Mappatura quantitativa della ventilazione specifica nel polmone umano utilizzando l'imaging a risonanza magnetica protonica e l'ossigeno come agente di contrasto

L'imaging specifico della ventilazione, o SVI, è una tecnica di imaging polmonare qualitativo che ci aiuterà a promuovere la nostra comprensione fondamentale della fisiologia e della gestione delle malattie respiratorie. SVI è privo di radiazioni e richiede solo apparecchiature comunemente disponibili, uno scanner MRI e ossigeno medico. Questo lo rende sicuro per i bambini e ideale per studi ripetuti negli adulti.

La traduzione di SVI nella pratica clinica può migliorare la gestione dell'asma perché ci permetterà di identificare le aree più colpite dalla malattia. La capacità di mappare i cambiamenti all'interno del polmone in risposta alla terapia può aiutare a ottimizzare la terapia inalatoria e informare le scelte terapeutiche individualizzate. A dimostrare questa procedura è Vincent Tedjasaputra, un borsista post-dottorato del Dipartimento di Medicina.

Iniziare ad avviare la procedura, ottenere il consenso informato scritto del soggetto e descrivere i potenziali rischi presentati dall'esposizione a campi magnetici in rapida evoluzione e il potenziale disagio nell'uso di una maschera facciale e nella respirazione di gas secco. Verificare che il soggetto possa tranquillamente sottoporsi a scansione di risonanza magnetica utilizzando il questionario di screening di sicurezza della risonanza magnetica o della risonanza magnetica approvato localmente. Allenare il soggetto per respirare in tempo con la sequenza di scansione MR e misurare il naso del soggetto in dimensioni del mento per determinare le dimensioni della maschera facciale che meglio si adatta al soggetto.

Quindi verifica che le tasche e gli indumenti del soggetto siano gratuiti da carte di credito a base magnetica e pezzi di metallo contenenti ferro. Per preparare lo scanner MR, collegare una bobina di busto al connettore appropriato nella tabella dello scanner per configurare lo scanner per l'uso e posizionare fogli, pad e cuscini sul tavolo dello scanner in modo che il soggetto sia comodo per almeno 30 minuti di imaging. Per assemblare il sistema di erogazione dell'ossigeno, posizionare una valvola a commutazione a due vie alla portata dell'operatore dello scanner e utilizzare un tubo di plastica di otto metri di lunghezza di un quarto di pollice per collegare l'alimentazione di ossigeno a un'uscita della valvola dell'interruttore.

Collegare l'uscita della valvola dell'interruttore nella sala di controllo ai tubi di plastica di un quarto e alimentare i tubi attraverso il passaggio della sala di controllo alla sala scanner, facendo in modo che il tubo raggiunga il centro del foro dello scanner. Fissare l'attacco di bypass del flusso alla maschera facciale per il soggetto. Collegare l'estremità in ottone da mezzo pollice del tubo all'attacco della maschera di bypass di flusso.

Impostare la pressione sul regolatore di uscita dell'alimentazione dell'ossigeno su un valore che produce un flusso di ossigeno maggiore del flusso inspiratorio di picco previsto in base alla natura dello studio e alla resistenza complessiva del sistema di erogazione del gas. Quindi attivare il flusso di ossigeno per testare la valvola dell'interruttore, assicurandosi che all'uscita dell'attacco di bypass di flusso sia presente un flusso adeguato e che non siano presenti perdite nei tubi di plastica. Per preparare il soggetto per l'imaging, fare in modo che il soggetto si sdrai sul tavolo dello scanner assicurandosi che la parte superiore dell'elemento della bobina inferiore sia superiore alle spalle del soggetto per garantire che la parte superiore dell'elemento della bobina inferiore fornisca un'adeguata copertura degli apice polmonari.

Fare in modo che il soggetto inserisca i tappi per le orecchie e verificare che il suono sia bloccato. Collegare un meccanismo di sicurezza al polso del soggetto in modo che sia facilmente accessibile e attaccare il sistema di bypass della maschera e del flusso al viso del soggetto. Occlude brevemente il lato espiratorio dell'attacco di bypass di flusso e chiedi al soggetto di tentare una normale ispirazione e scadenza per verificare la presenza di perdite.

Ora caricare il soggetto nello scanner utilizzando lo strumento di centraggio della luce per assicurarsi che la bobina del busto occupi il centro del foro e guidare la linea di bypass del flusso per garantire il comfort del soggetto mentre si sposta il soggetto verso il centro dello scanner. Dopo aver selezionato la posizione polmonare per le fette di imaging, acquisire una sequenza di localizzatori per ottenere una mappa anatomica che verrà utilizzata per prescrivere il resto dell'esame. Utilizzare l'interfaccia utente grafica dello scanner per fare clic e trascinare la sezione di imaging centrata nel campo polmonare destinata alla regione di interesse nella posizione desiderata per selezionare fino a quattro fette polmonari sagittali da studiare.

Quindi prendere nota della posizione delle fette di imaging rispetto alla posizione della colonna vertebrale in modo che lo stesso volume possa essere ri-immagine per studi longitudinali. Per un'immagine di ventilazione specifica, impostare il tempo di inversione nel computer MR per la fetta più mediale su 1100 millisecondi per il massimo del contrasto dell'ossigeno dell'aria, il numero di ripetizioni su 220 e il tempo di ripetizione a cinque secondi. Monitorare la consistenza del volume polmonare e della scadenza del soggetto durante le acquisizioni successive e fornire feedback per migliorare la qualità, se necessario.

Cambiare la miscela di gas ispirata al soggetto ogni 20 respiri durante la pausa respiro di acquisizione per il comfort del soggetto, alternando l'aria della stanza e l'ossigeno medico. Controllare regolarmente l'ossimetro a impulsi per verificare la frequenza cardiaca e la saturazione di ossigeno e effettuare frequentemente il check-in con il soggetto per fornire aggiornamenti regolari del tempo rimanente. Dopo il respiro 220, l'imaging è completo.

Restituire il soggetto all'aria della stanza e rimuoverlo dallo scanner. Per creare una mappa di ventilazione specifica, importare le immagini per la registrazione nel software di analisi delle immagini e ispezionare visivamente l'intero stack di immagini 220 per selezionare l'immagine per ogni fetta che rappresenta al meglio la capacità residua funzionale. Utilizzando l'immagine in modalità come riferimento, utilizzare la registrazione proiettiva o fine per registrare tutte le immagini al riferimento funzionale alla capacità residua e quantificare la ventilazione specifica nel polmone dalla pila registrata utilizzando un algoritmo appropriato.

Verrà creata una mappa della ventilazione specifica. SVI produce mappe quantitative di ventilazione specifica, ad esempio come mostrato in questa singola immagine fetta nel polmone destro di una femmina sana di 39 anni. Si noti la presenza del gradiente verticale previsto nella ventilazione specifica con la porzione dipendente del polmone che presenta una ventilazione specifica più elevata rispetto alla porzione non dipendente del polmone.

Un istogramma dei valori di ventilazione specifici della mappa con una funzione di distribuzione di probabilità normale del registro di adattamento ottimale consente di utilizzare la larghezza della migliore distribuzione di adattamento come metrica di specifica eterogeneità di ventilazione. Qui viene mostrato un lavaggio del respiro multiplo acquisito nello stesso soggetto nella stessa postura. La registrazione temporale della concentrazione di azoto è stata misurata alla bocca dopo uno spostamento dall'aria ispirata all'ossigeno ispirato al 100%.

In questa distribuzione di ventilazione specifica stimata dal lavaggio sia per l'imaging specifico della ventilazione che per il lavaggio multiplo del respiro, la larghezza della distribuzione è stata trovata entro un intervallo normale sano. Addestramento dei soggetti a respirare nel tempo con lo scanner e fornire loro feedback durante l'acquisizione può aiutare a garantire dati di buona qualità. In combinazione con misurazioni della densità e della perfusione, SVI può essere utilizzato per mappare il rapporto locale tra ventilazione e perfusione e misura dell'efficienza dello scambio di gas.

Questa tecnica è stata utilizzata per comprendere la distribuzione della ventilazione dopo l'esercizio fisico faticoso e uno speciale pannello di ripetuta restrizione bronchiale nell'asma. L'ambiente della risonanza magnetica richiede attenzione alla sicurezza in quanto è sempre presente un forte campo magnetico e gli oggetti ferromagnetici possono diventare proiettili con conseguenti lesioni.