양성자 자기 공명 영상 및 조 영제로 산소를 사용 하 여 인간의 폐에 특정 통풍의 정량 매핑
2019년 6월 5일
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.
특정 환기 화상 진찰, 또는 SVI는, 우리가 생리학과 호흡기 질병의 관리에 대한 우리의 근본적인 이해를 강화하는 것을 도울 질적 폐 화상 진찰 기술입니다. SVI는 방사선이 없으며 일반적으로 사용할 수 있는 장비, MRI 스캐너 및 의료 용 산소만 필요합니다. 이것은 아이들에게 안전하고 성인의 반복 연구에 이상적입니다.
임상 사례에 SVI의 번역은 우리가 질병에 의해 가장 영향을 받는 지역을 확인하는 것을 허용할 것이기 때문에 천식의 관리를 향상할 수 있습니다. 치료에 응하여 폐 내의 변화를 매핑하는 능력은 흡입 치료를 최적화하고 개별화된 치료 선택을 알리는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 절차를 설명하는 데 도움은 빈센트 Tedjasaputra, 의학의 학과에서 박사 후 동료입니다.
절차를 시작하고, 피사체의 서면 통보 된 동의를 얻고 빠르게 변화하는 자기장에 노출되어 제시 된 잠재적 인 위험과 얼굴 마스크를 사용하고 드라이 가스를 호흡하는 잠재적 인 불편을 설명하십시오. 피사체가 현지에서 승인된 자기 공명 영상 또는 MRI 안전 검진 설문지를 활용하여 자기 공명 스캐닝을 안전하게 받을 수 있는지 확인합니다. MR 스캔 시퀀스와 함께 제 시간에 호흡하는 피사체를 훈련하고 피사체의 코를 턱 치수에 측정하여 피사체에 가장 잘 맞는 얼굴 마스크의 크기를 결정합니다.
그런 다음 피사체의 주머니와 의류가 자기 기반 신용 카드와 철함유 금속 조각이 없는지 확인합니다. MR 스캐너를 준비하려면 몸통 코일을 스캐너 테이블의 적절한 커넥터에 연결하여 스캐너 테이블에 시트, 패드 및 베개를 배치하여 피사체가 이미징을 최소 30분 이상 편안하게 사용할 수 있도록 합니다. 산소 전달 시스템을 조립하려면 스캐너 작업자의 손이 닿는 곳에 양방향 스위치 밸브를 배치하고 8미터 길이의 1/1 인치 직경 플라스틱 튜브를 사용하여 산소 공급을 스위치 밸브의 입구에 연결합니다.
제어실에 있는 스위치 밸브의 콘센트를 1쿼터 플라스틱 튜브에 연결하고 관제실 통과를 통해 튜브를 스캐너 실에 공급하여 튜브가 스캐너 보어 의 중간에 도달하는 것을 주의하십시오. 피사체의 얼굴 마스크에 대한 흐름 바이패스 부착물을 보호합니다. 튜브의 반인치 황동 끝을 유량 바이패스 마스크 부착에 연결합니다.
산소 공급 출구 레귤레이터에 압력을 설정하여 연구의 특성과 가스 전달 시스템의 전반적인 저항에 따라 예상되는 피크 피망 흐름보다 큰 산소의 흐름을 생성하는 값으로 설정합니다. 그런 다음 산소의 흐름을 활성화하여 스위치 밸브를 테스트하여 흐름 우회 부착물의 출구에 적절한 흐름이 존재하고 플라스틱 튜브에 누출이 존재하지 않도록합니다. 이미징에 대한 피사체를 준비하기 위해, 피사체가 스캐너 테이블에 누워 서 하부 코일 요소의 상단이 피사체의 어깨보다 높도록 하여 하부 코일 요소의 상단이 폐 아픽스의 적절한 커버리지를 제공한다는 것을 확인하십시오.
피사체가 이어 플러그를 삽입하고 소리가 차단되고 있는지 확인합니다. 피사체의 손목에 안전 메커니즘을 테이프로 부착하여 쉽게 접근하고 마스크와 플로우 바이패스 시스템을 피사체의 얼굴에 부착할 수 있습니다. 흐름 우회 부착물의 만료 측면을 잠깐 가려내고 피사체에게 정상적인 영감과 만료를 시도하여 누출을 확인하도록 요청합니다.
이제 피사체를 라이트 센터링 도구를 사용하여 스캐너에 적재하여 몸통 코일이 보어의 중심을 차지하고 흐름 우회 선을 안내하여 피사체를 스캐너 의 중심으로 이동시키면서 피사체의 편안함을 보장합니다. 이미징 슬라이스에 대한 폐 위치를 선택한 후, 시험의 나머지 부분을 처방하는 데 사용되는 해부학지도를 얻기 위해 국소화 순서를 습득한다. 스캐너 그래픽 사용자 인터페이스를 사용하여 관심 영역을 대상으로 폐 필드를 중심으로 한 이미징 슬라이스를 원하는 위치로 드래그하여 최대 4개의 좌활폐 슬라이스를 선택하여 연구할 수 있습니다.
그런 다음 동일한 볼륨이 세로 연구를 위해 다시 이미지화 될 수 있도록 척추의 위치에 대하여 이미징 슬라이스의 위치를 기록합니다. 특정 환기 이미징의 경우 가장 내측 슬라이스에 대한 MR 컴퓨터의 반전 시간을 1100밀리초로 설정하여 공기 산소 대비를 최대화하고 반복 횟수는 220초로, 반복 시간을 5초로 설정합니다. 후속 획득 시 피사체의 폐 부피 및 만료의 일관성을 모니터링하고 필요한 경우 품질을 개선하기 위한 피드백을 제공합니다.
피사체의 영감 받은 가스 혼합물을 20회마다 전환하여 피사체의 편안함을 위해 호흡을 유지하며 실내 공기와 의료용 산소를 번갈아 가며 착용할 수 있습니다. 맥박 산소계를 정기적으로 확인하여 심박수와 산소 포화도를 확인하고 피험자와 자주 체크인하여 남은 시간을 정기적으로 업데이트하십시오. 호흡 후 220, 이미징이 완료됩니다.
피사체를 실내 공기로 되돌리고 스캐너에서 제거합니다. 특정 환기 맵을 만들려면 이미지 분석 소프트웨어에 등록할 이미지를 가져오고 전체 220 개의 이미지 스택을 시각적으로 검사하여 기능 잔류 용량을 가장 잘 나타내는 각 슬라이스에 대한 이미지를 선택합니다. 모드 이미지를 참조로 사용하여, 프로젝션 또는 미세 등록을 사용하여 모든 이미지를 기능잔류 용량 참조에 등록하고 적절한 알고리즘을 사용하여 등록된 스택으로부터 폐내의 특정 환기를 정량화한다.
특정 환기의 지도가 만들어집니다. SVI는 39세의 건강한 여성의 오른쪽 폐에 있는 이 단일 슬라이스 이미지와 같이 특정 환기의 정량적 지도를 생성합니다. 폐의 의존부분과 함께 특정 환기에서 예상되는 수직 그라데이션의 존재는 폐의 비의존부분보다 더 높은 특이적 환기를 제시한다.
최적의 로그 정상 확률 분포 기능을 갖춘 맵 특정 환기 값의 히스토그램을 사용하면 최적의 맞춤 분포의 폭을 특정 환기 이질성의 메트릭으로 사용할 수 있습니다. 여기서, 동일한 자세로 동일한 피험자에서 획득한 다중 호흡 세척이 표시됩니다. 질소 농도의 시간적 기록은 영감 받은 공기에서 영감을 받은 100% 산소로 이동한 후 입에서 측정되었습니다.
특정 환기 영상과 다중 호흡 세척모두에 대한 세척에서 추정되는 특정 환기의 이러한 분포에서, 분포의 폭은 건강한 정상 범위 내에 있는 것으로 나타났다. 스캐너와 함께 호흡하는 피사체를 교육하고 획득 하는 동안 피드백을 주는 것은 좋은 품질의 데이터를 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다. 밀도 및 관류 측정과 결합하여 SVI를 사용하여 환기의 로컬 비율을 관류 및 가스 교환 효율 측정에 매핑할 수 있습니다.
이 기술은 격렬한 운동 후 환기의 분포와 천식에서 반복되는 기관지 제한의 특별한 패널을 이해하는 데 사용되었습니다. MRI 환경은 강한 자기장이 항상 켜져 있고 강자성 물체가 발사체가 되어 부상을 입을 수 있으므로 안전에 주의를 기울여야 합니다.
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개요
특정 환기 영상(SVI)은 호흡기 생리학 및 질병 관리에 대한 이해를 향상시키는 정성적 폐 영상 기술입니다. 이 방사선 무료 방법은 MRI와 의료용 산소를 사용하여 어린이에게 안전하고 성인의 반복 연구에 적합합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 신경과학
- 호흡기 생리학
- 의료 영상
배경
- SVI는 폐의 특정 환기를 매핑할 수 있습니다.
- 천식과 같은 호흡기 질환에 영향을 받은 영역을 식별하는 데 도움이 됩니다.
- 이 기술은 조영제로 흡입된 산소를 기반으로 합니다.
- SVI는 비침습적이며 표준 MRI 장비로 수행할 수 있습니다.
연구 목적
- 천식 및 기타 호흡기 질환의 관리 전략을 개선합니다.
- 특정 폐 영역에 기반한 흡입 요법을 최적화합니다.
- 환자의 개별화된 치료 선택을 용이하게 합니다.
사용된 방법
- 영상화를 위한 MRI 스캐너의 활용.
- 조영제로서의 의료용 산소 흡입.
- 지역 특정 환기 데이터 분석.
- 프로토콜 개발을 위한 의료 전문가와의 협력.
주요 결과
- 천식에 가장 영향을 받은 폐 영역의 식별.
- 치료에 대한 폐 기능 변화의 매핑.
- 임상 실습에서의 SVI의 잠재력 시연.
- 호흡기 질환에 대한 개인화된 치료 접근법에 기여.
결론
- SVI는 폐 생리학 이해를 위한 유망한 도구입니다.
- 호흡기 질환의 관리를 크게 향상시킬 수 있습니다.
- 기술의 안전성과 접근성은 다양한 환자 집단에 이상적입니다.
자주 묻는 질문
Executive Industry Relevance
Quantitative mapping of specific ventilation using proton MRI and oxygen contrast enables precise regional assessment of lung function, supporting early identification of ventilation heterogeneity. This capability enhances predictive confidence in respiratory disease models and informs risk-adjusted decisions in respiratory drug discovery portfolios. The method's non-invasive, radiation-free profile facilitates repeatable, longitudinal studies critical for translational research and therapeutic evaluation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables quantitative interrogation of regional lung ventilation to clarify disease mechanisms.
- Supports biological de-risking by mapping functional heterogeneity relevant to target validation.
- Provides predictive confidence for selecting disease-relevant endpoints in respiratory research.
Screening & Assay Development
- Prepares validated imaging-based assays for evaluating therapeutic interventions in lung models.
- Facilitates assay standardization and reproducibility through quantitative, voxel-level outputs.
- Enables reliable comparison of compound effects on regional lung ventilation in preclinical studies.
Translational & Preclinical Research
- Aligns imaging biomarkers with disease-relevant functional endpoints for translational continuity.
- Supports longitudinal monitoring of therapeutic response and disease progression in preclinical models.
- Provides mechanistic de-risking by correlating imaging outputs with established physiological metrics.
Pipeline & Workflow Integration
This imaging method integrates into the respiratory discovery continuum from early target validation through preclinical efficacy assessment, supporting both mechanistic studies and translational biomarker development.
- Discovery Biology: Quantitative mapping of ventilation supports hypothesis testing and pathway clarification in lung disease models.
- Screening: Imaging-based assays deliver reproducible, quantitative outputs for compound evaluation.
- Analytics: Voxel-level measurements and distribution analyses enable robust statistical comparison across conditions.
- Translational Research: Imaging outputs align with functional biomarkers for preclinical-to-clinical continuity.
- Enterprise Reuse: The protocol is adaptable for repeated, longitudinal studies across diverse respiratory models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in respiratory target validation.
- Operational Value: Standardizes imaging workflows and enables reproducible, scalable data acquisition.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and optimizes resource allocation in respiratory portfolios.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of respiratory drug candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in MRI operation and quantitative image analysis.
- Needs access to 1.5T MRI scanners and compatible torso coils.
- Demands cross-team standardization of imaging protocols and analysis algorithms.
- Adaptable to both single-slice and multi-slice imaging for different study designs.
- Attention to MRI safety and subject training is essential for high-quality, reproducible data.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:56
Subject Safety and Training
1:49
MRI Environment Preparation
3:17
Instrumentation and Subject Imaging Preparation
4:19
MR Imaging and Specific Ventilation Map Creation
6:35
Results: Representative Specific Ventilation Imaging (SVI) and Multiple Breath Washout (MBW) Analyses
7:47
Conclusion
