Name: Ilościowa miara struktury i funkcji płuc uzyskana z hiperpolaryzowanej spektroskopii ksenonowej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-11-10T13:20:00.000+00:00
Duration: 8 min 23 s
Description: Poznaj metodę CSSR z hiperpolaryzowanym ksenonem-129 do ilościowej oceny funkcji płuc i grubości ścianek alweolarnych. Ta technika poprawia diagnostykę chorób płuc bez konieczności zatrzymywania oddechu.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez granty NIH R01HL159898 i R01HL142258.

Assessing Lung Function with Hyperpolarized Xenon-129 MRI

<ol><li>Albert, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biological+magnetic+resonance+imaging+using+laser-polarized+129Xe%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Biological magnetic resonance imaging using laser-polarized 129Xe.</a> Nature. 370 (6486), 199-201 (1994).</li>
<li>Happer, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Pumping%5BTitle%5D)+AND+%22Rev+Mod+Phys%22%5BJournal%5D)">Optical Pumping.</a> Rev Mod Phys. 44 (2), 169-250 (1972).</li>
<li>Appelt, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theory+of+spin-exchange+optical+pumping+of+He-3+and+Xe-129%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+A%22%5BJournal%5D)">Theory of spin-exchange optical pumping of He-3 and Xe-129.</a> Phys Rev A. 58 (2), 1412-1439 (1998).</li>
<li>Hersman, F. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large+production+system+for+hyperpolarized+129Xe+for+human+lung+imaging+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Acad+Radiol%22%5BJournal%5D)">Large production system for hyperpolarized 129Xe for human lung imaging studies.</a> Acad Radiol. 15 (6), 683-692 (2008).</li>
<li>Parnell, S. R., Deppe, M. H., Parra-Robles, J., Wild, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancement+of+Xe-129+polarization+by+off-resonant+spin+exchange+optical+pumping%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Enhancement of Xe-129 polarization by off-resonant spin exchange optical pumping.</a> J Appl Phys. 108 (6), 064908(2010).</li>
<li>Norquay, G., Collier, G. J., Rao, M., Stewart, N. J., Wild, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((%5E%7B129%7DXe-Rb+spin-exchange+optical+pumping+with+high+photon+efficiency%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+Lett%22%5BJournal%5D)">^{129}Xe-Rb spin-exchange optical pumping with high photon efficiency.</a> Phys Rev Lett. 121 (15), 153201(2018).</li>
<li>Mugler, J. P. 3rd, et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MR+imaging+and+spectroscopy+using+hyperpolarized+129Xe+gas%3A+preliminary+human+results%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">MR imaging and spectroscopy using hyperpolarized 129Xe gas: preliminary human results.</a> Magn Reson Med. 37 (6), 809-815 (1997).</li>
<li>Ruppert, K., Brookeman, J. R., Hagspiel, K. D., Driehuys, B., Mugler, J. P. 3rd NMR of hyperpolarized (129)Xe in the canine chest: spectral dynamics during a breath-hold. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRuppert%2C+K+%22NMR+Biomed%22">NMR Biomed</a>. 13 (4), 220-228 (2000).</li>
<li>Butler, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+surface-area-to-volume+ratios+in+soft+porous+materials+using+laser-polarized+Xenon+interphase+exchange+nuclear+magnetic+resonance%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Condens+Matter%22%5BJournal%5D)">Measuring surface-area-to-volume ratios in soft porous materials using laser-polarized Xenon interphase exchange nuclear magnetic resonance.</a> J Phys Condens Matter. 14 (13), L297-L304 (2002).</li>
<li>Mansson, S., Wolber, J., Driehuys, B., Wollmer, P., Golman, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+diffusing+capacity+and+perfusion+of+the+rat+lung+in+a+lipopolysaccaride+disease+model+using+hyperpolarized+129Xe%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Characterization of diffusing capacity and perfusion of the rat lung in a lipopolysaccaride disease model using hyperpolarized 129Xe.</a> Magn Reson Med. 50 (6), 1170-1179 (2003).</li>
<li>Abdeen, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+Xenon+diffusing+capacity+in+the+rat+lung+by+hyperpolarized+%28129%29Xe+MRI+and+dynamic+spectroscopy+in+a+single+breath-hold%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Measurement of Xenon diffusing capacity in the rat lung by hyperpolarized (129)Xe MRI and dynamic spectroscopy in a single breath-hold.</a> Magn Reson Med. 56 (2), 255-264 (2006).</li>
<li>Driehuys, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+alveolar-capillary+gas+transfer+using+hyperpolarized+129Xe+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Imaging alveolar-capillary gas transfer using hyperpolarized 129Xe MRI.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 103 (48), 18278-18283 (2006).</li>
<li>Patz, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+pulmonary+imaging+and+spectroscopy+with+hyperpolarized+129Xe+at+0.2T%5BTitle%5D)+AND+%22Acad+Radiol%22%5BJournal%5D)">Human pulmonary imaging and spectroscopy with hyperpolarized 129Xe at 0.2T.</a> Acad Radiol. 15 (6), 713-727 (2008).</li>
<li>Qing, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+lung+function+in+asthma+and+COPD+using+hyperpolarized+129Xe+chemical+shift+saturation+recovery+spectroscopy+and+dissolved-phase+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Assessment of lung function in asthma and COPD using hyperpolarized 129Xe chemical shift saturation recovery spectroscopy and dissolved-phase MRI.</a> NMR Biomed. 27 (12), 1490-1501 (2014).</li>
<li>Stewart, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reproducibility+of+quantitative+indices+of+lung+function+and+microstructure+from+129+Xe+chemical+shift+saturation+recovery+%28CSSR%29+MR+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Reproducibility of quantitative indices of lung function and microstructure from 129 Xe chemical shift saturation recovery (CSSR) MR spectroscopy.</a> Magn Reson Med. 77 (6), 2107-2113 (2017).</li>
<li>Zhong, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+assessment+of+both+lung+morphometry+and+gas+exchange+function+within+a+single+breath-hold+by+hyperpolarized+%28129%29+Xe+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Simultaneous assessment of both lung morphometry and gas exchange function within a single breath-hold by hyperpolarized (129) Xe MRI.</a> NMR Biomed. 30 (8), (2017).</li>
<li>Kern, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regional+investigation+of+lung+function+and+microstructure+parameters+by+localized+%28129%29+Xe+chemical+shift+saturation+recovery+and+dissolved-phase+imaging%3A+A+reproducibility+study%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Regional investigation of lung function and microstructure parameters by localized (129) Xe chemical shift saturation recovery and dissolved-phase imaging: A reproducibility study.</a> Magn Reson Med. 81 (1), 13-24 (2018).</li>
<li>Kern, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+of+regional+lung+microstructural+parameters+using+hyperpolarized+%28129%29+Xe+dissolved-phase+MRI+in+healthy+volunteers+and+patients+with+chronic+obstructive+pulmonary+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Mapping of regional lung microstructural parameters using hyperpolarized (129) Xe dissolved-phase MRI in healthy volunteers and patients with chronic obstructive pulmonary disease.</a> Magn Reson Med. 81 (4), 2360-2373 (2018).</li>
<li>Xie, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single+breath-hold+measurement+of+pulmonary+gas+exchange+and+diffusion+in+humans+with+hyperpolarized+%28129%29+Xe+MR%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Single breath-hold measurement of pulmonary gas exchange and diffusion in humans with hyperpolarized (129) Xe MR.</a> NMR Biomed. 32 (5), e4068(2019).</li>
<li>Zanette, B., Santyr, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accelerated+interleaved+spiral-IDEAL+imaging+of+hyperpolarized+%28129%29+Xe+for+parametric+gas+exchange+mapping+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Accelerated interleaved spiral-IDEAL imaging of hyperpolarized (129) Xe for parametric gas exchange mapping in humans.</a> Magn Reson Med. 82 (3), 1113-1119 (2019).</li>
<li>Ruppert, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigating+biases+in+the+measurement+of+apparent+alveolar+septal+wall+thickness+with+hyperpolarized+129Xe+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Investigating biases in the measurement of apparent alveolar septal wall thickness with hyperpolarized 129Xe MRI.</a> Magn Reson Med. 84 (6), 3027-3039 (2020).</li>
<li>Zhang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+evaluation+of+lung+injury+caused+by+PM%282.5%29+using+hyperpolarized+gas+magnetic+resonance%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Quantitative evaluation of lung injury caused by PM(2.5) using hyperpolarized gas magnetic resonance.</a> Magn Reson Med. 84 (2), 569-578 (2020).</li>
<li>Friedlander, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+%28129%29+Xe+MRI+of+the+rat+brain+with+chemical+shift+saturation+recovery+and+spiral-IDEAL+readout%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized (129) Xe MRI of the rat brain with chemical shift saturation recovery and spiral-IDEAL readout.</a> Magn Reson Med. 87 (4), 1971-1979 (2022).</li>
<li>Patz, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+of+hyperpolarized+%28129%29Xe+in+the+lung%3A+a+simplified+model+of+%28129%29Xe+septal+uptake+and+experimental+results%5BTitle%5D)+AND+%22New+J+Phys%22%5BJournal%5D)">Diffusion of hyperpolarized (129)Xe in the lung: a simplified model of (129)Xe septal uptake and experimental results.</a> New J Phys. 13, 015009(2011).</li>
<li>Chang, Y. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MOXE%3A+a+model+of+gas+exchange+for+hyperpolarized+129Xe+magnetic+resonance+of+the+lung%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">MOXE: a model of gas exchange for hyperpolarized 129Xe magnetic resonance of the lung.</a> Magn Reson Med. 69 (3), 884-890 (2013).</li>
<li>Stewart, N. J., Parra-Robles, J., Wild, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Finite+element+modeling+of+%28129%29Xe+diffusive+gas+exchange+NMR+in+the+human+alveoli%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson%22%5BJournal%5D)">Finite element modeling of (129)Xe diffusive gas exchange NMR in the human alveoli.</a> J Magn Reson. 271, 21-33 (2016).</li>
<li>Ruppert, K., Qing, K., Patrie, J. T., Altes, T. A., Mugler, J. P. 3rd <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+hyperpolarized+Xenon-129+MRI+to+quantify+early-stage+lung+disease+in+smokers%5BTitle%5D)+AND+%22Acad+Radiol%22%5BJournal%5D)">Using hyperpolarized Xenon-129 MRI to quantify early-stage lung disease in smokers.</a> Acad Radiol. 26 (3), 355-366 (2019).</li>
<li>Kern, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigating+short-time+diffusion+of+hyperpolarized+%28129%29+Xe+in+lung+air+spaces+and+tissue%3A+A+feasibility+study+in+chronic+obstructive+pulmonary+disease+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Investigating short-time diffusion of hyperpolarized (129) Xe in lung air spaces and tissue: A feasibility study in chronic obstructive pulmonary disease patients.</a> Magn Reson Med. 84 (4), 2133-2146 (2020).</li>
<li>Stewart, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+validation+of+the+hyperpolarized+%28129%29+Xe+chemical+shift+saturation+recovery+technique+in+healthy+volunteers+and+subjects+with+interstitial+lung+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Experimental validation of the hyperpolarized (129) Xe chemical shift saturation recovery technique in healthy volunteers and subjects with interstitial lung disease.</a> Magn Reson Med. 74 (1), 196-207 (2015).</li>
<li>Fox, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+radiation+induced+lung+injury+in+rats+using+dynamic+hyperpolarized+%28129%29Xe+magnetic+resonance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Phys%22%5BJournal%5D)">Detection of radiation induced lung injury in rats using dynamic hyperpolarized (129)Xe magnetic resonance spectroscopy.</a> Med Phys. 41 (7), 072302(2014).</li>
<li>Li, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+evaluation+of+radiation-induced+lung+injury+with+hyperpolarized+Xenon+magnetic+resonance%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Quantitative evaluation of radiation-induced lung injury with hyperpolarized Xenon magnetic resonance.</a> Magn Reson Med. 76 (2), 408-416 (2016).</li>
<li>Ruppert, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+pulmonary+capillary+blood+pulsations+using+hyperpolarized+Xenon-129+chemical+shift+saturation+recovery+%28CSSR%29+MR+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Detecting pulmonary capillary blood pulsations using hyperpolarized Xenon-129 chemical shift saturation recovery (CSSR) MR spectroscopy.</a> Magn Reson Med. 75 (4), 1771-1780 (2016).</li>
<li>Walkup, L. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feasibility%2C+tolerability+and+safety+of+pediatric+hyperpolarized+129Xe+magnetic+resonance+imaging+in+healthy+volunteers+and+children+with+cystic+fibrosis%5BTitle%5D)+AND+%22Pediatr+Radiol%22%5BJournal%5D)">Feasibility, tolerability and safety of pediatric hyperpolarized 129Xe magnetic resonance imaging in healthy volunteers and children with cystic fibrosis.</a> Pediatr Radiol. 46 (12), 1651-1662 (2016).</li>
<li>Willmering, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pediatric+%28129%29+Xe+gas-transfer+MRI-feasibility+and+applicability%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Pediatric (129) Xe gas-transfer MRI-feasibility and applicability.</a> J Magn Reson Imaging. 56 (4), 1207-1219 (2022).</li>
<li>Amzajerdian, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+quantification+of+hyperpolarized+Xenon-129+ventilation+and+gas+exchange+with+multi-breath+Xenon-polarization+transfer+contrast+%28XTC%29+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Simultaneous quantification of hyperpolarized Xenon-129 ventilation and gas exchange with multi-breath Xenon-polarization transfer contrast (XTC) MRI.</a> Magn Reson Med. 90 (6), 2334-2347 (2023).</li>
<li>Niedbalski, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Utilizing+flip+angle%2FTR+equivalence+to+reduce+breath+hold+duration+in+hyperpolarized+%28129%29+Xe+1-point+Dixon+gas+exchange+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Utilizing flip angle/TR equivalence to reduce breath hold duration in hyperpolarized (129) Xe 1-point Dixon gas exchange imaging.</a> Magn Reson Med. 87 (3), 1490-1499 (2022).</li>
<li>Chang, Y. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+a+quantitative+understanding+of+gas+exchange+in+the+lung%5BTitle%5D)+AND+%22arXiv%22%5BJournal%5D)">Toward a quantitative understanding of gas exchange in the lung.</a> arXiv. , (2010).</li>
<li>Chang, Y. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+human+lung+structure+and+physiology+using+hyperpolarized+129Xe%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Quantification of human lung structure and physiology using hyperpolarized 129Xe.</a> Magn Reson Med. 71 (1), 339-344 (2014).</li>
<li>Collier, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+cardiogenic+flow+oscillations+in+healthy+subjects+with+hyperpolarized+3He+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Observation of cardiogenic flow oscillations in healthy subjects with hyperpolarized 3He MRI.</a> J Appl Physiol. 119 (9), 1007-1014 (2015).</li>
<li>Niedbalski, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protocols+for+multi-site+trials+using+hyperpolarized+%28129%29+Xe+MRI+for+imaging+of+ventilation%2C+alveolar-airspace+size%2C+and+gas+exchange%3A+A+position+paper+from+the+%28129%29+Xe+MRI+clinical+trials+consortium%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Protocols for multi-site trials using hyperpolarized (129) Xe MRI for imaging of ventilation, alveolar-airspace size, and gas exchange: A position paper from the (129) Xe MRI clinical trials consortium.</a> Magn Reson Med. 86 (6), 2966-2986 (2021).</li>
</ol>

Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.

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...

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 bezpośrednią wizualizację i kwantyfikację wychwytu gazu ksenonowego do tkanki płucnej i krwi, co w przeciwnym razie byłoby niewykrywalne za pomocą konwencjonalnego termicznie spolaryzowanego MRI7.
Odzyskiwanie nasycenia chemicznego (CSSR) Spektroskopia MR z przesunięciem chemicznym8,9,10,11,12,13 okazała się jedną z najcenniejszych technik rezonansu magnetycznego HXe. CSSR polega na selektywnym nasycaniu namagnesowania ksenonu rozpuszczonego w tkance płucnej i krwi za pomocą impulsów o częstotliwości radiowej (RF) specyficznej dla częstotliwości. Późniejsze odzyskanie sygnału fazy rozpuszczonej (DP) podczas wymiany ze świeżym hiperspolaryzowanym gazem ksenonowym w przestrzeniach powietrznych w skali czasowej ms dostarcza ważnych informacji funkcjonalnych na temat miąższu płuc.
Od czasu jej rozwoju na początku 2000 roku, techniki stojące za spektroskopią CSSR były stopniowo udoskonalane14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Co więcej, postępy w modelowaniu krzywych wychwytu ksenonu umożliwiły wyodrębnienie określonych parametrów fizjologicznych, takich jak grubość ścianki pęcherzyków płucnych i czas pasażu płucnego10,24,25,26. Badania wykazały wrażliwość CSSR na subtelne zmiany w mikrostrukturze płuc i efektywności wymiany gazowej w postaci nieprawidłowości płucnych występujących u klinicznie zdrowych palaczy27, a także w szeregu chorób płuc, w tym przewlekłej obturacyjnej chorobie płuc (POChP)18,27,28, fibrosis29 oraz uszkodzenie płuc wywołane promieniowaniem30,31. Wykazano również, że spektroskopia CSSR jest czuła na wykrywanie oscylacji sygnału DP odpowiadających pulsacyjnemu przepływowi krwi podczas cyklu pracy serca32.
Chociaż poczyniono znaczne postępy, nadal istnieją praktyczne wyzwania związane z implementacją spektroskopii CSSR w klinicznych systemach MRI. Czas skanowania wymagający jednodawkowego wstrzymania oddechu zbliżający się do 10 s może być zbyt długi dla pacjentów pediatrycznych33,34 lub pacjentów z ciężką chorobą płuc35,36. Ponadto technika ta jest podatna na błędy systematyczne w pomiarze, jeśli parametry akwizycji, takie jak kolejność czasów opóźnienia nasycenia lub skuteczność nasycenia w fazie rozpuszczonej, nie są odpowiednio zoptymalizowane21. Aby zaradzić tym ograniczeniom i uczynić CSSR bardziej dostępnym dla szerszej społeczności naukowej, potrzebne są jasne, krok po kroku protokoły zarówno dla konwencjonalnego wstrzymywania oddechu, jak i akwizycji swobodnego oddychania, które są obecnie opracowywane.
Celem tego artykułu jest przedstawienie szczegółowej metodologii wykonywania zoptymalizowanej spektroskopii MR CSSR przy użyciu gazu HXe. Protokół będzie obejmował polaryzację i dostarczanie gazu ksenonowego, kalibrację impulsów RF, wybór parametrów sekwencji, przygotowanie obiektu, akwizycję danych i kluczowe etapy analizy danych. Podane zostaną przykłady wyników eksperymentalnych. Mamy nadzieję, że ten kompleksowy przewodnik posłuży jako podstawa do wdrożenia CSSR we wszystkich ośrodkach i pomoże w realizacji pełnego potencjału tej techniki do ilościowego określania zmian mikrostrukturalnych płuc w szeregu chorób płuc.

<table><tbody><tr><td>Dwukierunkowy Pneumotach&nbsp;</td><td>B& B Medical AccutachTM</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cewka kamizelki na klatkę piersiową</td><td>Kliniczne rozwiązania</td><td></td> MR <td>Maska na twarz dla dorosłych</td></tr><tr><td></td><td>Hans Rudolph</td><td>7450</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td>Release 2018a</td><td>Wymagany zestaw narzędzi optymalizacyjnych</td></tr><tr><td>System monitorowania fizjologicznego&nbsp;</td><td>BIOPAC Systems Inc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Torba Tedlar</td><td>Jensen Produkty obojętne</td><td></td><td>250 ml i 500 ml; specjalistyczny worek PVF</td></tr><tr><td>Polaryzator ksenonowy</td><td>Xemed LLC</td><td>X-box E10&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Skaner MRI całego ciała</td><td>Siemens</td><td>1.5 T Avanto</td><td></td></tr></tbody></table>

ilościowa miara struktury i funkcji płuc uzyskana z hiperpolaryzowanej spektroskopii ksenonowej

Quantitative Measure of Lung Structure and Function Obtained from Hyperpolarized Xenon Spectroscopy

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.

Rysunek 2 przedstawia typowe widmo ksenonu obserwowane w ludzkich płucach podczas wstrzymania oddechu, po inhalacji dawki 500 mL ksenonu. Widmo wykazuje dwa odrębne obszary: rezonans GP w okolicach 0 ppm oraz obszar DP, który składa się z piku błonowego przy około 197 ppm i piku erytrocytów przy około 217 ppm. Względne amplitudy pików zależą od szeregu czynników, w tym od kształtu, czasu trwania i częstotliwości centralnej impulsu wzbudzenia RF, a także od czasu opóźnienia między saturacją a...

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.

Ilościowa miara struktury i funkcji płuc uzyskana z hiperpolaryzowanej spektroskopii ksenonowej

Hyperpolarized Xenon-129 (HXe) magnetic resonance imaging (MRI) provides tools for obtaining 2- or 3-dimensional maps of lung ventilation patterns, gas ...

Nasze badania koncentrują się na wykorzystaniu technologii hiperpolaryzacji w 129 MRI do oceny czynności płuc i badania chorób płuc. Głównym celem jest sprawdzenie, w jaki sposób ta technika obrazowania może prowadzić do lepszego wykrywania, zrozumienia i śledzenia różnych chorób płuc. Większość hiperpolaryzowanych obrazowań MR płuc jest wykonywana podczas wstrzymania oddechu.Uważamy, że funkcja płuc określona ilościowo w takich sztucznych warunkach może nie odzwierciedlać w pełni wymiany gazowej podczas regularnego oddychania. Testujemy też nowe pomiary swobodnego oddychania, które nie wymagają wstrzymania oddechu. Obecne wyzwania obejmują optymalizację techniki akwizycji CSSR pod kątem spójności i dokładności w obliczu zmienności fizjologicznej i przestrzegania zaleceń przez pacjentów.Ciężko chorzy lub pediatryczni pacjenci mają trudności z utrzymaniem długich wstrzymań oddechu. Technika CSSR wydaje się szczególnie wrażliwa na zmiany grubości ściany przegrody zębodołowej. Jak wykazaliśmy my i inni w tej dziedzinie, pogrubienie ściany wyrostka zębodołowego może wskazywać na obecność obrzęku śródmiąższowego, stanu zapalnego lub zwłóknienia płuc.Wszystkie metryki uzyskane z akwizycji spektroskopii CSSR są obecnie oparte na czasowej dynamice amplitud sygnału. Mamy jednak nadzieję, że w przyszłości uda nam się uwzględnić w analizie zmiany kształtu piku i częstotliwości środkowej, aby uzyskać pełniejszy obraz zachodzących procesów wymiany gazowej. Aby rozpocząć, skonfiguruj system monitorowania fizjologicznego, aby rejestrować krzywe oddychania i analizę gazów w czasie rzeczywistym podczas obrazowania.Podłącz i przetestuj słuchawki pokojowe MRI z sygnałem audio, który prowadzi osobę badaną za pomocą nagrania dźwięku z wdechem i wydechem. Dostosuj szybkość odtwarzania ścieżki dźwiękowej. Wdech.Wydech. Na podstawie normalnej częstości oddechów każdego pacjenta. Wdech.Wydech.Następnie przygotuj łóżko skanera z czystym zagłówkiem, poduszką podpierającą nogi i kocem. Umieść odpiętą cewkę kamizelki piersiowej ksenon-129 na stole skanera MRI i włóż wtyczkę złącza cewki. W przypadku badania swobodnego oddychania wprowadź osobę badaną do nagrania głosu wdechu i wydechu, aby zsynchronizować oddychanie podczas obrazowania.Zaprowadź badaną osobę do pomieszczenia rezonansu magnetycznego i umieść ją na łóżku skanera, leżąc na otwartej cewce kamizelki ksenonowej. Gdy obiekt zostanie ustawiony, zapnij paski na rzepy tak, aby cewka kamizelki była zamknięta, ale nie uciskała klatki piersiowej fotografowanej osoby. W celu badania swobodnego oddychania należy założyć maskę na twarz z pneumotach na twarz pacjenta.Zaciśnij paski, aby maska ściśle przylegała do nosa i ust, nie będąc zbyt ciasna. Po dopasowaniu zdejmij maskę i odłóż ją na później, pozostawiając paski za głową fotografowanej osoby. Następnie umieść dwa pulsoksymetry na obu palcach wskazujących, aby stale monitorować tętno i nasycenie krwi tlenem podczas badania.Umieść słuchawki kompatybilne z rezonansem magnetycznym na uszach badanego podmiotu. Przesuń stół skanera MRI do otworu magnesu, tak aby płuca badanego znajdowały się w środku pola widzenia. Aby rozpocząć, podgrzej polaryzator ksenonowy na około 2,5 godziny przed rozpoczęciem badania.Przeciągnij rurkę łączącą specjalistycznego worka z polifluorku winylu lub PVF o pojemności 250 mililitrów przez klips sufitowy. Przymocuj torbę do jednego z czterech dostępnych portów dozowania polaryzatora. Na ekranie dotykowym polaryzatora wybierz wzbogacony zbiornik ksenonowy.Ustaw natężenie przepływu na Średnie, a objętość polaryzacji na 250 mililitrów. Następnie naciśnij przycisk Start, aby rozpocząć proces polaryzacji. Po dozowaniu spolaryzowanego gazu ksenonowego na ekranie dotykowym polaryzatora pojawi się komunikat o konieczności wyjęcia worka.Ściśnij rurkę łączącą specjalistycznego worka PVF za pomocą klipsa uszczelniającego, a następnie odłącz worek, aby umieścić go w otworze skanera MRI. Aby wykonać inhalację ksenonową metodą wstrzymania oddechu, umieść klips na nos badanego, aby ułatwić oddychanie przez usta. Pod koniec normalnego wydechu do funkcjonalnej pojemności resztkowej, włóż ustnik worka ksenonowego do ust pacjenta.Pozwól testerowi wdychać 500 mililitrów gazu ksenonowego z worka ksenonowego, a następnie wyjmij ustnik i poinstruuj testera, aby kontynuował wdychanie powietrza w pomieszczeniu, aż płuca będą pełne. Pod koniec inhalacji poproś badanego, aby podniósł kciuk. Poproś pielęgniarkę koordynującą o ustne przekazanie tych informacji operatorowi skanera w celu rozpoczęcia sekwencji impulsów.Po okresie zbierania danych poinstruuj pacjenta, aby powrócił do normalnego oddychania. Przesuń obiekt poza skaner MRI. Załóż maskę na nos i usta, podłącz węże do maski, a następnie podłącz wstępnie zamontowane paski od tyłu głowy do maski i zabezpiecz ją na miejscu.Przesuń obiekt do jego pierwotnej pozycji w skanerze MRI. Gdy pacjent postępuje zgodnie z protokołem oddychania, poproś pielęgniarkę koordynującą o poinformowanie operatora rezonansu magnetycznego w celu rozpoczęcia zbierania danych. Następnie pielęgniarka koordynująca otwiera zawory w systemie dostarczania gazu, a pacjent wdycha 50 mililitrów hiperspolaryzowanego ksenonu-129 zmieszanego z przepływem powietrza wewnątrz maski oddechowej.Poinstruuj pacjenta, aby kontynuował oddychanie przez około 10 oddechów, aż objętość gazu ksenonowego zostanie wykorzystana do protokołu obrazowania. Załaduj sekwencję impulsów CSSR, aby swobodnie oddychać. Ustaw częstotliwość akwizycji zgodnie z hiperspolaryzowaną częstotliwością fazy gazu ksenonowego określoną podczas skanowania kalibracyjnego.Dostosuj napięcie odniesienia tak, aby odpowiadało wartości uzyskanej ze skanowania kalibracyjnego. Wybierz opcję Czekaj na użytkownika" lub jej odpowiednik, aby wykonać sekwencję, postępując zgodnie z instrukcją obsługi dostawcy systemu. Rozpocznij sekwencję skanera MRI.Skaner zatrzyma się w celu wprowadzenia danych przez użytkownika przed pobraniem danych. Gdy pielęgniarka koordynująca przełączy hiperspolaryzowaną mieszaninę gazu ksenonowego lub powietrza, rozpocznij zbieranie danych. Upewnij się, że sekwencja jest już uruchomiona, zanim pacjent wdycha pierwszą dawkę gazu ksenonowego.Po trzyminutowym zebraniu danych lub wyczerpaniu hiperspolaryzowanego gazu ksenonowego, usuń obiekt ze skanera MRI. U młodej, zdrowej samicy sygnał błonowy gwałtownie wzrasta dzięki szybkiemu wypełnieniu cienkich ścianek. U starszego biorcy przeszczepu płuc sygnał błonowy wzrasta bardziej stopniowo, odzwierciedlając dłuższy czas potrzebny do wypełnienia grubszych ścian przegrody.

quantitative-measure-lung-structure-function-obtained-from

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

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.

Pozyskiwanie hiperspolaryzowanych obrazów rezonansu magnetycznego 129xe wentylacji płuc

CT i 129Xe MRI dostarczają uzupełniających informacji o strukturze i funkcji płuc, które mogą być wykorzystane do analizy regionalnej za pomocą rejestracji obrazu. W tym miejscu udostępniamy protokół, który opiera się na istniejącej literaturze dotyczącej rejestracji obrazów 129Xe MR do CT przy użyciu platform typu open source.

Multimodalne obrazowanie płuc: wykorzystanie uzupełniających informacji z tomografii komputerowej i hiperpolaryzowanego rezonansu magnetycznego 129Xe do oceny struktury i funkcji płuc

Perfuzja izolowanego serca w trybie Langendorffa, w połączeniu ze spektroskopią NMR 31P, łączy dziedziny biochemii i fizjologii w jednym eksperymencie. Protokół ten umożliwia dynamiczny pomiar zawartości i obrotu fosforanów wysokoenergetycznych w sercu przy jednoczesnym monitorowaniu funkcji fizjologicznych. Prawidłowo wykonana, technika ta stanowi cenne narzędzie w ocenie energetyki serca.

Ocena funkcji i energetyki serca w izolowanych sercach myszy z wykorzystaniem spektroskopii 31P NMR

Diagnostyczne obrazowanie ultrasonograficzne okazało się skuteczne w diagnozowaniu różnych chorób układu oddechowego u ludzi i zwierząt. Demonstrujemy kompleksowy protokół ultrasonograficzny wykorzystywany przez laboratorium dr Zuo do analizy kinetyki membrany, szczególnie w modelach mysich. Jest to również nieinwazyjna technika badawcza, która może dostarczyć ilościowych informacji na temat funkcji mięśni oddechowych myszy.

Diagnostyczne obrazowanie ultrasonograficzne funkcji membrany myszy

Przedstawiamy metodologię przetwarzania krwi pełnej w celu uzyskania różnych składników do dalszej analizy. Zoptymalizowaliśmy uproszczony protokół, który umożliwia szybkie, wysokoprzepustowe jednoczesne przetwarzanie próbek krwi pełnej w warunkach nieklinicznych.

Szybkie frakcjonowanie i izolacja składników krwi pełnej w próbkach uzyskanych w warunkach środowiskowych

Opisano metody biopsji mięśnia obszernego bocznego, przygotowania oczyszczonych mitochondriów i profilowania respirometrycznego. Wykorzystanie małej objętości mięśniowej sprawia, że technika ta nadaje się do zastosowań w badaniach klinicznych.

Przygotowanie i ocena respirometryczna mitochondriów wyizolowanych z tkanki mięśni szkieletowych uzyskana metodą przezskórnej biopsji igłowej

Ten artykuł opisuje pomiar funkcji lewej komory myszy za pomocą analizy ciśnienia/objętości przy różnych częstościach akcji serca.

Cewnikowanie serca u myszy w celu pomiaru zależności objętości ciśnienia: badanie efektu Bowditcha

Protokół ten opisuje, jak używać ilościowego PCR W CZASIE RZECZYWISTYM (QRT-PCR) do wykrywania mRNA specyficznego dla komórek nowotworowych reprezentującego przerzuty w tkance płucnej myszy.

Ocena przerzutów do płuc w modelach guza sutka myszy za pomocą ilościowego PCR w czasie rzeczywistym

Tradycyjne modelowanie częściowej niedrożności ujścia pęcherza moczowego u gryzoni jest obarczone śmiertelnością zwierząt. Poważnym problemem jest również uraz odnerwienia spowodowany rozwarstwieniem wokół bliższej cewki moczowej i szyi pęcherza moczowego. Opracowaliśmy i oceniliśmy bezpieczny i niezawodny model niedrożności środkowej części cewki moczowej, unikając wad tradycyjnego modelu.

Oszczędzająca nerwy niedrożność środkowej cewki moczowej (NeMO) u samic małych gryzoni

Tutaj opisujemy dwie miary funkcji płuc - pletyzmografię barometryczną, która pozwala na pomiar objętości płuc, oraz kapnografię wolumetryczną, narzędzie do pomiaru anatomicznej martwej przestrzeni i jednorodności dróg oddechowych. Techniki te mogą być stosowane niezależnie lub w połączeniu do oceny funkcji dróg oddechowych przy różnych objętościach płuc.

Połączenie kapnografii wolumetrycznej i pletyzmografii barometrycznej w celu pomiaru zależności między strukturą a funkcją płuc

Poznaj metodę CSSR z hiperpolaryzowanym ksenonem-129 do ilościowej oceny funkcji płuc i grubości ścianek alweolarnych. Ta technika poprawia diagnostykę chorób płuc bez konieczności zatrzymywania oddechu.

Ilościowa miara struktury i funkcji płuc uzyskana z hiperpolaryzowanej spektroskopii ksenonowej

Przeglądaj więcej filmów