Name: Misura quantitativa della struttura e della funzione polmonare ottenuta dalla spettroscopia allo xeno iperpolarizzata (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-11-10T13:20:00.000+00:00
Duration: 8 min 23 s
Description: Scopri la spettroscopia CSSR con xeno-129 iperpolarizzato per valutare la funzione polmonare e diagnosticare patologie respiratorie. Questo metodo consente misurazioni durante la respirazione libera, migliorando il comfort del paziente.

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Valutazione della funzione polmonare con la risonanza magnetica allo xenon-129 iperpolarizzata

<ol><li>Albert, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biological+magnetic+resonance+imaging+using+laser-polarized+129Xe%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Biological magnetic resonance imaging using laser-polarized 129Xe.</a> Nature. 370 (6486), 199-201 (1994).</li>
<li>Happer, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Pumping%5BTitle%5D)+AND+%22Rev+Mod+Phys%22%5BJournal%5D)">Optical Pumping.</a> Rev Mod Phys. 44 (2), 169-250 (1972).</li>
<li>Appelt, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theory+of+spin-exchange+optical+pumping+of+He-3+and+Xe-129%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+A%22%5BJournal%5D)">Theory of spin-exchange optical pumping of He-3 and Xe-129.</a> Phys Rev A. 58 (2), 1412-1439 (1998).</li>
<li>Hersman, F. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large+production+system+for+hyperpolarized+129Xe+for+human+lung+imaging+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Acad+Radiol%22%5BJournal%5D)">Large production system for hyperpolarized 129Xe for human lung imaging studies.</a> Acad Radiol. 15 (6), 683-692 (2008).</li>
<li>Parnell, S. R., Deppe, M. H., Parra-Robles, J., Wild, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancement+of+Xe-129+polarization+by+off-resonant+spin+exchange+optical+pumping%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Enhancement of Xe-129 polarization by off-resonant spin exchange optical pumping.</a> J Appl Phys. 108 (6), 064908(2010).</li>
<li>Norquay, G., Collier, G. J., Rao, M., Stewart, N. J., Wild, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((%5E%7B129%7DXe-Rb+spin-exchange+optical+pumping+with+high+photon+efficiency%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+Lett%22%5BJournal%5D)">^{129}Xe-Rb spin-exchange optical pumping with high photon efficiency.</a> Phys Rev Lett. 121 (15), 153201(2018).</li>
<li>Mugler, J. P. 3rd, et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MR+imaging+and+spectroscopy+using+hyperpolarized+129Xe+gas%3A+preliminary+human+results%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">MR imaging and spectroscopy using hyperpolarized 129Xe gas: preliminary human results.</a> Magn Reson Med. 37 (6), 809-815 (1997).</li>
<li>Ruppert, K., Brookeman, J. R., Hagspiel, K. D., Driehuys, B., Mugler, J. P. 3rd NMR of hyperpolarized (129)Xe in the canine chest: spectral dynamics during a breath-hold. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRuppert%2C+K+%22NMR+Biomed%22">NMR Biomed</a>. 13 (4), 220-228 (2000).</li>
<li>Butler, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+surface-area-to-volume+ratios+in+soft+porous+materials+using+laser-polarized+Xenon+interphase+exchange+nuclear+magnetic+resonance%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Condens+Matter%22%5BJournal%5D)">Measuring surface-area-to-volume ratios in soft porous materials using laser-polarized Xenon interphase exchange nuclear magnetic resonance.</a> J Phys Condens Matter. 14 (13), L297-L304 (2002).</li>
<li>Mansson, S., Wolber, J., Driehuys, B., Wollmer, P., Golman, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+diffusing+capacity+and+perfusion+of+the+rat+lung+in+a+lipopolysaccaride+disease+model+using+hyperpolarized+129Xe%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Characterization of diffusing capacity and perfusion of the rat lung in a lipopolysaccaride disease model using hyperpolarized 129Xe.</a> Magn Reson Med. 50 (6), 1170-1179 (2003).</li>
<li>Abdeen, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+Xenon+diffusing+capacity+in+the+rat+lung+by+hyperpolarized+%28129%29Xe+MRI+and+dynamic+spectroscopy+in+a+single+breath-hold%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Measurement of Xenon diffusing capacity in the rat lung by hyperpolarized (129)Xe MRI and dynamic spectroscopy in a single breath-hold.</a> Magn Reson Med. 56 (2), 255-264 (2006).</li>
<li>Driehuys, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+alveolar-capillary+gas+transfer+using+hyperpolarized+129Xe+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Imaging alveolar-capillary gas transfer using hyperpolarized 129Xe MRI.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 103 (48), 18278-18283 (2006).</li>
<li>Patz, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+pulmonary+imaging+and+spectroscopy+with+hyperpolarized+129Xe+at+0.2T%5BTitle%5D)+AND+%22Acad+Radiol%22%5BJournal%5D)">Human pulmonary imaging and spectroscopy with hyperpolarized 129Xe at 0.2T.</a> Acad Radiol. 15 (6), 713-727 (2008).</li>
<li>Qing, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+lung+function+in+asthma+and+COPD+using+hyperpolarized+129Xe+chemical+shift+saturation+recovery+spectroscopy+and+dissolved-phase+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Assessment of lung function in asthma and COPD using hyperpolarized 129Xe chemical shift saturation recovery spectroscopy and dissolved-phase MRI.</a> NMR Biomed. 27 (12), 1490-1501 (2014).</li>
<li>Stewart, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reproducibility+of+quantitative+indices+of+lung+function+and+microstructure+from+129+Xe+chemical+shift+saturation+recovery+%28CSSR%29+MR+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Reproducibility of quantitative indices of lung function and microstructure from 129 Xe chemical shift saturation recovery (CSSR) MR spectroscopy.</a> Magn Reson Med. 77 (6), 2107-2113 (2017).</li>
<li>Zhong, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+assessment+of+both+lung+morphometry+and+gas+exchange+function+within+a+single+breath-hold+by+hyperpolarized+%28129%29+Xe+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Simultaneous assessment of both lung morphometry and gas exchange function within a single breath-hold by hyperpolarized (129) Xe MRI.</a> NMR Biomed. 30 (8), (2017).</li>
<li>Kern, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regional+investigation+of+lung+function+and+microstructure+parameters+by+localized+%28129%29+Xe+chemical+shift+saturation+recovery+and+dissolved-phase+imaging%3A+A+reproducibility+study%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Regional investigation of lung function and microstructure parameters by localized (129) Xe chemical shift saturation recovery and dissolved-phase imaging: A reproducibility study.</a> Magn Reson Med. 81 (1), 13-24 (2018).</li>
<li>Kern, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+of+regional+lung+microstructural+parameters+using+hyperpolarized+%28129%29+Xe+dissolved-phase+MRI+in+healthy+volunteers+and+patients+with+chronic+obstructive+pulmonary+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Mapping of regional lung microstructural parameters using hyperpolarized (129) Xe dissolved-phase MRI in healthy volunteers and patients with chronic obstructive pulmonary disease.</a> Magn Reson Med. 81 (4), 2360-2373 (2018).</li>
<li>Xie, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single+breath-hold+measurement+of+pulmonary+gas+exchange+and+diffusion+in+humans+with+hyperpolarized+%28129%29+Xe+MR%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Single breath-hold measurement of pulmonary gas exchange and diffusion in humans with hyperpolarized (129) Xe MR.</a> NMR Biomed. 32 (5), e4068(2019).</li>
<li>Zanette, B., Santyr, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accelerated+interleaved+spiral-IDEAL+imaging+of+hyperpolarized+%28129%29+Xe+for+parametric+gas+exchange+mapping+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Accelerated interleaved spiral-IDEAL imaging of hyperpolarized (129) Xe for parametric gas exchange mapping in humans.</a> Magn Reson Med. 82 (3), 1113-1119 (2019).</li>
<li>Ruppert, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigating+biases+in+the+measurement+of+apparent+alveolar+septal+wall+thickness+with+hyperpolarized+129Xe+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Investigating biases in the measurement of apparent alveolar septal wall thickness with hyperpolarized 129Xe MRI.</a> Magn Reson Med. 84 (6), 3027-3039 (2020).</li>
<li>Zhang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+evaluation+of+lung+injury+caused+by+PM%282.5%29+using+hyperpolarized+gas+magnetic+resonance%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Quantitative evaluation of lung injury caused by PM(2.5) using hyperpolarized gas magnetic resonance.</a> Magn Reson Med. 84 (2), 569-578 (2020).</li>
<li>Friedlander, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+%28129%29+Xe+MRI+of+the+rat+brain+with+chemical+shift+saturation+recovery+and+spiral-IDEAL+readout%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized (129) Xe MRI of the rat brain with chemical shift saturation recovery and spiral-IDEAL readout.</a> Magn Reson Med. 87 (4), 1971-1979 (2022).</li>
<li>Patz, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+of+hyperpolarized+%28129%29Xe+in+the+lung%3A+a+simplified+model+of+%28129%29Xe+septal+uptake+and+experimental+results%5BTitle%5D)+AND+%22New+J+Phys%22%5BJournal%5D)">Diffusion of hyperpolarized (129)Xe in the lung: a simplified model of (129)Xe septal uptake and experimental results.</a> New J Phys. 13, 015009(2011).</li>
<li>Chang, Y. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MOXE%3A+a+model+of+gas+exchange+for+hyperpolarized+129Xe+magnetic+resonance+of+the+lung%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">MOXE: a model of gas exchange for hyperpolarized 129Xe magnetic resonance of the lung.</a> Magn Reson Med. 69 (3), 884-890 (2013).</li>
<li>Stewart, N. J., Parra-Robles, J., Wild, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Finite+element+modeling+of+%28129%29Xe+diffusive+gas+exchange+NMR+in+the+human+alveoli%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson%22%5BJournal%5D)">Finite element modeling of (129)Xe diffusive gas exchange NMR in the human alveoli.</a> J Magn Reson. 271, 21-33 (2016).</li>
<li>Ruppert, K., Qing, K., Patrie, J. T., Altes, T. A., Mugler, J. P. 3rd <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+hyperpolarized+Xenon-129+MRI+to+quantify+early-stage+lung+disease+in+smokers%5BTitle%5D)+AND+%22Acad+Radiol%22%5BJournal%5D)">Using hyperpolarized Xenon-129 MRI to quantify early-stage lung disease in smokers.</a> Acad Radiol. 26 (3), 355-366 (2019).</li>
<li>Kern, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigating+short-time+diffusion+of+hyperpolarized+%28129%29+Xe+in+lung+air+spaces+and+tissue%3A+A+feasibility+study+in+chronic+obstructive+pulmonary+disease+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Investigating short-time diffusion of hyperpolarized (129) Xe in lung air spaces and tissue: A feasibility study in chronic obstructive pulmonary disease patients.</a> Magn Reson Med. 84 (4), 2133-2146 (2020).</li>
<li>Stewart, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+validation+of+the+hyperpolarized+%28129%29+Xe+chemical+shift+saturation+recovery+technique+in+healthy+volunteers+and+subjects+with+interstitial+lung+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Experimental validation of the hyperpolarized (129) Xe chemical shift saturation recovery technique in healthy volunteers and subjects with interstitial lung disease.</a> Magn Reson Med. 74 (1), 196-207 (2015).</li>
<li>Fox, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+radiation+induced+lung+injury+in+rats+using+dynamic+hyperpolarized+%28129%29Xe+magnetic+resonance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Phys%22%5BJournal%5D)">Detection of radiation induced lung injury in rats using dynamic hyperpolarized (129)Xe magnetic resonance spectroscopy.</a> Med Phys. 41 (7), 072302(2014).</li>
<li>Li, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+evaluation+of+radiation-induced+lung+injury+with+hyperpolarized+Xenon+magnetic+resonance%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Quantitative evaluation of radiation-induced lung injury with hyperpolarized Xenon magnetic resonance.</a> Magn Reson Med. 76 (2), 408-416 (2016).</li>
<li>Ruppert, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+pulmonary+capillary+blood+pulsations+using+hyperpolarized+Xenon-129+chemical+shift+saturation+recovery+%28CSSR%29+MR+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Detecting pulmonary capillary blood pulsations using hyperpolarized Xenon-129 chemical shift saturation recovery (CSSR) MR spectroscopy.</a> Magn Reson Med. 75 (4), 1771-1780 (2016).</li>
<li>Walkup, L. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feasibility%2C+tolerability+and+safety+of+pediatric+hyperpolarized+129Xe+magnetic+resonance+imaging+in+healthy+volunteers+and+children+with+cystic+fibrosis%5BTitle%5D)+AND+%22Pediatr+Radiol%22%5BJournal%5D)">Feasibility, tolerability and safety of pediatric hyperpolarized 129Xe magnetic resonance imaging in healthy volunteers and children with cystic fibrosis.</a> Pediatr Radiol. 46 (12), 1651-1662 (2016).</li>
<li>Willmering, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pediatric+%28129%29+Xe+gas-transfer+MRI-feasibility+and+applicability%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Pediatric (129) Xe gas-transfer MRI-feasibility and applicability.</a> J Magn Reson Imaging. 56 (4), 1207-1219 (2022).</li>
<li>Amzajerdian, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+quantification+of+hyperpolarized+Xenon-129+ventilation+and+gas+exchange+with+multi-breath+Xenon-polarization+transfer+contrast+%28XTC%29+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Simultaneous quantification of hyperpolarized Xenon-129 ventilation and gas exchange with multi-breath Xenon-polarization transfer contrast (XTC) MRI.</a> Magn Reson Med. 90 (6), 2334-2347 (2023).</li>
<li>Niedbalski, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Utilizing+flip+angle%2FTR+equivalence+to+reduce+breath+hold+duration+in+hyperpolarized+%28129%29+Xe+1-point+Dixon+gas+exchange+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Utilizing flip angle/TR equivalence to reduce breath hold duration in hyperpolarized (129) Xe 1-point Dixon gas exchange imaging.</a> Magn Reson Med. 87 (3), 1490-1499 (2022).</li>
<li>Chang, Y. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+a+quantitative+understanding+of+gas+exchange+in+the+lung%5BTitle%5D)+AND+%22arXiv%22%5BJournal%5D)">Toward a quantitative understanding of gas exchange in the lung.</a> arXiv. , (2010).</li>
<li>Chang, Y. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+human+lung+structure+and+physiology+using+hyperpolarized+129Xe%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Quantification of human lung structure and physiology using hyperpolarized 129Xe.</a> Magn Reson Med. 71 (1), 339-344 (2014).</li>
<li>Collier, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+cardiogenic+flow+oscillations+in+healthy+subjects+with+hyperpolarized+3He+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Observation of cardiogenic flow oscillations in healthy subjects with hyperpolarized 3He MRI.</a> J Appl Physiol. 119 (9), 1007-1014 (2015).</li>
<li>Niedbalski, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protocols+for+multi-site+trials+using+hyperpolarized+%28129%29+Xe+MRI+for+imaging+of+ventilation%2C+alveolar-airspace+size%2C+and+gas+exchange%3A+A+position+paper+from+the+%28129%29+Xe+MRI+clinical+trials+consortium%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Protocols for multi-site trials using hyperpolarized (129) Xe MRI for imaging of ventilation, alveolar-airspace size, and gas exchange: A position paper from the (129) Xe MRI clinical trials consortium.</a> Magn Reson Med. 86 (6), 2966-2986 (2021).</li>
</ol>

Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.

La spettroscopia RM HXe CSSR è una potente tecnica per valutare diverse metriche di funzionalità polmonare che sarebbero difficili o impossibili da quantificare in vivo utilizzando qualsiasi altra modalità diagnostica esistente24. Tuttavia, l'acquisizione e la successiva analisi dei dati si basano su alcune ipotesi sulle condizioni fisiologiche e sui parametri tecnici che non sono mai del tutto raggiungibili nei soggetti viventi. Queste limitazioni e il loro impatto sull'interpretazione d...

La risonanza magnetica (MRI) allo xenon-129 iperpolarizzato (HXe)1 è una tecnica che offre informazioni uniche sulla struttura, la funzione e i processi di scambio gassoso dei polmoni. Amplificando notevolmente la magnetizzazione del gas Xenon attraverso il pompaggio ottico a scambio di spin, la risonanza magnetica HXe raggiunge un miglioramento dell'ordine di grandezza nel rapporto segnale/rumore rispetto alla risonanza magnetica allo xeno polarizzata termicamente 2,3,4,5,6. Questa iperpolarizzazione consente la visualizzazione e la quantificazione diretta dell'assorbimento di gas Xenon nel tessuto polmonare e nel sangue, che altrimenti non sarebbe rilevabile con la risonanza magnetica 7 convenzionale polarizzatatermicamente.
La spettroscopia RM per il recupero della saturazione a spostamento chimico (CSSR) 8,9,10,11,12,13 ha dimostrato di essere una delle tecniche di risonanza magnetica HXe più preziose. La CSSR consiste nel saturare selettivamente la magnetizzazione dello xeno disciolto nel tessuto polmonare e nel sangue utilizzando impulsi a radiofrequenza (RF) specifici per frequenza. Il successivo recupero del segnale in fase disciolta (DP) mentre scambia con il nuovo gas Xenon iperpolarizzato negli spazi aerei su una scala temporale di ms offre importanti informazioni funzionali sul parenchima polmonare.
Dal suo sviluppo nei primi anni 2000, le tecniche alla base della spettroscopia CSSR sono state progressivamente affinate 14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Inoltre, i progressi nella modellazione delle curve di captazione dello xeno hanno permesso l'estrazione di parametri fisiologici specifici, come lo spessore della parete alveolare e i tempi di transito polmonare 10,24,25,26. Gli studi hanno dimostrato la sensibilità della CSSR a sottili cambiamenti nella microstruttura polmonare e nell'efficienza dello scambio gassoso sotto forma di anomalie polmonari riscontrate in fumatori clinicamente sani27, nonché in una serie di malattie polmonari, tra cui la broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) 18,27,28, la fibrosi 29 e il danno polmonare indotto dalle radiazioni30,31. È stato anche dimostrato che la spettroscopia CSSR è sensibile nel rilevare oscillazioni nel segnale DP corrispondente al flusso sanguigno pulsatile durante il ciclo cardiaco32.
Sebbene siano stati compiuti progressi significativi, rimangono sfide pratiche nell'implementazione della spettroscopia CSSR sui sistemi di risonanza magnetica clinica. I tempi di scansione che richiedono apnee a dose singola che si avvicinano a 10 s possono essere troppo lunghi per i soggetti pediatrici33,34 o per i pazienti con grave malattia polmonare35,36. Inoltre, la tecnica è suscettibile di distorsioni di misura se i parametri di acquisizione come l'ordine dei tempi di ritardo della saturazione o l'efficacia della saturazione in fase disciolta non sono adeguatamente ottimizzati21. Per affrontare queste limitazioni e rendere il CSSR più accessibile alla più ampia comunità di ricerca, sono necessari protocolli chiari e graduali sia per l'apnea convenzionale che per le acquisizioni di respirazione libera, attualmente in fase di sviluppo.
L'obiettivo di questo articolo è quello di presentare una metodologia dettagliata per l'esecuzione di spettroscopia RM CSSR ottimizzata utilizzando il gas HXe. Il protocollo riguarderà la polarizzazione e l'erogazione del gas xenon, la calibrazione degli impulsi RF, la selezione dei parametri di sequenza, la preparazione del soggetto, l'acquisizione dei dati e i passaggi chiave nell'analisi dei dati. Verranno forniti esempi di risultati sperimentali. Si spera che questa guida completa serva come base per le implementazioni CSSR in tutti i siti e aiuti a realizzare il pieno potenziale di questa tecnica per quantificare i cambiamenti microstrutturali polmonari in una serie di malattie polmonari.

<table><tbody><tr><td>Pneumotachia bidirezionale</td><td>B& B Medical AccutachTM</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chest Vest Coil</td><td>Soluzioni di risonanza magnetica</td><td></td><td></td>clinica</tr><tr><td>Maschera facciale</td> per adulti <td>Hans Rudolph</td><td>7450</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td>Release 2018a</td><td>Toolbox di ottimizzazione richiesto</td></tr><tr><td>Sistema di monitoraggio fisiologico&nbsp;</td><td>BIOPAC Systems Inc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tedlar Bag</td><td>Jensen Inert Products</td><td></td><td>250 mL e 500 mL; sacca PVF specializzata</td></tr><tr><td>Xenon Polarizzatore</td><td>Xemed LLC</td><td>X-box E10&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Scanner MRI per tutto il corpo</td><td>Siemens</td><td>1.5 T Avanto</td><td></td></tr></tbody></table>

misura quantitativa della struttura e della funzione polmonare ottenuta dalla spettroscopia allo xeno iperpolarizzata

Quantitative Measure of Lung Structure and Function Obtained from Hyperpolarized Xenon Spectroscopy

La risonanza magnetica (MRI) allo xenon-129 iperpolarizzato (HXe) fornisce strumenti per ottenere mappe bidimensionali o tridimensionali dei modelli di ventilazione polmonare, della diffusione dei gas, dell'assorbimento dello xeno da parte del parenchima polmonare e di altre metriche della funzione polmonare. Tuttavia, scambiando la risoluzione spaziale con quella temporale, consente anche di tracciare lo scambio gassoso polmonare allo xeno su una scala temporale di ms. Questo articolo descrive una di queste tecniche, la spettroscopia RM per il recupero della saturazione a spostamento chimico (CSSR). Illustra come può essere utilizzato per valutare il volume del sangue capillare, lo spessore della parete del setto e il rapporto superficie/volume negli alveoli. L'angolo di inversione degli impulsi a radiofrequenza (RF) applicati è stato accuratamente calibrato. Per la somministrazione del gas al soggetto sono stati impiegati protocolli di apnea monodose e respirazione libera multidose. Una volta che il gas Xenon inalato ha raggiunto gli alveoli, è stata applicata una serie di impulsi RF a 90° per garantire la massima saturazione della magnetizzazione Xenon accumulata nel parenchima polmonare. A seguito di un tempo di ritardo variabile, sono stati acquisiti spettri per quantificare la ricrescita del segnale Xenon dovuta allo scambio di gas tra il volume di gas alveolare e i compartimenti tissutali del polmone. Questi spettri sono stati poi analizzati adattando complesse funzioni pseudo-Voigt ai tre picchi dominanti. Infine, le ampiezze di picco dipendenti dal tempo di ritardo sono state adattate a un modello analitico unidimensionale di scambio gassoso per estrarre parametri fisiologici.

La Figura 2 illustra un tipico spettro di xeno osservato nel polmone umano durante un'apnea, dopo l'inalazione di 500 ml di dose di Xenon. Lo spettro mostra due regioni distinte, la risonanza GP intorno a 0 ppm e la regione DP, che consiste nel picco della membrana a circa 197 ppm e nel picco dei globuli rossi a circa 217 ppm. Le ampiezze di picco relative dipendono da una serie di fattori, tra cui la forma, la durata e la frequenza centrale dell'impulso di eccitazione RF, nonché il tempo di...

Il manoscritto presenta un protocollo dettagliato per l'utilizzo del recupero della saturazione dello spostamento chimico iperpolarizzato dello xenon-129 (CSSR) per tracciare lo scambio gassoso polmonare, valutare lo spessore apparente della parete del setto alveolare e misurare il rapporto superficie-volume. Il metodo ha il potenziale per diagnosticare e monitorare le malattie polmonari.

Misura quantitativa della struttura e della funzione polmonare ottenuta dalla spettroscopia allo xeno iperpolarizzata

Hyperpolarized Xenon-129 (HXe) magnetic resonance imaging (MRI) provides tools for obtaining 2- or 3-dimensional maps of lung ventilation patterns, gas ...

La nostra ricerca si concentra sull'utilizzo dell'iperpolarizzazione sulla tecnologia MRI 129 per valutare la funzione polmonare e per indagare le malattie polmonari. L'obiettivo principale è vedere come questa tecnica di imaging possa portare a un migliore rilevamento, comprensione e tracciamento di diverse condizioni polmonari. La maggior parte dell'imaging RM polmonare iperpolarizzato viene eseguita durante l'apnea.Riteniamo che la funzione polmonare quantificata in una tale condizione artificiale, potrebbe non riflettere completamente lo scambio di gas durante la respirazione regolare, e stiamo testando nuove misurazioni della respirazione libera che non richiedono alcuna sospensione del respiro. Le sfide attuali includono l'ottimizzazione della tecnica di acquisizione CSSR per garantire coerenza e accuratezza di fronte alle variazioni fisiologiche e alla compliance del paziente. I pazienti gravemente malati o pediatrici faticano a mantenere lunghe trattenute in apnea.La tecnica del cuore CSSR sembra particolarmente sensibile ai cambiamenti nello spessore della parete del setto alveolare. Come abbiamo dimostrato noi e altri nel campo della dimostrazione, l'ispessimento della parete alveolare può indicare la presenza di edema interstiziale, infiammazione o fibrosi polmonare. Tutte le metriche derivate dalle acquisizioni spettroscopiche CSSR sono attualmente basate sulla dinamica temporale delle ampiezze del segnale.In futuro, tuttavia, speriamo di includere nell'analisi i cambiamenti nella forma dei picchi e nella frequenza centrale per ottenere un quadro più completo dei processi di scambio gassoso in corso.

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Misura quantitativa della struttura e della funzione polmonare ottenuta dalla spettroscopia allo xeno iperpolarizzata

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