Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Kwantitatieve mapping van specifieke ventilatie in de menselijke Long met behulp van Proton Magnetic Resonance Imaging en zuurstof als een contrast middel

6K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/59579

⸱

5 juni 2019

 ,  ,  ,  , 
1Pulmonary Imaging Laboratory, Department of Medicine, University of California, San Diego, 2Pulmonary Imaging Laboratory, Department of Radiology, University of California, San Diego

In dit artikel

Samenvatting

Specifieke ventilatie Imaging is een functionele Magnetic Resonance Imaging techniek die het mogelijk maakt voor de kwantificering van regionale specifieke ventilatie in de menselijke Long, met behulp van ingeademde zuurstof als een contrastmiddel. Hier presenteren we een protocol voor het verzamelen en analyseren van specifieke ventilatie Imaging data.

Samenvatting

Specifieke ventilatie Imaging (SVI) is een functionele Magnetic Resonance Imaging techniek die in staat is om specifieke ventilatie te kwantificeren — de verhouding van het verse gas dat een longgebied binnenkomt, gedeeld door het uitademings volume van de regio — in de menselijke Long, met alleen ingeademde zuurstof als een contrastmiddel. Regionale kwantificering van specifieke ventilatie heeft het potentieel om te helpen identificeren gebieden van pathologische longfunctie. Zuurstof in oplossing in weefsel verkort de longitudinale ontspanning van het weefsel tijd (T1), en dus een verandering in weefsel oxygenatie kan worden gedetecteerd als een verandering in T1-gewogen signaal met een inversie herstel verworven beeld. Na een abrupte verandering tussen twee concentraties van geïnspireerde zuurstof, de snelheid waarmee het longweefsel binnen een Voxel evenwicht bereikt naar een nieuwe steady-state weerspiegelt de snelheid waarmee inwoner gas wordt vervangen door ingeademd gas. Dit tarief wordt bepaald door specifieke ventilatie. Om deze plotselinge verandering in oxygenatie te wekken, ademen de onderwerpen afwisselend 20-adem blokken lucht (21% zuurstof) en 100% zuurstof terwijl in de MRI-scanner. Een stapsgewijze verandering in geïnspireerde zuurstof fractie wordt bereikt door het gebruik van een aangepaste drie-dimensionale (3D)-gedrukte stroom bypass systeem met een handmatige schakelaar tijdens een korte end-uitademings adem te houden. Om de overeenkomstige verandering in T1te ontdekken, werd een globale inversie impuls die door één enkele ontsproten snelle rotatieecho opeenvolging wordt gevolgd gebruikt om twee-dimensionale t1-gewogen beelden in een 1,5 t MRI scanner te verwerven, gebruikend een acht-element torso rol. Zowel enkelvoudige slice als multi-slice beeldvorming zijn mogelijk, met iets andere imaging parameters. Kwantificering van specifieke ventilatie wordt bereikt door het correleren van de tijd-cursus van signaalintensiteit voor elke Long Voxel met een bibliotheek van gesimuleerde reacties op de lucht/zuurstof stimulus. SVI schattingen van specifieke ventilatie heterogeniteit zijn gevalideerd tegen meervoudige adem Wash en bleken nauwkeurig de heterogeniteit van de specifieke ventilatie distributie te bepalen.

Inleiding

Het algemene doel van specifieke ventilatie Imaging (SVI) ― een proton Magnetic Resonance Imaging (MRI) techniek die zuurstof gebruikt als contrastmiddel1 ― is het kwantitatief toewijzen van specifieke ventilatie in de menselijke Long. Specifieke ventilatie is de verhouding van vers gas geleverd aan een longgebied in een adem gedeeld door het einde uitademings volume van dezelfde Long regio1. In combinatie met metingen van de lokale Long dichtheid, specifieke ventilatie kan worden gebruikt om de regionale ventilatie berekenen2. Metingen van lokale ventilatie-en ventilatie heterogeniteit die worden geleverd door SVI hebben de potentie om het inzicht te verrijken hoe de Long functies, zowel normaal als abnormaal3,4.

Specifieke ventilatie beeldvorming is een uitbreiding van de klassieke fysiologie test, multiple Breath Wash (MBW), een techniek die voor het eerst geïntroduceerd in de jaren 19505,6. Beide technieken gebruiken gas washin/Wash om de heterogeniteit van specifieke ventilatie te meten, maar SVI biedt ruimtelijk gelokaliseerde informatie, terwijl MBW alleen globale maatregelen van heterogeniteit biedt. In MBW, wordt een massaspectrometer gebruikt om de gemengde verlopen concentratie van een onoplosbaar gas (stikstof, helium, zwavel zwavelhexafluoride, enz.) over vele ademhalingen tijdens een Wash van dat gas te meten, zoals afgebeeld in Figuur 1. Samen met het verlopen volume per ademhaling tijdens de Wash periode, kan deze informatie worden gebruikt om de algemene distributie van specifieke ventilatie in de Long te berekenen. In SVI, wordt een MRI-scanner gebruikt om de T1-gewogen signaal-dat is een surrogaat voor de hoeveelheid zuurstof in oplossing in longweefsel, een directe indicator van de lokale zuurstofconcentratie ― in elke Long Voxel over vele ademhalingen tijdens verschillende washin/verzakkingen te meten van zuurstof. Op een manier die direct analoog is aan MBW, deze informatie stelt ons in staat om de specifieke ventilatie van elke Long Voxel berekenen. Met andere woorden, de techniek voert duizenden parallelle MBW-achtige experimenten, een voor elke Voxel, tijdens een SVI experiment. Inderdaad, de ruimtelijke kaarten van specifieke ventilatie zo geproduceerd kan worden samengesteld om de specifieke ventilatie heterogeniteit output van MBW terug te vorderen. Een validatie studie7 toonde aan dat de twee methodologieën vergelijkbare resultaten opleverden wanneer ze in serie over dezelfde onderwerpen werden uitgevoerd.

Andere beeldvormingsmodaliteiten bestaan dat, zoals SVI, ruimtelijke maatregelen van ventilatie heterogeniteit bieden. Positron emissie tomografie (PET)8,9, single-fotonemissie computertomografie (SPECT)10,11, en hyperpolarized gas MRI12,13 technieken zijn gebruikt om Creëer een substantieel literatuur beeld met betrekking tot het ruimtelijke patroon van ventilatie bij gezonde en abnormale onderwerpen. In het algemeen, hebben deze technieken minstens één verschillend voordeel over SVI, in die richting dat hun signaal-aan-lawaaiverhouding karakteristiek hoger is. Echter, elke techniek heeft ook een karakteristiek nadeel: PET en SPECt te betrekken blootstelling aan ioniserende straling, en hyperpolarized MRI vereist het gebruik van zeer gespecialiseerde hyperpolarized gas en een MR scanner met niet-standaard multi-kernen hardware.

SVI, een proton-MRI-techniek, gebruikt meestal 1,5 Tesla MR hardware met ingeademde zuurstof als een contrastmiddel (beide elementen zijn direct beschikbaar in de gezondheidszorg), waardoor het potentieel meer veralgemeenbaar voor de klinische omgeving. SVI maakt gebruik van het feit dat zuurstof verkort de longitudinale ontspanning tijd (T1) van Long weefsels1, die op zijn beurt vertaalt naar een verandering in de signaalintensiteit in een T1-gewogen beeld. Zo, veranderingen in de concentratie van geïnspireerde zuurstof induceren verandering in de signaalintensiteit van de juiste getimede MRI-beelden. Het tarief van deze verandering na een abrupte verandering in geïnspireerde zuurstofconcentratie, typisch lucht en 100% zuurstof, weerspiegelt de snelheid waarmee het ingezetene gas door het ingeademde gas wordt vervangen. Deze vervangings frequentie wordt bepaald door een specifieke ventilatie.

Aangezien SVI geen ioniserende straling impliceert, heeft het geen contra-indicaties voor longitudinale en interventionele studies die patiënten in tijd volgen. Zo is het bij uitstek geschikt voor het bestuderen van progressie van de ziekte of de evaluatie van hoe individuele patiënten reageert op de behandeling. Door zijn relatief gemak en veilige herhaalbaarheid, specifieke ventilatie Imaging is in het algemeen een ideale techniek voor degenen die wensen om grote effecten en/of een groot aantal mensen te bestuderen in de tijd of in verschillende klinische locaties.

Naar aanleiding van de oorspronkelijke publicatie beschrijving van de techniek1, specifieke ventilatie Imaging (SVI) is gebruikt in studies gericht op het effect van een snelle zoutoplossing infusie, houding, lichaamsbeweging, en bronchoconstrictie2,3 , 4 , 14 , 15. het vermogen van de techniek om hele Long heterogeniteit van specifieke ventilatie te schatten is gevalideerd met behulp van de gevestigde meervoudige adem Wash test7 en meer recentelijk, een regionale een kruis validatie werd uitgevoerd, door vergelijken SVI en hyperpolarized gas meerdere adem specifieke ventilatie Imaging16. Deze betrouwbare en gemakkelijk inzetbaar techniek, geschikt voor het kwantitatief in kaart brengen van specifieke ventilatie in de menselijke Long, heeft het potentieel om een significante bijdrage te leveren aan vroegtijdige opsporing en diagnose van respiratoire aandoeningen. Het presenteert ook nieuwe mogelijkheden om regionale longafwijkingen te kwantificeren en te volgen veranderingen geïnduceerd door therapie. Deze veranderingen in de regio-specifieke longfunctie, die SVI stelt ons in staat om te meten voor de eerste keer, hebben de potentie om biomarkers worden voor de beoordeling van de impact van drugs en inhalatie therapieën, en kan een uiterst nuttig instrument in klinische studies.

Het doel van dit artikel is het presenteren van de methodologie van specifieke ventilatie imaging in detail en in een visuele vorm, dus bijdragen aan de verspreiding van de techniek om meer centra.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

De Universiteit van Californië, San Diego menselijk onderzoek bescherming programma heeft goedgekeurd dit protocol.

1. onderwerp veiligheid en opleiding

  1. Verkrijgen van schriftelijke, geïnformeerde toestemming van het onderwerp. Beschrijf de potentiële Risico's die door blootstelling aan snel veranderende magnetische velden, en de mogelijke ongemakken van het gebruik van gezichtsmasker en ademhaling droog gas.
  2. Zorg ervoor dat het onderwerp kan veilig ondergaan MR Scanning, met behulp van de lokaal goedgekeurde MRI Safety screening vragenlijst.
  3. Als het onderwerp een wijfje van zwangere leeftijd, en onzeker van haar zwangerschaps status is, vraag haar om een over-the-counter zwangerschapstest zelf te beheren. Als het onderwerp zwanger is, sluit het onderwerp uit de rest van de studie.
  4. Meet het gewicht van het onderwerp. De veiligheidsparameters van de scanner die de hoeveelheid radiofrequentie (RF) energie beperken die aan het onderwerp wordt geleverd vereisen input van dit kenmerk. Controleer of het gewicht van het onderwerp lager is dan de maximale gewichtsgrens van de MRI-tabel (in dit geval 136 kg).
  5. Train het onderwerp om te ademen in de tijd met de MR Scan volgorde. Bij voorkeur, spelen een audio-opname van een eerdere scan en instrueren het onderwerp om normaal te ademen en een adem te voltooien om de 5 s, met behulp van de audio-signalen van de scanner als leidraad; adem samen met het onderwerp voor het doel van de opleiding.
  6. Bepaal de grootte van het masker (maten variëren van Petite tot extra-large [XL]) die het beste past bij het onderwerp door het meten van het onderwerp van de neus-to-Chin afmetingen. Een passende-sized masker past comfortabel nog zal voorkomen dat de lucht lekt tussen het masker en de huid van het onderwerp op elk punt. Probeer op andere maten indien nodig.
  7. Controleer of de vakken en kleding van het onderwerp vrij zijn van magnetische creditcards en ijzer bevattende metalen stukken. Indien nodig, hebben het onderwerp te veranderen in de medische jurk die door de MRI-faciliteit.
    Opmerking: Metaal kan gevaarlijk zijn in de MRI-omgeving, en metalen voorwerpen zoals clips (meestal in beha's), metalen ringen (beha's en hoodies), metalen knop of ritsen (shirts, truien), haarverlenging en pruiken hebben het potentieel om Imaging artefacten te maken.

2. voorbereiding van de MRI-omgeving

  1. Alleen toestaan personeel opgeleid in MRI-veiligheid aan de normen van de Imaging faciliteit om de scanner ruimte in te voeren of te helpen bij het uitvoeren van dit experiment.
  2. Configureer de MR scanner voor gebruik met een torso Coil door de spoel aan te sluiten op de juiste connector in de scanner tafel.
  3. Bereid de scanner tabel met vellen, pads, en kussens, zodat het onderwerp zal comfortabel gedurende ten minste 30 minuten tijdens de beeldvorming.
  4. Monteer het zuurstoftoevoer systeem.
    Opmerking:     in Figuur 2wordt een schematisch schema van de slang weergegeven.
    1. Plaats een twee/drie-weg Schakel ventiel binnen het bereik van de scanner exploitant of de persoon die het SVI experiment uitvoert.
    2. Sluit ofwel de tank van medische zuurstof (buiten de scanner kamer) of de zuurstof wand toevoer (indien beschikbaar) aan een inham van de Schakel klep met behulp van ¼-inch plastic buizen.
    3. Sluit de uitlaat van de schakelaar klep gelegen in de controlekamer op de 8 m (voldoende lengte voor de scanner) ¼-inch plastic buis. Voer de slang door de Pass-Through, van de controlekamer naar de scanner kamer, en ervoor te zorgen dat het het midden van de scanner boring te bereiken.
      Opmerking: De plastic slang het aansluiten van de Schakel klep uitlaat naar de stroom-bypass masker opgenomen een stap in diameter in de laatste 2 m, van ¼ inch tot 3/8 inch tot ½ inch, om het geluid geproduceerd door de lucht stroomt in de stroom bypass systeem te verminderen.
    4. Sluit de ½ inch uiteinde van de slang aan op de stroom-bypass masker bevestiging.
    5. Beveilig de stroom-bypass gehechtheid aan het gezichtsmasker dat het onderwerp past.
    6. Stel de druk op de gas tank of wandcontactdoos regulator om een waarde die een stroom van zuurstof produceert groter is dan de verwachte piek Inspiratoire stroom. De druk die nodig is hangt af van de aard van de studie (rust, lichaamsbeweging, enz.) en de algehele weerstand van het gas Delivery System (typisch ~ 70 psi voor de levering systeem beschreven in stap 2.4.3 voor studies in rust).
    7. Test de schakelaar klep door het activeren van de stroom van zuurstof, waardoor er voldoende stroom aanwezig is bij de uitlaat van de stroom-bypass bevestiging en dat er geen lekken aanwezig zijn in de plastic buis.

3. instrumentering en voorbereiding van het onderwerp voorbeeld vorming

  1. Hebben het onderwerp liggen op de MRI-tabel. Zorg ervoor dat de bovenkant van de onderste spoel element zorgt voor een adequate dekking van de Long Apices, door ervoor te zorgen de bovenkant van de onderste-Coil element hoger is dan de schouders van het onderwerp.
  2. Laat het onderwerp oordopjes invoegen en controleer of het geluid wordt geblokkeerd.
  3. Tape de squeeze bal (of een alternatieve veiligheidsmechanisme) aan de pols van het onderwerp, zodat het gemakkelijk kan worden benaderd.
  4. Bevestig het masker en de stroom-bypass-systeem aan het gezicht van het onderwerp. Kort occlude de uitademings kant van de stroom-bypass gehechtheid en vraag het onderwerp om een normale inspiratie en verval poging om te controleren op lekkages.
  5. Plaats het onderwerp in de scanner, met behulp van de Light centreren tool om ervoor te zorgen dat de torso spoel het centrum van de boring bezet.
  6. Sluit de stroom bypass lijn om de 3D gedrukte stroom-bypass masker bevestiging met behulp van de strakke Messing moer aan de inlaat.

4. MRI beeldvorming

  1. Selecteer de anatomische locatie voor Imaging Slices.
    1. Een localizer volgorde verwerven om een anatomische kaart te verkrijgen die gebruikt zal worden om de rest van het examen voor te schrijven.
    2. Selecteer maximaal 4 sagittale-Long segmenten om te worden bestudeerd door het Imaging slice te klikken en te slepen naar de gewenste locatie met behulp van de grafische gebruikersinterface van de scanner. Meestal is het gezichtsveld ingesteld op 40 x 40 cm en slice dikte tot 1,5 cm. Selecteer segmenten gecentreerd in het longgebied gericht op de regio van belang voor de studie, meestal het minimaliseren van de indringing van grote pulmonale schepen mediaal en borstwand lateraal om Maximaliseer het bemonsterde longvolume.
      Opmerking: Slice selectie kan worden gedaan in elk vlak; u maximaal 4 segmenten selecteren. Voor het doel van de demonstratie, een slice zal worden verworven.
    3. Maak een notitie van de locatie van de Imaging slices met betrekking tot de locatie van de wervelkolom, zodat hetzelfde volume kan worden herbeeld voor longitudinale studies.
  2. Specifieke ventilatie Imaging
    Opmerking:     in tabel 1wordt een lijst met typische MRI-parameters weergegeven.
    1. Stel de inversie tijd in de MR computer voor de meest mediale slice 1.100 MS om lucht-zuurstof contrast17te maximaliseren.
    2. Stel de aanschaffings parameters (tabel 1) in voor Imaging acquisitie. Voor multislice acquisitie, elk extra slice wordt verworven na de eerste, met tussenpozen van 235 MS (1.335 MS, 1.570 MS, 1.805 MS).
      Opmerking: Na de inversie herstel puls en een tijdsinterval (beschreven door de inversie tijd), elke slice beeld wordt verkregen met behulp van een half-Fourier single-shot Turbo spin-echo (haast), op 128 x 128 resolutie (70-lijnen van de k-ruimte bemonsterd); de beelden worden opnieuw opgebouwd aan 256 x 256 resolutie.
    3. Stel het aantal herhalingen in op 220 en de herhalingstijd (TR) naar 5 s. Dit zal resulteren in herhaling van 4.2.1 en 4.2.2 voor een totaal van 220 opeenvolgende ademhalingen, 5 s uit elkaar. Vraag het onderwerp om vrijwillig Gate zijn of haar ademhaling in de tijd met de beeld verwerving.
      Opmerking: De beelden worden verkregen aan het eind van een normale afloop in een korte vrijwillige Ademhalings onderbreking bij functionele overblijvende capaciteit (FRC). Het is belangrijk dat een soortgelijk longvolume consequent wordt bereikt tijdens elk van deze opeenvolgende acquisities.
    4. Controleer de consistentie van het longvolume van het onderwerp (eind afloop) tijdens latere aanwinsten en geef feedback om de kwaliteit zo nodig te verbeteren. Verhoog TR (het tijdsinterval tussen opeenvolgende acquisities) als het onderwerp het moeilijk vindt om elke 5 s een consistent longvolume te bereiken.
    5. Schakel het geïnspireerde gasmengsel van het onderwerp om de 20 ademhalingen (tijdens de overname adem houden voor het comfort van het onderwerp), afgewisseld tussen kamer lucht en medische zuurstof. Maak nota van wanneer de schakelopties voorgekomen, en de intervallen waarin het onderwerp elk gas ademde. Laat het onderwerp adem 100% zuurstof voor 40 opeenvolgende ademhalingen op een bepaald punt in het experiment (typisch ademt 20-60 of 180-220) om de gevoeligheid te verhogen tot lage ventilatie Long regio's.
    6. Controleer regelmatig de hartslag (40 − 80 voor normale onderwerpen in rust) en zuurstofverzadiging (typisch 98 − 100%) door te kijken naar de Pulse Oximeter (Figuur 2); afwijkingen van de norm kan signalering nood of angst.
    7. Praat vaak met het onderwerp door te drukken op de scanner toetsenbord Push-to-Talk knop, het geven van regelmatige updates van de resterende tijd.
    8. Na adem 220, Imaging is voltooid. Terug het onderwerp naar kamer lucht en verwijder hem of haar uit de scanner.

5. het creëren van een specifieke ventilatie kaart van een tijdreeks van beelden

  1. Controleer of een stack van 220 opeenvolgende MR beelden voor elke Long slice werden verworven.
  2. Importeer de images voor registratie in de Image Analysis software (bijv. MATLAB).
  3. Van de 220 beelden, kiezen, door visuele inspectie van de gehele afbeelding stack, voor elk segment een die het best vertegenwoordigt functionele restcapaciteit. Functionele restcapaciteit wordt aangeduid als de "mode" van Long volumes in de stack.
  4. Met behulp van de "mode"-afbeelding als referentie, gebruik van projectieve of afmelden registratie om alle afbeeldingen te registreren om de functionele residuele capaciteit referentie.
    Opmerking: Registratie wordt meestal uitgevoerd met behulp van een algoritme ontwikkeld in House18 of een algemeen verkrijgbare veralgemeende-Dual bootstrap iteratief dichtstbijzijnde punt ALGORITME (gdb-ICP19).
  5. Gebruik de output van het registratie algoritme om de gebieds verandering van elke afbeelding te berekenen. Verwijder afbeeldingen waarvan de registratie stap is vereist > 10% gebied wijzigen van de afbeeldings stack en behandel ze als ontbrekende gegevens20.
  6. Kwantificeren van specifieke ventilatie in de Long van de geregistreerde stack met behulp van een algoritme ontwikkeld in huis1,7. Voer kwantificering door het vergelijken van de tijd respons van elke Voxel op de opeenvolgende zuurstof washin en Wash serie, om een bibliotheek van 50 gesimuleerde, ruisvrij, reacties, die overeenkomt met specifieke ventilatie variërend van 0,01 tot 10, in stappen van 15%. Elke Voxel is toegewezen aan een waarde van specifieke ventilatie die overeenkomt met de specifieke ventilatie van de gesimuleerde ideaal presenteren maximale correlatie met elke Voxel tijdreeks, zoals oorspronkelijk gepresenteerd in1.
  7. De output van de vorige stap is een kaart van specifieke ventilatie. Maak een histogram van de distributie, en bereken de breedte van de specifieke ventilatie verdeling, een maat voor de specifieke ventilatie heterogeniteit, onafhankelijk van getijde volume.

6. combinatie van specifieke ventilatie en dichtheid kaarten om regionale alveolaire ventilatie te berekenen

  1. In aanvulling op SVI, verwerven Long Proton dichtheid beelden21, zoals beschreven in een eerdere studie22 (punten 4,4 en 5,1 in referentie22). Verkrijgen van de Proton dichtheid beelden in dezelfde Long slice (s), op hetzelfde longvolume (FRC, einde van een normale afloop); Stel de resolutie in op 64 x 64, overeenkomend met een Voxel grootte van ~ 6,3 mm x 6,3 mm x 15 mm (~ 0,6 cm3).
  2. Lijn specifieke ventilatie-en Proton dichtheid beelden.
    1. Smooth zowel de specifieke ventilatie en Proton dichtheid beelden met behulp van een Gauss-filter met een kernel grootte van ~ 1 cm3.
    2. Voer rigide registratie (vertaling en rotatie) tussen de kaart van specifieke ventilatie en de kaart van de dichtheid met behulp van een wederzijds informatie-gebaseerd algoritme.
  3. Bereken alveolaire ventilatie van co-geregistreerde specifieke ventilatie en Proton dichtheid gegevens.
    1. Bereken een kaart van (1-dichtheid), die de Fractie van lucht in het bemonsterde volume aan het eind van een normale afloop is, veronderstellend dat de Long uit lucht en weefsel bestaat en dat de dichtheid van het weefsel ~ 1 g/cm3is.
    2. Bereken een regionale ventilatie kaart als het product (1-dichtheid) x SV (natuurlijke eenheden). Vermenigvuldig dit product door het volume van een Voxel (of andere regio van belang) en de ademhaling frequentie (opgelegd, meestal 12 ademhalingen/min), om een kaart van ventilatie te verkrijgen in de meer bekende eenheden van ml/min.
      Opmerking: Voor elk longgebied, SV = ΔV/V0 en (1 – dichtheid) ≈ v0. Zo, het product (1-dichtheid) x SV = regionale ventilatie, uitgedrukt in natuurlijke eenheden.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Enkele slice SVI in een gezond onderwerp
Specifieke ventilatie beeldvorming produceert kwantitatieve kaarten van specifieke ventilatie zoals weergegeven in Figuur 3a, die een enkel segment in de rechter long van een 39-jarige gezonde vrouw verbeeldt. Let op de aanwezigheid van de verwachte verticale gradiënt in specifieke ventilatie; het afhankelijke gedeelte van de Long stelt hogere specifieke ventilatie voor dan het niet-afhankelijke gedeelte van de ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Specifieke ventilatie Imaging maakt kwantitatieve kartering mogelijk van de ruimtelijke spreiding van specifieke ventilatie in de menselijke Long. Alternatieven voor SVI bestaan, maar zijn beperkt in een of andere manier: meerdere adem Wash biedt een maatregel van heterogeniteit, maar mist ruimtelijke informatie23. Alternatieve beeldvormende methoden bloot patiënten aan ioniserende straling (bijv. SPECt, PET, CT, gamma scintigrafie) of zijn niet op grote schaal beschikbaar (hyperpolarized gas Imag...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

Dit werk werd gesteund door het nationale hart, het Instituut van de Long en van het bloed (NHLBI) (toekenning R01 HL-080203, R01 HL-081171, R01 HL-104118 en R01-HL119263) en het nationale ruimte biomedische Onderzoekinstituut (nationale Luchtvaartkunde en ruimtebeleid toelage NCC 9-58). et GEIER werd ondersteund door NHLBI Grant F30 HL127980.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
3D-printed flow bypass system
GezichtsmaskerHans Rudolph7400 serie Oro-nasale masker, verschillende maten
Gas/zuurstofregelaar
Masker hoofdsetHans Rudolph7400 compatibele hoofdset
MatlabMathworksAnalysesoftware ontwikkeld lokaal
Medische zuurstofAir Liquide/LindeZuurstof die aan het onderwerp moet worden afgeleverd
MRIGE healthcare1.5 T GE HDx Excite twin-speed scanner
Kunststof buis¼”, 3/8” en 1/2” buizen en connectoren
PulsoximeterNonin7500 FO (MR-compatibel)
Schakelklep
Torso-spoelGE healthcareHigh gain torso-spoel voor GE-scanner

Referenties

  1. Sá, R. C., et al. Vertical distribution of specific ventilation in normal supine humans measured by oxygen-enhanced proton MRI. Journal of Applied Physiology. 109 (6), 1950-1959 (2010).
  2. Henderson, A. C., et al. The gravitational distribution of ventilation-perfusion ratio is more uniform in prone than supine posture in the normal human lung. Journal of Applied Physiology. 115 (3), 313-324 (2013).
  3. Geier, E. T., Neuhart, I., Theilmann, R. J., Prisk, G. K., Sá, R. C. Spatial persistence of reduced specific ventilation following methacholine challenge in the healthy human lung. Journal of Applied Physiology. 124 (5), 1222-1232 (2018).
  4. Tedjasaputra, V., et al. The heterogeneity of regional specific ventilation is unchanged following heavy exercise in athletes. Journal of Applied Physiology. 115 (1), 126-135 (2013).
  5. Fowler, W. S. Lung Function Studies. III. Uneven Pulmonary Ventilation in Normal Subjects and in Patients with Pulmonary Disease. Journal of Applied Physiology. 2 (6), 283-299 (1949).
  6. Robertson, J. S., Siri, W. E., Jones, H. B. Lung ventilation patterns determined by analysis of nitrogen elimination rates; use of mass spectrometer as a continuous gas analyzer. Journal of Clinical Investigation. 29 (5), 577-590 (1950).
  7. Sá, R. C., Asadi, A. K., Theilmann, R. J., Hopkins, S. R., Prisk, G. K., Darquenne, C. Validating the distribution of specific ventilation in healthy humans measured using proton MR imaging. Journal of Applied Physiology. 116 (8), 1048-1056 (2014).
  8. Musch, G., et al. Topographical distribution of pulmonary perfusion and ventilation, assessed by PET in supine and prone humans. Journal of Applied Physiology. 93 (5), 1841-1851 (2002).
  9. Venegas, J. G., Schroeder, T., Harris, R. S., Winkler, R. T., Melo, M. F. V. The distribution of ventilation during bronchoconstriction is patchy and bimodal: a PET imaging study. Respiratory Physiology & Neurobiology. 148 (1-2), 57-64 (2005).
  10. Orphanidou, D., Hughes, J. M., Myers, M. J., Al-Suhali, A. R., Henderson, B. Tomography of regional ventilation and perfusion using krypton 81m in normal subjects and asthmatic patients. Thorax. 41 (7), 542-551 (1986).
  11. King, G. G., Eberl, S., Salome, C. M., Meikle, S. R., Woolcock, A. J. Airway closure measured by a technegas bolus and SPECT. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 155 (2), 682-688 (1997).
  12. Horn, F. C., Deppe, M. H., Marshall, H., Parra-Robles, J., Wild, J. M. Quantification of regional fractional ventilation in human subjects by measurement of hyperpolarized 3He washout with 2D and 3D MRI. Journal of Applied Physiology. 116 (2), 129-139 (2014).
  13. Hamedani, H., et al. A hybrid multibreath wash-in wash-out lung function quantification scheme in human subjects using hyperpolarized 3 He MRI for simultaneous assessment of specific ventilation, alveolar oxygen tension, oxygen uptake, and air trapping. Magnetic Resonance in Medicine. 78 (2), 611-624 (2017).
  14. Hall, E. T., et al. The effect of supine exercise on the distribution of regional pulmonary blood flow measured using proton MRI. Journal of Applied Physiology. 116 (4), 451-461 (2014).
  15. Henderson, A. C., Sá, R. C., Barash, I. A., Holverda, S., Buxton, R. B., Prisk, G. K. Rapid intravenous infusion of 20mL/kg saline alters the distribution of perfusion in healthy supine humans. Respiratory Physiology & Neurobiology. 180 (2-3), 331-341 (2012).
  16. Arai, T. J., et al. Comparison of quantitative multiple-breath specific ventilation imaging using colocalized 2D oxygen-enhanced MRI and hyperpolarized 3He MRI. Journal of Applied Physiology. 125 (5), 1526-1535 (2018).
  17. Chen, Q., Jakob, P. M., Griswold, M. A., Levin, D. L., Hatabu, H., Edelman, R. R. Oxygen enhanced MR ventilation imaging of the lung. Magma: Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology, and Medicine. 7 (3), 153-161 (1998).
  18. Arai, T. J., Asadi, A. K., Sá, R. C. Deforminator: Projective transformation to register small scale Lung deformation. , Available from: https://github.com/UCSDPulmonaryImaging/Deforminator (2019).
  19. Yang, G., Stewart, C. V., Sofka, M., Tsai, C. -L. Registration of Challenging Image Pairs: Initialization, Estimation, and Decision. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 29 (11), 1973-1989 (2007).
  20. Arai, T. J., Villongco, C. T., Villongco, M. T., Hopkins, S. R., Theilmann, R. J. Affine transformation registers small scale lung deformation. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2012, 5298-5301 (2012).
  21. Theilmann, R. J., et al. Quantitative MRI measurement of lung density must account for the change in T(2) (*) with lung inflation. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 30 (2), 527-534 (2009).
  22. Arai, T. J., et al. Magnetic Resonance Imaging Quantification of Pulmonary Perfusion using Calibrated Arterial Spin Labeling. Journal of Visualized Experiments. 51 (51), e2712(2011).
  23. Lewis, S. M., Evans, J. W., Jalowayski, A. A. Continuous Distributions of Specific Ventilation Recovered From Inert-Gas Washout. Journal of Applied Physiology. 44 (3), 416-423 (1978).
  24. Cook, F. R., Geier, E. T., Asadi, A. K., Sá, R. C., Prisk, G. K. Rapid Prototyping of Inspired Gas Delivery System for Pulmonary MRI Research. 3D Printing and Additive Manufacturing. 2 (4), 196-203 (2015).
  25. Zapol, W. M., et al. Pulmonary Delivery of Therapeutic and Diagnostic Gases. Journal of Aerosol Medicine and Pulmonary Drug Delivery. 31 (2), 78-87 (2018).
  26. Kang, W., et al. In silico modeling of oxygen-enhanced MRI of specific ventilation. Physiological Reports. 6 (7), e13659(2018).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Tags

Specifieke ventilatiebeeldvormingzuurstofcontrastmiddelmapping van longventilatieT1-gewogen beeldvorminginversieherstelsequentiefunctionele residuele capaciteitmultiple breath washoutanalyse van ventilatieheterogeniteitMRI-veiligheidsscreening
Kwantitatieve mapping van specifieke ventilatie in de menselijke Long met behulp van Proton Magnetic Resonance Imaging en zuurstof als een contrast middel
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.