Name: הדמיית תהודה מגנטית תפקודית של ריאות בפתרון פאזה תלת מימדית (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-06-21T13:20:00.000+00:00
Duration: 10 min 44 s
Description: למד הדמיית תהודה מגנטית תפקודית תלת מימדית של הריאות לזיהוי מחות נשימה ומעקב אחרי טיפולים. שיטה זו מאפשרת הדמיה ברזולוציה גבוהה ללא קרינה ומתאימה גם לילדים.

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

עבודה זו מומנה על ידי המרכז הגרמני לחקר הריאות (DZL). המחברים הפיקו תועלת ממספר דיונים מועילים עם עמיתים, במיוחד עם מרסל גוטברלט, אגילו קרן, לאה ברנדט, ארנד אוברט, ג'וליאן גלנדורף, טיל קירייט, תאופיק מוהר אלסדי, גסה פוהלר, מקסימיליאן זובקה, רובין מולר, מריוס ורנץ, כריסטיאן קריסוסטו, מילאן ספת, ז'וליאן שלר וסוניה לודיגר. המחברים מודים לרוברט גרים (Siemens Healthineers) על כתיבת רצף הדמיית ה-MRI, ויתרה מכך, המחברים רוצים להודות גם לפרנק שרדר וסוון ת'יל מהמחלקה לרדיולוגיה (בית הספר לרפואה של הנובר) על הסיוע הטכני יוצא הדופן בביצוע בדיקות ה-MRI.

מחקר זה קיבל אישור מוועדת האתיקה של בית הספר לרפואה של הנובר (Hannover Medical School), ובכך הובטח כי הוא עומד בסטנדרטים אתיים קפדניים לאורך כל תהליך המחקר. המחקר נערך בהתאם להנחיות המפורטות בהצהרת הלסינקי, תוך דגש על התנהלות אתית במחקר רפואי. בנוסף, נסמך הסכמה מושכלת מכל משתתפי המחקר (או מהוריהם או מאפוטיהם החוקיים) לפני השתפותם בבדיקת ה-MRI.
הערה: קריטריוני ההכללה/החרגה עבור מחקרים הכוללים 3D PREFUL MRI משתנים ותלויים במערך המחקר. בדרך כלל, קריטריוני ההכללה עבור מתנדבים בריאים בבדיקת 3D PREFUL MRI כוללים אנשים ש-(א) אינם סובלים ממחלות רפואיות משמעותיות העלולות להשפיע על תוצאות המחקר, (ב) אינם נוטלים תרופות העלולות להפריע לתוצאות ה-MRI, (ג) אינם סובלים מקלאוסטרופוביה, חרדה, או בעלי שתלים או מכשירים מתכתיים, (ד) עומדים בקריטריוני גיל ומגדר ספציפיים הרלוונטיים למטרות המחקר, (ה) ללא היסטוריה של עישון, (ו) בעלי ממצאים תקינים של ספירומטריה (FEV1/FVC &#62; 0.7 ושני המדדים FEV1 ו-FVC &#62; 80% מהערך החזוי). קריטריוני החרגה לכל המשתתפים במחקר העוברים בדיקת 3D PREFUL MRI עשויים לכלול: (א) הריון, (ב) כל מצב העלול לפגוע בבטיחות או בתקפות של בדיקת ה-3D PREFUL MRI, (ג) רגישות לחומרי ניגוד מבוססי gadolinium כאשר MRI דינמי עם הגברת ניגוד כלול בפרוטוקול המחקר.
1. ראיון טרום-MRI
<ol>
	<li>הנחה רופא לרכז מידע חשוב בנוגע להיסטוריה הרפואית של הנבדק.</li>
	<li>הסבר את ההתוויות נגדיות הפוטנציאליות, הסיכונים ומהלך בדיקת ה-MRI.</li>
	<li>השג הסכמה מדעת ובכתב מהנבדק. 
	הערה: אם לא קיימות תוצאות של בדיקת תפקודי ריאות, בקש מהנבדק לעבור בדיקת תפקודי ריאות לפני בדיקת ה-MRI וודא כי התוצאות שהתקבלו עומדות בקריטריוני ההכללה.</li>
</ol>
2. הכנת רדיוגרף לבדיקת MR
<ol>
	<li>רשמו את הנבדק בקונסולת ה-MR ובחרו את פרוטוקול ה-MR של המחקר עם רכישת 3D PREFUL.</li>
	<li>וודאו שהנבדק, כיסיו ובגדיו נקיים מחפצים המכילים מתכת.</li>
	<li>הניחו סדינים על שולחן הסורק כדי להבטיח סביבה סטרילית.</li>
	<li>היכנסו לחדר ה-MR עם הנבדק.</li>
</ol>
3. הכנת הנבדק לבדיקת ה-MR
<ol>
	<li>הנח את הנבדק על שולחן ה-MRI במצב שכיבה על הגב (עם זאת, ניתן להנחתו במצב שכיבה על הבטן).</li>
	<li>ודא שסליל הגוף מספק כיסוי הולם של בית החזה, כאשר הרכיב העליון של סליל הגוף ממוקם סמוך לסנטרו של הנבדק.</li>
	<li>ספק לנבדק אוזניות (לחלופין אטמי אוזניים או את שניהם) להגנה על השמיעה מפני הרעשים החזקים הנובעים מה-MRI.</li>
	<li>ספק לנבדק כפתור בטיחות (או מנגנון בטיחות חלופי) כך שיה נגיש וניתן ללחיצה בקלות.</li>
	<li>הנח רפידה מתחת לראשו ולרגליו של הנבדק כדי לשפר את הנוחות במהלך בדיקת ה-MR.</li>
	<li>הכנס את הנבדק לסורק ה-MR, והשתמש בניווט באמצעות קרן הלייזר כדי לוודא שהאזור המצולם נמצא במרכז ה-isocentre של ה-bore.</li>
</ol>
4. בדיקת MRI
<ol>
	<li>סריקת לוקלייזר (Localizer)
	<ol>
		<li>בצע רצף לוקלייזר (עם פרמטרים דומים לאלו המופיעים ב-Table 1A) כדי לקבל תמונות אנטומיות ברזולוציה נמוכה בשלושה מישורים (עם שדה ראייה רחב), שישמשו לתכנון בדיקת ה-3D PREFUL.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>דימות 3D PREFUL
	<ol>
		<li>הגדר את פרמטרי הרכישה בהתאם ל-Table 1B עבור רכישת הדימות.</li>
		<li>הגדר את מספר ההקרנות הרדיאליות כך שזמן הרכישה יהיה כ-8 min.</li>
		<li>הנחה את הנבדק לנשום באופן רגיל (נשימה חופשית - tidal-free breathing) לאורך כל הרכישה.</li>
		<li>וודא שכל בית החזה כלול בשדה הראייה והתחל ברכישה.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>לאחר השלמת הדימות, הוצא את הנבדק מהסורק.</li>
</ol>
5. העברת נתונים גולמיים
<ol>
	<li>בדרך כלל, הנתונים הגולמיים שנרכשו אינם נשמרים בפלטפורמה של יצרן ה-MR. שמור את נתוני ה-kspace התלת-מדיים הגולמיים של ה-PREFUL באמצעות השלבים הספציפיים ליצרן בקונסולת ה-MR.</li>
</ol>
6. ניתוח נתונים ועיבוד לאחר הבדיקה
<ol>
	<li>התחל להעריך את הנתונים שנרכשו באמצעות סקריפט שחזור התמונות (טבלת חומריםבתחנת העבודה המוגדרת, לדוגמה ב-MATLAB, על ידי הגדרת הנתיב לנתונים הגולמיים. 
	הערה: בתחנת העבודה המיועדת כבר צריכות להיות מותקנות החבילות הבאות: 
	(א) ארגז הכלים לשחזור מתקדם של ברקלי (BART) 
	&#8203;(ב) Advanced Normalization Tools (ANTs)</li>
	<li>שחזור תמונה
	<ol>
		<li>הערך את השהיי הגרדיאנט התלויים במערכת ה-MR באמצעות היטלכי כיול עם ה- עיכוב הערכה פונקציה המיושמת ב-Berkeley advanced reconstruction toolbox (BART)21,22.</li>
		<li>החלפת היסט (shift) לכל היטל בהתאם לעיכוב הגרדיאנט שחושב.</li>
		<li>החל אותה סינון האנינג (Hanning filtering) (באמצעות ה- האן (פונקציה ב-MATLAB) לנתונים המתוקננים להשהיית גרדיאנט (gradient-delay corrected data) באמצעות חלון מחזורי במישור x-y ובכיוון z.</li>
		<li>שחזור תמונה ברזולוציה נמוכה עבור מיון נשימתי (Respiratory binning)
		<ol>
			<li>בחר שמינית עד רבע מנתוני ה-k-space המרוכזים סביב האינדקס המרכזי של ממד הקריאה/המחיצה (readout/partition). 
			הערה: בהתאם לגודל הנבדק, שלב זה יביא למטריצה בגודל 32 x 32 x (12-20).</li>
			<li>שנו את תצורת המטריצות של נתוני מרחב-k והמסלולים התואמים להם כדי לכלול ממד זמן נוסף, כאשר כל נקודת זמן כוללת 14 היטלים רדיאליים. 
			הערה: כל נקודת זמן עוקבת כוללת 13 היטל רדיאליים מנקודת הזמן הקודמת, בתוספת היטל רדיאלי חדש אחד העוקב אותם.</li>
			<li>השתמשו בדימות מקבילי ובדגימה דלילה (Compressed Sensing) (תמונותפקודה המיושמת ב-BART עבור שחזור תמונה. 
			הערה: החל נורמה L2 (&#955; = 0.1) והשונות הכוללת (&#955; רגולריזציה במרחב הספציאלי (0.001 = ) ווריאציה כוללת (&#955; רגולריזציה (regularization) במישור הזמן (p = 0.01).</li>
		</ol>
		</li>
		<li>הוצאת אות סנכרון הנשימה (respiratory gating signal)
		<ol>
			<li>בצע סגמנטציה של פרנכימת הריאה בכל תמונה תלת-מדית משוחשבת ברזולוציה נמוכה באמצעות סף אוטסו (Otsu's thresholding)23וחשב את נפח פרנכימת הריאה עבור כל נקודת זמן.</li>
			<li>יש להחיל מסנן מעביר-נמוכים עם תדר חיתוך של 0.7 Hz על סדרות הזמן של הנפחים שהופקו ולחשב את תדר הנשימה.</li>
			<li>הסר ערכים חריגים קיצוניים מסדרת הזמנים (נקודות זמן שמעל ה-95th אחוזון ועשוריון 10 ומטהth אחוזון). 
			הערה: סידור סדרות הזמן לפי האמפליטודה והפאזה שלהן מאפשר לשחזר מחזור נשימה בודד.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>בצע התמרה מהירה של פורייה (FFT, התמרה מהירה של פורייה (FFT) (פונקציה ב-MATLAB) על הנתונים שעברו סינון hanning לאורך כיוון הפרוסות, כדי לאפשר שחזור תמונה פרוסה אחר פרוסה.</li>
		<li>שנו את מבנה מטריצת נתוני ה-k-space בהתבס על סדרות הזמן שהופקו, כך שכל סל נשימה (respiratory bin) יכיל לפחות 10 קרני דגימה (spokes).</li>
		<li>השתמש ב-20% מההטלות (projections) של סלילים (bins) סמוכים כדי לשפר את יחס signal-to-noise (SNR)24,25 של כל סל נשימתי.</li>
		<li>שנו את צורת מטריצת מסלולי מרחב-k (k-space trajectories) כך שתתאים לגודל נתוני מרחב-k.</li>
		<li>בצע את ה- תמונות פקודה לשחזור תמונה עבור כל פרוסה. 
		הערה: יש להחיל נורמת L2 (&#955; = 0.1) ושונות כוללת (&#955; רגולריזציה במרחב המרחבי (= 0.01) ווריאציה כוללת (&#955; = 0.01) רגולריזציה (regularization) במישור הזמן.</li>
		<li>שמרו את המשתנים, כולל התמונות השחזוריות של מחזור נשימה מלא אחד, תדירות הנשימה וזמני הרכישה, בקובץ .mat.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>רישום תמונות
	<ol>
		<li>הפוך את עוצמות האות של התמונות השחזורים.</li>
		<li>בצעו רישום (registration) של התמונות למצב נשימתי נבחר, כגון שאיפה, באמצעות רישום לא-קשיח (non-rigid registration). 
		הערה: כדי לשפר את דיוק הרישום, גישה מוכוונת-קבוצה26 ניתן להשתמש בהן. ניתן לבצע את תהליך הרישום (registration) הן ב-CPU והן ב-GPU באמצעות כלים כגון Advanced Normalization Tools (ANTs).27 או עבור חבילת הרישום של Forsberg28.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>סגמנטציה של פרנכימת הריאה
	<ol>
		<li>בצע סגמנטציה של פרנכימת הריאה מהתמונה התלת-מדית של סוף הנשימה (end-inspiratory) באמצעות רשת נוירונים קונבולוציונית, לדוגמה, בארכיטקטורת nnUnet.29.</li>
		<li>הסר כלי דם מהריאות באמצעות אלגוריתם לזיהוי כלי דם, כגון זה שתואר על ידי Wernz et al.30. 
		הערה: שלב זיהוי כלי הדם בריאה אינו חובה אם אין לכם גישה לאלגוריתם כזה. במקרים מסוימים, ייתכן שיה צורך בביצוע פלגמנטציה (resegmentation) ידנית.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>סינון
	<ol>
		<li>החלה של רגרסיית גרעין של נדאראיה-וואטסון (with &#963; (= 0.3) לתמונות לאחר רישום והיפוך כדי לבצע אינטרפולציה של 16 שלבים על גבי רשת זמן בעלת מרווחים אחידים.</li>
		<li>יש להסיר וריאציות באות שאינן קשורות לנשימה על ידי החלת פילטר מעביר-נמוך (low-pass filter) בתדר של 0.7 Hz על הנתונים המנוסחים (interpolated data) במישור הזמן.</li>
		<li>בצעו הסרת רעשים (Denoise) לתמונות שעברו סינון מעביר-נמוכים באמצעות סינון מודרך-תמונה (image-guided filtering)31, כאשר התמונה הרשומה הממוצעת זמנית משמשת כתמונה המנחה. הגדירו את הפרמטרים הבאים: גודל החלון = [5, 5, 5], למבדה = 0.001.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>ניתוח אוורור
	<ol>
		<li>חשבו את מפות האוור האזורי (RVent) ביחידות של מיליטר/מיליטר (mL/mL) עבור כל שלב נשימתי N באמצעות הנוסחה הבאה32: 
		<img alt="משוואה 1" src="/files/ftp_upload/66385/66385eq01.jpg" style="margin: auto;" />&#160; &#160; &#160;[1] 
		הערה: Sהשראה מייצג את תמונת היעד עבור רישום תמונה (image registration), המתאימה לרמה של סוף נשיפה (end-inspiratory level). Sניסוי מתייחס לתמונה בסוף הנשיפה, בעוד ש-SN מייצג את מצב הנשימה ה-N.</li>
		<li>חשב את פגם האוורור (VDRVentמפה של RVent מפה של 8th שלב, המייצג את האוורור המקסימלי. 
		&#8203;הערה: כדי לחשב את VD, ווקסלים מתחת לסף של 90th ערך האחוזון, כשהוא מוכפל במקדם של 0.4, נחשב לפגמים33.</li>
		<li>חשב את מפת מדד המתאם של לולאת זרימה-נפח (FVL-CM).
		<ol>
			<li>חשב את הזרימה כנגזרת הראשונה של RVent. 
			הערה: הנפח נמדד ישירות על ידי RVent.</li>
			<li>קבעו FVL ייחוס עבור כל פרוסה, שחושב מאזור בריא המוגדר על ידי ערכי RVent שבין 75th ו-95th אחוזון.</li>
			<li>קבע את הדמיון בין ה-FVL של כל ווקסל של פרנכימה ריאתית לבין ה-FVL הייחוס באמצעות קורלציה צולבת עם השהיה אפס (zero-lag).</li>
		</ol>
		</li>
		<li>חשב את ה-VDFVL-CM מפה, שבה ווקסלים בעלי ערכי FVL-CM הנמוכים מ-0.9 מזוהים כווקסלים עם פגם באוור34.</li>
		<li>חשבו מפות זמן-עד-שיא של אוור (VTTP) באחוזים (%) של מחזור הנשימה. 
		הערה: מבחינה תאורטית, מחזור הנשימה המשוער מתחיל ומסתיים בשיא הנשיפה והוא סימטרי ביחס לשיא השאיפה ב-50% ממחזור האוורור עבור ווקסל (voxel) בריא. עבור ווקסלים בעלי דינמיקת אוור מתקדמת או מושהית, מפת ה-VTTP תציג ערך נמוך או גבוה מ-50%.</li>
		<li>חשב את הסטייה של ערך ה-VTTP (VTTPפיתוחמנקודת שיא השאיפה ב-50%, באופן הבא: 
		<img alt="משוואה 2" src="/files/ftp_upload/66385/66385eq02.jpg" style="margin: auto;" />&#160; &#160; [2] 
		הערה: עבור אזור בריא, ה-VTTPפיתוח צריך להיות קרוב ל-0%.</li>
		<li>סטטיסטיקה
		<ol>
			<li>תאר באופן סטטיסטי את הפרמטרים RVent, FVL-CM, VTTP, ו-VTTPפיתוח עבור כל הפרוסות, תוך מתן ערכי חציונה, ממוצע, סטיית תקנית וטווחי בין-רבעוניים.</li>
			<li>חשב את ערכי אחוזי פגום האוור הנגזרים ממפות ה-VD שהופקו.</li>
			<li>ייצאו את כל הפרמטרים שחושבו לקובץ גיליון אלקטרוני (ראו את הדוגמה המסופקת ב- טבלה 3).</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

Dynamic Lung Ventilation Assessment with 3D Phase Resolved Functional Lung MRI

<ol><li>Chronic respiratory diseases. World Health Organization. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.who.int/health-topics/chronic-respiratory-diseases#tab=tab_1">https://www.who.int/health-topics/chronic-respiratory-diseases#tab=tab_1</a> (2021).</li>
<li>Musch, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Topographical+distribution+of+pulmonary+perfusion+and+ventilation%2C+assessed+by+PET+in+supine+and+prone+humans%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Topographical distribution of pulmonary perfusion and ventilation, assessed by PET in supine and prone humans.</a> J Appl Physiol. 93 (5), 1841-1851 (2002).</li>
<li>Petersson, J., Sánchez-Crespo, A., Larsson, S. A., Mure, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physiological+imaging+of+the+lung%3A+single-photon-emission+computed+tomography+%28SPECT%29%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Physiological imaging of the lung: single-photon-emission computed tomography (SPECT).</a> J Appl Physiol. 102 (1), 468-476 (2007).</li>
<li>Mistry, N. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+fractional+regional+ventilation+using+4D-CT+and+effects+of+breathing+maneuvers+on+ventilation%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Radiat+Oncol+Biol+Phys%22%5BJournal%5D)">Evaluation of fractional regional ventilation using 4D-CT and effects of breathing maneuvers on ventilation.</a> Int J Radiat Oncol Biol Phys. 87 (4), 825-831 (2013).</li>
<li>Kirby, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+3+He+and+129+Xe+MR+imaging+in+healthy+volunteers+and+patients+with+chronic+obstructive+pulmonary+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized 3 He and 129 Xe MR imaging in healthy volunteers and patients with chronic obstructive pulmonary disease.</a> Radiology. 265 (2), 600-610 (2012).</li>
<li>Kuethe, D. O., Caprihan, A., Fukushima, E., Waggoner, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+lungs+using+inert+fluorinated+gases%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Imaging lungs using inert fluorinated gases.</a> Magn Reson Med. 39 (1), 85-88 (1998).</li>
<li>Ohno, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+oxygen-enhanced+MRI+versus+quantitative+CT%3A+Pulmonary+functional+loss+assessment+and+clinical+stage+classification+of+smoking-related+COPD%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Roentgenol%22%5BJournal%5D)">Dynamic oxygen-enhanced MRI versus quantitative CT: Pulmonary functional loss assessment and clinical stage classification of smoking-related COPD.</a> Am J Roentgenol. 190 (2), W93-W99 (2008).</li>
<li>Bauman, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-contrast-enhanced+perfusion+and+ventilation+assessment+of+the+human+lung+by+means+of+fourier+decomposition+in+proton+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Non-contrast-enhanced perfusion and ventilation assessment of the human lung by means of fourier decomposition in proton MRI.</a> Magn Reson Med. 62 (3), 656-664 (2009).</li>
<li>Voskrebenzev, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feasibility+of+quantitative+regional+ventilation+and+perfusion+mapping+with+phase-resolved+functional+lung+%28PREFUL%29+MRI+in+healthy+volunteers+and+COPD%2C+CTEPH%2C+and+CF+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Feasibility of quantitative regional ventilation and perfusion mapping with phase-resolved functional lung (PREFUL) MRI in healthy volunteers and COPD, CTEPH, and CF patients.</a> Magn Reson Med. 79 (4), 2306-2314 (2018).</li>
<li>Behrendt, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validation+of+automated+perfusion-weighted+phase-resolved+functional+lung+%28PREFUL%29-MRI+in+patients+with+pulmonary+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Validation of automated perfusion-weighted phase-resolved functional lung (PREFUL)-MRI in patients with pulmonary diseases.</a> J Magn Reson Imaging. 52 (1), 103-114 (2020).</li>
<li>Kaireit, T. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flow+volume+loop+and+regional+ventilation+assessment+using+phase-resolved+functional+lung+%28PREFUL%29+MRI%3A+Comparison+with+129Xenon+ventilation+MRI+and+lung+function+testing%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Flow volume loop and regional ventilation assessment using phase-resolved functional lung (PREFUL) MRI: Comparison with 129Xenon ventilation MRI and lung function testing.</a> J Magn Reson Imaging. 53 (4), 1092-1105 (2021).</li>
<li>Couch, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+functional+free-breathing+pulmonary+1H+and+hyperpolarized+129Xe+magnetic+resonance+imaging+in+pediatric+cystic+fibrosis%5BTitle%5D)+AND+%22Acad+Radiol%22%5BJournal%5D)">Comparison of functional free-breathing pulmonary 1H and hyperpolarized 129Xe magnetic resonance imaging in pediatric cystic fibrosis.</a> Acad Radiol. 28 (8), e209-e218 (2020).</li>
<li>Behrendt, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validation+of+automated+perfusion-weighted+phase-resolved+functional+lung+%28PREFUL%29-MRI+in+patients+with+pulmonary+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Validation of automated perfusion-weighted phase-resolved functional lung (PREFUL)-MRI in patients with pulmonary diseases.</a> J Magn Reson Imaging. 52 (1), 103-114 (2019).</li>
<li>Marshall, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((129Xe+and+free-breathing+1H+ventilation+MRI+in+patients+with+cystic+fibrosis%3A+A+dual-center+study%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">129Xe and free-breathing 1H ventilation MRI in patients with cystic fibrosis: A dual-center study.</a> J Magn Reson Imaging. 57 (6), 1908-1921 (2022).</li>
<li>Mendes Pereira, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((UTE-SENCEFUL%3A+first+results+for+3D+high-resolution+lung+ventilation+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">UTE-SENCEFUL: first results for 3D high-resolution lung ventilation imaging.</a> Magn Reson Med. 81 (4), 2464-2473 (2018).</li>
<li>Boucneau, T., Fernandez, B., Larson, P., Darrasse, L., Maître, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+magnetic+resonance+spirometry%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">3D magnetic resonance spirometry.</a> Sci Rep. 10 (1), 16012(2020).</li>
<li>Klimeš, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+phase-resolved+functional+lung+ventilation+MR+imaging+in+healthy+volunteers+and+patients+with+chronic+pulmonary+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">3D phase-resolved functional lung ventilation MR imaging in healthy volunteers and patients with chronic pulmonary disease.</a> Magn Reson Med. 85 (2), 912-925 (2021).</li>
<li>Klimeš, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Repeatability+of+dynamic+3D+phase-resolved+functional+lung+%28PREFUL%29+ventilation+MR+Imaging+in+patients+with+chronic+obstructive+pulmonary+disease+and+healthy+volunteers%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Repeatability of dynamic 3D phase-resolved functional lung (PREFUL) ventilation MR Imaging in patients with chronic obstructive pulmonary disease and healthy volunteers.</a> J Magn Reson Imaging. 54 (2), 618-629 (2021).</li>
<li>Klimeš, F., Voskrebenzev, A., Gutberlet, M., Grimm, R., Wacker, F., Vogel-Claussen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+image+registration+algorithms+for+3D+phase-resolved+functional+lung+ventilation+magnetic+resonance+imaging+in+healthy+volunteers+and+chronic+obstructive+pulmonary+disease+patients%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Evaluation of image registration algorithms for 3D phase-resolved functional lung ventilation magnetic resonance imaging in healthy volunteers and chronic obstructive pulmonary disease patients.</a> NMR Biomed. 36 (3), e4860(2022).</li>
<li>Klimeš, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+CFTR+modulator+therapy+with+elexacaftor%2Ftezacaftor%2Fivacaftor+on+pulmonary+ventilation+derived+by+3D+phase-resolved+functional+lung+MRI+in+cystic+fibrosis+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+Radiol%22%5BJournal%5D)">Effect of CFTR modulator therapy with elexacaftor/tezacaftor/ivacaftor on pulmonary ventilation derived by 3D phase-resolved functional lung MRI in cystic fibrosis patients.</a> Eur Radiol. 34 (1), 80-89 (2024).</li>
<li>Rosenzweig, S., Holme, H. C. M., Uecker, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simple+auto-calibrated+gradient+delay+estimation+from+few+spokes+using+Radial+Intersections+%28RING%29%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Simple auto-calibrated gradient delay estimation from few spokes using Radial Intersections (RING).</a> Magn Reson Med. 81 (1), 1898-1906 (2019).</li>
<li>Uecker, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Berkeley+advanced+reconstruction+toolbox%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Intl+Soc+Mag+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Berkeley advanced reconstruction toolbox.</a> Proc Intl Soc Mag Reson Med. 23 (1), 2486(2015).</li>
<li>Otsu, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+threshold+selection+method+from+gray-level+histograms%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Syst+Man+Cybern%22%5BJournal%5D)">A threshold selection method from gray-level histograms.</a> IEEE Trans Syst Man Cybern. 9 (1), 62-66 (1979).</li>
<li>Song, H. K., Dougherty, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((k-Space+weighted+image+contrast+%28KWIC%29+for+contrast+manipulation+in+projection+reconstruction+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">k-Space weighted image contrast (KWIC) for contrast manipulation in projection reconstruction MRI.</a> Magn Reson Med. 44 (6), 825-832 (2000).</li>
<li>Song, H. K., Dougherty, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+MRI+with+projection+reconstruction+and+KWIC+processing+for+simultaneous+high+spatial+and+temporal+resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Dynamic MRI with projection reconstruction and KWIC processing for simultaneous high spatial and temporal resolution.</a> Magn Reson Med. 52 (4), 815-824 (2004).</li>
<li>Voskrebenzev, A., Gutberlet, M., Kaireit, T. F., Wacker, F., Vogel-Claussen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-pass+imaging+of+dynamic+acquisitions+%28LIDA%29+with+a+group-oriented+registration+%28GOREG%29+for+proton+MR+imaging+of+lung+ventilation%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Low-pass imaging of dynamic acquisitions (LIDA) with a group-oriented registration (GOREG) for proton MR imaging of lung ventilation.</a> Magn Reson Med. 78 (4), 1496-1505 (2017).</li>
<li>Avants, B. B., Tustison, N. J., Song, G., Cook, P. A., Klein, A., Gee, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+reproducible+evaluation+of+ANTs+similarity+metric+performance+in+brain+image+registration%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">A reproducible evaluation of ANTs similarity metric performance in brain image registration.</a> Neuroimage. 54 (3), 2033-2044 (2011).</li>
<li>Forsberg, D. fordanicimage-registration. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://github.com/fordanic/image-registration">https://github.com/fordanic/image-registration</a> (2014).</li>
<li>Isensee, F., Jaeger, P. F., Kohl, S. A. A., Petersen, J., Maier-Hein, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((nnU-Net%3A+a+self-configuring+method+for+deep+learning-based+biomedical+image+segmentation%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">nnU-Net: a self-configuring method for deep learning-based biomedical image segmentation.</a> Nat Methods. 18 (2), 203-211 (2021).</li>
<li>Wernz, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+lung+vessel+segmentation+on+the+reproducibility+of+PREFUL+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+IWPFI%22%5BJournal%5D)">Influence of lung vessel segmentation on the reproducibility of PREFUL MRI.</a> Proc IWPFI. 10 (1), 73(2022).</li>
<li>He, K., Sun, J., Tang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Guided+image+filtering%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Pattern+Anal+Mach+Intell%22%5BJournal%5D)">Guided image filtering.</a> IEEE Trans Pattern Anal Mach Intell. 35 (6), 1397-1409 (2013).</li>
<li>Klimeš, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Free-breathing+quantification+of+regional+ventilation+derived+by+phase-resolved+functional+lung+%28PREFUL%29+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Free-breathing quantification of regional ventilation derived by phase-resolved functional lung (PREFUL) MRI.</a> NMR Biomed. 32 (6), e4088(2019).</li>
<li>Pöhler, G. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Repeatability+of+phase-resolved+functional+lung+%28PREFUL%29-MRI+ventilation+and+perfusion+parameters+in+healthy+subjects+and+COPD+patients%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Repeatability of phase-resolved functional lung (PREFUL)-MRI ventilation and perfusion parameters in healthy subjects and COPD patients.</a> J Magn Reson Imaging. 53 (3), 915-927 (2020).</li>
<li>Moher Alsady, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MRI-derived+regional+flow-volume+loop+parameters+detect+early-stage+chronic+lung+allograft+dysfunction%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">MRI-derived regional flow-volume loop parameters detect early-stage chronic lung allograft dysfunction.</a> J Magn Reson Imaging. 50 (6), 1873-1882 (2019).</li>
<li>Kaireit, T. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+quantitative+regional+ventilation-weighted+fourier+decomposition+MRI+with+dynamic+fluorinated+gas+washout+MRI+and+lung+function+testing+in+COPD+patients%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Comparison of quantitative regional ventilation-weighted fourier decomposition MRI with dynamic fluorinated gas washout MRI and lung function testing in COPD patients.</a> J Magn Reson Imaging. 47 (6), 1534-1541 (2018).</li>
<li>Munidasa, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inter-+and+intravisit+repeatability+of+free-breathing+MRI+in+pediatric+cystic+fibrosis+lung+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Inter- and intravisit repeatability of free-breathing MRI in pediatric cystic fibrosis lung disease.</a> Magn Reson Med. 89 (5), 2048-2061 (2023).</li>
<li>Lévy, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Free-breathing+low-field+MRI+of+the+lungs+detects+functional+alterations+associated+with+persistent+symptoms+after+COVID-19+infection%5BTitle%5D)+AND+%22Invest+Radiol%22%5BJournal%5D)">Free-breathing low-field MRI of the lungs detects functional alterations associated with persistent symptoms after COVID-19 infection.</a> Invest Radiol. 57 (1), 742-751 (2022).</li>
<li>Voskrebenzev, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+chronic+lung+allograft+dysfunction+using+ventilation-weighted+Fourier+decomposition+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Transplant%22%5BJournal%5D)">Detection of chronic lung allograft dysfunction using ventilation-weighted Fourier decomposition MRI.</a> Am J Transplant. 18 (8), 2050-2060 (2018).</li>
<li>Voskrebenzev, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PREFUL+MRI+depicts+dual+bronchodilator+changes+in+COPD%3A+A+Retrospective+analysis+of+a+randomized+controlled+trial%5BTitle%5D)+AND+%22Radiol+Cardiothorac+Imaging%22%5BJournal%5D)">PREFUL MRI depicts dual bronchodilator changes in COPD: A Retrospective analysis of a randomized controlled trial.</a> Radiol Cardiothorac Imaging. 4 (2), e210147(2022).</li>
<li>Klimeš, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+free-breathing+3D+phase-resolved+functional+lung+%28PREFUL%29+MRI+with+dynamic+19F+ventilation+MRI+in+patients+with+obstructive+lung+disease+and+healthy+volunteers%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Comparison of free-breathing 3D phase-resolved functional lung (PREFUL) MRI with dynamic 19F ventilation MRI in patients with obstructive lung disease and healthy volunteers.</a> J Magn Reson Imaging. , (2024).</li>
</ol>

פיליפ קלימש, אנדראס ווסקרבנצב וינס ווגל-קלאוסן הם בעלי מניות ב-BioVisioneers GmbH, חברה המתעניינת בשיטות הדמיית תהודה מגנטית ריאתית.

אחת המלכודות הקריטיות ביותר היא הרכישה עצמה. יש להקפיד על כך שפרמטרי רצף ה-MR מוגדרים כהלכה. חשוב לציין, זמן הד, זמן חזרה, מספר פרוסות, גודל מטריצה ורוחב פס פיקסלים הם הפרמטרים המכריעים. סטיות מההגדרות המומלצות עלולות לגרום לרזולוציה זמנית לא מספקת או לרכישות ממושכות. כמו כן, העברת נתונים חשובה כדי להבטיח שהנתונים מועברים במלואם למחשב או לשרת שנבחר לצורך הערכה. הערכת הנתונים מתקדמת באופן אוטומטי לחלוטין לאחר הגדרת הנתיב לנתונים שנרכשו. העיבוד המאוחר מתחיל בשחזור תמונה, שבו binning רטרוספקטיבי ממלא תפקיד מכריע. מומלץ לאמת את אות ה-binning כדי להבטיח תיאור ברור של דפוס הנשימה. לאחר בדיקת אות ה-binning, אין צורך בשלבים נוספים, מכיוון שהאלגוריתם עצמו מטפל בדפוסי נשימה לקויים על ידי אי הכללת חריגים (נקודות נתונים מעל האחוזוןה-95 ומתחת לאחוזוןה-10 ). לאחר שחזור התמונה, מתרחש תהליך רישום התמונה. יש לאמת שלב זה באופן הבא: התמונות הרשומות צריכות להיות נקיות מנשימה ותנועת לב. באופן ספציפי, יש 'להקפיא' את מיקומי הסרעפת והלב. השלב הבא כולל פילוח מבוסס למידה עמוקה של פרנכימה וכלי דם של הריאות. תהליך פילוח זה גוזל זמן רב עבור כל נפח הריאות התלת-ממדי; לפיכך, השימוש בכלים מבוססי בינה מלאכותית מועיל. עם זאת, במצבים מסוימים, כגון התרחשות של איחודים היקפיים, אלגוריתמים אלה עשויים שלא להניב תוצאות מדויקות. כתוצאה מכך, יש לבדוק היטב את מסכת הפילוח ולתקן אותה ידנית במידת הצורך. כל השלבים הללו הם קריטיים להערכת פרמטרי האוורור ועלולים לגרום לחישובים לא מדויקים.
מאז הפרסום המקורי17, נעשו מספר פיתוחים בטכניקת 3D PREFUL. אלגוריתם המיון של ההקרנות הרדיאליות הנרכשות עבר אוטומציה מלאה ושופר כך שכל הריאה מפולחת בשיטת הסף של אוטסו ומשמשת כאות ניווט לשילוב נתונים לשלבי נשימה. יתר על כן, פרנכימת הריאות הידנית ופילוח כלי הדם הוחלפו באלגוריתמים אוטומטיים לחלוטין מבוססי למידה עמוקה כדי להפחית הליכים גוזלי זמן. בנוסף, זמן העיבוד של חלק רישום התמונה עשוי להתקצר עד 10 דקות אם ארגז הכלים לרישום פורסברג מיושם19. יחד עם פיתוחים קודמים, הקוד המיושם מאפשר לרשום תמונות של שתי נקודות זמן (מדידות מעקב) ולהעריך את התקדמות המחלה או שינויי אוורור הנגרמים על ידי טיפול20. הגרסה הנוכחית של סקריפט Matlab אינה דורשת אינטראקציה כלשהי עם המשתמש וניתן ליישם אותה בצנרת לעיבוד אוטומטי של נתונים עם דגלים ספציפיים בעתיד.
החיסרון העיקרי של 3D PREFUL הוא שלא ניתן לבצע מדידת זרימת דם מקומית מכיוון שלא ניתן ללכוד את אפקט הזרימה בעת שימוש בדופק RF קשיח לא סלקטיבי לעירור. שנית, נכון לעכשיו, כל העיבוד שלאחר (כולל העברת נתונים, שחזור תמונה, רישום תמונה וניתוח אוורור) דורש שעתיים לכל נושא. שלישית, נכון לעכשיו, רק השוואה ראשונית של פרמטרי אוורור שמקורם ב-3D PREFUL לטכניקות מאומתות יותרהודגמה 40. רביעית, הערכת הנתונים הנרכשים מתבצעת במחשב בעל ביצועים גבוהים; לכן, התוצאות אינן זמינות ישירות לרופא בקונסולה. חמישית, חסרים מחקרי היתכנות של 3D PREFUL על עוצמות שטח שונות וספקי סורקים שונים.
MRI ריאה פונקציונלית נפתרת שלב תלת מימד (PREFUL) מאפשר מיפוי כמותי של דינמיקת אוורור אזורית של כל הריאה האנושית במהלך נשימה חופשית17. ישנן מספר חלופות חסכוניות ל-3D PREFUL, כגון ספירומטריה או טכניקות שטיפת נשימה מרובות; עם זאת, שניהם חסרים מידע מרחבי ודורשים תמרוני נשימה, ולכן הם אינם אפשריים לילדים צעירים או יילודים. שיטות הדמיה אלטרנטיביות חושפות את המטופלים לקרינה מייננת, כגון שיטות רפואה גרעינית CT, או שאינן זמינות באופן נרחב (הדמיית גז היפרפולרית 129Xe או 19F באמצעות MRI). 3D PREFUL מספק הערכה של דינמיקת האוורור, ניתן לבצע אותו באמצעות סורק קליני סטנדרטי, ואינו דורש חומרי ניגוד, מה שהופך אותו לאטרקטיבי לתרגום לסביבת מחקר קליני. העובדה ש-3D PREFUL אינו דורש שימוש בקרינה או בחומרי ניגוד ומציע רכישה ידידותית למטופל ונשימה חופשית הופכת אותו למתאים היטב למחקרים חוזרים או אורכיים המעריכים כמותית תגובות אזוריות לטיפול. שנית, הערכת 3D PREFUL של אוורור הריאות עשויה להיות בעלת ערך במיוחד בילדים צעירים, שבהם יש להימנע מחשיפה לקרינה.
היכולת של 3D PREFUL ליצור תמונות אוורור פונקציונליות של הריאה האנושית טומנת בחובה פוטנציאל לאבחון מוקדם. באופן ספציפי, היכולת לייצר מפות אוורור אזוריות כמותיות הניתנות לחזרה מאפשרת מחקרי אורך, למשל, התקדמות המחלה או ניטור השפעות הטיפול. יתר על כן, המידע האזורי על דינמיקת האוורור יכול לספק רגישות רבה יותר לשינויים מוקדמים הקשורים למחלת ריאות שאינם ניתנים לזיהוי על ידי בדיקות תפקודי ריאות.

על פי ארגון הבריאות העולמי (WHO), מחלות נשימה כרוניות הן גורם המוות השלישי בשכיחותו ומטילות נטל משמעותי על שירותי הבריאות1. האבחון והניטור של מספר מחלות נשימה כרוכים בבדיקות תפקודיות ריאתיות, שחסרות מידע מרחבי וייתכן שאינן אפשריות בחולים צעירים. שיטות רבות אחרות של רפואה גרעינית מספקות מדדים מרחביים של אוורור, כגון טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET)2, טומוגרפיה ממוחשבת של פליטת פוטון יחיד (SPECT)3, או טומוגרפיה ממוחשבת4. חיסרון משמעותי בטכניקות אלו הוא השימוש בקרינה מייננת להדמיה. לכן, מדידות אלה אינן אפשריות באוכלוסיות רגישות כמו ילדים או למדידות חוזרות במחקרים קליניים.
שיטות הדמיית תהודה מגנטית זכו להתעניינות בשני העשורים האחרונים מכיוון שהן מציעות מדידה ללא קרינה של תפקוד הריאות. מעל לכל, טכניקות MRI גז היפרפולריזציה5 שימשו להערכת אוורור ריאתי בבקרות בריאות ובחולים עם מחלת ריאות תוך השגת יחס אות לרעש (SNR) טוב יותר בהשוואה ל-19F6 או MRI7. החסרונות הנפוצים של טכניקות MRI גז כוללים דרישה לכוח אדם נוסף, עלויות חומרה או הצורך בשיתוף פעולה של המטופל במהלך מדידת הנשימה. כדי להתמודד עם מגבלות אלה, הוצגו שיטות המבוססות על פירוק פורייה (FD) MRI8 להערכת אוורור ריאתי וזלוף. כחלופה ל-FD MRI, פותח MRI9, מתוקף10,11,12, ונבדק במספר מחקרים, כולל מחקרים רב-מרכזיים13,14. עם זאת, הרכישה הדו-ממדית מביאה לזמני רכישה ארוכים לכיסוי ריאות מלא ורזולוציה מרחבית מוגבלת. פתרון אלגנטי מוצע על ידי רכישות תלת מימד עם שער עצמי, אם כי על חשבון מידע הזלוף15,16,17. אחת הטכניקות הללו, 3D PREFUL MRI17, פותחה לא רק כדי להעריך אוורור סטטי אלא גם דינמיקת אוורור במהלך בדיקת MR של 8 דקות, ומספקת רזולוציית תמונה מעולה בהשוואה לשיטות דו-ממדיות.
בעקבות הפרסום המקורי המתאר את השיטה17, יכולת החזרה של הטכניקה הוערכה והושוותה למדידות הספירומטריות המבוססות היטב18, ולאחרונה, הוצגה מסגרת רישום תמונה מואצת תוך שיפור יכולת החזרה של פרמטרי אוורור ושמירה על איכות התמונה של מפות אוורור19. לטכניקה ידידותית למטופל וניתנת להרחבה בקלות, המסוגלת למפות כמותית אוורור אזורי בריאה האנושית, יש פוטנציאל לתרום באופן משמעותי לגילוי מוקדם, אבחון של מחלות נשימה או מעקב אחר השפעות הטיפול20. לשינויים טיפוליים אלה בתפקוד הריאות האזורי, כגון נפח אוורור משופר, יש פוטנציאל להפוך לסמנים ביולוגיים להערכת השפעת הטיפולים ויכולים להיות כלי שימושי במחקרים קליניים רב-מרכזיים.
המאמר נועד לספק הסבר מקיף וויזואלי על טכנולוגיית 3D PREFUL, במטרה לטפח תרגום רחב יותר של טכניקה זו.

<table><tbody><tr><td>ANTs</td><td>קוד פתוח ניתוח תמונות רפואיות קהילת</td><td></td> המחקר <td>ארגז כלים לרישום תמונה</td></tr><tr><td>BART</td><td>הדמיה בקוד פתוח</td><td>https://www.opensourceimaging.org/project/berkeley-advanced-reconstruction-toolbox-bart/</td> <td>ארגז כלים לשחזור תמונה</td></tr><tr><td>סליל גוף</td><td>סימנס / פיליפס / GE&nbsp;</td><td>https://www.siemens-healthineers.com/en-us/magnetic-resonance-imaging/options-and-upgrades/coils</td><td>סליל גוף בעל 6 ערוצים לפחות; פיליפס [https://www.usa.philips.com/healthcare/solutions/magnetic-resonance/coils-overview ]</td></tr><tr><td>ארגז הכלים לרישום תמונות</td><td>פורסברג https://github.com/fordanic/image-registration</td><td>ארגז כלים לרישום תמונה</td><td></td></tr> <tr><td>קוד שחזור תמונה</td><td>BioVisioneers GmbH</td><td>www.biovisioneers.com</td><td>תוכנה לשחזור וניתוח MR</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td></td><td>תוכנה</td></tr><tr><td>MRI</td><td>סימנס / פיליפס / GE&nbsp;</td><td>https://www.siemens-healthineers.com/magnetic-resonance-imaging</td><td>פיליפס [https://www.philips.co.in/healthcare/solutions/magnetic-resonance], GE [https://www.gehealthcare.com/products/magnetic-resonance-imaging]; רצף MRI של 1.5 T / 3 T</td></tr><tr><td></td><td>סימנס / פיליפס / GE</td><td></td><td>, רצף הד שיפוע תלת מימדי עם מסלול ערימת כוכבים ותוספת זווית זהב; 1. רצף אחיזה-וייב של סימנס - https://t.ly/P31kM , 2. פיליפס Multi Vane XD רצף https://t.ly/wMWZZ , 3. GE Lava-Star, כוכב דיסקו - https://t.ly/vimm2</td></tr></tbody></table>

הדמיית תהודה מגנטית תפקודית של ריאות בפתרון פאזה תלת מימדית

Three-Dimensional Phase Resolved Functional Lung Magnetic Resonance Imaging

הדמיית תהודה מגנטית ריאתית (MRI) מציעה מגוון טכניקות נטולות קרינה המותאמות להערכת אוורור ריאות אזורי או חלופיו. טכניקות אלה כוללות מדידות ישירות, המודגמות על ידי MRI גז היפרפולרי ו-MRI גז מופלר, כמו גם מדידות עקיפות המקלות על ידי MRI משופר חמצן ו-MRI פירוק פורייה מבוסס פרוטון (FD). בתקופה האחרונה חלה התקדמות משמעותית בתחום ה-FD MRI, שכללה שיפור הרזולוציה המרחבית/זמנית, חידוד תכנון הרצף והעיבוד המאוחר, ופיתוח גישה מקיפה של כל הריאות.
ה-MRI הדו-ממדי (2D) של ריאות פונקציונליות (PREFUL) בולט כגישה מבוססת FD שפותחה להערכה מקיפה של דינמיקת אוורור וזלוף אזורית, הכל בתוך רכישת MR אחת. לאחרונה נעשתה התקדמות חדשה עם הפיתוח של 3D PREFUL להערכת אוורור דינמי של הריאה כולה באמצעות בדיקה של 8 דקות עם רצף מגודר עצמי.
רכישת 3D PREFUL כרוכה בשימוש ברצף הד שיפוע מפונק של ערימת כוכבים עם תוספת זווית זהובה. לאחר שחזור תמונת חישה דחוסה של כ-40 שלבי נשימה, כל התמונות המשוחזרות שנפתרו בנשימה עוברות רישום לשלב נשימה קבוע. לאחר מכן, פרמטרי האוורור מופקים מהתמונות הרשומות.
בקבוצת מחקר שכללה מתנדבים בריאים וחולים עם מחלת ריאות חסימתית כרונית, פרמטרי האוורור 3D PREFUL הראו מתאמים חזקים עם מדידות שהתקבלו מבדיקות תפקודי ריאות. בנוסף, יכולת החזרה הבין-סריקה של טכניקת 3D PREFUL נחשבה מקובלת, מה שמצביע על מהימנותה עבור הערכות חוזרות ונשנות של אותם אנשים.
לסיכום, MRI אוורור 3D PREFUL מספק כיסוי ריאות שלם ולוכד דינמיקת אוורור ברזולוציה מרחבית משופרת בהשוואה לטכניקת 2D PREFUL. 3D PREFUL מציעה אלטרנטיבה חסכונית ל-MRI היפרפולרי 129Xe, מה שהופך אותה לאופציה אטרקטיבית להערכה ידידותית למטופל של אוורור ריאתי.

ריאה תפקודית תלת-ממדית (תלת-ממדית) היא טכניקת הדמיית תהודה מגנטית תפקודית (MRI) המאפשרת לכמת אוורור אזורי של כל נפח הריאה האנושית, באמצעות נשימת גאות ושפל ורכישה ללא חומרי ניגוד למשך 8 דקות. כאן, אנו מציגים פרוטוקול MR לאיסוף וניתוח נתוני הדמיה תלת מימדיים של PREFUL.

Pulmonary magnetic resonance imaging (MRI) offers a variety of radiation-free techniques tailored to assess regional lung ventilation or its surrogates. ...

3D PREFUL MRI מאפשר הדמיה של אוורור הריאות. מה הייתה המוטיבציה הראשונית שלנו לפתח את PREFUL MRI? זה היה הרצון ללכוד את כל נפח הריאות ברזולוציית תמונה איזוטרופית גבוהה יותר בהשוואה ל-MRI דו-ממדי קונבנציונלי.3D PREFUL MRI מאפשר אוורור דינמי, זיהוי תיאור של מחלת ריאות, ניטור טיפול, ובתקווה בעתיד פרוגנוזה של חולים עם מחלת ריאות. בילדים PREFUL MRI מועיל במיוחד מכיוון שהוא מאוד ידידותי למטופל ללא קרינה. היתרון המשמעותי ביותר של 3D PREFUL MRI הוא השימוש ברצף מוצרים, הזמין בסורקי MR מתקדמים, ובכך מקל על אימוץ נרחב שלו במרכזים אחרים.בנוסף, בהשוואה לטכניקות MRI תלת מימדיות אחרות שאינן משופרות לנשימה חופשית, MRI תלת מימד PREFUL אומת לאחרונה למדידה ישירה של אוורור באמצעות הדמיית 19 FCAs והדמיית גז היפר, מה שמדגים התאמה חזקה בין שיטות אלה. הראינו כי MRI תלת מימדי הצליח להראות הטרוגניות אוורור וליקויי אוורור בחולים עם אסתמה ו- CBD. יתר על כן, הצלחנו להראות השפעות תגובה לטיפול בחולים עם סיסטיק פיברוזיס לאחר הטיפול.לכן אנו חושבים שבעתיד, 3D PREFUL MRI הוא כלי בעל ערך נוסף במרפאה לחולים עם מחלות ריאה. הפיתוחים האחרונים של 3D PREFUL כוללים עיצובי רצפים חדשים כגון שימוש במסלולים ספירליים. אלה רלוונטיים בשל דרישות החומרה הנמוכות יותר שלהם ויעילות הדגימה המוגברת מבוססת-המארז.בנוסף, גישת פרוסת מנוע סימולטנית זוכה לעניין בהפחתה משמעותית של זמן הסריקה במהלך רכישה דו-ממדית תוך מתן אפשרות להדמיה משוקללת של אוורור וזילוף. השלבים הבאים ב-3D PREFUL MRI יכללו קיצור נוסף של זמני הרכישה ושימוש בטכניקות מבוססות למידה עמוקה לשחזור תמונות ורישום תמונה, מכיוון ששלבים אלה הם כיום הזמן הרב ביותר בצנרת. בכך אנו שואפים להאיץ משמעותית תהליכים אלה, לשפר את יעילות הרכישה הכוללת ולאפשר בנייה מחדש מקוונת.כדי להתחיל, הנחו את הנבדק לשכב על שולחן הדמיית התהודה המגנטית או ה-MRI במצב שכיבה. באמצעות ניווט באור לייזר, מקם את המטופל כך שהאזור המצולם יתפוס את מרכז ה-ISIS של הקדח. בצע רצף לוקלייזר כדי לקבל תמונות אנטומיות ברזולוציה נמוכה בשלושה מישורים כדי לתכנן את בדיקת PREFUL התלת מימדית.לאחר הגדרת פרמטרי הרכישה, הגדר את מספר ההקרנות הרדיאליות כך שהרכישה תארך כשמונה דקות. בדוק אם בית החזה כולו כלול בשדה הראייה והתחל את הרכישה. שמור את הנתונים הגולמיים מבוססי המקרה של 3D PREFUL באמצעות השלבים הספציפיים לספק במסוף המציאות המשולבת.הגדר את הנתיב לנתונים הגולמיים כדי להעריך את הנתונים שנרכשו באמצעות סקריפט שחזור התמונה. הערך את עיכובי השיפוע התלויים במערכת המציאות המשולבת באמצעות הקרנות הכיול עם פונקציית ההשהיה S ב-BART. החל הזזה על כל הקרנה בהתאם לעיכוב השיפוע המחושב, ולאחר מכן מסירה של סינון לנתונים המתוקנים של עיכוב השיפוע באמצעות חלון מחזורי במישור XY ובכיוון Z.לשחזור תמונה ברזולוציה נמוכה, בחר שמינית מהנתונים מבוססי המקרה, הממוקדים סביב האינדקס האמצעי של ממד הקריאה, כמו גם רבע מהנתונים מבוססי המקרה המרוכזים סביב האינדקס האמצעי של ממד המחיצה. עצב מחדש את המטריצות של נתונים מבוססי מקרה ומסלולים מתאימים כך שיכללו ממדי זמן נוספים כאשר כל נקודת זמן כוללת 14 תחזיות רדיאליות. שימוש בפקודת הדמיה מקבילה ותמונות חישה דחוסות ו-BART מבצעים שחזור תמונה.כדי לחלץ את אות שער הנשימה, פלח את פרנכימת הריאה בכל תמונה תלת מימדית משוחזרת ברזולוציה נמוכה באמצעות הסף של אוטסו וחשב את נפח פרנכימת הריאה עבור כל נקודת זמן. החל מסנן מעבר נמוך בתדר ניתוק של 0.7 הרץ על סדרת זמן הנפח שחולצה וחשב את תדירות הנשימה. לאחר מכן אל תכלול חריגים קיצוניים מסדרת הזמן.לאחר מכן, בצע התמרת פורייה מהירה על נתוני מסנן המסירה לאורך כיוון הפרוסה כדי לאפשר שחזור תמונה פרוסה אחר פרוסה. עצב מחדש את מטריצת הנתונים מבוססת המקרה על סמך סדרת הזמן שחולצה כך שכל פח נשימה יכיל מינימום של 100 חישורים. עיצב מחדש את מטריצת המסלולים מבוססי המקרה כך שתתאים לגודל הנתונים מבוססי המקרה ולנצל 20% מההקרנות מפחים סמוכים כדי לשפר את יחס האות לרעש של כל פח נשימה.בצעו את הפקודה 'פיקס' לשחזור תמונה עבור כל פרוסה. שמור את המשתנים, כולל התמונות המשוחזרות של מחזור נשימה שלם אחד, תדירות נשימה וזמני רכישה בקובץ DOTMAP. לאחר מכן הפוך את עוצמות האות של התמונות המשוחזרות ורשום אותן למצב נשימה נבחר באמצעות רישום לא נוקשה.בצע סינון עם רגרסיה של ליבת Nadaraya-Watson לתמונות הרשומות וההפוכות כדי לבצע אינטרפולציה של 16 שלבים על רשת זמן במרווח אחיד. בטל שינויים באותות שאינם קשורים לנשימה באמצעות מסנן מעביר נמוך ב-0.7 הרץ לנתונים האינטרפולציה בתחום הזמן. הגדר את הפרמטרים של גודל החלון ל 5 5 5 ולמבדה ל 0.001.הסר רעש מהתמונות המסוננות במעבר נמוך באמצעות סינון מונחה תמונה עם התמונה הרשומה הממוצעת זמנית כתמונה המנחה. חשב את האוורור האזורי או את מפות האוורור שלנו במיליליטר למיליליטר עבור כל שלב נשימתי N.לאחר מכן, פלח את פרנכימת הריאה של תמונת התלת מימד השאיפה הסופית באמצעות רשת עצבית קונבולוציונית עם ארכיטקטורת רשת NNU. אל תכלול כלי ריאה באמצעות אלגוריתם זיהוי כלי דם, ולאחר מכן חשב את פגם האוורור או מפת ה-VD של מפת האוורור R של השלב השמיני, המייצגת את האוורור המקסימלי.חשב את הזרימה כנגזרת הראשונה של פתח האוורור R. צור לולאת נפח זרימת ייחוס או FVL עבור כל פרוסה המחושבת מאזור בריא המוגדר על ידי ערכי האוורור שלנו בין האחוזון ה-75 ל-95. קבע את הדמיון בין כל פרנכימה ריאתית FVL ו-FVL הייחוס באמצעות מתאם צולב עם אפס פיגור.לאחר מכן חשב מפה מטרית של מתאם FEL של פגם אוורור. חשב את זמן האוורור לשיא או מפות VTTP באחוזים ממחזור הנשימה, ואחריו סטייה של ערך VTTP משיא ההשראה ב-50%תאר סטטיסטית את הפרמטרים הם אוורור, FELCM, VTTP וסטייה של VTTP עבור כל הפרוסות, תוך מתן ערכי חציון, ממוצע, סטיית תקן וטווחים בין-רבעוניים. לבסוף, חשב את ערכי אחוז ליקויי האוורור הנגזרים ממפות ה-VD שנוצרו וייצא את כל הפרמטרים המחושבים לקובץ גיליון אלקטרוני.MRA תלת מימדי של מתנדב בריא הצביע על ערכי אוורור הומוגניים עבור כל מפות פרמטרי האוורור. במפות VD לדוגמה, ערך אחוז פגם האוורור עבור האוורור שלנו היה 3.6% וזה עבור FELCM היה 3% נופל בטווח הנורמלי הבריא. השוואה בין מפות ליקויי אוורור מ-MRI תלת-ממדי ו-19 FMRI של מטופלת בת 54 במחלת ריאות חסימתית כרונית, הצביעה על מתאם חזותי טוב בין אזורים בריאים והיפוונטיליים.השוואה של MRI תלת מימדי למדידת תגובות אזוריות לאחר טיפול בריאה של נבדק סיסטיק פיברוזיס חשפה ערכים מוגברים של מדד המתאם FEL כמו גם את ההפחתה ב-VD לאחר הטיפול.

three-dimensional-phase-resolved-functional-lung-magnetic-resonance

Research

JoVE Journal

Medicine

רפואה

במאמר זה אנו מתארים את היישום של MRI ריאה תפקודי מפוענח בפאזה כטכניקת MRI פרוטון ללא חומר ניגוד להערכת אוורור ריאתי ודינמיקת זילוח. הוא תקף ויושם על פני חוזקות שדה שונות וקבוצות גיל שונות, והוא יכול לשפר את קבלת ההחלטות הקליניות בעתיד על ידי סיוע בכימות מחלות וניטור טיפול.

MRI ריאתי תפקודי בשלב לאוורור ריאתי והערכת זילוח (V/Q)

שיטה מדויקת ומעשית כדי למדוד פרמטרים כמו זן ברקמת שריר הלב הוא בעל ערך קליני רב, שכן הוכח, כי הלחץ הוא סמן רגיש יותר מוקדם עבור תפקוד כויץ מאשר שימוש תכוף פרמטר EF.

תהודה מגנטית נגזר מסננים הערכה שריר הלב באמצעות מעקב אחר תכונות

המותחת דיפוזי הדמיה (DTI) בעצם משמשת ככלי מבוסס MRI כדי...

הדמיית תהודה מגנטית מותחת דיפוזי בניתוח של מחלות ניווניות

מחלות Neuromuscular לעתים קרובות מפגינה שונה ובזמן, פתולוגיה הטרוגנית, ורב-פן מרחבית. מטרת פרוטוקול זה היא לאפיין הפתולוגיה הזאת בשיטות הדמיה בתהודה מגנטית לא פולשנית.

דימות תהודה מגנטית כמותי של מחלת שריר שלד

השיטה המוצגת כאן משתמשת בטומוגרפיה פליטת פוזיטרונים בו זמנית והדמיה בתהודה מגנטית. במודל היפוקסיה-איסכמיה מוחית, שינויים דינמיים בחילוף חומרי דיפוזיה וגלוקוז להתרחש במהלך ולאחר פציעה. הנזק מתפתח וirreproducible במודל זה מחייב רכישה בו זמנית אם נתוני הדמיה רבי מודלי משמעותיים הם שיירכשו.

ההדמיה PET / MRI בו זמנית בעכבר מוחין היפוקסיה-איסכמיה

הרגישות רווח הטבועה תהודה מגנטית שדה על קוליים טומן בחובו הבטחה הדמיה ברזולוציה מרחבית גבוהה של הלב. כאן, אנו מתארים את פרוטוקול מותאמים אישית עבור פונקציונליות תהודה מגנטית לב וכלי דם (CMR) ב 7 טסלה שימוש של סליל מתקדם רב ערוצי תדר רדיו, שדה מגנטי shimming, קונספט מפעילה.

דימות תהודה מגנטית לב בטסלה 7

המטרה הכוללת של הליך זה הוא למדוד את זרימת הדם בעורק החולדה נפוצים באמצעות דימות תהודה מגנטית של ניגודיות שלב לא פולשנית.

שלב ניגודיות תהודה מגנטית בעורק החולדה נפוצים

כאן אנו מציגים פרוטוקול לתקנן את המדידה של מרים ani סרעפתי בגודל על ידי תהודה מגנטית. המטרה היא לחלץ biomechanical מסקנות מתוך ניתוח תמונות על-ידי השוואת נח ולא מתאמצת ערכים בחולים משני המינים עם צניחת הרחם והנרתיק, תוך שימוש עקבי ציוני גרמית אנטומי.

כימות של מרים Ani היאטוס הגדלה על ידי תהודה מגנטית של זכרים ונקבות עם צניחת אברי האגן

מטרתו של מאמר זה היא לתאר כיצד ניתן להשתמש בתהודה מגנטית לבבית להערכת ואבחון של הטרובוס החשוד. השיטה המוצגת תתאר את רכישת הנתונים, כמו גם את הפרוטוקול טרום-ההליך ושלאחר ההליך.

תהודה מגנטית קרדיולוגית להערכת החשוד בתרובוס הלב: טכניקות קונבנציונליות והמתעוררים

הדמיה של אוורור ספציפי היא טכניקת תהודה מגנטית תפקודית המאפשר כימות אוורור ספציפי באזור הריאה האנושית, באמצעות חמצן בשאיפה כסוכן ניגודיות. כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי לאסוף ולנתח נתונים ספציפיים הדמיה אוורור.

מיפוי כמותי של אוורור ספציפי בריאה האנושית באמצעות דימות תהודה מגנטית פרוטון וחמצן כסוכן ניגודיות

למד הדמיית תהודה מגנטית תפקודית תלת מימדית של הריאות לזיהוי מחות נשימה ומעקב אחרי טיפולים. שיטה זו מאפשרת הדמיה ברזולוציה גבוהה ללא קרינה ומתאימה גם לילדים.

הדמיית תהודה מגנטית תפקודית של ריאות בפתרון פאזה תלת מימדית

גלה סרטונים נוספים