Method Article

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

DOI:

10.3791/59579

June 5th, 2019

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Introduction

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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 ha....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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 .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
3D-printed flow bypass system
Face maskHans Rudolph7400 series Oro-nasal mask, different sizes
Gas/oxygen regulator
Mask head setHans Rudolph7400 compatible head set
MatlabMathworksanalysis software developed locally
Medical oxygenAir Liquide/LindeOxygen to be delivered to the subject
MRIGE healthcare1.5 T GE HDx Excite twin-speed scanner
Plastic tubing¼”, 3/8” and 1/2” tubing and connectors
Pulse oximeterNonin7500 FO (MR compatible)
Switch valve
Torso coilGE healthcareHigh gain torso coil for GE scanner

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Specific Ventilation ImagingProton Magnetic Resonance ImagingOxygen Contrast AgentLung Ventilation MappingT1 weighted ImagingInversion Recovery SequenceFunctional Residual CapacityMultiple Breath WashoutVentilation Heterogeneity AnalysisMRI Safety Screening

Related Articles