キャリブレーション動脈スピンラベリングを用いた肺血流の磁気共鳴イメージングの定量化

次の実験の全体的な目標は、磁気共鳴画像法と組み合わせた生理学的手法を使用して、異なる吸気酸素条件下での肺灌流の分布を非侵襲的に測定することです。これは、まず、画像取得中に機能的な残存能力で息を止め、画像と画像の間の間隔で呼吸をするように被験者を訓練することで達成されます。第 2 ステップとして、被験者にフェイス マスクを装着し、吸気チューブと呼気チューブを取り付けて、異なるガス混合物を被験者に供給し、呼気ガス サンプルを採取して代謝測定を行います。

次に、MRIスキャナーでは、ローカライザー画像、動脈スピンラベリング、およびマルチエコー高速グラジエントエコーシーケンスの後、肺血流と陽子密度の画像を取得するためにエコーシーケンスが使用されます。得られた画像は定量化され、2つの異なるMR画像から得られたミリリットル/分/グラムで表される肺血流の分布が得られます。この技術の主な利点は、肺灌流が電離放射線にさらされることなくin vivoで非侵襲的に測定されるため、繰り返し測定できることです。

この方法は、肺灌流の空間分布を制御するメカニズムについての洞察を提供することができ、MSスキャン環境内の他の生理学的メカニズムを研究するためにも使用できます。今日、実験を実行する前に、TSIAライ、大学院生のSebastian Verta、およびRU Carlos SAのポスドクフェローが手順をデモンストレーションします。まず、被験者から書面によるインフォームドコンセントを取得し、彼または彼女にMRI安全性スクリーニングフォームに記入してもらいます。

また、身体検査、肺機能検査、および被験者が機能的残存能力で息を止める方法を学ぶトレーニングセッションも実施します。または、FRCは、最初に被験者の顔にマスクを装着することにより、呼吸装置のセットアップを開始します。メッシュアタッチメントにより、マスクには滅菌済みの非再呼吸バルブとチューブが装備されています。

マスクに漏れがないか必ず確認してください。スキャナー室にガスバッグを設置し、MRIコンソール室のタンクに接続します。これは、調査員がガスタンクの操作を通じてガスをバッグに追加できるように設定する必要があります。

レギュレーターは、ガスバッグが視界内にあることを確認します。実験中と同様に、研究者はコンソールルームの窓からバッグを監視し、ガス量が十分であることを確認する必要があります。さもなければ、被験者は、この場合の高酸素ガスおよび低酸素ガスの吸気酸素の割合をそれぞれ1.0および0.125であり、室内空気を正常酸素ガスに使用することができる。

呼気呼吸管が、MRスキャナーの被験者からウェーブガイドを介してMRコンソールルームの代謝カートに接続するのに十分な長さであることを確認してください。ここで見られる代謝カートは、呼気の量、呼気酸素と二酸化炭素の混合濃度を測定します。これらのパラメータに基づいて、さまざまな呼吸量も計算します。

EG、潮汐量VO 2 VC O2、および呼吸商。被験者に最初にスキャナーベッドに仰向けの足を横たえさせ、枕とフォームパッドを使用して快適さを最大化します。次に、吸気呼吸チューブを被験者のマスクの吸気側に接続します。

このチューブは、高酸素ガスと低酸素ガス、またはマイラーバッグからの正常酸素空気をスイッチングバルブを介して投与するために使用されます。また、被験者の胸に心電図パッドを置きます。これにより、動脈スピン標識Mr.Sequenceを被験者の心電図のQRS複合体にゲートすることができます。

バルブが正常に機能していることを確認するために、必ずバルブを確認してください。スキャナーのノイズから被写体を保護するために耳栓を用意してください。また、被験者はマスクを着用しており、研究担当者と容易にコミュニケーションをとることができないため、被験者の手にスクイーズボールを配置し、これを所定の位置にテープで固定します。

これにより、支援が必要な場合に調査員と連絡を取ることができます。最後に、パルスオキシメータを被験者の指に装着して、被験者が低酸素症にさらされたときに重要な酸素飽和度を監視します。次に、2つのミスターファントムを被験者の胸に置きます。

これらのファントムは、後処理中にMR信号を定量化するために使用する必要があります。次に、胴体コイルをファントムの上に置きます。トルソーコイルは、レシーバーと被写体との間の物理的な距離を縮めることにより、ボディコイルと比較してMR画像の信号対雑音比を高めるために使用されます。

最後に、被写体を毛布で覆って快適さを確保してから、被写体をMRスキャナーボアの中央に送ります。対象者がスキャナーに入ったら、オペレーターは頻繁に対象者と話しかけて、対象者が快適であることを確認し、支援が必要な場合はスクイーズボールを使用するように対象者に思い出させる必要があります。そして、最初のスキャンであるローカライザーを設定します。

約30秒かかります。私はあなたがただリラックスして普通に呼吸しながら、すべての強打とクリックが続くことを望んでいます。心電図酸素飽和度、潮汐量、VO、O2、VC O2を必ず監視してください。監視の最初の数分間は、高品質のデータを確保するために特に重要です。

これらの値が予想値の範囲外にある場合は、キャリブレーションをやり直し、フェイスマスクとチューブに漏れがないかチェックする必要があります。まず、ローカライザーシーケンスを取得して、被験者の胴体の解剖学的画像を取得します。これはローカライザーが約20秒続くことになります。

ちょっとリラックスして下さい。それを通して普通に呼吸します。さあ始めます。

次に、動脈スピンラベリング、ハーフフーリエ取得を持つSLファーラーシーケンスを設定します。速攻などのシングルショットターボスピンエコーイメージングスキームを使用して、局所的な肺灌流データを取得します。次に、右肺の前方から後方までの距離が最大になる部分から矢状面を選択します。

スライスの厚さは 15 mm で、視野は 40 cm x 40 cm が一般的です。ここでは、1.5 Tesla GE HDX ex excite twin speed scannerを使用してスキャンを取得しています。被験者はペアで一連の大きなバンバンという音を聞きます。

これらの前髪の間には 5 秒の間隔があり、被験者は 1 回の呼吸サイクルを完了する必要があります。息を吸ってから、機能的な残存容量まで息を吐きます。叩く音の間、被験者は息を止めてFRC肺活量に留まらなければなりません。

被験者はスキャンする前に呼吸法に慣れていますが、画像取得の最初の実行は、スキャナー内で呼吸と息の保持を練習できるように、テスト実行である必要があります。MRオペレーターは、横隔膜の動きに基づいて肺画像の品質を評価する必要があります。動きが最小限の場合、A SL測定はスキャン中に潮汐量の監視を開始できます。

おおよそのターゲット。500ミリリットルの潮汐量は、通常の換気と一致しています。A SLシーケンスで。

2つの異なる心同期画像が取得されます。RR間隔の80%の画像タイミングは、被験者や実験条件ごとに個別に設定し、2つの画像を差し引くと1つの収縮期の血液信号が画像に含まれるようにし、それによって静止信号を打ち消す必要があります。その結果、収縮期の1回の駆出期間内に像面に送達された血液の定量的マップが得られます。

A SL画像に加えて、マルチエコー高速勾配エコーシーケンスを使用して肺プロトン密度画像を取得します。プロトン密度の測定により、灌流測定値をミリリットル/分/グラムで表すことができ、肺組織の変形を考慮に入れることができます。胸部内では、被験者はこのスキャン中に約 10 秒間続く連続的なノイズを聞き、ノイズの持続中は息を止めて FRC に留まる必要があります。

リラックスして、普通に呼吸をする、それはこの実験のために素晴らしく見えました。正常酸素症または室内空気、低酸素症、高酸素症のガスは、被験者間でバランスの取れた順序で提示されます。これらは、必要に応じて被験者間で変化させることができるが、被験者は、滲出量および陽子密度のMR測定が取得される前に、肺組織内の定常状態状態を確立するために、約20分間特定のガスを呼吸すべきである。

次に、前のセクションで説明したのと同じイメージングプロトコル、つまりイメージングを選択する前にガスに20分間さらされる時間に従います。なぜなら、低酸素性肺血管収縮反応の開始は数秒以内に起こるが、肺胞低酸素症に対する反応は、この特定の研究の目標と一致する約 20 分まで最大にならないためです。後処理は、MATLABベースのカスタム開発ソフトウェアを使用して、同種ボディコイルとイン同種胴体コイルからのペアのMGRE画像を使用して実行できます。

すべての血流と陽子密度の画像は、被写体ごとにコイルを均一に補正できます。減算されたSL画像をコイルの均質性で補正すると、局所的な肺血流をボクセルあたり毎分ミリリットルの血液で定量化できます。その後、密度、正規化された灌流画像を作成できます。

密度正規化灌流は、水1グラム当たりの血液毎分ミリリットルの単位で表され、A SL画像を陽子密度画像で割ることにより計算され、肺のグラム当たり毎分ミリリットルで灌流の画像が得られる例、生理学的データがここに見られる。低酸素症では心拍数が増加し、飽和度が低下しました。換気は毎分8.31リットルでした。

低酸素症時のBTPS、ノルモキシア時の毎分7.04リットル、毎分6.64リットル。高酸素症中の潮汐容積は、低酸素症で0.76リットル、正常酸素症で0.69リットル、高酸素症で0.67リットルでした。低酸素症にさらされると、換気量と一回換気量の両方が増加しますが、高酸素症は換気量と一回換気量を減少させます。

ここでは、3つの異なる吸気酸素濃度の下で1人の被験者から収集された3つの密度正規化灌流画像を示します。灌流の不均一性のデータ分析の結果を表2に示します。低酸素症は相対的な分散を増加させたが、他の指標はほとんど変化していないことがわかる。

このテクニックを習得すると、適切に実行すれば2時間未満で完了できます。このビデオを見た後、MR内で肺の滲出量を測定し、他の生理学的研究を形成する方法について十分に理解しているはずです。スキャナー環境。