Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-05-30T21:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 29 s
Description: 学ぶ動脈スピンラベリングMRIを用いた肺血流の非侵襲的定量法。低酸素・常酸素・高酸素条件下で肺血流分布を測定し、放射線被曝なしで反復測定可能な生理学研究手法を習得する。

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<ol><li>Bolar, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+regional+pulmonary+blood+flow+using+ASL-FAIRER%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Quantification of regional pulmonary blood flow using ASL-FAIRER.</a> Magn Reson Med. 55, 1308-1317 (2006).</li>
<li>Henderson, A. C., Prisk, G. K., Levin, D. L., Hopkins, S. R., Buxton, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterizing+pulmonary+blood+flow+distribution+measured+using+arterial+spin+labeling%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Characterizing pulmonary blood flow distribution measured using arterial spin labeling.</a> NMR Biomed. 22, 1025-1035 (2009).</li>
<li>Theilmann, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+MRI+measurement+of+lung+density+must+account+for+the+change+in+T%282%29+%28%2A%29+with+lung+inflation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Quantitative MRI measurement of lung density must account for the change in T(2) (*) with lung inflation.</a> J Magn Reson Imaging. 30, 527-534 (2009).</li>
<li>Hopkins, S. R., Garg, J., Bolar, D. S., Balouch, J., Levin, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulmonary+blood+flow+heterogeneity+during+hypoxia+and+high-altitude+pulmonary+edema%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Respir+Crit+Care+Med%22%5BJournal%5D)">Pulmonary blood flow heterogeneity during hypoxia and high-altitude pulmonary edema.</a> Am J Respir Crit Care Med. 171, 83-87 (2005).</li>
<li>Miller, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Standardisation+of+spirometry%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+Respir+J%22%5BJournal%5D)">Standardisation of spirometry.</a> Eur Respir J. 26, 319-338 (2005).</li>
<li>Hopkins, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vertical+gradients+in+regional+lung+density+and+perfusion+in+the+supine+human+lung%3A+the+Slinky+effect%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Vertical gradients in regional lung density and perfusion in the supine human lung: the Slinky effect.</a> J Appl Physiol. 103, 240-248 (2007).</li>
<li>Arai, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hypoxic+pulmonary+vasoconstriction+does+not+contribute+to+pulmonary+blood+flow+heterogeneity+in+normoxia+in+normal+supine+humans%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Hypoxic pulmonary vasoconstriction does not contribute to pulmonary blood flow heterogeneity in normoxia in normal supine humans.</a> J Appl Physiol. 106, 1057-1064 (2009).</li>
<li>Dawson, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+pulmonary+vasomotion+in+physiology+of+the+lung%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Rev%22%5BJournal%5D)">Role of pulmonary vasomotion in physiology of the lung.</a> Physiol Rev. 64, 544-616 (1984).</li>
<li>Prisk, G. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulmonary+perfusion+in+the+prone+and+supine+postures+in+the+normal+human+lung%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Pulmonary perfusion in the prone and supine postures in the normal human lung.</a> J Appl Physiol. 103, 883-894 (2007).</li>
<li>Henderson, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Steep+head-down+tilt+has+persisting+effects+on+the+distribution+of+pulmonary+blood+flow%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Steep head-down tilt has persisting effects on the distribution of pulmonary blood flow.</a> J Appl Physiol. 101, 583-589 (2006).</li>
<li>Levin, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+age+on+pulmonary+perfusion+heterogeneity+measured+by+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Effects of age on pulmonary perfusion heterogeneity measured by magnetic resonance imaging.</a> J Appl Physiol. 102, 2064-2070 (2007).</li>
<li>Wasserman, K. H., Sue, D., Casaburi, R., Whipp, B. Calculations, Fomulae, and Examples (Appendix C). <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWasserman%2C+KH+%22Principles+of+Exercise+Testing+and+Interpretation%22">Principles of Exercise Testing and Interpretation</a>. , Lippincott Williams & Wilkins. Baltimore. (1999).</li>
</ol>

利害の衝突は宣言されません。

このメソッドは、MRスキャン環境の基本的な生理学的手法を用いて肺血流の空間分布に関する吸入酸素濃度の効果を測定することができます。肺の定量的なプロトンのイメージングとの組み合わせの生理学的手法の使用が比較的容易に実装されています。 良好な品質テストを確保するために、最も重要なステップは、正しい肺気量で息止めの対象を訓練し、撮像シーケンスに同期している。 ASLとプロトンの両方の密度イメージはFRC肺気量の再現性に依存しているため、あらゆる横隔膜や胸壁の動きは、それらの画像のずれにつながる。よく訓練された被験者は、一部の被験者はスキャナで呼吸亢進するため、捜査官はまた、代謝カートで測定した一回換気量を監視し、正常な呼吸を確保するために被験者にフィードバックを提供する必要があるMRスキャナで繰り返しFRC肺のボリュームを再現することができます。最後に、特に低酸素暴露時の酸素飽和度は、被験者の安全を監視する必要があります。 次のようにこれらの技術のいくつかの制限があります：1。我々は唯一のbreathholdあたりつのスライスから血...

<table border="1"><tbody><tr><th>機器</th><th>会社</th><th>モデルは</th></tr><tr><td> MRI </td><td> GE </td><td> 1.5 T GE半二重（HDx）EXICITE twinspeedスキャナ</td></tr><tr><td>代謝カート</td><td> ParvoMedics </td><td> TrueOne 2400 </td></tr><tr><td>パルスオキシメータ</td><td>非反転</td><td> 7500 </td></tr><tr><td>肺活量計</td><td>医療技術アンドーバー</td><td> EasyOneのdiagonosticのスパイロメーター</td></tr><tr><td>マスク</td><td>ハンス＆ルドルフ</td><td> 7400シリーズロ - 鼻マスク、小規模、中規模、および大規模</td></tr><tr><td>バルブ</td><td>ハンス＆ルドルフ</td><td>双方向の非再呼吸弁T形™の構成、2600ミディアム。 2700年大</td></tr><tr><td>ヘッドセット</td><td>ハンス＆ルドルフ</td><td>ヘッドキャップ（大人サイズ）、ストラップ＆ロッククリップ。 </td></tr><tr><td>空気圧方向制御弁とコントローラ</td><td>ハンス＆ルドルフ</td><td>シングルピストンスライディングタイプ™バルブとコントローラ4285A </td></tr><tr><td>非拡散ガスの収集袋</td><td>ハンス＆ルドルフ</td><td> 6100（100リットル）。 </td></tr><tr><td>チューブ</td><td> VacuMed </td><td>クリーンボルチューブ108&quot;、1-3/8&quot;ODのフィッティング</td></tr><tr><td>ファントム</td><td>メンター</td><td>ブレストインプラントラウンド、250ccクラス</td></tr><tr><td> MathWorks社のMATLAB </td><td>サイバネットシステム</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Magnetic Resonance Imaging Quantification of Pulmonary Perfusion using Calibrated Arterial Spin Labeling

これは正常酸素状態時の健常低酸素症（F I O 2 = 0.125）、および高酸素（（O 2、分数（F I O 2）= 0.21をインスピレーション）で肺血流の空間分布を測定するためにMRイメージング法を示し、F I O 2 = 1.00）。さらに、被験者の生理的反応は、MRスキャンの環境で監視されます。 MR画像は、機能的残気量で右肺の矢状スライスから息止めの間に1.5 T GE MRIスキャナで得られた。動脈スピンラベリングのシーケンスは、（ASL -公平）肺血流の1,2とマルチエコー高速グラジエントエコー（のmGRE）シーケンス3の空間分布を測定するために使用された地域のプロトン（すなわちH 2 O）を定量化するために使用されていました各ボクセルの密度で正規化した血流（グラムの肺組織1分あたりミリリットルの血液）の定量化を可能に密度、。 2ウェイ、非再呼吸弁を装備したバルブとフェイスマスクを切り替える空気圧で、異なる酸素濃度は、吸入ガス配管を通じてMRスキャナで対象に導入されました。代謝カートは呼気チューブを経由して呼気ガスを採取。混合呼気O 2とCO 2濃度は、酸素消費量、二酸化炭素産生量、呼吸交換比、呼吸頻度と一回換気量を測定した。心拍数と酸素飽和度は、パルスオキシメトリを用いてモニターした。健常者から得られたデータは予想通り、心拍数が正常酸素（51）または高酸素（50）時よりも低酸素症（60 BPM）に高値であったと動脈血酸素飽和度（SPO 2）86％に低酸素時に低下した、ことを示した。換気が8.31 L /分のBTPS低酸素時に、正常酸素状態の間に7.04 L /分、および高濃度酸素中6.64 L /分であったことを意味。一回換気量は正常酸素中の酸素、0.69 Lの間に0.76 L、および高濃度酸素の間に0.67 Lであった。 ASLデータを定量化担当者は、平均密度正規灌流はそれぞれ、低酸素時の8.86ミリリットル/分/ gを、正常​​酸素状態の間に8.26ミリリットル/分/ gと高酸素の間に8.46ミリリットル/分/ gであったことを示した。このテーマでは、相対的な分散4、グローバルな不均質性のインデックスは、（正常酸素状態時に低酸素時の1.07、0.85、および高濃度酸素中0.87）低酸素症で増加したフラクタル次元（DS）、血管分岐構造を反映して異質の別のインデックス、一方、 （正常酸素状態時の低酸素時の1.24、1.26、および高濃度酸素中1.26）変化はなかった。 概要。このプロトコルは、動脈スピンラベリング（ASL）として知られている磁気共鳴画像法を用いて正常酸素、低酸素症、および高酸素の条件の下で非侵襲的に肺血流の分布を測定するためにデータの収集のデモンストレーションを行います。 理由：MR技術を用いた肺血流と肺のプロトン密度の測定は、高空間分解能の定量化できるイメージやいくつかの異なる生理的条件下で繰り返し測定を実行する機能を提供しています。ヒトの研究では、PET、SPECT、およびCTは一般的に代替技術として使用されます。しかし、これらの技術は、電離放射線への曝露を伴うため、人間の被験者で繰り返し測定には適していません。

生理的条件の様々な環境下で肺血流の分布を調べるためにMRイメージング法、この場合、3つの異なる吸入酸素濃度への暴露：低酸素、酸素正常状態、および高濃度酸素は、説明されています。この手法は、MRスキャンの環境で、人間の肺生理学の研究技術を利用しています。

本動画では、正常酸素状態で健常者の肺血流の空間分布を測定するためのMRイメージング法を実演します（吸入O2、...

本実験の目的は、生理学的手法と磁気共鳴画像法（MRI）を組み合わせて、吸入酸素条件の違いによる肺血流分布を非侵襲的に測定することである。まず、画像取得中の機能的残気量での息止めと、複数画像の収集を可能にするための画像間の呼吸について被験者にトレーニングを行う。次に、被験者にフェイスマスクを装着し、吸気および呼気チューブを接続することで、異なる混合ガスを被験者に供給し、代謝測定のための呼気ガスサンプルを採取する。次にMRIスキャナーにて、slicing image（ローカライザー画像）の後、肺血流およびプロトン密度画像を得るために、動脈スピンラベル法（arterial spin labeling）およびマルチエコー高速グラジエントエコー法（multi echo fast gradient, echo sequences）を用います。得られた画像から定量化を行い、2種類の異なるMR画像から導出された、1分間あたり1グラムあたりのミリリットル（milliliters per minute per gram）で表される肺血流分布を算出します。この手法の主な利点は、電離放射線にさらされることなく、in vivoで非侵襲的に肺灌流を測定できるため、繰り返し測定が可能であることです。この手法は、肺血流の空間分布を制御するメカニズムに関する洞察を提供し、またMSスキャン環境下での他の生理学的メカニズムの研究にも利用できます。本日の手順のデモンストレーションを行うのは、当研究室の大学院生であるSebastian Vertaと、博士研究員のCarlos SAです。実験を開始する前に、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得て、MRI安全スクリーニングフォームに記入してもらってください。また、身体診察、肺機能検査、および被験者が機能的残気量（FRC）で息を止める方法を習得するためのトレーニングセッションを実施します。次に、被験者の顔にマスクを装着し、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付きのマスクには、滅菌済みの非再呼吸弁とチューブが備わっています。マスクに漏れがないか必ず確認してください。ガスバッグをスキャナー室に設置し、MRIコンソール室にあるタンクに接続します。これは、研究者がガスタンクを操作することで、バッグにガスを追加できるように設定する必要があります。レギュレーターを用いてガスバッグが視界に入っていることを確認します。実験中、被験者が十分なガス量を吸入できるよう、調査者はコンソールルームの窓越しにバッグを監視しなければなりません。そうしないと、被験者が指定の吸入酸素分率を吸入できない可能性があります。本ケースにおける高酸素ガスおよび低酸素ガスの吸入酸素分率は、それぞれ1.0および0.125であり、正常酸素ガスには室空気が使用可能です。

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