Method Article

Mapowanie ilościowe specyficznej wentylacji w płucach człowieka przy użyciu obrazowania metodą protonowego rezonansu magnetycznego i tlenu jako środka kontrastowego

DOI:

10.3791/59579

June 5th, 2019

In This Article

Summary

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

Specyficzne obrazowanie wentylacji to funkcjonalna technika rezonansu magnetycznego, która pozwala na ilościowe określenie regionalnej specyficznej wentylacji w ludzkich płucach, przy użyciu wdychanego tlenu jako środka kontrastowego. W tym miejscu przedstawiamy protokół zbierania i analizy określonych danych obrazowania wentylacji.

Abstract

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

Obrazowanie wentylacji specyficznej (SVI) to funkcjonalna technika obrazowania metodą rezonansu magnetycznego zdolna do ilościowego określenia specyficznej wentylacji ― stosunku świeżego gazu wchodzącego do obszaru płuc podzielonego przez objętość końcowo-wydechową regionu ― w płucach ludzkich, przy użyciu tylko wdychanego tlenu jako środka kontrastowego. Regionalna kwantyfikacja specyficznej wentylacji może potencjalnie pomóc w identyfikacji obszarów patologicznej czynności płuc. Tlen w roztworze w tkance skraca czas wzdłużnego relaksu tkanki (T1), a zatem zmiana natlenienia tkanek może być wykryta jako zmiana sygnału zależnego odT1 z uzyskanym obrazem odzyskiwania inwersji. Po nagłej zmianie między dwoma stężeniami wdychanego tlenu, szybkość, z jaką tkanka płucna w wokselu równoważy się do nowego stanu ustalonego, odzwierciedla szybkość, z jaką gaz rezydentny jest zastępowany gazem wdychanym. Szybkość ta zależy od specyficznej wentylacji. Aby wywołać tę nagłą zmianę w natlenieniu, badani na przemian oddychają 20-oddechowymi blokami powietrza (21% tlenu) i 100% tlenu podczas pobytu w skanerze MRI. Stopniowa zmiana wdychanej frakcji tlenu jest osiągana dzięki zastosowaniu niestandardowego, wydrukowanego w 3D trójwymiarowego (3D) systemu obejścia przepływu z ręcznym przełącznikiem podczas krótkiego wstrzymania oddechu na końcu wydechu. Aby wykryć odpowiednią zmianę w T1, zastosowano globalny impuls inwersyjny, po którym następuje pojedynczy strzał szybkiej sekwencji echa spinowego, w celu uzyskania dwuwymiarowych obrazów T1 w skanerze MRI 1,5 T, przy użyciu ośmioelementowej cewki tułowia. Możliwe jest zarówno obrazowanie jednowarstwowe, jak i wielowarstwowe, o nieco innych parametrach obrazowania. Kwantyfikacja specyficznej wentylacji uzyskuje się poprzez skorelowanie przebiegu czasowego intensywności sygnału dla każdego woksela płucnego z biblioteką symulowanych reakcji na bodziec powietrze/tlen. Oszacowania SVI dotyczące niejednorodności wentylacji specyficznej zostały zweryfikowane w odniesieniu do wielokrotnego wypłukiwania z oddechu i udowodniono, że dokładnie określają niejednorodność specyficznego rozkładu wentylacji.

Introduction

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

Ogólnym celem obrazowania specyficznej wentylacji (SVI) ― techniki rezonansu magnetycznego protonów (MRI), która wykorzystuje tlen jako środek kontrastowy1 ― jest ilościowe odwzorowanie specyficznej wentylacji w płucach ludzkich. Wentylacja specyficzna to stosunek świeżego gazu dostarczonego do obszaru płuc w jednym oddechu podzielony przez końcową objętość wydechową tego samego obszaru płuc1. W połączeniu z pomiarami lokalnej gęstości płuc, specyficzna wentylacja może być wykorzystana do obliczenia wentylacji regionalnej2. Pomiary wentylacji miejscowej i niejednorodności wentylacji, które są dost....

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

Protocol

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

Program Ochrony Badań Naukowych Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego zatwierdził ten protokół.

1. Temat Bezpieczeństwo i szkolenie

  1. Uzyskaj pisemną, świadomą zgodę od uczestnika. Opisz potencjalne zagrożenia związane z narażeniem na szybko zmieniające się pola magnetyczne oraz potencjalny dyskomfort związany z używaniem maski na twarz i oddychaniem suchym gazem.
  2. Upewnij się, że pacjent może bezpiecznie poddać się badaniu MR, korzystając z lokalnie zatwierdzonego kwestionariusza przesiewowego bezpieczeństwa MRI.
  3. Jeśli pacjentka jest kobietą w wieku rozrodczym i nie ma pewności co do swojego statusu ciążowe....

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

Results

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

Pojedynczy plasterek SVI u zdrowego podmiotu
Obrazowanie wentylacji specyficznej tworzy ilościowe mapy wentylacji specyficznej, jak pokazano na rycinie 3A, która przedstawia pojedynczy plaster w prawym płucu 39-letniej zdrowej kobiety. Zwróć uwagę na obecność oczekiwanego gradientu pionowego w wentylacji specyficznej; Zależna część płuca wykazuje wyższą wentylację swoistą niż niezależna część płuca. Przedstawiono histogram zmapowanych określonych war.......

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

Discussion

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

Obrazowanie wentylacji specyficznej umożliwia ilościowe mapowanie rozkładu przestrzennego wentylacji swoistej w płucach człowieka. Istnieją alternatywy dla SVI, ale są one w pewien sposób ograniczone: wielokrotne wypłukiwanie oddechu zapewnia miarę niejednorodności, ale brakuje informacji przestrzennych23. Alternatywne metody obrazowania narażają pacjentów na promieniowanie jonizujące (np. SPECT, PET, CT, scyntygrafia gamma) lub nie są powszechnie dostępne (obrazowanie gazów hiperpolaryzacyjnych z.......

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

Disclosures

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

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

Ta praca była wspierana przez National Heart, Lung and Blood Institute (NHLBI) (granty R01 HL-080203, R01 HL-081171, R01 HL-104118 i R01-HL119263) oraz National Space Biomedical Research Institute (grant Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej NCC 9-58). E.T. Geier był wspierany przez grant NHLBI 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
Drukowany w 3D system
Maska na twarz Maskaserii Hans Rudolph7400, różne rozmiary
gazu/tlenu
Zestaw głowicy Zestaw głowickompatybilny z Hansem Rudolphem7400
MatlabMathworksopracowane lokalnie
Medycyna tlenAir Liquide/LindeTlen dostarczany do pacjenta
MRIGE healthcare1,5 T GE HDx Excite dwubiegowy skaner
Rurki z tworzywa sztucznegoi frac14; ", 3/8" oraz 1/2" rurki i złącza
PulsoksymetrNonin7500 FO (kompatybilny z MR)
Zawór
Cewka tułowiaGE opieka zdrowotnaCewka tułowia o wysokim wzmocnieniu do skanera GE
obejścia przepływu ustno-nosowa Regulator Oprogramowanie analityczneprzełączający

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