양성자 자기 공명 영상 및 조 영제로 산소를 사용 하 여 인간의 폐에 특정 통풍의 정량 매핑

Summary

특정 환기 화상 진 찰은 조 영제로 서 흡입 된 산소를 사용 하 여 인간의 폐에 지역 특정 환기의 정량화를 허용 하는 기능적 자기 공명 영상 기술 이다. 여기서는 특정 환기 이미징 데이터를 수집 하 고 분석 하는 프로토콜을 제시 합니다.

Abstract

특정 환기 이미징 (SVI)은 특정 통풍을 정량화 할 수 있는 기능적 자기 공명 영상 기술입니다 ― 폐 영역으로 유입 되는 신선한 가스의 비율은 지역의 최종 호기 용적으로 나눈 것 ― 인간 폐에만 사용 하 여 조 영제로 산소 흡입. 특정 통풍의 지역 정량화는 병리학 적인 폐 기능의 지역을 확인 하는 것을 도울 가능성이 있습니다. 조직 내의 산소는 조직의 길이 이완 시간 (T₁)을 단축 시키고, 따라서 조직 산 소화의 변화는 반전 회복 이미지를 가진 T₁가 중 신호의 변화로 서 검출 될 수 있다. 두 농도의 영감을 받은 산소를 급격 하 게 변화 시킨 후, 새로운 정상 상태에 대 한 복 셀 내 폐 조직 평형 속도는 주민 가스가 흡입 가스로 대체 되는 속도를 반영 합니다. 이 비율은 특정 환기에 의해 결정 된다. 이 갑작스러운 산소 변화를 유도 하기 위해, 피사체는 MRI 스캐너에 있는 동안 공기 (21% 산소)의 20 호흡 블록과 100%의 산소를 교대로 호흡 합니다. 영감을 받은 산소 분 율의 단계적 변화는 짧은 호기 호흡 유지 동안 수동 스위치가 있는 맞춤형 3 차원 (3d) 인쇄 유량 우회 시스템을 사용 하 여 달성 됩니다. T₁에서의 상응 하는 변화를 검출 하기 위해, 단일 샷 패스트 스핀 에코 시퀀스에 이어서 전 세계적 반전 펄스가 8 개의 엘리먼트 몸통 코일을 사용 하 여 1.5 t MRI 스캐너에서 2 차원 t₁가 중 이미지를 획득 하는 데 사용 되었다. 약간 다른 이미징 매개 변수를 사용 하 여 단일 슬라이스 및 다중 슬라이스 이미징이 가능 합니다. 특정 통풍의 정량화는 공기/산소 자극에 대 한 시뮬레이션 된 반응의 라이브러리로 각 폐 복 셀에 대 한 신호 강도의 시간 과정을 상호 연관 시켜 달성 됩니다. 특정 환기 이질성에 대 한 SVI 추정치는 여러 호흡 세척에 대해 검증 되었으며 특정 환기 분포의 이질성을 정확 하 게 결정 하는 것으로 입증 되었습니다.

Introduction

특정 환기 이미징 (SVI)의 전반적인 목표 ― 조 영제로 서 산소를 사용 하는 양성자 자기 공명 영상 (MRI) 기술은 인간의 폐에 특정 환기를 정량적으로 매핑하는 것 이다. 특정 환기는 하나의 호흡에서 폐 영역으로 전달 되는 신선한 가스의 비율이 동일한 폐 영역 (¹)의 최종 호기 부피로 나눈 것 이다. 지역 폐 밀도의 측정과 함께 특정 환기는 지역 환기²를 계산 하는 데 사용할 수 있습니다. Svi에 의해 제공 되는 국 소 환기 및 환기 이질성의 측정은 폐의 기능에 대 한 이해를 풍부 하 게 하는 잠재력을가지고, 정상적으로 그리고 비정상적으로^3,4.

특정 환기 이미징은 1950 년대^5,6에서 처음 도입 된 기술인 고전적인 생리학 시험, 다중 호흡 세척 (mbw)의 확장 이다. 두 가지 기술 모두 가스 워시/워시 아웃을 사용 하 여 특정 통풍의 이질성을 측정 하지만, MBW는 공간적으로 현지화 된 정보를 ....

Protocol

캘리포니아 대학, 샌디에고 인간 연구 보호 프로그램은이 프로토콜을 승인 했다.

1. 과목 안전 및 교육

1. 주제 로부터 서 면으로 정보에 근거한 동의를 얻습니다. 급속 하 게 변화 하는 자기장에 노출에 의해 제공 되는 잠재적 인 위험을 설명 하 고, 얼굴 마스크와 호흡 건조 가스를 사용 하는 잠재적 인 불편 함.
2. 국부 적으로 승인 된 MRI 안전 검사 설문지를 활용 하 여 피사체가 MR 스캔을 안전 하 게 받을 수 있는지 확인 하십시오.
3. 피 험 자가 출산 연령의 여성 이며 임신 상태가 불확실 한 경우, 카운터 임신 시험을 스스로 관리 하도록 요청 하십시오. 임산부의 경우, 연구의 나머지 부분에서 피사체를 제외 합니다.
4. 피사체의 무게를 측정 합니다. 피사체에 전달 되는 무선 주파수 (RF) 에너지의 양을 제한 하는 스캐너 안전 매개 변수는 이러한 특성을 입력 해야 합니다. 피사체의 무게가 MRI 테이블 (이 경우 136 kg)의 최대 무게 한도 이하로 나타나는지 확인 합니다.
5. MR 스캔 시퀀스를 사용 하 여 시간에 숨을 쉴 수 있는 피사체를 훈련. 바람직하게는, 이전 스캔의 오디오 녹음을 재생 하 고 가이드로 서 스캐너의 오디오 큐를 사용 하 여, 일반적으로 ....

Results

건강 한 피사체의 단일 슬라이스 SVI
특정 환기 이미징은 39 세의 건강 한 여성의 오른쪽 폐에 단일 슬라이스를 묘사 하는 그림 3a와 같이 특정 통풍의 정량적 맵을 생성 합니다. 특정 환기에 예상 수직 그라데이션의 존재를 참고; 폐의 의존적 부분은 폐의 비 의존적 부분 보다 더 높은 특정 통풍을 제시 합니다. 매핑된 특정 환기 값의 히스토그램이 가장 적합 한 로그 정규 확률 분포 함수 (점선)와 함께 표시 됩니다 (그림 3b, 채워진 원). 최적 분포의 폭은 특정 환기 이질성^{7, 23}의 지표로 서 사용 될 수 있다. 도 1 은 동일한 자세에서 동일한 피사체에서 획득 한 다중 호흡을 도시 한 것 이다. 도 1a 는 영감을 받은 공기에서 영감을 100%의 산소로 전환 한 다음 입에서 측정 된 질소.......

Discussion

특정 환기 이미징 인간의 폐에 특정 환기의 공간적 분포의 정량적 매핑을 할 수 있습니다. SVI에 대 한 대안은 존재 하지만 어떤 식으로든 제한 됩니다: 다중 호흡 세척은 이질성의 척도를 제공 하지만 공간 정보 (²³)가 부족 합니다. 대체 영상 법은 환자를 이온화 방사선 (예: 조사, 애완 동물, CT, 감마 시 그 라피)에 노출 시키거나 광범위 하 게 사용할 수 없습니다 (MRI를 사용 하는 하이퍼 편광 가스 이미징). 특정 환기 이미징 공간 정보를 제공 하 고 표준 임상 스캐너를 사용 하 여 수행 될 수 있다 및 대조 소스로 산소 흡입, 따라서 거의 모든 임상 연구 설정으로 변환 될 수 있다. SVI가 방사선 또는 조 영제의 사용을 요구 하지 않는다는 사실은 약물, 치료 또는 개입에 대 한 지역적 반응을 정량적으로 평가 하는 반복 또는 종 방향 연구에 적합 합니다. 치료의 영향에 대 한 지역 정량 정보의이 유형은 흡입 약물 전달의 맥락에서 특히 유용할 수 있다.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D 프린팅 플로우 바이패스 시스템
안면 마스크	Hans Rudolph		7400 시리즈 구강 마스크, 다양한 크기
가스/산소 조절기
마스크 헤드 세트	Hans Rudolph		7400 호환 헤드 세트
Matlab	Mathworks		분석 소프트웨어 현지
개발 의료 산소	Air Liquide/Linde		대상자에게 전달될 산소
MRI	GE, 헬스케어		1.5 T, GE, HDx, Excite, 트윈 스피드 스캐너
플라스틱 튜브			¼ ", 3/8" 및 1/2" 튜빙 및 커넥터
맥박 산소 농도계	Nonin		7500 FO (MR 호환)
스위치 밸브
토르소 코일	GE 헬스케어 GE 스캐너		용 고이득 토르소 코일