2011년 5월 30일
세 가지 다른 영감 산소 농도에 노출이 경우에 생리 조건에 따라 다양한 폐동맥 혈류의 분포를 연구 MR 이미징 방법 : hypoxia, normoxia, 그리고 hyperoxia가 설명되어 있습니다. 이 기술은 MR 검사 환경에서 인간의 폐 생리학 연구 기술을 활용합니다.
다음 실험의 전반적인 목표는 자기공명영상(MRI)과 결합된 생리학적 기법을 사용하여 다양한 흡기 산소 조건에서 비침습적으로 폐 관류의 분포를 측정하는 것입니다. 이는 먼저 이미지 획득 중에 기능적 잔류 용량으로 숨을 참도록 피험자를 훈련시키고 이미지 사이의 간격 동안 호흡하여 여러 이미지를 수집할 수 있도록 함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로, 피험자에게 안면 마스크를 착용하고 흡기 및 호기 튜브를 부착하여 피험자에게 서로 다른 가스 혼합물을 공급하고 호기 가스 샘플을 채취하여 대사 측정을 수행합니다.
다음으로 MRI 스캐너에서 로컬라이저 이미지, 동맥 스핀 라벨링 및 다중 에코 빠른 기울기 후 에코 시퀀스를 사용하여 폐혈류 및 양성자 밀도 이미지를 얻습니다. 결과 이미지는 두 개의 서로 다른 MR 이미지에서 파생된 그램당 분당 밀리리터로 표시되는 폐혈류의 분포를 제공하기 위해 정량화됩니다. 이 기술의 주요 장점은 폐 관류가 전리 방사선에 노출되지 않고 생체 내에서 비침습적으로 측정되어 반복 측정이 가능하다는 것입니다.
이 방법은 폐 관류의 공간적 분포를 제어하는 메커니즘에 대한 통찰력을 제공할 수 있으며 MS 스캔 환경 내에서 다른 생리학적 메커니즘을 연구하는 데에도 사용할 수 있습니다. 오늘 절차를 시연하는 것은 TSIA 호밀, 대학원생 Sebastian Verta, RU Carlos SA 박사후 연구원이 실험을 실행하기 전에 우리 실험실에서 시연할 것입니다. 먼저 연구 대상자로부터 서면 및 정보에 입각한 동의를 얻고 MRI 안전성 검사 양식을 작성하도록 합니다.
또한 신체 검사, 폐 기능 검사 및 피험자가 기능적 잔류 용량에서 숨을 참는 방법을 배우는 교육 세션을 수행합니다. 또는 FRC는 먼저 피험자의 얼굴에 마스크를 착용하여 호흡 장비 설정을 시작합니다. 메쉬 부착물이 있는 마스크에는 사전 멸균된 비재호흡 밸브와 튜브가 장착되어 있습니다.
마스크에 누출이 없는지 확인하십시오. 스캐너실에 가스 백을 설치하고 MRI 콘솔실의 탱크에 연결합니다. 이것은 조사자가 가스 탱크의 조작을 통해 가방에 가스를 추가할 수 있도록 설정해야 합니다.
레귤레이터는 가스 백이 시야에 있는지 확인합니다. 실험 중과 마찬가지로 조사자는 가스량이 충분한지 확인하기 위해 콘솔실 창문을 통해 가방을 모니터링해야 합니다. 그렇지 않으면, 피험자는 고산소 및 저산소 가스의 흡기 산소 분율을 영감을 줄 수 없을 수 있으며, 이 경우 각각 1.0 및 0.125이며, 정상 산소 가스에는 실내 공기를 사용할 수 있습니다.
호기 호흡관이 MR 스캐너의 피험자에서 도파관을 통해 MR 콘솔실의 대사 카트로 연결할 수 있을 만큼 충분히 긴지 확인하십시오. 여기에서 볼 수 있는 대사 카트는 만료된 공기의 양과 혼합된 호기 산소 및 이산화탄소 농도를 측정합니다. 이러한 매개변수를 기반으로 다양한 호흡량도 계산합니다.
EG, 일회 호흡량 VO 2 VC O2 및 호흡 지수. 피험자를 스캐너 침대에 발을 먼저 눕히고 베개와 폼 패드를 사용하여 편안함을 극대화합니다. 다음으로, 흡기 호흡 튜브를 피험자 마스크의 흡기 쪽에 연결합니다.
이 튜브는 전환 밸브를 통해 Mylar 백에서 고산소 및 저산소 가스 또는 정상 산소 공기를 투여하는 데 사용됩니다. 또한 피험자의 가슴에 심전도 패드를 놓습니다. 이를 통해 Mr.Sequence를 표지하는 동맥 스핀이 피험자의 심전도에 있는 QRS 복합체로 게이트화될 수 있습니다.
밸브가 정상적으로 작동하는지 확인하십시오. 스캐너 소음으로부터 피사체를 보호하기 위해 귀마개를 제공하십시오. 또한, 피험자가 마스크를 쓰고 있어 의사소통이 잘 되지 않기 때문에, 연구 인원은 피험자의 손에 스퀴즈볼을 쥐어주고 테이프로 붙인다.
이를 통해 도움이 필요한 경우 조사관과 의사 소통할 수 있습니다. 마지막으로, 피험자의 손가락에 맥박 산소 농도계를 착용하여 산소 포화도를 모니터링하는데, 이는 피험자가 저산소증에 노출되었을 때 매우 중요합니다. 이제, 미스터 팬텀 두 개를 피험자의 가슴에 올려놓는다.
이러한 팬텀은 후처리 중에 MR 신호를 정량화하는 데 사용해야 합니다. 그런 다음 팬텀 위에 몸통 코일을 놓습니다. 몸통 코일은 수신기와 피사체 사이의 물리적 거리를 줄여 바디 코일에 비해 MR 이미지의 신호 대 잡음비를 증가시키는 데 사용됩니다.
마지막으로, 피험자를 MR 스캐너 구멍의 중앙으로 보내기 전에 편안함을 보장하기 위해 담요로 덮습니다. 일단 피험자가 스캐너에 들어가면, 작업자는 피험자가 편안한지 확인하고 도움이 필요한 경우 스퀴즈 볼을 사용하도록 피험자에게 상기시키기 위해 피험자와 자주 대화해야 합니다. 그리고 첫 번째 스캔인 로컬라이저를 설정할 것입니다.
약 30초 정도 걸립니다. 나는 당신이 모든 앞머리와 딸깍 소리가 계속되는 동안 긴장을 풀고 정상적으로 숨을 쉬기를 바랍니다. EKG, 산소 포화도, 일회 호흡량, VO, O2 및 VC, O2를 모니터링하십시오. 모니터링의 처음 몇 분은 양질의 데이터를 보장하기 위해 특히 중요합니다.
이러한 값이 예상 값을 벗어나면 보정을 다시 수행하고 안면 마스크와 튜브에 누출이 있는지 확인해야 합니다. 먼저, 로컬라이저 염기서열을 획득하여 피험자의 몸통에 있는 해부학적 이미지를 얻습니다. 이것은 약 20초 동안 지속되는 로컬라이저가 될 것입니다.
긴장을 푸세요. 그 동안 정상적으로 숨을 쉬십시오. 자 간다.
이제 동맥 스핀 라벨링, 반 푸리에 획득이 있는 SL farer 시퀀스를 설정합니다. 서두르기와 같은 단발 터보 스핀 에코 이미징 방식을 사용하여 국소 폐 관류 데이터를 획득합니다. 그런 다음 전방 거리에서 후방 거리가 가장 큰 오른쪽 폐 부분에서 시상면을 선택합니다.
15mm의 슬라이스 두께와 40cm x 40cm의 시야가 일반적입니다. 여기서 스캔은 1.5 Tesla GE HDX ex Excite 트윈 스피드 스캐너를 사용하여 획득합니다. 피험자는 짝을 지어 쾅쾅거리는 큰 소리를 듣게 된다.
이 앞머리 사이에는 5초의 간격이 있으며, 피험자는 한 번의 호흡 주기를 완료해야 한다. 숨을 들이쉬고, 그런 다음 기능적 잔류 용량까지 숨을 내쉬십시오. 쿵쾅거리는 소리가 나는 동안 피험자는 숨을 멈추고 FRC 폐 용적을 유지해야 합니다.
피험자는 스캔하기 전에 호흡 기술에 익숙해졌지만, 첫 번째 이미지 획득 실행은 피험자가 스캐너 안에서 호흡과 숨 참기를 연습할 수 있도록 테스트를 실행해야 합니다. MR 작업자는 횡격막의 움직임을 기반으로 폐 이미지의 품질을 평가해야 합니다. 움직임이 최소화되면 A SL 측정은 스캔하는 동안 일회 호흡량 모니터링을 시작할 수 있습니다.
대략적인 대상입니다. 500 밀리리터의 일회 호흡량은 정상적인 환기와 일치합니다. A SL 시퀀스에서.
두 개의 서로 다른 심장 게이트 이미지가 획득됩니다. RR 간격의 80%에 대한 이미지 타이밍은 각 피험자 및 실험 조건에 대해 개별적으로 설정해야 하며, 두 이미지를 뺄 때 이미지에 한 수축기 방출 기간의 혈액 신호가 포함되어 있는지 확인하여 정지 신호를 상쇄합니다. 그 결과 한 번의 수축기 방출 기간 내에 이미지 평면으로 전달되는 혈액의 정량적 지도가 생성됩니다.
A SL 이미지 외에도 다중 에코 고속 기울기 에코 시퀀스를 사용하여 폐 양성자 밀도 이미지를 획득합니다. 양성자 밀도를 측정하면 관류 측정을 그램당 분당 밀리리터로 표현할 수 있으며 폐 조직 변형을 설명할 수 있습니다. 흉부 내부에서 피험자는 이 스캔 동안 약 10초 동안 지속되는 지속적인 소음을 듣게 되며 소음이 지속되는 동안 숨을 참고 FRC에 머물러야 합니다.
긴장을 풀고 정상적으로 숨을 쉬는 것이 좋아 보였습니다. 이 실험을 위해 멋지게 보였습니다. 정상 산소 또는 실내 공기, 저산소증 및 고산소증의 가스는 피험자 간에 균형 잡힌 순서로 제시됩니다. 원하는 경우 피험자마다 다를 수 있지만, 피험자는 풍부 및 양성자 밀도의 MR 측정을 획득하기 전에 폐 조직 내에서 안정된 상태 상태를 확립하기 위해 약 20분 동안 특정 가스를 호흡해야 합니다.
그런 다음 이전 섹션에서 설명한 것과 동일한 이미징 프로토콜, 이미징을 선택하기 전에 가스에 노출되는 20분 기간을 따릅니다. 저산소성 폐혈관 수축 반응의 시작은 몇 초 이내에 발생하지만, 폐포 저산소증에 대한 반응은 이 특정 연구의 목표와 일치하는 약 20분까지 최대가 아니기 때문입니다. 후처리는 균질 바디 코일과 동종 몸통 코일의 쌍을 이룬 MGRE 이미지를 사용하여 MATLAB 기반 맞춤형 개발 소프트웨어를 사용하여 수행할 수 있습니다.
모든 혈류 및 양성자 밀도 이미지는 주제별로 균질성의 코일에 대해 보정할 수 있습니다. 뺀 SL 이미지가 균질성의 코일에 대해 보정되면 국소 폐 혈류는 복셀당 분당 혈액 밀리리터로 정량화할 수 있습니다. 그런 다음 밀도, 정규화된 관류 이미지를 생성할 수 있습니다.
밀도 정규화 관류는 물 1g당 분당 혈액 밀리리터 단위로 표시되며, A SL 이미지를 양성자 밀도 이미지로 나누어 계산하여 폐 1g당 분당 밀리리터 단위의 관류 이미지를 제공합니다. 예를 들어 생리학적 데이터가 여기에 표시됩니다. 저산소증에서 심박수가 증가하고 포만감이 감소했습니다. 환기는 분당 8.31 리터였습니다.
저산소증 중 BTPS, 정상 목산소 중 분당 7.04리터, 분당 6.64리터. 고산소증 기간 동안 일회량은 저산소증의 경우 0.76리터, 정상산소의 경우 0.69리터, 고산소증의 경우 0.67리터였습니다. 저산소증에 노출되면 환기와 일회량이 모두 증가하는 반면 과산소증은 환기와 일회량을 감소시킵니다.
세 가지 다른 흡기 산소 농도 하에서 한 피험자로부터 수집된 세 가지 밀도 정규화 관류 이미지가 여기에 표시됩니다. 관류 이질성에 대한 데이터 분석 결과는 표 2에 나와 있습니다. 저산소증이 상대적 분산을 증가시켰다는 것을 알 수 있지만, 다른 지수는 크게 변하지 않았습니다.
이 기술을 숙달하면 제대로 수행하면 2시간 이내에 완료할 수 있습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 MR 내에서 폐 풍부를 측정하고 다른 생리학적 연구를 형성하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 스캐너 환경.
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이 연구는 저산소, 정상산소 및 고산소를 포함한 다양한 흡입 산소 조건에서 비침습적으로 폐 혈류 분포를 측정하는 자기공명영상(MRI) 방법을 설명합니다. 이 기술은 인간 폐 생리학 연구와 MRI 기술을 통합합니다.
This MRI-based pulmonary perfusion method enables non-invasive, repeated measurement of lung blood flow under controlled oxygen conditions, supporting mechanistic studies of vascular response without ionizing radiation exposure. It provides quantitative, voxel-level perfusion data that can inform target validation in pulmonary disease models by linking physiological stimuli to functional hemodynamic outcomes. The technique supports preclinical continuity by allowing longitudinal assessment of vascular function in disease-relevant systems, reducing reliance on terminal endpoints and enhancing predictive confidence in early discovery.
The method fits within the discovery-to-preclinical continuum by enabling hemodynamic phenotyping after target modulation but before functional efficacy assessment, particularly in pulmonary vascular research.