Medida quantitativa da estrutura e função pulmonar obtida por espectroscopia de xenônio hiperpolarizada

Summary

O manuscrito apresenta um protocolo detalhado para o uso da recuperação de saturação por deslocamento químico (CSSR) hiperpolarizada de Xenon-129 para rastrear as trocas gasosas pulmonares, avaliar a espessura aparente da parede do septo alveolar e medir a relação superfície-volume. O método tem o potencial de diagnosticar e monitorar doenças pulmonares.

Abstract

A ressonância magnética (MRI) hiperpolarizada de Xenon-129 (HXe) fornece ferramentas para obter mapas bidimensionais ou tridimensionais de padrões de ventilação pulmonar, difusão de gás, captação de xenônio pelo parênquima pulmonar e outras métricas de função pulmonar. No entanto, ao trocar a resolução espacial pela temporal, também permite o rastreamento da troca gasosa de xenônio pulmonar em uma escala de tempo ms. Este artigo descreve uma dessas técnicas, a espectroscopia de RM de recuperação de saturação por deslocamento químico (CSSR). Ele ilustra como ele pode ser usado para avaliar o volume sanguíneo capilar, a espessura da parede septal e a relação superfície-volume nos alvéolos. O ângulo de inversão dos pulsos de radiofrequência (RF) aplicados foi cuidadosamente calibrado. Protocolos de apneia de dose única e respiração livre de dose múltipla foram empregados para administrar o gás ao sujeito. Uma vez que o gás xenônio inalado atingiu os alvéolos, uma série de pulsos de RF de 90° foi aplicada para garantir a saturação máxima da magnetização de xenônio acumulada no parênquima pulmonar. Após um tempo de atraso variável, os espectros foram adquiridos para quantificar o crescimento do sinal de xenônio devido à troca gasosa entre o volume de gás alveolar e os compartimentos teciduais do pulmão. Esses espectros foram então analisados ajustando funções pseudo-Voigt complexas aos três picos dominantes. Finalmente, as amplitudes de pico dependentes do tempo de atraso foram ajustadas a um modelo analítico de troca gasosa unidimensional para extrair parâmetros fisiológicos.

Introduction

A ressonância magnética (MRI)1 de Xenônio-129 hiperpolarizado (HXe)¹ é uma técnica que oferece informações exclusivas sobre a estrutura, função e processos de troca gasosa pulmonares. Ao amplificar drasticamente a magnetização do gás xenônio por meio do bombeamento óptico de troca de rotação, a ressonância magnética HXe alcança uma melhoria de ordem de magnitude na relação sinal-ruído em comparação com a ressonância magnética de xenônio polarizada termicamente 2,3,4,5,6.

Protocol

NOTA: Embora a técnica de espectroscopia de RM CSSR de xenônio-129 hiperpolarizada descrita aqui seja comumente usada para imagens de animais e humanos, o protocolo abaixo refere-se apenas a estudos em humanos. Todos os protocolos de imagem aderiram às limitações da taxa de absorção específica (SAR) da FDA (4 W/kg) e foram aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade da Pensilvânia. O consentimento informado foi obtido de cada sujeito.

1. Projeto de sequência de pulso

1. Decida se deseja realizar uma medição de apneia ou respiração livre.
   NOTA: As aquisições de apneia são tecnicamente mais simp....

Results

A Figura 2 ilustra um espectro típico de xenônio observado no pulmão humano durante uma apneia, após a inalação de 500 mL de dose de xenônio. O espectro exibe duas regiões distintas, a ressonância GP em torno de 0 ppm e a região DP, que consiste no pico da membrana em aproximadamente 197 ppm e o pico dos glóbulos vermelhos em aproximadamente 217 ppm. As amplitudes de pico relativas dependem de vários fatores, incluindo a forma, duração e frequência central do pulso de excitação de RF, bem co.......

Discussion

A espectroscopia de RM HXe CSSR é uma técnica poderosa para avaliar várias métricas de função pulmonar que seriam difíceis ou impossíveis de quantificar in vivo usando qualquer outra modalidade diagnóstica existente²⁴. No entanto, a aquisição e a análise subsequente dos dados são baseadas em certas suposições sobre condições fisiológicas e parâmetros técnicos que nunca são totalmente alcançáveis em indivíduos vivos. Essas limitações e seu impacto na interpretação das métricas extraídas se.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Pneumotach bidirecional	B& B Medical AccutachTM
Colete de Peito Bobina	Soluções de RM		Clínica Máscara Facial Tamanho Adulto
	Hans Rudolph	7450
Matlab	Mathworks	Release 2018a	Caixa de Ferramentas de Otimização necessária
Sistema de Monitoramento Fisiológico	BIOPAC Systems Inc
Bolsa Tedlar Jensen	Produtos		250-mL e 500-mL; bolsa especializada em PVF
Polarizador	Xenon Xemed LLC	X-box E10
Scanner de ressonância magnética de corpo inteiro	Siemens	1.5 T Avanto