造影剤としてのプロトン磁気共鳴イメージングと酸素を用いたヒト肺における特定の換気の定量的マッピング

Summary

特定の換気イメージングは、ヒトの肺における地域特有の換気の定量化を可能にする機能的な磁気共鳴イメージング技術で、造影剤として吸入酸素を使用する。ここでは、特定の換気画像データを収集・解析するためのプロトコルを紹介します。

Abstract

特定換気イメージング (SVI) は、特定の換気量を定量化することができる機能的な磁気共鳴画像技術で、肺領域に入る新鮮なガスの割合を、ヒトの肺の中で、地域の最後の呼気体積で割って、造影剤として吸入酸素。特定の換気の地域の定量化は病理学の肺機能の区域を識別するのを助ける潜在性を有する。組織内の溶液中の酸素は、組織の長手方向緩和時間 (t1) を短縮し、ひいては組織の酸素化の変化を、逆転回復取得画像を伴う T₁加重信号の変化として検出することができる。2つの濃度の影響を受けた酸素の急激な変化に続いて、ボクセル equilibrates 内の肺組織が新しい定常状態になる速度は、吸入ガスによって常駐ガスが置換される速度を反映する。この速度は、特定の換気によって決定されます。酸素化におけるこの突然の変化を惹起するために、被験者は、MRI スキャナ中に20個の空気のブロック (酸素 21%) と 100% の酸素を交互に呼吸する。刺激された酸素の一部分の段階的な変更は短い終わりの呼気の息の状態の間に手動スイッチが付いている慣習的な3次元 (3D) 印刷した流れのバイパスシステムの使用によって得られる。T₁の対応する変化を検出するために、グローバルな反転パルスの後に1ショットの高速スピンエコーシーケンスを使用して、8要素の胴コイルを使用して、1.5 t MRI スキャナーで2次元の t₁加重画像を集録しました。わずかに異なるイメージングパラメータで、単一スライスとマルチスライスイメージングが可能です。特定の換気の定量化は、空気/酸素刺激へのシミュレートされた応答のライブラリと各肺ボクセルのための信号強度の時間経過を相関させることによって達成され.特定の換気異質性の SVI 推定は、複数の呼気ウォッシュアウトに対して検証されており、特定の換気分布の不均一性を正確に決定することを証明した。

Introduction

特定換気イメージング (SVI) の全体的な目標は、酸素を造影剤として使用するプロトン磁気共鳴画像法 ( MRI) 技術であり、ヒト肺における特定の換気を定量的にマッピングすることである。特定の換気は、同じ肺領域¹の最後の呼気体積で割った1回の呼吸で肺領域に送達される新鮮なガスの比率である。局所的な肺密度の測定と共に、特定の換気は地域の換気²を計算するのに使用することができる。局所的な換気および換気の測定 SVI によって提供される不均一性は、肺の機能、正常および異常な^3、4の両方の理解を豊かにする可能性を有する。

特定の換気イメージングは、古典的な生理学テストの延長であります, 複数の呼吸ウォッシュアウト (MBW), 1950 年代に最初に導入された技術^5,6.どちらの技術も、特定の換気の不均一性を測定するためにガス和親/ウォッシュアウトを使用しますが、SVI は空間的に局在化した情報を提供し、MBW は不均一性のグローバルメジャーのみを提供します。MBW では、

Protocol

カリフォルニア大学サンディエゴ人間研究保護プログラムは、このプロトコルを承認しました。

1. 対象者の安全と訓練

1. 被験者から書面でインフォームドコンセントを得る。急速に変化する磁界への暴露によって提示される潜在的なリスク、およびフェイシャルマスクおよび呼吸乾燥ガスを使用する潜在的な不快感について説明する。
2. 局所的に承認された MRI 安全スクリーニングのアンケートを利用して、被験者が安全に MR スキャンを受けることができることを確認します。
3. 被験者が出産年齢の女性であり、彼女の妊娠状態が不確かな場合は、店頭妊娠検査を自己管理するように彼女に頼みます。被検者が妊娠している場合、その被験者を研究の残りの部分から除外する。
4. 被検者の体重を測定します。サブジェクトに配信される無線周波数 (RF) エネルギーの量を制限するスキャナの安全パラメータは、この特性の入力を必要とします。被験者の体重が MRI 表の最大重量制限 (この場合は 136 kg) を下回っていることを確認します。
5. MR スキャンシーケンスで時間をかけて呼吸するように対象を訓練します。好ましくは、前のスキャンのオーディオ録音を再生し、通常呼吸するように被験者に指示し、5秒ごとに呼吸を完了し、ガイドとしてスキャナからのオーディオキューを使用します。訓練を目的として被験体と共に呼吸する。
6. 顔のマスクのサ....

Results

健常者の単一スライス SVI
特定の換気画像は、図 3aに示すように特定の換気の定量的な地図を生成し、39歳の健康な女性の右肺に1つのスライスを描写する。特定の換気で予想される垂直方向の勾配の存在に注意してください。肺の従属部分は、肺の非依存性部分よりも高い特定の換気を提示する。マッピングされた特定の換気値のヒストグラムが、最適適合対数正規確率分布関数 (点線) とともに (図 3b、黒丸) とともに示される。最良適合分布の幅は、特定の換気異種性^7、23の指標として使用することができる。図 1は、同じ被験者において得られた複数回の呼気ウォッシュアウトを、同じ姿勢で示している。図 1aは、刺激を受けた空気から影響を受けた 100% の酸素へのシフトの後、口で測定された窒素濃度の時間的な記録を示す。図 1bは、特定の通気の分布を示しており、これはウ.......

Discussion

特定の換気のイメージ投射は人間の肺の特定の換気の空間分布の量的なマッピングを可能にする。SVI に代わるものは存在しますが、いくつかの方法で制限されています。複数の呼気ウォッシュアウトは不均一性の尺度を提供するが、空間情報²³を欠いている。代替画像化方法は、患者を電離放射線 (例えば、SPECT、PET、CT、γシンチグラフィー) に暴露するか、または広く利用可能ではない (MRI を用いた過分極ガス画像化)。特定の換気のイメージ投射は空間情報を提供し、対照の源として標準的な臨床走査器および吸入された酸素を使用して行うことができ、こうしてほとんどあらゆる臨床研究の設定に翻訳することができる。SVI が放射線または造影剤の使用を必要としないという事実は、薬物療法、治療、または介入に対する地域的な反応を定量的に評価する反復または縦断的研究に適しています。治療の影響に関するこの種の地域的定量的情報は、吸入された薬物送達の文脈において特に有用であり得る。

SVI の欠点は、それが比較的低い信号対雑音比 (典型的には 4-7) を有し、それが取.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3Dプリントフローバイパスシステム
フェイスマスク	ハンス・ルドルフ		7400シリーズ 口鼻マスク、サイズ違い
ガス/酸素レギュレータ
マスクヘッドセット	ハンス・ルドルフ		7400対応ヘッドセット
地元	で開発されたMatlab	Mathworks
医療酸素	エア・リキード/リンデ		被験者に届けられる酸素
MRI	GE ヘルスケア		1.5 T GE HDx エキサイト・ツインスピード・スキャナー
プラスチック・チューブ			¼"、3/8"および1/2インチチューブとコネクタ
パルスオキシメータ	Nonin		7500 FO (MR対応)
スイッチバルブ
胴体コイル	GEヘルスケア		GEスキャナー用高利得胴体コイル