
Vedi, M., et al. 2022 updates to the rat genome database: A Findable, Accessible, Interoperable, and Reusable (FAIR) resource. Genetics. 224 (1), 042(2023).
Ghorani, V., Boskabady, M. H., Khazdair, M. R., Kianmeher, M. Experimental animal models for COPD: a methodological review. Tob Induc Dis. 15, 25(2017).
Semaniakou, A., Croll, R. P., Chappe, V. Animal models in the pathophysiology of cystic fibrosis. Front Pharmacol. 9, 1475(2018).
Moore, B. B., et al. Animal models of fibrotic lung disease. Am J Respir Cell Mol Biol. 49 (2), 167-179 (2013).
Jenkins, R. G., et al. An official American thoracic society workshop report: Use of animal models for the preclinical assessment of potential therapies for pulmonary fibrosis. Am J Respir Cell Mol Biol. 56 (5), 667-679 (2017).
Gomez-Arroyo, J., et al. A brief overview of mouse models of pulmonary arterial hypertension: problems and prospects. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 302 (10), L977-L991 (2012).
Dignam, J. P., Scott, T. E., Kemp-Harper, B. K., Hobbs, A. J. Animal models of pulmonary hypertension: Getting to the heart of the problem. Br J Pharmacol. 179 (5), 811-837 (2022).
Woodrow, J. S., Sheats, M. K., Cooper, B., Bayless, R. Asthma: The use of animal models and their translational utility. Cells. 12 (7), 1091(2023).
Van de Velde, G., et al. Longitudinal in vivo microcomputed tomography of mouse lungs: No evidence for radiotoxicity. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 309 (3), L271-L279 (2015).
Mata, J. F., et al. Evaluation of emphysema severity and progression in a rabbit model: comparison of hyperpolarized 3He and 129Xe diffusion MRI with lung morphometry. J Appl Physiol (1985). 102 (1985), 1273-1280 (2007).
Boudreau, M., Xu, X., Santyr, G. E. Measurement of 129Xe gas apparent diffusion coefficient anisotropy in an elastase-instilled rat model of emphysema. Magn Reson Med. 69 (1), 211-220 (2013).
Cleveland, Z. I., et al. 3D MRI of impaired hyperpolarized 129Xe uptake in a rat model of pulmonary fibrosis. NMR Biomed. 27 (12), 1502-1514 (2014).
Kimura, A., et al. Inflammation during lung cancer progression and ethyl pyruvate treatment observed by pulmonary functional hyperpolarized 129Xe MRI in mice. Contrast Media Mol Imaging. 2021, 9918702(2021).
Kimura, A., et al. Treatment response of ethyl pyruvate in a mouse model of chronic obstructive pulmonary disease studied by hyperpolarized 129Xe MRI. Magn Reson Med. 78 (2), 721-729 (2017).
Ouriadov, A., et al. Early stage radiation-induced lung injury detected using hyperpolarized 129Xe Morphometry: Proof-of-concept demonstration in a rat model. Magn Reson Med. 75 (6), 2421-2431 (2016).
Willmering, M. M., et al. Improved pulmonary 129Xe ventilation imaging via 3D-spiral UTE MRI. Magn Reson Med. 84 (1), 312-320 (2020).
Kaushik, S. S., et al. Single-breath clinical imaging of hyperpolarized 129Xe in the airspaces, barrier, and red blood cells using an interleaved 3D radial 1-point Dixon acquisition. Magn Reson Med. 75 (4), 1434-1443 (2016).
Zanette, B., Munidasa, S., Friedlander, Y., Ratjen, F., Santyr, G. A 3D stack-of-spirals approach for rapid hyperpolarized 129Xe ventilation mapping in pediatric cystic fibrosis lung disease. Magn Reson Med. 89 (3), 1083-1091 (2023).
Zanette, B., Stirrat, E., Jelveh, S., Hope, A., Santyr, G. Physiological gas exchange mapping of hyperpolarized 129Xe using spiral-IDEAL and MOXE in a model of regional radiation-induced lung injury. Med Phys. 45 (2), 803-816 (2018).
Collier, G. J., et al. Dissolved 129Xe lung MRI with four-echo 3D radial spectroscopic imaging: Quantification of regional gas transfer in idiopathic pulmonary fibrosis. Magn Reson Med. 85 (5), 2622-2633 (2021).
Qing, K., et al. Assessment of lung function in asthma and COPD using hyperpolarized 129Xe chemical shift saturation recovery spectroscopy and dissolved-phase MRI. NMR Biomed. 27 (12), 1490-1501 (2014).
Ruppert, K., Brookeman, J. R., Hagspiel, K. D., Mugler, J. P. Probing lung physiology with xenon polarization transfer contrast (XTC). Magn Reson Med. 44 (3), 349-357 (2000).
Kern, A. L., et al. Investigating short-time diffusion of hyperpolarized 129Xe in lung air spaces and tissue: A feasibility study in chronic obstructive pulmonary disease patients. Magn Reson Med. 84 (4), 2133-2146 (2020).
Amzajerdian, F., et al. Simultaneous quantification of hyperpolarized xenon-129 ventilation and gas exchange with multi-breath xenon-polarization transfer contrast (XTC) MRI. Magn Reson Med. 90 (6), 2334-2347 (2023).
Perron, S., et al. Application of a 2D frequency encoding sectoral approach to hyperpolarized 129Xe MRI at low field. J Magn Reson. 336, 107159(2022).
Loza, L. A., et al. Quantification of ventilation and gas uptake in free-breathing mice with hyperpolarized 129Xe MRI. IEEE Trans Med Imaging. 38 (9), 2081-2091 (2019).
Imai, H., et al. Regional fractional ventilation mapping in spontaneously breathing mice using hyperpolarized 129Xe MRI. NMR Biomed. 28 (1), 24-29 (2015).
Friedlander, Y., et al. Effect of inhaled oxygen concentration on 129Xe chemical shift of red blood cells in rat lungs. Magn Reson Med. 86 (3), 1187-1193 (2021).
Virgincar, R. S., et al. A portable ventilator with integrated physiologic monitoring for hyperpolarized 129Xe MRI in rodents. J Magn Reson. 295, 63-71 (2018).
Nouls, J., Fanarjian, M., Hedlund, L., Driehuys, B. A constant-volume ventilator and gas recapture system for hyperpolarized gas MRI of mouse and rat lungs. Concepts Magn Reson Part B Magn Reson Eng. 39B (2), 78-88 (2011).
Niedbalski, P. J., et al. Preclinical hyperpolarized 129Xe MRI: ventilation and T2* mapping in mouse lungs at 7 T using multi-echo flyback UTE. NMR Biomed. 33 (7), e4302(2020).
Akinyi, T. G. An Affordable Open-Source Small Animal MR and Hyperpolarized Gas Compatible Ventilator: Feasibility in Preclinical Imaging. , University of Cincinnati. Master's thesis (2017).
Smith, L. J., et al. The assessment of short and long term changes in lung function in CF using 129Xe MRI. Eur Respir J. 6, 2000441(2020).
Svenningsen, S., et al. Reproducibility of hyperpolarized 129Xe MRI ventilation defect percent in severe asthma to evaluate clinical trial feasibility. Acad Radiol. 28 (6), 817-826 (2021).
Kirby, M., et al. Hyperpolarized 3He and 129Xe MR imaging in healthy volunteers and patients with chronic obstructive pulmonary disease. Radiology. 265 (2), 600-610 (2012).
Virgincar, R. S., et al. Quantitative analysis of hyperpolarized 129Xe ventilation imaging in healthy volunteers and subjects with chronic obstructive pulmonary disease. NMR Biomed. 26 (4), 424-435 (2013).
Ebner, L., et al. Multireader determination of clinically significant obstruction using hyperpolarized 129Xe-ventilation MRI. AJR Am J Roentgenol. 212 (4), 758-765 (2019).
Driehuys, B., et al. 3He MRI in mouse models of asthma. Magn Reson Med. 58 (5), 893-900 (2007).
Mistry, N. N., Thomas, A., Kaushik, S. S., Johnson, G. A., Driehuys, B. Quantitative analysis of hyperpolarized 3He ventilation changes in mice challenged with methacholine. Magn Reson Med. 63 (3), 658-666 (2010).
Costa, M., et al. Noninvasive assessment of in vivo mouse lung microstructural changes due to aging and PEEP. Am J Respir Crit Care Med. 207, A4713(2023).
Sukstanskii, A. L., Yablonskiy, D. A. Lung morphometry with hyperpolarized 129Xe: theoretical background. Magn Reson Med. 67 (3), 856-866 (2012).
Chan, H. F., Stewart, N. J., Norquay, G., Collier, G. J., Wild, J. M. 3D diffusion-weighted 129Xe MRI for whole lung morphometry. Magn Reson Med. 79 (6), 2986-2995 (2018).
Bier, E. A., et al. Noninvasive diagnosis of pulmonary hypertension with hyperpolarised 129Xe magnetic resonance imaging and spectroscopy. ERJ Open Res. 8 (2), 00035(2022).
Bier, E. A., et al. A protocol for quantifying cardiogenic oscillations in dynamic 129Xe gas exchange spectroscopy: The effects of idiopathic pulmonary fibrosis. NMR Biomed. 32 (1), e4029(2019).
Wang, Z., et al. Diverse cardiopulmonary diseases are associated with distinct xenon magnetic resonance imaging signatures. Eur Respir J. 54 (6), 1900831(2019).
Freeman, M. S., Cleveland, Z. I., Qi, Y., Driehuys, B. Enabling hyperpolarized 129Xe MR spectroscopy and imaging of pulmonary gas transfer to the red blood cells in transgenic mice expressing human hemoglobin. Magn Reson Med. 70 (5), 1192-1199 (2013).
Iguchi, S., et al. Direct imaging of hyperpolarized 129Xe alveolar gas uptake in a mouse model of emphysema. Magn Reson Med. 70 (1), 207-215 (2013).
Imai, H., et al. Noninvasive detection of pulmonary tissue destruction in a mouse model of emphysema using hyperpolarized 129Xe MRS under spontaneous respiration. Magn Reson Med. 64 (4), 929-938 (2010).
Silk, S. B., Hampton, L. L., Brown, P. A. What investigators need to know about the use of animals. ILAR J. 54 (3), 324-328 (2014).
Cereda, M., et al. Mild loss of lung aeration augments stretch in healthy lung regions. J Appl Physiol. 120 (1985), 444-454 (2016).
Constantinides, C., Murphy, K. Molecular and integrative physiological effects of isoflurane anesthesia: The paradigm of cardiovascular studies in rodents using magnetic resonance imaging. Front Cardiovasc Med. 3, 23(2016).
Irwin, M. R., Curay, C. M., Choi, S., Kiyatkin, E. A. Basic physiological effects of ketamine-xylazine mixture as a general anesthetic preparation for rodent surgeries. Brain Res. 1804, 148251(2023).
Roth, D. M., Swaney, J. S., Dalton, N. D., Gilpin, E. A., John Ross, J. Impact of anesthesia on cardiac function during echocardiography in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 282 (6), H2134-H2140 (2002).
Massey, C. A., Richerson, G. B. Isoflurane, ketamine-xylazine, and urethane markedly alter breathing even at subtherapeutic doses. J Neurophysiol. 118 (4), 2389-2401 (2017).
Janssen, B. J. A., et al. Effects of anesthetics on systemic hemodynamics in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 287 (4), H1618-H1624 (2004).
Lenzarini, F., Di Lascio, N., Stea, F., Kusmic, C., Faita, F. Time course of isoflurane-induced vasodilation: A Doppler ultrasound study of the left coronary artery in mice. Ultrasound Med Biol. 42 (4), 999-1009 (2016).
Mondonedo, J. R., et al. Volatile anesthetics and the treatment of severe bronchospasm: A concept of targeted delivery. Drug Discov Today Dis Models. 15, 43-50 (2015).
Nolan, J. P. Anaesthesia and Neuromuscular Block. Clinical Pharmacology. , Churchill Livingstone. 295-310 (2012).
Arras, M., Autenried, P., Rettich, A., Spaeni, D., Rülicke, T. Optimization of intraperitoneal injection anesthesia in mice: drugs, dosages, adverse effects, and anesthesia depth. Comp Med. 51 (5), 443-456 (2001).
Navarro, K. L., et al. Mouse anesthesia: The art and science. ILAR J. 62 (1-2), 238-273 (2021).
Das, S., MacDonald, K., Chang, H. Y., Mitzner, W. A simple method of mouse lung intubation. J Vis Exp. (73), e50318(2013).
Thomas, J. L., et al. Endotracheal intubation in mice via direct laryngoscopy using an otoscope. J Vis Exp. (86), e50269(2014).
Slutsky, A. S., Ranieri, V. M. Ventilator-induced lung injury. N Engl J Med. 369 (22), 2126-2136 (2013).
Matute-Bello, G., et al. An official American thoracic society workshop report: features and measurements of experimental acute lung injury in animals. Am J Respir Cell Mol Biol. 44 (5), 725-738 (2011).
Kulkarni, H. S., et al. Update on the features and measurements of experimental acute lung injury in animals: An official American thoracic society workshop report. Am J Respir Cell Mol Biol. 66 (2), e1-e14 (2022).
Tsuchida, S., et al. Atelectasis causes alveolar injury in nonatelectatic lung regions. Am J Respir Crit Care Med. 174 (3), 279-289 (2006).
Fan, E., et al. An official American thoracic society/European society of intensive care medicine/society of critical care medicine clinical practice guideline: Mechanical ventilation in adult patients with acute respiratory distress syndrome. Am J Respir Crit Care Med. 195 (9), 1253-1263 (2017).
Santos, R. S., Silva, P. L., Pelosi, P., Rocco, P. R. Recruitment maneuvers in acute respiratory distress syndrome: The safe way is the best way. World J Crit Care Med. 4 (4), 278-286 (2015).
Mekontso Dessap, A., et al. Conflicting physiological and genomic cardiopulmonary effects of recruitment maneuvers in murine acute lung injury. Am J Respir Cell Mol Biol. 46 (4), 541-550 (2012).
García-Fernández, J., et al. Recruitment manoeuvres in anaesthesia: How many more excuses are there not to use them. Rev Esp Anestesiol Reanim (Engl Ed). 65 (4), 209-217 (2018).
Allen, G. B., Suratt, B. T., Rinaldi, L., Petty, J. M., Bates, J. H. Choosing the frequency of deep inflation in mice: balancing recruitment against ventilator-induced lung injury. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 291 (4), L710-L717 (2006).
da Silva, A. C. L., et al. Sigh maneuver protects healthy lungs during mechanical ventilation in adult Wistar rats. Exp Biol Med. 245 (15), 1404-1413 (2020).
Riva, D. R., et al. Recruitment maneuver: RAMP versus CPAP pressure profile in a model of acute lung injury. Respir Physiol Neurobiol. 169 (1), 62-68 (2009).
Schwarte, L. A., Zuurbier, C. J., Ince, C. Mechanical ventilation of mice. Basic Res Cardiol. 95 (6), 510-520 (2000).
Joelsson, J. P., Ingthorsson, S., Kricker, J., Gudjonsson, T., Karason, S. Ventilator-induced lung-injury in mouse models: Is there a trap. Lab Anim Res. 37 (1), 30(2021).
Jameson, C. J., Jameson, A. K., Hwang, J. K. Nuclear spin relaxation by intermolecular magnetic dipole coupling in the gas phase. 129Xe in oxygen. J Chem Phys. 89 (7), 4074-4081 (1988).
Kelley, M., Branca, R. T. Theoretical models of spin-exchange optical pumping: Revisited and reconciled. J Appl Phys. 129 (15), 1-16 (2021).
Norquay, G., Leung, G., Stewart, N. J., Wolber, J., Wild, J. M. 129Xe chemical shift in human blood and pulmonary blood oxygenation measurement in humans using hyperpolarized 129Xe NMR. Magn Reson Med. 77 (4), 1399-1408 (2017).
Norquay, G., Collier, G. J., Rao, M., Stewart, N. J., Wild, J. M. 129Xe-Rb spin-exchange optical pumping with high photon efficiency. Phys Rev Lett. 121 (15), 153201(2018).
Ball, J. E., Wild, J. M., Norquay, G. Investigating Rubidium density and temperature distributions in a high-throughput 129Xe-Rb spin-exchange optical pumping polarizer. Molecules. 28 (1), 11(2022).
Plummer, J. W., et al. A semi-empirical model to optimize continuous-flow hyperpolarized 129Xe production under practical cryogenic-accumulation conditions. J Magn Reson. 320, 106845(2020).
Nikolaou, P., et al. Near-unity nuclear polarization with an open-source 129Xe hyperpolarizer for NMR and MRI. Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (35), 14150-14155 (2013).
Robertson, S. H., et al. Optimizing 3D noncartesian gridding reconstruction for hyperpolarized 129Xe MRI-focus on preclinical applications. Concepts Magn Reson Part A Bridg Educ Res. 44 (4), 190-202 (2015).
Thomas, A. C., et al. A robust protocol for regional evaluation of methacholine challenge in mouse models of allergic asthma using hyperpolarized 3He MRI. NMR Biomed. 22 (5), 502-515 (2009).
Niedbalski, P. J., et al. Protocols for multi-site trials using hyperpolarized 129Xe MRI for imaging of ventilation, alveolar-airspace size, and gas exchange: A position paper from the 129Xe MRI clinical trials consortium. Magn Reson Med. 86 (6), 2966-2986 (2021).
Woodhouse, N., et al. Combined helium-3/proton magnetic resonance imaging measurement of ventilated lung volumes in smokers compared to never-smokers. J Magn Reson Imaging. 21 (4), 365-369 (2005).
Brown, R. W., Cheng, Y. C. N., Haacke, E. M., Thompson, M. R., Venkatesan, R. Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and Sequence Design. , Wiley. (2014).
Levitt, M. H. Spin Dynamics: Basics of Nuclear Magnetic Resonance. , Wiley. (2013).
Salerno, M., et al. Emphysema: hyperpolarized helium 3 diffusion MR imaging of the lungs compared with spirometric indexes—initial experience. Radiology. 222 (1), 252-260 (2002).
Niedbalski, P. J., et al. Validating in vivo hyperpolarized 129Xe diffusion MRI and diffusion morphometry in the mouse lung. Magn Reson Med. 85 (4), 2160-2173 (2021).
Bdaiwi, A. S., et al. Improving hyperpolarized 129Xe ADC mapping in pediatric and adult lungs with uncertainty propagation. NMR Biomed. 35 (3), e4639(2022).
Ruppert, K., Brookeman, J. R., Hagspiel, K. D., Driehuys, B., Mugler, J. P. NMR of hyperpolarized 129Xe in the canine chest: spectral dynamics during a breath-hold. NMR Biomed. 13 (4), 220-228 (2000).
Driehuys, B., et al. Imaging alveolar-capillary gas transfer using hyperpolarized 129Xe MRI. Proc Natl Acad Sci U S A. 103 (48), 18278-18283 (2006).
Nakamura, K., et al. 129Xe spectra from the heads of rats with and without ligation of the external carotid and pterygopalatine arteries. Magn Reson Med. 53 (3), 528-534 (2005).
Kershaw, J., et al. Confirming the existence of five peaks in 129Xe rat head spectra. Magn Reson Med. 57 (4), 791-797 (2007).
Chen, R. Y., et al. Tissue-blood partition coefficient for xenon: temperature and hematocrit dependence. J Appl Physiol. 49 (2), 178-183 (1980).
Möller, H. E., et al. Magnetic resonance angiography with hyperpolarized 129Xe dissolved in a lipid emulsion. Magn Reson Med. 41 (5), 1058-1064 (1999).
Norquay, G., et al. Relaxation and exchange dynamics of hyperpolarized 129Xe in human blood. Magn Reson Med. 74 (2), 303-311 (2015).
Zhang, L., et al. Absolute thermometry of human brown adipose tissue by magnetic resonance with laser polarized 129Xe. Commun Med. 3 (1), 147(2023).
Barshishat-Kupper, M., et al. Protein oxidation in the lungs of C57BL/6J mice following X-irradiation. Proteomes. 3 (3), 249-265 (2015).
Olsson, L. E., et al. Measurement of MR signal and T2* in lung to characterize a tight skin mouse model of emphysema using single-point imaging. J Magn Reson Imaging. 25 (3), 488-494 (2007).
Crowle, A. J. Delayed hypersensitivity in mice. J Allergy. 30 (2), 151-164 (1959).
Guo, J., Cao, X., Cleveland, Z. I., Woods, J. C. Murine pulmonary imaging at 7T: T2* and T1 anisotropic UTE. Magn Reson Med. 79 (4), 2254-2264 (2018).
Sonobe, T., et al. Imaging of the closed-chest mouse pulmonary circulation using synchrotron radiation microangiography. J Appl Physiol. 111 (1), 75-80 (2011).
Wang, W., et al. Imaging lung microstructure in mice with hyperpolarized 3He diffusion MRI. Magn Reson Med. 65 (3), 620-626 (2011).
Ouriadov, A. V., et al. Application of a stretched-exponential model for morphometric analysis of accelerated diffusion-weighted 129Xe MRI of the rat lung. Magn Reson Mater Phy. 34 (1), 73-84 (2021).
O'Halloran, R. L., Holmes, J. H., Altes, T. A., Salerno, M., Fain, S. B. The effects of SNR on ADC measurements in diffusion-weighted hyperpolarized He-3 MRI. J Magn Reson. 185 (1), 42-49 (2007).
Moller, H. E., Cleveland, Z. I., Driehuys, B. Relaxation of hyperpolarized 129Xe in a deflating polymer bag. J Magn Reson. 212 (1), 109-115 (2011).
Reiss, L. K., Kowallik, A., Uhlig, S. Recurrent recruitment manoeuvres improve lung mechanics and minimize lung injury during mechanical ventilation of healthy mice. PLoS One. 6 (9), e24527(2011).
Cagle, L. A., et al. Effects of positive end-expiratory pressure and recruitment maneuvers in a ventilator-induced injury mouse model. PLoS One. 12 (11), e0187419(2017).
Cannizzaro, V., et al. Lung volume recruitment maneuvers and respiratory system mechanics in mechanically ventilated mice. Respir Physiol Neurobiol. 169 (3), 243-251 (2009).
Hohlbaum, K., et al. Impact of repeated anesthesia with ketamine and xylazine on the well-being of C57BL/6JRj mice. PLoS One. 13 (9), e0203559(2018).
Blevins, C. E., Celeste, N. A., Marx, J. O. Effects of oxygen supplementation on injectable and inhalant anesthesia in C57BL/6 mice. J Am Assoc Lab Anim Sci. 60 (3), 289-297 (2021).
Cannizzaro, V., et al. Impact of supplemental oxygen in mechanically ventilated adult and infant mice. Respir Physiol Neurobiol. 165 (1), 61-66 (2009).
Sembroski, E., Sanghavi, D. K., Bhardwaj, A. Inverse Ratio Ventilation. StatPearls Publishing. , Treasure Island, FL. (2023).
Boros, S. J. Variations in inspiratory:expiratory ratio and airway pressure wave form during mechanical ventilation: the significance of mean airway pressure. J Pediatr. 94 (1), 114-117 (1979).
Zheng, W., Cleveland, Z. I., Moller, H. E., Driehuys, B. Gradient-induced longitudinal relaxation of hyperpolarized noble gases in the fringe fields of superconducting magnets used for magnetic resonance. J Magn Reson. 208 (2), 284-290 (2011).

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

MRI MRI 129

MRI ריאות היפרפולריזציה 129Xe וספקטרוסקופיה בעכברים מאווררים מכנית

במאמר זה

סיכום

תקציר

מבוא

פרוטוקול

תוצאות

דיון

גילויים

תודות

חומרים

מקורות

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

מאמרים קשורים

MRI ריאות היפרפולריזציה ¹²⁹Xe וספקטרוסקופיה בעכברים מאווררים מכנית