Rozwiązywanie problemów i zapewnienie jakości w hiperspolaryzowanym ksenonowym rezonansie magnetycznym: narzędzia do pozyskiwania wysokiej jakości obrazów

W hiperspolaryzowanym ksenonowym rezonansie magnetycznym rzeczywisty wdychany gaz jest bezpośrednio obrazowany. Gaz równomiernie rozprowadza się w płucach zdrowych osób, ale u osób z chorobami płuc, takimi jak astma, POChP lub mukowiscydoza, nie rozprowadza się. Naszym celem jest lepsze zrozumienie tych chorób za pomocą tej technologii.

Rentgenowska tomografia komputerowa (CT) stanowi obecny standard kliniczny w obrazowaniu strukturalnym płuc, ale obejmuje promieniowanie jonizujące i pokazuje tylko tkankę płucną, a nie wdychany gaz. Medycyna nuklearna za pomocą wdychanych lub wstrzykiwanych radioznaczników może być również stosowana do oceny wentylacji i obfitości płuc, ale jest jonizująca i ma stosunkowo niską rozdzielczość. Ksenonowy rezonans magnetyczny zapewnia jednak obraz wentylacji płuc i wymiany gazowej w wysokiej rozdzielczości.

Wdrożenie ksenonowego rezonansu magnetycznego jest wyjątkowo trudne, wymaga specjalistycznego sprzętu, ksenonowych cewek obrazujących i opracowania sekwencji. Na tym podróż się nie kończy. Pozyskane dane muszą zostać poddane skrupulatnej rekonstrukcji i analizie.

Bez odpowiedniej wiedzy specjalistycznej zadania te mogą być zniechęcające, prowadząc do frustrujących i kosztownych wyników. Protokół ten zapewnia wgląd w kontrolę jakości, rozwiązywanie problemów i narzędzia dla lokalizacji ksenonowego rezonansu magnetycznego. Zbadaliśmy konfigurację laboratoriów hiperpolaryzatorów, oparcie się na cewkach MRI, rozważania dotyczące pozyskiwania danych i właściwości obrazu.

Naszym celem jest przeprowadzenie widzów przez potencjalne błędy, wyzwania i zdarzenia, które mogą mieć wpływ na jakość obrazu lub wyniki. Rozwiązywanie problemów z ksenonowym rezonansem magnetycznym jest konieczne, aby złagodzić problemy w prawdziwym życiu. Biorąc pod uwagę brak dedykowanej infrastruktury gazów hiperpolaryzacyjnych i ograniczone wsparcie ze strony producentów skanerów, zadania związane z kontrolą jakości spoczywają wyłącznie na poszczególnych laboratoriach.

Ten film ma na celu wyposażenie widzów w praktyczne wskazówki, jak radzić sobie z wyzwaniami i zapewnić skuteczne pozyskiwanie danych. Aby rozpocząć, upewnij się, że hiperpolaryzator ksenon-129 jest skonfigurowany i działa zgodnie z wytycznymi producenta. Następnie użyj NMR na stacji pomiaru hiperpolaryzacji lub HP, aby przeprowadzić pomiary relaksacji T1 na reprezentatywnej próbce gazu ksenon-129 HP.

Zapewnij bezpośrednią i wydajną trasę z punktu zbiórki ksenonów do pomieszczenia magnetycznego przeznaczonego do obrazowania, aby zminimalizować opóźnienia podczas transportu ksenonów. Zmierz początkowy ekwiwalent dawki (DE) hiperspolaryzowanego gazu ksenon-129 przed transportem, korzystając z wyświetlonego równania. Unikaj obcych sygnałów o częstotliwości radiowej na trasie, ponieważ mogą one przyczynić się do utraty polaryzacji.

Po zakończeniu podróży w obie strony poprzez przetransportowanie gazu ze stacji pomiarowej do otworu magnesu, a następnie z powrotem tą samą trasą do stacji polarymetrycznej, ponownie zmierz DE, aby określić ilościowo przewidywaną utratę sygnału podczas transportu gazu. Zacznij od stworzenia termicznie spolaryzowanego fantomu ksenonowego 129. W tym celu należy podłączyć szklane naczynie ciśnieniowe do worka wypełnionego gazem ksenonowym, o odpowiednim rozmiarze i objętości dostosowanej do pojemności zbiornika.

Następnie zanurz zbiornik ciśnieniowy w niewielkiej ilości ciekłego azotu, aby umożliwić dyfuzję i zamrożenie ksenonu. Zamknij naczynie po tym, jak ksenon utworzy w środku zamarznięty śnieg. Pozwól mu się rozmrozić podczas zwiększania ciśnienia w naczyniu przed obliczeniem ciśnienia w naczyniu.

Aby wykryć częstotliwość szczytową, umieść fantom w cewce ksenonowej-129 i umieść ją podobnie jak u pacjenta obciążonego. Wykonaj skanowanie z częstotliwością protonów, ponieważ niektóre skanery mogą nie zezwalać na skanowanie wielojądrowe bez początkowego lokalizatora częstotliwości protonów. Użyj szerokopasmowego impulsu nadawczego, jeśli jest dostępny, eksperymentu z odczytem o dużej przepustowości i wysokiej rozdzielczości, aby dokładnie wykryć szczyt częstotliwości ksenonowej.

Po wykryciu dobrze zdefiniowanego piku rejestruj częstotliwość z pełną precyzją. Powtórz nowy eksperyment na nowej częstotliwości z niską szerokością pasma około 1000 herców, aby zmaksymalizować stosunek sygnału do szumu (SNR) i precyzję częstotliwości szczytowej. Po wykryciu zadowalającego wysokiego piku sygnału zachowaj protokół do przyszłych testów kontroli jakości.

Użyj niewielkiej ilości hiperspolaryzowanego ksenonu-129, który jest dobrze skoncentrowany i wolny od tlenu do obrazowania. Zmierz dokładnie równoważnik dawki ksenonu-129 lub DE bezpośrednio przed obrazowaniem. Ustaw protokół obrazowania testowego tak, aby jak najdokładniej odzwierciedlał pożądane parametry in vivo.

Pozyskaj i zapisz obraz worka ksenonowego jako podstawową miarę wydajności skanera. Zmierz i zapisz SNR uzyskanych obrazów wraz ze wszystkimi parametrami skanowania i ksenonowym DE. Aby zmierzyć alfa, kąt odwrócenia, wykonaj skanowanie echa gradientowego z upsuciem pełnej objętości, w którym pole widzenia jest obrazowane dwa razy z rzędu przy użyciu identycznych parametrów sekwencji. Zmierz współczynnik SNR przy przesunięciu DC dwóch obrazów, S0 i S1. Policz liczbę kroków kodowania fazy, n, i oblicz kąt odwrócenia.

Zacznij od utworzenia profilu hałasu kontrolnego na potrzeby kontroli jakości lub kontroli jakości. Użyj specjalnej, dostosowanej sekwencji GRE 2D, w tym wysokiego pola widzenia, aby przechwycić maksymalny sygnał z obszaru, wysokiej szerokości pasma na piksel w celu identyfikacji pobliskich rezonansów szumów oraz najniższego możliwego czasu powtarzania (TR) i czasu echa (TE). Uzyskaj kontrolę jakości dla profilu hałasu za pomocą kamizelki ksenonowej lub cewki pętlowej. Uzyskaj obraz bez hiperspolaryzowanej próbki ksenonu-129 w cewce.

Ten obraz scharakteryzuje profil hałasu. Zbadaj uzyskane dane dotyczące szumu, w szczególności przestrzeń K, pod kątem elementów niegaussowskich, takich jak spajki, wzorce lub wartości dyskretne lub podzielone na grupy. Utwórz kwantyl kwantylowy lub wykres Q-Q, wykreślając uzyskane dane rzeczywiste lub urojone na podstawie zsyntetyzowanego zestawu danych Gaussa z identyczną średnią, odchyleniem standardowym i długością wektora, uporządkowanymi od najmniejszego do największego.

Odchylenia od linii y są równe x na wykresie Q-Q wskazują na obecność składowych niegaussowskich w pozyskanych danych wymagających dalszych badań. Przystąp do identyfikacji wzorca rozkładu szumu i potencjalnych wartości odstających za pomocą odpowiedniego wykresu. Aby wykluczyć skaner jako źródło szumów, należy uzyskać obrazy za pomocą standardowego protokołu lokalizacji z wyłączonymi różnymi parametrami sekwencji impulsów i wyłączonymi komponentami elektronicznymi.

Zapoznaj się z listą na ekranie, aby zapoznać się z możliwymi źródłami hałasu. Aby wyeliminować źródła hałasu z pomieszczenia, użyj prostej cewki pętli powierzchniowej dostrojonej do częstotliwości ksenonu-129, aby obwąchać pomieszczenie magnetyczne w poszukiwaniu źródeł hałasu. Fizycznie umieść cewkę ksenonową w pobliżu potencjalnie problematycznych urządzeń i uruchom sekwencję testową w celu wykrycia wzmocnionego szumu.

Zbadaj przestrzeń K i dane obrazu, aby wskazać dokładne źródło szumu koherencji. Jeśli zidentyfikowane zostanie określone źródło, spróbuj je wyłączyć lub przykryć folią aluminiową, miąższem lub miedzianą siatką, aby zmniejszyć szumy. Uruchom ponownie skanowanie po wyłączeniu lub zakryciu źródeł szumów, aby sprawdzić, czy szum zostanie rozwiązany.

Kontynuuj ten proces, aż wszystkie źródła hałasu zostaną wyeliminowane, pozostawiając tylko niski szum gaussowski o średniej kwadratowej. Identyfikuj nieregularne szumy jako wysokie skoki sygnału w pojedynczych pikselach opartych na wielkości liter z nienormalnie wysokimi lub niskimi sygnałami w kanałach rzeczywistych lub wyimaginowanych. Wykonuj obrazowanie w różnych orientacjach kodowania fazy, w tym od przodu do tyłu, od głowy do stopy i od lewej do prawej.

Wyeliminuj potencjalne problemy z gradientami X-Y lub Z, selektywnie włączając lub wyłączając poszczególne gradienty. Systematycznie badaj powstałe obrazy, aby określić, który konkretny kierunek gradientu przyczynia się do szumu. Wyniki analizy charakterystyki hałasu przeprowadzonej na skanowaniu hałasu wykazały wpływ zarówno regularnego, jak i nieregularnego hałasu na przestrzeń K.

Regularny szum prowadził do ciągłego wzorca w przestrzeni K, podczas gdy nieregularny szum skutkował wartościami odstającymi o wysokiej wartości na wykresie Q-Q. Seria obrazów płuc uzyskanych za pomocą rezonansu magnetycznego HPG wykazała, że wyraźny jasny punkt wyśrodkowany w przestrzeni K wskazywał na wyraźny sygnał płucny o niskim poziomie szumów. I odwrotnie, obecność regularnego szumu była rozłożona na wszystkich obrazach.

Nieregularny szum ewidentnie powodował wysokie skoki wartości w przestrzeni K i skutkował wzorem pasków w przestrzeni obrazu. Scenariusz, w którym zarówno regularne, jak i nieregularne dźwięki były obecne jednocześnie, również wpłynął na obraz płuc.