Opisano metodę obrazowania MR służącą do badania rozkładu przepływu krwi płucnej w różnych warunkach fizjologicznych, w tym przypadku przy ekspozycji na trzy różne stężenia tlenu w powietrzu wdychanym: hipoksję, normoksję i hiperoksję. Technika ta wykorzystuje metody badawcze fizjologii płuc człowieka w środowisku skanowania MR.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ilościowe określanie perfuzji płucsnej w obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego z wykorzystaniem skalibrowanego znakowania spinowego tętnic
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Niniejsza procedura prezentuje metodę obrazowania MR służącą do pomiaru przestrzennego rozkładu przepływu krwi płucnej u zdrowych ochotników w warunkach normoksji (inspirowane O2, frakcja (FIO2) = 0.21), hipoksji (FIO2 = 0.125) oraz hiperoksji (FIO2 = 1.00). Dodatkowo monitorowane są reakcje fizjologiczne badanego w środowisku skanera MR. Obrazy MR uzyskano za pomocą skanera GE MRI 1.5 T podczas bezdechu z przekroju strzałkowego prawego płuca przy funkcjonalnej pojemności resztkowej. Do pomiaru przestrzennego rozkładu przepływu krwi płucnej 1,2 wykorzystano sekwencję etykietowania spinu tętniczego (ASL-FAIRER), a do ilościowej oceny regionalnej gęstości protonów (tj. H2O) zastosowano sekwencję wieloechową szybkiego echa gradientowego (mGRE) 3, co umożliwiło wyznaczenie znormalizowanej względem gęstości perfuzji dla każdego woksela (mililitry krwi na minutę na gram tkanki płucnej).
Za pomocą pneumatycznego zaworu przełączającego oraz maski twarzowej wyposażonej w dwudrożny zawór niepowrotny, do badanego w skanerze MR wprowadzano przez rurki z gazem wdechowym różne stężenia tlenu. Wóz metaboliczny zbierał gazy wydychane poprzez rurkę wydechową. Mierzono stężenia O2 i CO2 w powietrzu wydychanym, zużycie tlenu, produkcję dwutlenku węgla, współczynnik wymiany oddechowej, częstotliwość oddychania oraz objętość oddechową. Częstotliwość akcji serca i saturację tlenową monitorowano za pomocą pulsoksymetrii. Dane uzyskane od zdrowego badanego wykazały, zgodnie z oczekiwaniami, że częstość akcji serca była wyższa w warunkach hipoksji (60 bpm) niż podczas normoksji (51) lub hiperoksji (50), a tętnicza saturacja tlenem (SpO2) podczas hipoksji spadła do 86%. Średnia wentylacja wynosiła 8,31 L/min BTPS podczas hipoksji, 7,04 L/min podczas normoksji i 6,64 L/min podczas hiperoksji. Objętość oddechowa wynosiła 0,76 L podczas hipoksji, 0,69 L podczas normoksji i 0,67 L podczas hiperoksji.
Reprezentatywne ilościowe dane ASL wykazały, że średnia gęstość unormowanej perfuzji wynosiła odpowiednio 8,86 ml/min/g podczas hipoksji, 8,26 ml/min/g podczas normoksji i 8,46 ml/min/g podczas hiperoksji. U tego badanego dyspersja względna4, będąca wskaźnikiem globalnej heterogeniczności, była zwiększona w hipoksji (1,07 podczas hipoksji, 0,85 podczas normoksji i 0,87 podczas hiperoksji), natomiast wymiar fraktalny (Ds), inny wskaźnik heterogeniczności odzwierciedlający strukturę rozgałęzień naczyniowych, nie uległ zmianie (1,24 podczas hipoksji, 1,26 podczas normoksji i 1,26 podczas hiperoksji).
Przegląd. Niniejszy protokół zaprezentuje sposób pozyskiwania danych do nieinwazyjnego pomiaru rozkładu perfuzji płucnej w warunkach normoksji, hipoksji i hiperoksji przy użyciu techniki obrazowania rezonansem magnetycznym znanej jako znakowanie spinowe tętnic (ASL).
Uzasadnienie: Pomiar przepływu krwi w płucach oraz gęstości protonów w płucach z wykorzystaniem techniki MR pozwala na uzyskanie obrazów o wysokiej rozdzielczości przestrzennej, które mogą być poddane kwantyfikacji, a także umożliwia wykonywanie powtórnych pomiarów w wielu różnych warunkach fizjologicznych. W badaniach na ludziach jako techniki alternatywne powszechnie stosuje się PET, SPECT i CT. Techniki te wiążą się jednak z ekspozycją na promieniowanie jonizujące, przez co nie nadają się do wielokrotnych pomiarów u ludzi.
Protokół
1. Rekrutacja uczestników
- Populacja badanych
- Uczestnicy są rekrutowani poprzez ogłoszenia, aby spełnić określone wymagania demograficzne niezbędne dla badania.
- Podmiotem w tym konkretnym badaniu jest zdrowy niepalący w wieku od 19 do 45 lat, bez historii chorób serca lub płuc.
- Świadoma zgoda
- Badanie to zostało zatwierdzone przez Program Ochrony Badań nad Ludźmi na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego.
- Uczestnik zostaje poinformowany o potencjalnych ryzykach związanych z badaniem, np. o ekspozycji na pole magnetyczne (MRI) oraz o oddychaniu gazem hipoksycznym i hiperoksycznym.
Jeśli uczestniczka jest kobietą w wieku rozrodczym, przed rozpoczęciem badania pobierana jest próbka moczu w celu wykluczenia ciąży. Chociaż ekspozycja na pola magnetyczne jest niezwykle mało prawdopodobna jako czynnik szkodliwy dla rozwijającego się płodu, dokładne potencjalne ryzyko nie jest znane. Ponadto hipoksja może stanowić ryzyko dla płodu. Z tych powodów kobiety w ciąży są wykluczane z badania.
- Przesiewowa ocena bezpieczeństwa MR
Wszyscy nasi uczestnicy muszą wypełnić kwestionariusz dotyczący przedmiotów, które stanowiłyby przeciwwskazanie do badania rezonansem magnetycznym. W przypadku stwierdzenia przeciwwskazania uczestnik zostaje wykluczony z badania.
2. Przygotowanie
- Badanie fizykalne
- Przeprowadzany jest wywiad z badanym na temat stanu zdrowia i nawyków, a następnie lekarz z odpowiednimi uprawnieniami wykonuje krótkie badanie fizykalne.
- Mierzy się również wzrost i wagę badanego. Wartości te służą do oszacowania przewidywanych wyników testu funkcji płuc oraz swoistej aktywności absorpcyjnej (SAR). Oszacowanie SAR jest istotne, ponieważ istnieje ryzyko nagrzania tkanek badanego pod wpływem energii częstotliwości radiowej (RF) niezbędnej do uzyskania obrazów MR.
- Test funkcji płuc
Objętości płuc mierzy się za pomocą spirometrii w pozycji pionowej. Badany wykonuje test funkcji płuc, wydmuchując powietrze do przenośnego spirometru (EasyOne Spirometer, Medical Technologies Andover). Stosuje się klips do nosa, aby zapewnić wydmuchanie całego powietrza przez usta. Dane spirometryczne pozyskuje się w trzech powtórzeniach, aby zapewnić wiarygodność wyników. Jakość testu funkcji płuc musi spełniać kryteria American Thoracic Society / European Respiratory Society5.
3. Przeprowadzenie badania rezonansem magnetycznym
- Sesja treningowa w celu uzyskania powtarzalnej funkcjonalnej pojemności resztkowej (FRC) płuc podczas wstrzymania oddechu.
Obrazy płuc są pozyskiwane, gdy płuca znajdują się w objętości FRC. Jest to łatwo osiągalna objętość płuc, która poprawia stosunek sygnału do szumu w obrazie poprzez zwiększenie gęstości protonów. Badani są szkoleni w celu komfortowego odtwarzania tej objętości płuc. Jeśli badany uczestniczy w jednym z naszych badań po raz pierwszy, sesja treningowa odbywa się przed wprowadzeniem go do skanera MR. Ponieważ skaner wydaje dźwięki podczas akwizycji, badanemu odtwarzane jest nagranie dźwiękowe z procesu pozyskiwania obrazu, a on sam otrzymuje instrukcje podczas ćwiczenia synchronizacji oddechu z nagraniem dźwiękowym. - Konfiguracja układu oddechowego
- Konfiguracja inspiracyjna
Rurka inspiracyjna jest połączona z gazowymi workami z Mylaru, które zawierają gazy hiperoksyczne i hipoksyczne lub powietrze normoksyczne; są one podawane za pomocą zaworu przełączającego (zawór typu Single-Piston Sliding-Type™ i kontroler 4285A, Hans Rudolph). Sprawdza się prawidłowe działanie zaworu.
Worki gazowe, które podają gazy wziewne badanemu, znajdują się w pomieszczeniu ze skanerem i są połączone z butlami z gazami o różnych stężeniach tlenu w pomieszczeniu z konsolą MR. Badacz dodaje gaz do worka poprzez manipulację regulatorami butli gazowych.
Badacz musi monitorować worek przez okno pomieszczenia z konsolą, aby upewnić się, że objętość gazu jest wystarczająca, tak aby badany miał dość gazu do normalnego wdechu. FIO2 gazów hiperoksycznych i hipoksycznych wynosi odpowiednio 1.0 i 0.125. W przypadku gazu normoksycznego stosuje się powietrze pokojowe. - Konfiguracja ekspiracyjna
Rurka oddechowa ekspiracyjna jest wystarczająco długa, aby połączyć badanego w skanerze MR za pomocą przejścia z wózkiem metabolicznym (TrueOne 240, ParvoMedics) w pomieszczeniu z konsolą MR.
Wózek metaboliczny mierzy objętość wydychanego powietrza oraz stężenia mieszanego O2 i CO2 w powietrzu wydychanym. Na podstawie tych parametrów oblicza on również różne objętości oddechowe, takie jak objętość oddechowa, pobór tlenu (V. O2), produkcję dwutlenku węgla (V. CO2) oraz iloraz oddechowy.
Przed każdym badaniem konieczna jest kalibracja czujników O2 i CO2 oraz przepływomierza. Badacz kalibruje system wózka metabolicznego, postępując zgodnie z wbudowanymi instrukcjami w oprogramowaniu operacyjnym wózka metabolicznego. Czujniki O2 i CO2 są regulowane poprzez kalibrację dwupunktową między gazem kalibracyjnym (FO2 = 0.16 i FCO2 = 0.04) a powietrzem pokojowym (FO2 = 0.2098 i FCO2 = 0.0). Przepływomierz jest kalibrowany przy użyciu standardowej strzykawki o pojemności 3 litrów. Badacz wpompowuje 3-litrowe objętości powietrza (w temperaturze pokojowej i ciśnieniu barometrycznym) do wózka metabolicznego przez ekspiracyjną rurkę oddechową wyposażoną w dwudrożny zawór niepowrotny Hans Rudolph, który jest identyczny z zaworem przymocowanym do maski badanego. Aby uwzględnić różne prędkości przepływu oddechu, kalibrację tę wykonuje się co najmniej pięć razy przy przepływach szczytowych od 50 L/min ATPS do 80 L/min dla pomiarów spoczynkowych. Oblicza się objętość w rurkach i ustniku, co w połączeniu z danymi oddechowymi badanego pozwala na korektę czasu opóźnienia spowodowanego długością rurki ekspiracyjnej. - Maska
Badanemu dopasowuje się maskę silikonową sterylizowaną na zimno (7400 series Oro-Nasal Mask, Hans Rudolph), aby umożliwić podawanie różnych mieszanek gazowych oraz pozyskiwanie danych metabolicznych i wentylacyjnych podczas całej sesji obrazowania (rozmiary: petite, small, medium, large i extra large). Większości dorosłych badanych dopasowuje się maski w rozmiarze small, medium lub large.
Maskę wyposażoną w wysterylizowany zawór niepowrotny (konfiguracja Two-way non-rebreathing valve T-Shape™, 260 Medium, 270 Large, Hans Rudolph) mocuje się na twarzy badanego za pomocą siateczki i sprawdza pod kątem nieszczelności. Następnie podłącza się rurki inspiracyjną i ekspiracyjną.
- Konfiguracja inspiracyjna
- Konfiguracja MR
- Badany leży na plecach, stopami skierowanymi w stronę otworu skanera, na wysuwanym stole, który wjeżdża do skanera rezonansu magnetycznego.
- Do maksymalizacji komfortu badanego stosuje się poduszki i gąbki. Na palcu badanego umieszcza się pulsoksymetr (750 FO, Nonin) w celu monitorowania saturacji tlenem i tętna, co jest szczególnie ważne, gdy badany jest narażony na hipoksję.
- Na klatce piersiowej badanego umieszcza się elektrodę EKG. Pozwala to na synchronizację sekwencji MR z etykietowaniem spinu tętniczego (ASL) z kompleksem QRS.
- Po założeniu maski badany nie może łatwo komunikować się z personelem badawczym. W dłoni badanego umieszcza się piłeczkę do ściskania, którą mocuje się taśmą. Pozwala to badanemu w dowolnym momencie powiadomić badaczy o potrzebie pomocy.
- Badanemu przekazuje się zatyczki do uszu, aby chronić go przed hałasem generowanym przez skaner.
- Na klatce piersiowej badanego umieszcza się trzy fantomy MR. Fantomy służą do ilościowego określania sygnału MR podczas postprocessingu i zostały wcześniej scharakteryzowane.
- Nad fantomami na klatce piersiowej badanego umieszcza się cewkę tułowia. Cewka tułowia służy do zwiększenia stosunku sygnału do szumu obrazu MR w porównaniu z cewką powierzchniową poprzez zmniejszenie fizycznej odległości między odbiornikiem a badanym. Na koniec badanego przykrywa się kocem, aby zapewnić mu komfort.
4. Skanowanie MR
- Przed skanowaniem
- Badanego prosi się o położenie się stopami w stronę stołu do skanowania MRI. Następnie stół przesuwa badanego do centrum otworu skanera MRI.
- Operator skanera często rozmawia z badanym, aby upewnić się, że osoba ta czuje się komfortowo oraz aby przypomnieć jej o konieczności ściśnięcia gruszki alarmowej w razie potrzeby uzyskania pomocy.
- Badacze monitorują EKG, O2 nasycenie, objętość tidalna, V. O22 oraz V. CO2Pierwsze kilka minut monitorowania jest szczególnie istotne dla zapewnienia wysokiej jakości danych; jeśli wartości te nie mieszczą się w oczekiwanym zakresie, należy powtórzyć kalibrację oraz sprawdzić maskę i przewody pod kątem nieszczelności.
- Sekwencje badania obrazowego
- W pierwszej kolejności wykonuje się sekwencję lokalizacyjną w celu uzyskania obrazów anatomicznych pozwalających na wyznaczenie położenia warstwy obrazowania w obrębie tułowia.
- Wybierany jest przekrój w płaszczyźnie strzałkowej z fragmentu prawego płuca, w którym odległość przednio-tylna jest największa. Grubość przekroju wynosi zazwyczaj 15 mm, a pole widzenia to 40 cm x 40 cm.
- Etykietowanie spinowe tętnic (Arterial spin labeling)
W celu uzyskania danych o perfuzji regionalnej zastosowano metodę etykietowania spinu tętniczego – sekwencję przepływowo-czułego naprzemiennego odzyskiwania inwersyjnego z dodatkowym impulsem RF (ASL-FAIRER) z wykorzystaniem schematu obrazowania turbo spin-echo w pojedynczym przejściu z połowiczym nabywaniem danych Fouriera (HASTE). 1,2.- Badany usłyszy serię par dźwięków: „bang-bang”, gdzie pierwszy sygnał oznacza znacznik magnetyczny, a drugi akwizycję obrazu. Pierwszy dźwięk jest krótszy od drugiego; różnica ta jest zauważalna. Pomiędzy tymi parami dźwięków badany musi wykonać jeden pełny cykl oddechowy (wdech i wydech) przed kolejną parą. W czasie emitowania par dźwięków badany musi wstrzymać oddech na poziomie FRC (pojemności funkcjonalnej resztkowej).
- Badany wykonuje próbne akwizycje obrazów, podczas których ćwiczy sposób oddychania, z którym zapoznano go przed wprowadzeniem do skanera (opisano powyżej).
- Operator MR ocenia jakość obrazów płuc na podstawie ruchu przepony. Jeśli ruch jest minimalny, rozpoczynane są pomiary ASL. Badacze monitorują objętość oddechową. Przybliżona docelowa objętość oddechowa wynosi 50–70 ml, co jest zgodne z normalną wentylacją z dodatkową przestrzenią martwą wynikającą z obecności zaworu.
- Podstawowa zasada ilościowego pomiaru perfuzji płuc została szczegółowo opisana w odniesieniach 1 i 2. W tej sekwencji MR pozyskiwane są dwa różne obrazy z synchronizacją z cyklem pracy serca, przedzielone 5-sekundowym odstępem. Czas między impulsem tagującym a akwizycją obrazu (tj. między pierwszym a drugim sygnałem dźwiękowym) został ustawiony na 80% odstępu R-R, aby umożliwić rejestrację jednego skurczowego wyrzutu krwi. Sygnał z krwi jest przygotowywany na dwa różne sposoby. Na jednym obrazie magnetyzacja podłużna krwi oraz tkanek wewnątrz i na zewnątrz warstwy obrazowania zostaje odwrócona, co skutkuje bardzo niskim sygnałem zarówno z krwi, jak i z tkanek. Na drugim obrazie inwersja jest stosowana tylko do obrazowanej warstwy, w wyniku czego napływ krwi z obszaru poza warstwą obrazowania do jej wnętrza wykazuje silny sygnał MR. Po odjęciu obu obrazów od siebie, co eliminuje sygnał stacjonarny, wynikiem jest ilościowa mapa krwi dostarczonej do warstwy obrazowania w ciągu jednego okresu skurczowego wyrzutu. Rozdzielczość wynosi 256 x 128 pikseli; zatem rozmiar woksela to ok. 1,5 x ok. 3,1 x 15 mm (ok. 0,07 cm³).3).
- Gęstość protonowa płuc
Oprócz obrazów ASL wykorzystujemy również sekwencję wieloechowego szybkiego gradientowego echa (mGRE) do pomiaru gęstości protonów w płucach 3Pozwala to na wyrażenie pomiarów perfuzji w mL/min/g i uwzględnia deformację tkanki płucnej w obrębie klatki piersiowej6Sekwencję tę wykonuje się dwukrotnie: raz dla cewki tułowia i raz dla cewki całego ciała.- Podczas tej akwizycji obrazu gęstości protonowej badany będzie słyszał ciągły szum, który będzie trwał przez około 10 sekund. W tym czasie badany musi wstrzymać oddech i pozostać w pozie funkcjonalnej pojemności płuc (FRC).
Podstawowa zasada ilościowego określania gęstości protonowej płuc została opisana w odniesieniu 3. Rozdzielczość wynosi 64 x 64 piksele, zatem rozmiar woksela to ok. 6,3 x ok. 6,3 x 15 mm (ok. 0,59 cm³).3).
- Podczas tej akwizycji obrazu gęstości protonowej badany będzie słyszał ciągły szum, który będzie trwał przez około 10 sekund. W tym czasie badany musi wstrzymać oddech i pozostać w pozie funkcjonalnej pojemności płuc (FRC).
- Zmiana gazów inspiracyjnych
- W niniejszym badaniu gazy z FIO2 = 0,21 (normoksja/powietrze pokojowe), FIO2 = 0,125 (hipoksja) oraz FIO2 = 1,0 (hiperoksja) są przedstawione w kolejności zbalansowanej pomiędzy badanymi, choć mogą one być zmieniane według uznania, zgodnie z celami badawczymi
- Po osiągnięciu przez badanego stanu stacjonarnego dla określonego warunku (ok. 20 minut dla konkretnego gazu) 7wykonuje się pomiary perfuzji oraz gęstości protonów za pomocą MR. W tym przypadku wybrano 20-minutowy okres ekspozycji na gaz przed obrazowaniem, ponieważ choć inicjacja odpowiedzi w postaci hipoksycznego skurczu naczyń płucnych następuje w ciągu sekund, odpowiedź na hipoksję pęcherzykową nie osiąga maksymalnego poziomu aż do około 20 minuty. 8zgodnie z celem niniejszego badania.
5. Przetwarzanie końcowe
Obróbka danych jest wykonywana przy użyciu specjalistycznego oprogramowania opracowanego w środowisku programistycznym MATLAB.
- Korekcja niejednorodności cewki
Wykorzystując sparowane obrazy mGRE z jednorodnej cewki nadbrzusznej oraz niejednorodnej cewki tułowia (rozdział 4.1), wszystkie obrazy przepływu krwi i gęstości protonowej są korygowane pod kątem niejednorodności cewki indywidualnie dla każdego badanego 6. Metoda ta została opisana w referencjach 6 i 9. - Perfuzja znormalizowana względem gęstości
- Po skorygowaniu odjętego obrazu ASL pod kątem niejednorodności cewki, regionalny przepływ krwi płucnej jest ilościowany w mililitrach (krwi) na minutę na centymetr sześcienny (woksela).
- Perfuzję znormalizowaną względem gęstości, wyrażoną w jednostkach mililitrów (krwi) na minutę na gram wody, oblicza się poprzez podzielenie obrazu ASL przez obraz gęstości protonowej, co daje wartość perfuzji w mililitrach na minutę na gram płuca (tkanka + krew).
- Do rejestracji obrazów ASL i gęstości protonowej wykorzystuje się technikę opartą na wzajemnej informacji, obejmującą translację i rotację, a obraz perfuzji ASL jest dzielony przez obraz gęstości protonowej uzyskany cewką tułowia w skali woksel po wokselu 6,9. Metoda ta jest również opisana w referencjach 6 i 9.
- Analiza danych
Dla każdego obrazu pozyskanego zgodnie z powyższym opisem (gęstość protonowa płuc oraz perfuzja znormalizowana względem gęstości), dane są analizowane w następujący sposób:- Dla każdego obrazu obliczana jest średnia perfuzja znormalizowana względem gęstości.
- Obliczane są trzy różne wskaźniki heterogeniczności perfuzji. Są to: 1) dyspersja względna4,10,1, znana również jako współczynnik zmienności, będąca globalną miarą heterogeniczności zdefiniowaną jako stosunek odchylenia standardowego do średniej perfuzji, gdzie większa dyspersja względna oznacza bardziej heterogeniczny rozkład perfuzji; 2) wymiar fraktalny (Ds) 7, wskaźnik heterogeniczności przestrzennej niezależny od skali, którego wartość waha się między 1,0 (homogeniczny) a 1,5 (przestrzenień losowa); oraz 3) geometryczne odchylenie standardowe, będące również globalną miarą heterogeniczności, lecz oparte na rozkładzie log-normalnym 2.
6. Reprezentatywne wyniki
Dane fizjologiczne przedstawiono w Tabeli 1. Podczas hipoksji odnotowano wzrost częstości akcji serca oraz spadek saturacji. Wentylacja wynosiła 8,31 L/min BTPS podczas hipoksji, 7,04 L/min podczas normoksji i 6,64 L/min podczas hiperoksji. Objętość oddechowa wynosiła 0,72 L podczas hipoksji, 0,69 L podczas normoksji i 0,67 L podczas hiperoksji. Ekspozycja na hipoksję zwiększa zarówno wentylację, jak i objętość oddechową, podczas gdy hiperoksja zmniejsza wentylację oraz objętość oddechową.
Na rysunku 1 przedstawiono trzy obrazy perfuzji z normalizacją gęstości, zebrane przy trzech różnych stężeniach tlenu podczas wdechu (hipoksja: 0.125, normoksja: 0.21 oraz hiperoksja: 1.0), uzyskane od jednego badanego (mężczyzna, 30 lat). Wyniki analizy danych dotyczącej heterogeniczności perfuzji podano w tabeli 2. Widać, że hipoksja zwiększyła względną dyspersję, natomiast pozostałe wskaźniki pozostały w dużej mierze niezmienione.
Rysunek 2 przedstawia wpływ stężeń tlenu w powietrzu wdechowym na pionowy rozkład perfuzji znormalizowanej do gęstości, uśrednionej co 1 cm poniżej wysokości 10 cm od najbardziej zależnej części płuca oraz powyżej 10 cm. Wszystkie punkty danych powyżej 10 cm zostały uśrednione i przedstawione jako jeden punkt danych.
| Hipoksja | Normoksja | Hiperoksja | |
| Częstość akcji serca (bpm) | 60 | 51 | 50 |
| SpO22 | 86 | 99 | 100 |
| VE BTPS (l/min) | 8.31 | 7.04 | 6.64 |
| Vt BTPS (L) | 0.76 | 0.69 | 0.67 |
| FEO2 (%) | 8.85 | 17.27 | - |
| FETlenek węgla2 (%) | 3.41 | 3.60 | 3.20 |
| Lektor2 STPD (L/min) | 0.25 | 0.22 | -* |
| VCO2 STPD (L/min) | 0.23 | 0.21 | 0.18 |
Tabela 1. Dane fizjologiczne podczas sesji skanowania.
* Gdy badanym podawany jest 10% tlen, VO2 nie może być łatwo zmierzone (szczegóły w 12).
| Hipotoksja | Normoksja | Hiperoksja | |
| Dyspersja względna | 1.07 | 0.85 | 0.87 |
| Wymiar fraktalny | 1.24 | 1.26 | 1.26 |
| Geometryczne odchylenie standardowe | 2.41 | 2.11 | 2.38 |
Tabela 2. Trzy wskaźniki heterogeniczności perfuzji płucnej.
Rysunek 1. Wpływ trzech różnych stężeń tlenu w powietrzu wdechowym na perfuzję znormalizowaną względem gęstości. 1.1: hipoksja (0,125), 1.2: normoksja (0,21), 1.3: hiperoksja (1,0). Skala wynosi 3 cm (biała linia ciągła). A: kierunek przedni, P: tylny, I: dolny i S: górny.
Rysunek 2. Wpływ trzech różnych stężeń tlenu w mieszaninie oddechowej na pionowy rozkład perfuzji znormalizowanej względem gęstości. Perfuzja znormalizowana względem gęstości jest uśredniana w przedziałach 1 cm w tej samej płaszczyźnie grawitacyjnej, zaczynając od 0 cm w części najbardziej zależnej płuca, aż do części najbardziej niezależnej. Wszystkie punkty danych powyżej 10 cm są uśredniane i przedstawione jako jeden punkt danych.
Słupki błędów reprezentują odchylenie standardowe wartości gęstości znormalizowanej perfuzji w danej płaszczyźnie. Dane dla warunków hipoksji zaznaczono kolorem czerwonym, dla normoksji kolorem niebieskim, a dla hiperoksji kolorem zielonym.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Ta metoda umożliwia pomiar wpływu stężenia tlenu w powietrzu wdychanym na przestrzenny rozkład przepływu krwi płucnej z wykorzystaniem podstawowych technik fizjologicznych w środowisku obrazowania MR. Zastosowanie technik fizjologicznych w połączeniu z ilościowym obrazowaniem protonowym płuc jest stosunkowo łatwe do wdrożenia.
Aby zapewnić wysoką jakość testu, najważniejszym krokiem jest przeszkolenie badanego w zakresie wstrzymywania oddechu przy odpowiedniej objętości płuc oraz w synchroniza...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Nie zgłoszono konfliktów interesów.
Podziękowania
Wspierane przez NIH HL081171, NIH HL080203
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| MRI (rezonans magnetyczny) | GE Healthcare | skaner 1,5 T GE HDx EXICITE twinspeed | |
| Wózek metaboliczny | ParvoMedics | TrueOne 2400 | |
| Pulsoksymetr | Nonin | 7500 FO | |
| Spirometr | Medical Technologies Andover | Spirometr diagnostyczny EasyOne | |
| Maska | Hans Rudolph | Maska oro-nosowa z serii 7400, rozmiar mały, średni i duży | |
| Zawór | Hans Rudolph | Dwudrożne zawory niezwrotne w konfiguracji T, 2600 średnie, 2700 duże | |
| Zestaw słuchawkowy | Hans Rudolph | Czepek (rozmiar dla dorosłych), pasek &klipsy blokujące. | |
| Pneumatyczny zawór rozdzielacz i sterownik | Hans Rudolph | Jednotłokowy zawór przesuwny i kontroler 4285A | |
| Worek do zbierania gazów niedyfuzyjnych | Hans Rudolph | 6100 (100 litrów). | |
| Probówka | VacuMed | Przewody Clean-Bor 108”, 1-3/8” złączki OD | |
| Fantomy | Mentor | Implant piersi okrągły, 250 cm³ | |
| MATLAB | Mathworks |
Bibliografia
- Bolar, D. S. Quantification of regional pulmonary blood flow using ASL-FAIRER. Magn Reson Med. 55, 1308-1317 (2006).
- Henderson, A. C., Prisk, G. K., Levin, D. L., Hopkins, S. R., Buxton, R. B. Characterizing pulmonary blood flow distribution measured using arterial spin labeling. NMR Biomed. 22, 1025-1035 (2009).
- Theilmann, R. J. Quantitative MRI measurement of lung density must account for the change in T(2) (*) with lung inflation. J Magn Reson Imaging. 30, 527-534 (2009).
- Hopkins, S. R., Garg, J., Bolar, D. S., Balouch, J., Levin, D. L. Pulmonary blood flow heterogeneity during hypoxia and high-altitude pulmonary edema. Am J Respir Crit Care Med. 171, 83-87 (2005).
- Miller, M. R. Standardisation of spirometry. Eur Respir J. 26, 319-338 (2005).
- Hopkins, S. R. Vertical gradients in regional lung density and perfusion in the supine human lung: the Slinky effect. J Appl Physiol. 103, 240-248 (2007).
- Arai, T. J. Hypoxic pulmonary vasoconstriction does not contribute to pulmonary blood flow heterogeneity in normoxia in normal supine humans. J Appl Physiol. 106, 1057-1064 (2009).
- Dawson, C. A. Role of pulmonary vasomotion in physiology of the lung. Physiol Rev. 64, 544-616 (1984).
- Prisk, G. K. Pulmonary perfusion in the prone and supine postures in the normal human lung. J Appl Physiol. 103, 883-894 (2007).
- Henderson, A. C. Steep head-down tilt has persisting effects on the distribution of pulmonary blood flow. J Appl Physiol. 101, 583-589 (2006).
- Levin, D. L. Effects of age on pulmonary perfusion heterogeneity measured by magnetic resonance imaging. J Appl Physiol. 102, 2064-2070 (2007).
- Wasserman, K. H., Sue, D., Casaburi, R., Whipp, B. Calculations, Fomulae, and Examples (Appendix C). Principles of Exercise Testing and Interpretation. , Lippincott Williams & Wilkins. Baltimore. (1999).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
