Magnetic Resonance Imaging Quantificazione di perfusione polmonare mediante calibrati Etichettatura arteriosa Spin

L'obiettivo generale del seguente esperimento è quello di utilizzare tecniche fisiologiche combinate con la risonanza magnetica per misurare la distribuzione della perfusione polmonare in modo non invasivo in diverse condizioni di ossigeno inspirato. Ciò si ottiene addestrando prima un soggetto a trattenere il respiro alla capacità funzionale residua durante l'acquisizione dell'immagine e a respirare durante l'intervallo tra le immagini per consentire la raccolta di più immagini. In una seconda fase, al soggetto viene applicata la maschera facciale e viene fissato il tubo inspiratorio ed espiratorio per fornire le diverse miscele di gas al soggetto e per raccogliere campioni di gas espiratori per effettuare misurazioni metaboliche.

Successivamente, nello scanner MRI, dopo un'immagine del localizzatore, la marcatura dello spin arterioso e il gradiente veloce multi eco, vengono utilizzate sequenze ecografiche per ottenere immagini del flusso sanguigno polmonare e della densità protonica. Le immagini risultanti sono quantificate per fornire la distribuzione del flusso sanguigno polmonare espressa in millilitri al minuto per grammo derivata dalle due diverse immagini RM. Il vantaggio principale di questa tecnica è che la perfusione polmonare viene misurata in modo non invasivo in vivo senza esposizione a radiazioni ionizzanti, consentendo misurazioni ripetute.

Questo metodo può fornire informazioni sui meccanismi che controllano la distribuzione spaziale della perfusione polmonare e può anche essere utilizzato per studiare altri meccanismi fisiologici all'interno dell'ambiente della scansione della SM. A dimostrare le procedure oggi saranno TSIA rye, uno studente laureato Sebastian Verta e i borsisti post-dottorato RU Carlos SA del nostro laboratorio prima di eseguire l'esperimento. Per prima cosa ottenere il consenso scritto e informato dal soggetto della ricerca e fargli compilare un modulo di screening di sicurezza per la risonanza magnetica.

Eseguire anche un esame fisico, un test di funzionalità polmonare e una sessione di allenamento in cui il soggetto impara a trattenere il respiro alla capacità funzionale residua. Oppure FRC inizia a configurare l'attrezzatura per la respirazione inserendo prima la maschera sul viso del soggetto. Con un attacco a rete, la maschera è dotata di una valvola e tubi pre-sterilizzati e non respiratori

Assicurati di controllare la maschera per eventuali perdite. Installare le sacche di gas nella sala scanner e collegarle a un serbatoio nella sala console della risonanza magnetica. Questo dovrebbe essere impostato in modo tale che il gas possa essere aggiunto alla borsa dall'investigatore attraverso la manipolazione del serbatoio del gas.

Il regolatore assicura che la sacca del gas sia in vista. Come durante l'esperimento, l'investigatore deve monitorare la borsa attraverso la finestra della console per assicurarsi che il volume di gas sia sufficiente. In caso contrario, il soggetto potrebbe non essere in grado di inspirare la frazione di ossigeno inspirato dei gas iperossici e ipossici in questo caso sono rispettivamente 1,0 e 0,125 e l'aria ambiente può essere utilizzata per il gas normossico.

Assicurarsi che il tubo di respirazione espiratoria sia sufficientemente lungo da poter essere collegato dal soggetto nello scanner RM attraverso una guida d'onda e al carrello metabolico nella sala console RM. Il carrello metabolico visto qui misura il volume dell'aria espirata e le concentrazioni miste di ossigeno espiratorio e anidride carbonica. Sulla base di questi parametri, calcola anche vari volumi respiratori.

EG, il volume corrente VO due VC O2, così come il quoziente respiratorio. Chiedi al soggetto di sdraiarsi con i piedi supini sul piano dello scanner e di utilizzare cuscini e cuscinetti in schiuma per massimizzare il comfort. Quindi, collegare il tubo di respirazione inspiratoria al lato inspiratorio della maschera del soggetto.

Il tubo verrà utilizzato per somministrare gas iperossici e ipossici o aria normossica dalle sacche di Mylar tramite una valvola di commutazione. Posiziona anche un elettrocardiogramma sul petto del soggetto. Ciò consentirà di collegare Mr.Sequence al complesso QRS nell'elettrocardiogramma del soggetto.

Assicurati di controllare la valvola per assicurarti che funzioni normalmente. Fornire tappi per le orecchie per proteggere il soggetto dal rumore dello scanner. Inoltre, poiché il soggetto indossa una maschera e non è in grado di comunicare facilmente con il personale dello studio, posiziona una palla da spremere nella mano del soggetto e fissala con del nastro adesivo.

Ciò consente la comunicazione con gli investigatori se è necessaria assistenza. Infine, posizionare un pulsossimetro sul dito del soggetto per monitorare la saturazione di ossigeno, che è fondamentale quando il soggetto è esposto all'ipossia. Ora, posiziona due Mr Phantom sul petto del soggetto.

Questi fantocci dovrebbero essere utilizzati per quantificare il segnale RM durante la post-elaborazione. Quindi posizionare la bobina del busto sopra i fantasmi. La bobina del busto viene utilizzata per aumentare il rapporto segnale/rumore dell'immagine RM rispetto alla bobina del corpo riducendo la distanza fisica tra il ricevitore e il soggetto.

Infine, copri il soggetto con una coperta per garantire il comfort prima di inviarlo al centro del foro dello scanner RM. Una volta che il soggetto è nello scanner, l'operatore deve parlare frequentemente con il soggetto per assicurarsi che sia a suo agio e per ricordare al soggetto di utilizzare la pallina da spremere se è necessaria assistenza. E ci prepareremo per il localizzatore, che è la prima scansione.

Ci vorranno circa 30 secondi. Voglio che tu ti rilassi e respiri normalmente mentre tutta la frangia e i clic continuano. Assicurarsi di monitorare l'ECG, la saturazione di ossigeno, il volume corrente VO O2 e VC O2. I primi minuti di monitoraggio sono particolarmente importanti per garantire una buona qualità dei dati.

Se questi valori sono al di fuori dei valori previsti, la calibrazione deve essere ripetuta e la maschera facciale e il tubo devono essere controllati per verificare la presenza di perdite. Innanzitutto, acquisisci una sequenza di localizzazione per ottenere le immagini anatomiche nel busto del soggetto. Questo sarà un localizzatore dura circa 20 secondi.

Rilassati. Respira normalmente per tutto il tempo. Ci siamo.

Ora impostate una marcatura di spin arterioso, una sequenza di farer SL con un'acquisizione di Fourier a metà. Utilizzare uno schema di imaging turbo spin echo a colpo singolo, come la fretta, per acquisire i dati di perfusione polmonare regionale. Quindi selezionare il piano sagittale dalla porzione del polmone destro in cui la distanza da anteriore a posteriore è maggiore.

Uno spessore della fetta di 15 millimetri e un campo visivo di 40 centimetri per 40 centimetri è tipico. Qui le scansioni vengono acquisite utilizzando uno scanner a doppia velocità da 1,5 Tesla GE HDX ex excite. Il soggetto sentirà una serie di forti suoni di colpi in coppia.

C'è un intervallo di cinque secondi tra questi scoppi in cui il soggetto dovrebbe completare un ciclo di respirazione. Inspirare, quindi espirare fino alla capacità funzionale residua. Durante il suono dei colpi, il soggetto deve trattenere il respiro e rimanere al volume polmonare FRC.

Sebbene i soggetti abbiano familiarizzato con la tecnica di respirazione prima della scansione, la prima esecuzione dell'acquisizione delle immagini dovrebbe essere un test in modo che il soggetto possa esercitarsi nella respirazione e nel trattenere il respiro mentre si trova nello scanner. L'operatore RM deve valutare la qualità delle immagini polmonari in base al movimento del diaframma. Se il movimento è minimo, le misurazioni A SL possono iniziare a monitorare il volume corrente durante la scansione.

L'obiettivo approssimativo. Il volume corrente di 500 millilitri è coerente con la normale ventilazione. Nella sequenza A SL.

Vengono acquisite due diverse immagini cardiache gated. La temporizzazione dell'immagine dell'80% dell'intervallo RR deve essere impostata individualmente per ciascun soggetto e condizione sperimentale e garantisce che l'immagine contenga il segnale sanguigno di un periodo di espulsione sistolica quando le due immagini vengono sottratte, annullando così il segnale stazionario. Il risultato è una mappa quantitativa del sangue erogato al piano dell'immagine entro un periodo di espulsione sistolica.

Oltre alle immagini A SL, acquisisci un'immagine della densità protonica polmonare utilizzando una sequenza di eco a gradiente veloce multi eco. La misurazione della densità protonica consente di esprimere le misure di perfusione in millilitri al minuto per grammo e tiene conto della deformazione del tessuto polmonare. All'interno del torace, il soggetto sentirà un rumore continuo che durerà circa 10 secondi durante questa scansione e dovrà trattenere il respiro e rimanere in FRC per tutta la durata del rumore.

Rilassati, respira normalmente che sembrava fantastico per questo esperimento. I gas della normossia o dell'aria ambiente, l'ipossia e l'iperossia sono presentati in ordine equilibrato tra i soggetti. Sebbene questi possano essere variati da soggetto a soggetto, se lo si desidera, un soggetto dovrebbe respirare un particolare gas per circa 20 minuti al fine di stabilire condizioni di stato stazionario all'interno del tessuto polmonare prima che vengano acquisite le misurazioni RM della profusione e della densità protonica.

Quindi seguire lo stesso protocollo di imaging descritto nella sezione precedente, il periodo di 20 minuti di esposizione al gas prima di scegliere l'imaging. Poiché sebbene l'inizio della risposta di vasocostrizione polmonare ipossica avvenga in pochi secondi, la risposta all'ipossia alveolare non è massima fino a circa 20 minuti, coerentemente con l'obiettivo di questo particolare studio. La post-elaborazione può essere eseguita utilizzando un software sviluppato su misura basato su MATLAB utilizzando le immagini MGRE accoppiate dalla bobina omogenea del corpo e dalla bobina omogenea del torso.

Tutte le immagini del flusso sanguigno e della densità protonica possono essere corrette per l'omogeneità della bobina soggetto per soggetto. Una volta che l'immagine SL sottratta viene corretta per la bobina in omogeneità, il flusso sanguigno polmonare regionale può essere quantificato in millilitri di sangue al minuto per voxel. Quindi è possibile creare immagini di perfusione normalizzate e di densità.

La perfusione normalizzata per densità è espressa in unità di millilitri di sangue al minuto per grammo di acqua ed è calcolata dividendo l'immagine A SL per l'immagine della densità protonica per fornire le immagini di perfusione in millilitri al minuto per grammo di polmone, ad esempio, i dati fisiologici sono visti qui. La frequenza cardiaca è aumentata in ipossia e la saturazione è diminuita. La ventilazione era di 8,31 litri al minuto.

BTPS in ipossia, 7,04 litri al minuto in normossia e 6,64 litri al minuto. Durante l'iperossia, il volume corrente era di 0,76 litri per l'ipossia, 0,69 litri per la normossia e 0,67 litri per l'iperossia. L'esposizione all'ipossia aumenta sia la ventilazione che il volume corrente mentre l'iperossia diminuisce la ventilazione e il volume corrente.

Qui sono mostrate tre immagini di perfusione normalizzata a densità raccolte da un soggetto sotto le tre diverse concentrazioni di ossigeno inspirato. I risultati dell'analisi dei dati sull'eterogeneità della perfusione sono riportati nella tabella due. Si può notare che l'ipossia ha aumentato la dispersione relativa, tuttavia, gli altri indici sono rimasti sostanzialmente invariati.

Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere completata in meno di due ore se eseguita correttamente. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come misurare la profusione polmonare e formare altri studi fisiologici all'interno della risonanza magnetica. Ambiente dello scanner.