Method Article

Ilościowa miara struktury i funkcji płuc uzyskana z hiperpolaryzowanej spektroskopii ksenonowej

DOI:

10.3791/66038

⸱

November 10th, 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Radiology, University of Pennsylvania

In This Article

Summary

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

Rękopis przedstawia szczegółowy protokół użycia hiperspolaryzowanego odzyskiwania nasycenia chemicznego ksenonu-129 (CSSR) do śledzenia wymiany gazowej w płucach, oceny pozornej grubości ściany przegrody pęcherzykowej i pomiaru stosunku powierzchni do objętości. Metoda ta może pomóc w diagnozowaniu i monitorowaniu chorób płuc.

Abstract

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

Hiperspolaryzowany rezonans magnetyczny (MRI) ksenon-129 (HXe) dostarcza narzędzi do uzyskiwania 2- lub 3-wymiarowych map wzorców wentylacji płuc, dyfuzji gazów, wychwytu ksenonu przez miąższ płuc i innych wskaźników funkcji płuc. Jednak poprzez zamianę rozdzielczości przestrzennej na czasową, umożliwia również śledzenie wymiany ksenonowej w płucach w skali czasowej. W artykule opisano jedną z takich technik, spektroskopię MR z odzysku z przesunięcia chemicznego (CSSR). Ilustruje, w jaki sposób można go wykorzystać do oceny objętości krwi włośniczkowej, grubości ściany przegrody i stosunku powierzchni do objętości w pęcherzykach płucnych. Kąt odwrócenia zastosowanych impulsów o częstotliwości radiowej (RF) został starannie skalibrowany. Do podawania gazu pacjentowi zastosowano protokoły jednodawkowego wstrzymania oddechu i wielodawkowego swobodnego oddychania. Gdy wdychany gaz ksenonowy dotrze do pęcherzyków płucnych, zastosowano serię impulsów RF 90°, aby zapewnić maksymalne nasycenie skumulowanego namagnesowania ksenonowego w miąższu płuc. Po zmiennym czasie opóźnienia uzyskano widma w celu ilościowego określenia wzrostu sygnału ksenonowego w wyniku wymiany gazowej między objętością gazu pęcherzykowego a przedziałami tkankowymi płuc. Widma te zostały następnie przeanalizowane poprzez dopasowanie złożonych funkcji pseudo-Voigta do trzech dominujących pików. Na koniec amplitudy pików zależne od czasu opóźnienia dopasowano do jednowymiarowego analitycznego modelu wymiany gazowej w celu wyodrębnienia parametrów fizjologicznych.

Introduction

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

Hiperpolaryzowany rezonans magnetyczny (MRI) ksenon-129 (HXe)1 to technika, która oferuje unikalny wgląd w strukturę, funkcję i procesy wymiany gazowej płuc. Poprzez radykalne wzmocnienie namagnesowania gazu ksenonowego poprzez pompowanie optyczne z wymianą spinową, rezonans magnetyczny HXe osiąga poprawę o rząd wielkości stosunku sygnału do szumu w porównaniu z termicznie spolaryzowanym ksenonowym rezonansem magnetycznym 2,3,4,5,6. Ta hiperpolaryzacja umożliwia....

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

Protocol

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

UWAGA: Podczas gdy opisana tutaj technika hiperpolaryzowanej spektroskopii MR Xenon-129 CSSR jest powszechnie stosowana do obrazowania zwierząt i ludzi, poniższy protokół odnosi się tylko do badań na ludziach. Wszystkie protokoły obrazowania były zgodne z ograniczeniami FDA dotyczącymi współczynnika absorpcji swoistej (SAR) (4 W/kg) i zostały zatwierdzone przez Institutional Review Board na Uniwersytecie Pensylwanii. Uzyskano świadomą zgodę od każdego uczestnika.

1. Projektowanie sekwencji impulsów

  1. Zdecyduj, czy chcesz wykonać pomiar oddechu zawieszonego, czy swobodnego oddychania.
    UWAGA: Akwizycja wstrzy....

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

Results

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

Rysunek 2 ilustruje typowe widmo ksenonu obserwowane w płucach człowieka podczas wstrzymania oddechu, po inhalacji 500 ml dawki ksenonu. Widmo wykazuje dwa odrębne obszary, rezonans GP około 0 ppm i region DP, który składa się z piku błony przy około 197 ppm i szczytu czerwonych krwinek przy około 217 ppm. Względne amplitudy pików zależą od wielu czynników, w tym kształtu, czasu trwania i częstotliwości środkowej impulsu wzbudzenia RF, a także czasu opóźnienia między nasyceniem a wzbudzeniem.......

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

Discussion

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

Spektroskopia MR HXe CSSR jest potężną techniką oceny kilku wskaźników funkcji płuc, które byłyby trudne lub niemożliwe do ilościowego określenia in vivo przy użyciu jakiejkolwiek innej istniejącej metody diagnostycznej24. Niemniej jednak pozyskiwanie i późniejsza analiza danych opierają się na pewnych założeniach dotyczących warunków fizjologicznych i parametrów technicznych, które nigdy nie są całkowicie osiągalne u żywych osób. Te ograniczenia i ich wpływ na interpretację wyodrębnionyc.......

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

Disclosures

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

Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.

Acknowledgements

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

Ta praca była wspierana przez granty NIH R01HL159898 i R01HL142258.

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Dwukierunkowy Pneumotach B& B Medical AccutachTM
Cewka kamizelki na klatkę piersiowąKliniczne rozwiązaniaMaska na twarz dla dorosłych
Hans Rudolph7450
MatlabMathworksRelease 2018aWymagany zestaw narzędzi optymalizacyjnych
System monitorowania fizjologicznego BIOPAC Systems Inc
Torba TedlarJensen Produkty obojętne250 ml i 500 ml; specjalistyczny worek PVF
Polaryzator ksenonowyXemed LLCX-box E10 
Skaner MRI całego ciałaSiemens1.5 T Avanto
MR

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Albert, M. S., et al. Biological magnetic resonance imaging using laser-polarized 129Xe. Nature. 370 (6486), 199-201 (1994).
  2. Happer, W. Optical Pumping. Rev Mod Phys. 44 (2), 169-250 (1972).
  3. Appelt, S., 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

Hyperpolarized Xenon MRILung Function MetricsChemical Shift SaturationGas Exchange MeasurementPulmonary Function AssessmentAlveolar Wall ThicknessCapillary Blood VolumeBreath Hold ProtocolFree Breathing StudyXenon Gas Inhalation

Related Articles