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

L'obiettivo generale del seguente esperimento è utilizzare tecniche fisiologiche combinate con imaging a risonanza magnetica per misurare in modo non invasivo la distribuzione della perfusione polmonare in condizioni diverse di ossigeno inspirato. Questo viene ottenuto innanzitutto addestrando un soggetto a trattenere il respiro alla capacità residua funzionale durante l'acquisizione delle immagini e a respirare durante l'intervallo tra un'immagine e l'altra, consentendo così la raccolta di immagini multiple. Come secondo passaggio, al soggetto viene applicata una maschera facciale e vengono collegati i tubi inspiratori ed espiratori, al fine di fornire al soggetto miscele gassose diverse e raccogliere campioni di gas espirato per effettuare misurazioni metaboliche.

Successivamente, all'interno dello scanner MRI, dopo un'immagine localizzatrice, vengono utilizzate la marcatura del flusso arterioso mediante spin e le sequenze eco rapide a multi eco per ottenere immagini del flusso ematico polmonare e della densità protonica. Le immagini risultanti vengono quantificate per fornire la distribuzione del flusso ematico polmonare, espressa in millilitri al minuto per grammo, derivata dalle due diverse immagini di risonanza magnetica. Il principale vantaggio 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 inoltre essere utilizzato per studiare altri meccanismi fisiologici all'interno dell'ambiente di scansione MS. A dimostrazione delle procedure oggi ci sarà TSIA rye, uno studente laureato Sebastian Verta e RU Carlos SA, ricercatori postdottorandi del nostro laboratorio. Prima di eseguire l'esperimento, ottenere prima il consenso scritto e informato dal soggetto della ricerca e fargli compilare un modulo di valutazione della sicurezza per la risonanza magnetica.

Eseguire anche un esame fisico, un test della funzionalità polmonare e una sessione di allenamento in cui il soggetto impara come trattenere il respiro alla capacità residua funzionale, o FRC. Iniziare a predisporre l'apparecchiatura per la respirazione posizionando innanzitutto la maschera sul volto del soggetto. Dotata di un attacco a rete, la maschera è provvista di una valvola sterile non riutilizzabile e di tubi.

Assicurarsi di verificare la maschera per eventuali perdite. Preparare le sacche di gas nella stanza dello scanner e collegarle a una bombola situata nella stanza della consolle della risonanza magnetica. Tale configurazione deve consentire al ricercatore di aggiungere gas alla sacca manipolando la bombola del gas.

Il regolatore deve assicurarsi che la sacca del gas sia in vista. Durante l'esperimento, il ricercatore deve monitorare la sacca attraverso la finestra della stanza di controllo per verificare che il volume di gas sia sufficiente. In caso contrario, il soggetto potrebbe non essere in grado di inspirare la frazione di ossigeno inspirato; nei casi di gas iperossico e ipossico, tali frazioni sono rispettivamente 1,0 e 0,125, mentre per il gas normossico può essere utilizzata l'aria ambiente.

Assicurarsi che il tubo respiratorio espiratorio sia abbastanza lungo da collegare il soggetto all'interno dello scanner RM, attraverso una guida d'onda, al carrello metabolico situato nella stanza della consolle RM. Il carrello metabolico mostrato misura il volume dell'aria espirata, nonché le concentrazioni di ossigeno e anidride carbonica nell'aria espiratoria mista. Sulla base di questi parametri, calcola anche diversi volumi respiratori.

EG, il volume corrente VO₂, VC O₂, così come il quoziente respiratorio. Far distendere il soggetto in posizione supina, con i piedi in avanti sul lettino della scanner, e utilizzare cuscini e tamponi in schiuma per massimizzare il comfort. Successivamente, collegare il tubo respiratorio inspiratorio al lato inspiratorio della maschera del soggetto.

Il tubo verrà utilizzato per somministrare gas iperossici e ipossici o aria normossica provenienti da sacche in Mylar tramite una valvola di commutazione. Applicare inoltre un elettrodo per ECG sul torace del soggetto. Questo permetterà al sequenza di imaging con marcatura del flusso arterioso (arterial spin labeling) di essere sincronizzata al complesso QRS nell'elettrocardiogramma del soggetto.

Assicurarsi di controllare la valvola per verificare che funzioni correttamente. Fornire tappi per le orecchie per proteggere il soggetto dal rumore dello scanner. Inoltre, poiché il soggetto indossa una maschera e non può comunicare facilmente con il personale dello studio, posizionare una pallina premibile nella mano del soggetto e fissarla con del nastro adesivo.

Questo consente la comunicazione con gli investigatori in caso di necessità di assistenza. Infine, posizionare un pulsossimetro sul dito del soggetto per monitorare la saturazione di ossigeno, elemento fondamentale quando il soggetto è esposto a ipossia. Ora, posizionare due Mr Phantoms sul torace del soggetto.

Questi fantocci devono essere utilizzati per quantificare il segnale RM durante l'elaborazione successiva. Posizionare quindi la bobina toracica sopra i fantocci. La bobina toracica serve ad aumentare il rapporto segnale-rumore dell'immagine RM rispetto alla bobina corporea, riducendo la distanza fisica tra il ricevitore e il soggetto.

Infine, coprire il soggetto con una coperta per garantirne il comfort prima di posizionarlo al centro del tunnel della risonanza magnetica. Una volta che il soggetto è all'interno dello scanner, l'operatore deve parlare frequentemente con il soggetto per assicurarsi che si senta a proprio agio e per ricordargli di usare la pallina da stringere in caso abbia bisogno di assistenza. A questo punto procederemo con l'allestimento del localizzatore, che è la prima scansione.

Occorreranno circa 30 secondi. Voglio che tu ti rilassi e respiri normalmente mentre si verificano tutti i rumori e i clic. Assicurati di monitorare l'elettrocardiogramma, la saturazione di ossigeno, il volume corrente, il VO O2 e il VC O2. I primi minuti di monitoraggio sono particolarmente importanti per garantire dati di alta qualità.

Se questi valori sono al di fuori dei valori attesi, la calibrazione deve essere ripetuta e la maschera facciale e i tubi devono essere controllati per verificare la presenza di perdite. In primo luogo, acquisire una sequenza localizzatrice per ottenere le immagini anatomiche del tronco del soggetto. Questa sarà una localizzatrice della durata di circa 20 secondi.

Rilassati. Respira normalmente per tutto il tempo. Cominciamo.

Ora impostare un'etichettatura del flusso sanguigno arterioso, una sequenza SL farer con acquisizione a mezzo Fourier. Utilizzare uno schema di acquisizione con eco di spin turbo a singolo impulso, come HASTE, per ottenere dati sulla perfusione polmonare regionale. Quindi selezionare il piano sagittale nella porzione del polmone destro in cui la distanza da anteriore a posteriore è la più ampia.

Uno spessore di taglio di 15 millimetri e un campo visivo di 40 centimetri per 40 centimetri sono tipici. Qui le scansioni vengono acquisite utilizzando uno scanner GE HDX ex excite twin speed da 1,5 Tesla. Il soggetto percepirà una serie di rumori forti a coppie.

C'è un intervallo di cinque secondi tra questi colpi durante il quale il soggetto deve completare un ciclo respiratorio. Inspirare, quindi espirare fino alla capacità residua funzionale. Durante il rumore di colpo, il soggetto deve trattenere il respiro e mantenere il volume polmonare alla CFR.

Sebbene i soggetti vengano familiarizzati con la tecnica respiratoria prima della scansione, la prima acquisizione delle immagini dovrebbe essere una prova, in modo che il soggetto possa esercitarsi con la respirazione e la sospensione del respiro mentre si trova nello scanner. L'operatore di risonanza magnetica dovrebbe valutare la qualità delle immagini polmonari in base al movimento del diaframma. Se il movimento è minimo, le misurazioni di A SL possono iniziare monitorando il volume corrente durante la scansione.

Il bersaglio approssimativo. Un volume corrente di 500 millilitri è compatibile con una ventilazione normale. Nella sequenza A SL.

Vengono acquisite due immagini cardiache sincronizzate diverse. Il tempo di acquisizione dell'immagine all'80% dell'intervallo RR deve essere impostato singolarmente per ogni soggetto e condizione sperimentale, assicurando che l'immagine contenga il segnale ematico proveniente da un singolo periodo di eiezione sistolica; quando le due immagini vengono sottratte, il segnale stazionario viene eliminato. Il risultato è una mappa quantitativa del sangue consegnato al piano dell'immagine entro un singolo periodo di eiezione sistolica.

Oltre alle immagini SL-A, acquisire un'immagine di densità protonica del polmone utilizzando una sequenza eco rapida a gradienti multipli. La misurazione della densità protonica consente di esprimere le misurazioni di perfusione in millilitri al minuto per grammo e tiene conto della deformazione del tessuto polmonare. All'interno del torace, il soggetto percepirà un rumore continuo che durerà circa 10 secondi durante questa scansione e dovrà trattenere il respiro e rimanere al volume di rilascio funzionale (FRC) per tutta la durata del rumore.

Rilassati, respira normalmente, è andato bene. Per questo esperimento, i gas di normossia o aria ambiente, ipossia e iperossia vengono somministrati in ordine bilanciato tra i soggetti. Sebbene questi possano essere variati tra i soggetti se desiderato, ogni soggetto dovrebbe respirare un determinato gas per circa 20 minuti al fine di stabilire condizioni di stato stazionario nei tessuti polmonari prima di acquisire le misurazioni mediante risonanza magnetica della perfusione e della densità protonica.

Quindi seguire il medesimo protocollo di imaging descritto nella sezione precedente, scegliendo un periodo di esposizione al gas di 20 minuti prima dell'imaging. Questo perché, sebbene l'inizio della risposta di vasocostrizione polmonare ipossica avvenga entro pochi secondi, la risposta all'ipossia alveolare non raggiunge il massimo fino a circa 20 minuti, in linea con l'obiettivo di questo particolare studio. L'elaborazione successiva può essere effettuata utilizzando un software personalizzato sviluppato in MATLAB, impiegando le immagini MGRE accoppiate ottenute dalla bobina corporea omogenea e dalla bobina toracica non omogenea.

Tutte le immagini relative al flusso sanguigno e alla densità protonica possono essere corrette per l'eterogeneità della bobina su base individuale. Una volta che l'immagine aSL sottratta è stata corretta per l'eterogeneità della bobina, il flusso sanguigno polmonare regionale può essere quantificato in millilitri di sangue al minuto per voxel. Successivamente, possono essere create immagini di perfusione normalizzate per la densità.

La perfusione normalizzata per densità è espressa in unità di millilitri di sangue al minuto per grammo di acqua e si calcola dividendo l'immagine A SL per l'immagine di densità protonica, ottenendo così le immagini di perfusione in millilitri al minuto per grammo di polmone. Ad esempio, qui si osservano dati fisiologici. La frequenza cardiaca è aumentata in condizioni di ipossia e la saturazione è diminuita. La ventilazione era di 8,31 litri al minuto.

BTPS durante l'ipossia, 7,04 litri al minuto durante la 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 sia il volume corrente, mentre l'iperossia riduce ventilazione e volume corrente.

Qui sono mostrate tre immagini di perfusione normalizzate per densità, raccolte da un soggetto sotto tre diverse concentrazioni di ossigeno inspirato. I risultati dell'analisi dei dati sull'eterogeneità della perfusione sono riportati nella tabella due. Si può osservare 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, si dovrebbe avere una buona comprensione di come misurare la perfusione polmonare e condurre altri studi fisiologici all'interno dell'ambiente del MR.Scanner.