Pozyskiwanie hiperspolaryzowanych obrazów rezonansu magnetycznego 129xe wentylacji płuc
21 listopada 2023
Hiperspolaryzowany rezonans magnetyczny 129Xe (MRI) to metoda badania regionalnie rozdzielonych aspektów funkcji płuc. Praca ta przedstawia kompleksowy, ustandaryzowany przepływ pracy dla hiperspolaryzowanego rezonansu magnetycznego 129Xe wentylacji płuc, ze szczególnym uwzględnieniem projektowania sekwencji impulsów, przygotowania dawki 129Xe, przebiegu skanowania i najlepszych praktyk w zakresie monitorowania bezpieczeństwa pacjenta.
Nasze badania mają na celu ustalenie, że ksenonowy rezonans magnetyczny jest narzędziem klinicznym do charakteryzowania czynności płuc. Ksenonowy rezonans magnetyczny pozwala nam bezpośrednio uwidocznić defekty wentylacji u pacjentów z obturacyjnymi chorobami płuc, takimi jak POChP, astma i mukowiscydoza. Oferuje informacje, które można uzyskać ze standardowego rezonansu magnetycznego i testu czynnościowego płuc.
Ksenonowy rezonans magnetyczny został niedawno zatwierdzony przez FDA do klinicznej oceny wentylacji płuc. Stanowi to połączenie ogromnego wysiłku włożonego przez ludzi z naszej dziedziny i jest to ekscytująca okazja do pokazania, w jaki sposób ksenonowy rezonans magnetyczny może poprawić opiekę nad pacjentem i wyniki w chorobach płuc. Rezonans magnetyczny ksenonem jest wciąż stosunkowo nową rodziną technik, a standaryzacja jest wciąż trwającym procesem.
Protokół ten destyluje istniejące standardy dla rezonansu magnetycznego wentylacji ksenonowej do formy, która, mamy nadzieję, będzie przydatna dla ośrodków badawczych i klinicznych, które próbują wykonać te skany po raz pierwszy. Powszechne odczyty kliniczne czynności płuc, takie jak testy czynnościowe płuc, podają tylko jedną liczbę dla całego płuca bez informacji przestrzennych. Xenon MRI może dokonywać regionalnych ocen kilku aspektów zdrowia i funkcji płuc, co naszym zdaniem będzie bardzo przydatne w klinice.
Tylko kilka instytucji wykonuje obecnie rezonans magnetyczny ksenonem, ale spodziewamy się, że wkrótce będzie ich znacznie więcej, biorąc pod uwagę niedawne zatwierdzenie przez FDA. Mamy nadzieję, że ten protokół rezonansu magnetycznego wentylacji ksenonowej posłuży jako wzór dla nowych lokalizacji i pomoże nam szybciej zwiększyć liczbę operacji rezonansu magnetycznego ksenonowego. Na początek przygotuj jeden lub więcej worków Tedlar zawierających powietrze, aby badany mógł ćwiczyć poza skanerem.
Użyj objętości powietrza, która odpowiada całkowitej objętości gazu ksenonowego i buforowego, który ma być wdychany z worka podczas rzeczywistego badania. Przygotuj klipsy na nos dla fotografowanej osoby do noszenia podczas skanowania ze wstrzymanym oddechem. Załóż klipsy na nos pacjenta przed rozpoczęciem wstrzymywania oddechu.
Użyj jednej wypełnionej powietrzem torby do każdej próby trenowania tematu. Przed wyjęciem worka poproś osobę badaną o regularne wdychanie i wydychanie powietrza. Podczas zabiegu monitoruj klatkę piersiową pacjenta, aby upewnić się, że prawidłowo wykonuje instrukcje.
Następnie umieść rurkę przymocowaną do torby Tedlar w ustach badanego. Trzymaj torbę tak, aby osoba badana mogła z niej wdychać i otworzyć zawór. Poproś osobę badaną o wdech.
Następnie poproś badanego, aby wstrzymał oddech, mówiąc: Wstrzymaj oddech. Podczas ćwiczeń poczekaj na odliczenie od 10 do 15 sekund, co jest przybliżonym czasem wymaganym do upłynięcia typowego skanowania ksenonem 129. Następnie poproś badanego, aby w tym momencie wypuścił powietrze i oddychał.
Poinstruuj pacjenta, aby wziął kilka głębokich wdechów i wydechów w celu szybszego usunięcia ksenonu 129 z płuc i szybszego powrotu do normalnego poziomu nasycenia tlenem. Sprawdź, czy badany jest w stanie niezawodnie wykonywać instrukcje i rozważ wykluczenie osób, które nie mogą tego zrobić podczas ćwiczeń. Na początek upewnij się, że każda osoba wchodząca do pomieszczenia ze skanerem MRI usunęła wszystkie metalowe i elektroniczne przedmioty ze swojego ciała lub kieszeni.
Przygotuj cewkę kamizelki ksenonowej 129, podłączając ją do skanera i umieszczając na stole pacjenta skanera MRI. Poinstruuj pacjenta, aby położył się na stole pacjenta w pozycji stóp do przodu lub głową na plecach, w zależności od układu pomieszczenia skanera. W razie potrzeby umieść poduszki pod głową, kolanami pacjenta i tak dalej, aby zapewnić komfort podczas zabiegu.
Zamocuj cewkę kamizelki ksenonowej 129 wokół klatki piersiowej pacjenta, utrzymując linię środkową cewki w kierunku głowy i stopy jak najbliżej oczekiwanej linii środkowej płuc obiektu, gdy obiekt znajduje się na komfortowym poziomie napompowania. Umieszczenie cewki zbyt nisko na obiekcie może spowodować niepożądane zmniejszenie sygnału na obrzeżach płuc. Ustaw bezpieczny pulsoksymetr MRI obok stołu pacjenta w pomieszczeniu skanera MRI i podłącz sondę pulsoksymetru do pacjenta
.Sprawdź, czy pulsoksymetr odczytuje prawidłowo. Umieść kaniulę nosową w nosie pacjenta i podłącz ją do źródła tlenu, które ma być użyte po inhalacji dawki, jeśli to konieczne. Umieść butlę z tlenem i reduktor w bezpieczny sposób w oparciu o lokalną politykę bezpieczeństwa w zasięgu ręki.
Przesuń stół pacjenta do skanera MRI, wyrównując linię środkową cewki lub płuc pacjenta z izocentrum skanera. Pokazane tutaj obrazy reprezentują obrazy wentylacji z badania, które zostało nieświadomie przeprowadzone przy użyciu cewki kamizelki ksenonowej 129 z uszkodzonym. Prawe płuco wykazuje niższy stosunek sygnału do szumu niż lewe płuco.
Obrazy wentylacji z badania, które zostało przeprowadzone z cewką kamizelki ksenonowej 129 umieszczoną zbyt daleko w kierunku stóp badanego, są pokazane tutaj. Sztucznie zaniżony sygnał ksenonowy 129 jest obserwowany w obu wierzchołkach płuc ze względu na brak czułości odbiornika w tym miejscu. Po dokonaniu ostatecznych korekt ksenonu 129 przed skanowaniem i upewnieniu się, że pacjent jest gotowy na dawkę ksenonu 129, przystąp do wykonania skanowania wentylacji ksenonem 129.
Najpierw załaduj sekwencję wentylacji ksenonowej 129 z przygotowanego protokołu. Upewnij się, że wszystkie parametry sekwencji impulsów są zgodne z oczekiwaniami i ustaw prawidłowe ustawienia wykonywania skanowania. Wybierz pole widzenia lub rozmiar pola widzenia i położenie środka na podstawie wyników lokalizatora.
Dąż do tego, aby środek pola widzenia pokrywał się ze środkiem płuc we wszystkich trzech wymiarach, a pole widzenia było wystarczająco duże, aby wygodnie pomieścić całą jamę klatki piersiowej, w tym całość obu płuc. Do pomieszczenia skanera należy przynieść worek ksenonowy 129 przeznaczony do skanowania wentylacji ze stacji pomiaru polaryzacji. Trzymać lub umieszczać worek dozujący w pobliżu pacjenta.
Unikaj obszarów w pobliżu otworu wiertniczego, w których natężenie pola magnetycznego zmienia się szybko. Pomóż pacjentowi w inhalacji dawki ksenonu 129 z worka, postępując zgodnie z już przeprowadzoną procedurą inhalacji. Wykonaj skanowanie natychmiast po usłyszeniu sygnału Go" od osoby pomagającej badanemu.
Monitoruj obiekt podczas wykonywania skanowania. Po skanowaniu monitoruj tętno i SpO2 pacjenta za pomocą pulsoksymetru i monitoruj przejściowe skutki ośrodkowego układu nerwowego poprzez komunikację werbalną z pacjentem. Jeśli nie wystąpią żadne znaczące odchylenia od wartości wyjściowej, po odczekaniu co najmniej dwóch minut można podać kolejną dawkę ksenonu 129.
Obrazy wentylacji od zdrowej osoby są pokazane tutaj. Na tych obrazach można zaobserwować wysoki sygnał ksenonowy 129 w płucach i u tej osoby nie jest widoczne upośledzenie wentylacji. Rysunek ten przedstawia osobę z niedoborem alfa-1 antytrypsyny, u której poważne upośledzenie wentylacji można łatwo wykryć, obserwując niejednolity wygląd obrazów ksenonu 129.
Podobnie, poważne upośledzenie wentylacji można zobaczyć na tym rysunku przedstawiającym osobę z ciężką mukowiscydozą. Pokazane tutaj zdjęcia przedstawiają osobę z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc, u której można zauważyć bardziej subtelne wady wentylacji.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten artykuł dotyczy stosowania hiperpolaryzowanego 129 Xe magnetycznego rezonansowego obrazowania (MRI) jako narzędzia klinicznego do oceny czynności płuc. Podkreśla on zdolność metody do wizualizacji defektów wentylacji u pacjentów z chorobami obturacyjnymi płuc.
Kluczowe komponenty badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Biologia
- Wizualizacja medyczna
Tło
- Hiperpolaryzowany 129 Xe MRI umożliwia bezpośrednią wizualizację wentylacji płuc.
- Jest szczególnie przydatny dla pacjentów z chorobami takimi jak POChP, astma i mukowiscydoza.
- Technika ta zapewnia wgląd wykraczający poza standardowe MRI i testy czynności płuc.
- FDA przyznało zgodę na oceny kliniczne wentylacji płuc przy użyciu tej metody.
Cel badania
- Ustawienie MRI ksenonu jako wiarygodnego narzędzia klinicznego do charakteryzacji czynności płuc.
- Poprawa opieki nad pacjentami i wyników w chorobach płuc.
- Standaryzacja stosowania technik MRI ksenonu w środowiskach klinicznych.
Stosowane metody
- End-to-end standaryzowany proces pracy dla hiperpolaryzowanego 129 Xe MRI.
- Projekt sekwencji impulsów i przygotowanie dawki 129 Xe.
- Optymalizacja przepływu skanowania.
- Najlepsze praktyki monitorowania bezpieczeństwa badanych.
Główne wyniki
- Wykazano zdolność do efektywnej wizualizacji defektów wentylacji.
- Przedstawiono kompleksowy proces przeprowadzania hiperpolaryzowanego 129 Xe MRI.
- Wykazano potencjalne poprawy wyników pacjentów dzięki ulepszonym technikom obrazowania.
- Podkreślono trwający proces standaryzacji w tej dziedzinie.
Wnioski
- Hiperpolaryzowany 129 Xe MRI jest obiecującym narzędziem do oceny czynności płuc.
- Wysiłki na rzecz standaryzacji są kluczowe dla jego zastosowania klinicznego.
- Ta technika może znacząco poprawić leczenie chorób obturacyjnych płuc.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Hyperpolarized 129Xe MRI enables spatially resolved, quantitative assessment of lung ventilation, addressing a critical gap in functional imaging for respiratory drug discovery and translational research. Standardized protocols and technical harmonization are essential for reproducible data generation across sites, supporting predictive confidence in preclinical and early clinical studies. This capability strengthens mechanistic de-risking and informs portfolio decisions in respiratory therapeutic development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct visualization of regional lung ventilation defects for functional target validation.
- Supports biological de-risking by distinguishing disease-relevant ventilation patterns in preclinical models and patient cohorts.
- Facilitates predictive confidence in linking molecular interventions to functional respiratory outcomes.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized imaging workflow for quantitative assessment of lung function in screening studies.
- Enables reproducible, site-independent assay outputs through harmonized technical parameters and dose preparation.
- Supports reliable evaluation of candidate interventions in disease-relevant systems.
Translational & Preclinical Research
- Aligns imaging endpoints with clinical biomarkers for translational continuity in respiratory research.
- Enables risk-adjusted advancement decisions by providing spatially resolved functional readouts in preclinical and early clinical settings.
- Supports mechanistic de-risking by correlating imaging findings with disease progression and therapeutic response.
Pipeline & Workflow Integration
Hyperpolarized 129Xe MRI integrates into the discovery-to-translational continuum, bridging early target validation, screening, and preclinical efficacy assessment in respiratory portfolios.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by mapping functional lung defects to molecular targets.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible imaging outputs for compound evaluation in disease models.
- Analytics: Provides spatially resolved, quantitative ventilation metrics for robust statistical comparison across conditions.
- Translational Research: Aligns imaging endpoints with clinical trial biomarkers, supporting seamless progression from preclinical to clinical studies.
- Enterprise Reuse: Establishes a standardized, scalable imaging platform for multi-site and multi-program deployment.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in respiratory drug development.
- Operational Value: Enables standardized, reproducible imaging workflows across research and clinical sites.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by providing robust functional endpoints.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of respiratory assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in MR imaging physics and respiratory physiology for protocol optimization.
- Demands access to hyperpolarized 129Xe gas, specialized coils, and MR-compatible monitoring equipment.
- Necessitates cross-team standardization of imaging parameters and safety monitoring procedures.
- Adaptation across different scanner platforms and subject populations may require protocol adjustments.
- Operational limitations include subject tolerability, technical training, and site readiness for standardized implementation.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:53
Pre‐Scan Preparation and Coaching of Subject for 129Xe MRI of Lung Ventilation
3:42
Preparation of MRI Scanner Room and Subject Positioning for 129Xe MRI of Lung Ventilation
6:13
Performing 129Xe MRI Scan of Lung Ventilation to Assess Pulmonary Function
