Acquisizione di immagini iperpolarizzate di risonanza magnetica 129Xe della ventilazione polmonare
Summary
La risonanza magnetica iperpolarizzata 129Xe (MRI) è un metodo per studiare gli aspetti risolti a livello regionale della funzione polmonare. Questo lavoro presenta un flusso di lavoro standardizzato end-to-end per la risonanza magnetica iperpolarizzata a 129Xe della ventilazione polmonare, con particolare attenzione alla progettazione della sequenza di impulsi, alla preparazione della dose di 129Xe, al flusso di lavoro di scansione e alle migliori pratiche per il monitoraggio della sicurezza del soggetto.
Abstract
La risonanza magnetica iperpolarizzata 129Xe comprende una gamma unica di tecniche di imaging polmonare strutturale e funzionale. La standardizzazione delle tecniche tra i centri è sempre più importante, data la recente approvazione da parte della FDA del 129Xe come mezzo di contrasto per la risonanza magnetica e l’aumento dell’interesse per la risonanza magnetica con 129Xe tra le istituzioni cliniche e di ricerca. I membri del 129Xe MRI Clinical Trials Consortium (Xe MRI CTC) hanno concordato le migliori pratiche per ciascuno degli aspetti chiave del flusso di lavoro della risonanza magnetica 129Xe e queste raccomandazioni sono riassunte in una recente pubblicazione. Questo lavoro fornisce informazioni pratiche per sviluppare un flusso di lavoro end-to-end per la raccolta di 129immagini Xe MR della ventilazione polmonare secondo le raccomandazioni Xe MRI CTC. Saranno discusse e dimostrate la preparazione e la somministrazione di 129Xe per gli studi RM, con argomenti specifici tra cui la scelta dei volumi di gas appropriati per interi studi e per le singole scansioni RM, la preparazione e la somministrazione di singole dosi di 129Xe e le migliori pratiche per monitorare la sicurezza del soggetto e la tollerabilità di 129Xe durante gli studi. Verranno inoltre trattate le principali considerazioni tecniche sulla risonanza magnetica, compresi i tipi di sequenza di impulsi e i parametri ottimizzati, la calibrazione dell’angolo di capovolgimento e della frequenza centrale di 129Xe e l’analisi delle immagini di ventilazione della risonanza magnetica 129Xe.
Introduction
La risonanza magnetica iperpolarizzata 129Xe è uno strumento interessante per la caratterizzazione e la quantificazione non invasiva e spazialmente risolta di aspetti specifici della funzione polmonare 1,2,3. Approcci di acquisizione e ricostruzione simili a quelli utilizzati nella risonanza magnetica protonica anatomica forniscono immagini di 129Xe inalato nei polmoni, consentendo la visualizzazione delle regioni polmonari non ventilate e la quantificazione risolta della distribuzione della ventilazione 4,5,6,7,8 . Sequenze di impulsi più avanzate e tecniche di analisi forniscono ulteriori informazioni complementari, tra cui la quantificazione dell’efficacia dello scambio gassoso tra alveoli e capillari polmonari tramite risonanza magnetica spettroscopica 9,10,11,12,13 e caratterizzazione dell’integrità della microstruttura alveolare tramite risonanza magnetica pesata in diffusione 14,15,16.
L’inalazione di 129Xe si è dimostrata sicura e tollerabile in soggetti adulti e pediatrici, compresi quelli con malattia polmonare17,18. Le misurazioni della funzione polmonare derivate dalla risonanza magnetica 129Xe hanno mostrato sensibilità alle alterazioni strutturali e funzionali in molti contesti di malattie polmonari, tra cui la broncopneumopatia cronicaostruttiva 6,10,19, la fibrosi cistica 20,21,22, la fibrosi polmonare idiopatica 23,24,25 e l’asma 7,10,26. Data l’elevata sicurezza e tollerabilità della risonanza magnetica a 129Xe, la mancanza di radiazioni ionizzanti nella risonanza magnetica rispetto ad altri approcci di imaging comuni e l’elevata riproducibilità dei risultati della risonanza magnetica a 129Xe27,28, la risonanza magnetica a 129Xe è molto promettente, in particolare per il monitoraggio seriale preciso di individui che ricevono un corso temporale di terapia per la broncopneumopatia cronica.
La sicurezza e la promessa clinica della risonanza magnetica 129Xe hanno portato all’approvazione della FDA nel dicembre 2022 per l’imaging della ventilazione polmonare in persone di età pari o superiore a29 anni. Alla luce di ciò, si prevede che il numero di siti di ricerca e clinici in grado di eseguire 129Xe MRI (attualmente ~20 in tutto il mondo) aumenterà in modo significativo nei prossimi anni. Man mano che la risonanza magnetica 129Xe si diffonde in nuove istituzioni, è importante che esistano solide risorse metodologiche per consentire ai centri di costruire rapidamente tecniche di risonanza magnetica 129Xe clinicamente rilevanti e di eseguire scansioni e generare risultati strettamente comparabili con quelli dei siti esistenti.
In questo lavoro, delineeremo le attuali migliori pratiche per la risonanza magnetica iperpolarizzata umana 129Xe della ventilazione polmonare, come concordato dalle istituzioni membri del 129Xe MRI Clinical Trials Consortium (Xe MRI CTC) e riassunto in un recente documento di posizione30. Gli argomenti includeranno la preparazione di sequenze di impulsi su misura ideali per un flusso di lavoro completo di risonanza magnetica 129Xe, la preparazione e la somministrazione di gas 129Xe iperpolarizzato, un flusso di lavoro ottimizzato per le sessioni di risonanza magnetica umana 129Xe e le migliori pratiche per monitorare la sicurezza e il comfort del soggetto durante le sessioni di risonanza magnetica.
Protocol
Representative Results
Discussion
Gli approcci di ventilazione e risonanza magnetica anatomica sopra descritti sono progettati per massimizzare la qualità dell’immagine e l’SNR mantenendo la semplicità di implementazione: questi protocolli di sequenza possono in generale essere adattati dalle sequenze di impulsi dei prodotti del fornitore, a condizione che il funzionamento multinucleare sia abilitato e che le immagini vengano ricostruite automaticamente sul computer dello scanner. Uno svantaggio degli approcci 2D qui descritti è l’uso di impulsi RF di…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato finanziato dal National Institutes of Health (numeri di sovvenzione R01-CA172595-01, R01-HL132177, R01-HL167202, S10-OD018079 e UL1-TR003015) e da Siemens Medical Solutions.
Materials
| 1.5T or 3T human MRI scanner | Siemens | MAGNETOM Symphony (1.5T) or Vida (3T); older models fine, as long as multinuclear option is/can be installed; scanners also available from GE and Philips | |
| 129Xe hyperpolarizer | Polarean | 9820 | |
| 129Xe MRI phantom | |||
| 129Xe MRI vest coil | Clinical MR Solutions | Also available from other vendors | |
| 129Xe polarization measurement station | Polarean | 2881 | |
| 1H MRI phantom | |||
| Coil file for 129Xe MRI vest coil | Also available from other vendors for their respective coils | ||
| ECG machine | |||
| Helium buffer gas | |||
| Interface box from coil to scanner | May be built into coil, but needs to be included separately if not | ||
| Liquid nitrogen | |||
| MRI-safe pulse oximeter | Philips | Expression MR200 | |
| Nitrogen buffer gas | |||
| PFT machine | |||
| Programming/image analysis software | MATLAB | R2023a | Various other options available |
| Pulse sequence design software | Siemens | IDEA software package; also available from GE and Philips for their respective scanners | |
| Scanner multinuclear option | Siemens | Scanner integrated hardware/software package; also available from GE and Philips for their respective scanners | |
| Tedlar gas sampling bags (500, 750, 1000, 1250, 1500 mL) | |||
| Xenon gas (129Xe isotopically enriched) |
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