Mapeamento quantitativo de ventilação específica no pulmão humano usando ressonância magnética de prótons e oxigênio como agente de contraste

A Imagem de Ventilação Específica, ou SVI, é uma técnica qualitativa de imagem pulmonar que nos ajudará a aprofundar nossa compreensão fundamental da fisiologia e do manejo de doenças respiratórias. O SVI é livre de radiação e requer apenas equipamentos comumente disponíveis, um scanner de ressonância magnética e oxigênio médico. Isso o torna seguro para crianças e ideal para estudos repetidos em adultos.

A tradução do SVI para a prática clínica pode melhorar o manejo da asma, pois nos permitirá identificar áreas mais afetadas pela doença. A capacidade de mapear mudanças dentro do pulmão em resposta à terapia pode ajudar a otimizar a terapia inalação e informar escolhas terapêuticas individualizadas. Ajudando a demonstrar este procedimento está Vincent Tedjasaputra, um pós-doutorando no Departamento de Medicina.

Comece a iniciar o procedimento, obtenha consentimento por escrito informado do sujeito e descreva os potenciais riscos apresentados pela exposição a campos magnéticos em rápida mudança e o desconforto potencial do uso de uma máscara facial e gás seco respiratório. Confirme que o sujeito pode ser submetido com segurança à ressonância magnética utilizando o questionário de triagem de segurança de ressonância magnética ou ressonância magnética aprovado localmente. Treine o sujeito para respirar a tempo com a sequência de ressonância magnética e meça as dimensões do nariz do sujeito ao queixo para determinar o tamanho da máscara facial que melhor se encaixará no assunto.

Em seguida, verifique se os bolsos e roupas do sujeito estão livres de cartões de crédito baseados em magnético e peças metálicas contendo ferro. Para preparar o scanner MR, conecte uma bobina do torso ao conector apropriado na mesa do scanner para configurar o scanner para uso e coloque folhas, almofadas e travesseiros na mesa do scanner para que o sujeito fique confortável por pelo menos 30 minutos de imagem. Para montar o sistema de entrega de oxigênio, coloque uma válvula de interruptor bidirecional ao alcance do operador do scanner e use um pedaço de tubo plástico de oito metros de comprimento de um quarto de polegada de diâmetro para conectar o suprimento de oxigênio a uma entrada da válvula de comutação.

Conecte a saída da válvula de comutação na sala de controle ao tubo plástico de um quarto e alimente a tubulação através da sala de controle até a sala do scanner, tomando cuidado para que a tubulação atinja o meio do furo do scanner. Fixar o acessório de desvio de fluxo à máscara facial para o sujeito. Conecte a extremidade de latão de meia polegada da tubulação ao acessório da máscara de desvio de fluxo.

Coloque a pressão sobre o regulador de saída de oxigênio a um valor que produz um fluxo de oxigênio maior do que o fluxo inspirador de pico esperado de acordo com a natureza do estudo e a resistência geral do sistema de entrega de gás. Em seguida, ative o fluxo de oxigênio para testar a válvula de comutação, certificando-se de que um fluxo adequado está presente na saída do acessório de desvio de fluxo e que não há vazamentos na tubulação plástica. Para preparar o assunto para a imagem, que o sujeito esteja sobre a mesa do scanner certificando-se de que a parte superior do elemento da bobina inferior é maior do que os ombros do sujeito para garantir que a parte superior do elemento bobina inferior forneça uma cobertura adequada dos apices pulmonares.

Que o sujeito insira os protetores auriculares e verifique se o som está sendo bloqueado. Grave um mecanismo de segurança no pulso do sujeito para que ele possa ser facilmente acessado e anexar a máscara e o sistema de desvio de fluxo ao rosto do sujeito. Oclua brevemente o lado expiratório do anexo do bypass de fluxo e peça ao sujeito para tentar uma inspiração e expiração normais para verificar se há vazamentos.

Agora carregue o sujeito no scanner usando a ferramenta de centro de luz para garantir que a bobina do tronco ocupe o centro do furo e guie a linha de desvio de fluxo para garantir o conforto do sujeito enquanto move o assunto em direção ao centro do scanner. Depois de selecionar o local pulmonar para fatias de imagem, adquira uma sequência de localizador para obter um mapa anatômico que será usado para prescrever o resto do exame. Use a interface gráfica do usuário do scanner para clicar e arrastar a fatia de imagem centrada no campo pulmonar visando a região de interesse para o local desejado para selecionar até quatro fatias pulmonares sagiais a serem estudadas.

Em seguida, anote a localização das fatias de imagem em relação à localização da coluna vertebral para que o mesmo volume possa ser reimagem para estudos longitudinais. Para imagens de ventilação específicas, defina o tempo de inversão no computador MR para a fatia mais medial para 1100 milissegundos para o máximo o contraste de oxigênio do ar, o número de repetições para 220 e o tempo de repetição para cinco segundos. Monitore a consistência do volume pulmonar e expiração do sujeito durante as aquisições subsequentes e forneça feedback para melhorar a qualidade, se necessário.

Troque a mistura de gás inspirada do sujeito a cada 20 respirações durante a aquisição de respiração para o conforto do sujeito, alternando entre o ar da sala e o oxigênio médico. Verifique o oxímetro de pulso regularmente para verificar a frequência cardíaca e a saturação de oxigênio e faça check-in com o sujeito com frequência para dar atualizações regulares do tempo restante. Após o hálito 220, a imagem está completa.

Devolva o assunto ao ar da sala e remova-os do scanner. Para criar um mapa de ventilação específico, importe as imagens para registro no software de análise de imagens e inspecione visualmente toda a pilha de imagens 220 para selecionar a imagem para cada fatia que melhor represente a capacidade residual funcional. Usando a imagem do modo como referência, use um registro projetivo ou fino para registrar todas as imagens na referência de capacidade residual funcional e quantificar a ventilação específica no pulmão a partir da pilha registrada usando um algoritmo apropriado.

Um mapa da ventilação específica será criado. A SVI produz mapas quantitativos de ventilação específica, por exemplo, como mostrado nesta única imagem de fatia no pulmão direito de uma mulher saudável de 39 anos. Observe a presença do gradiente vertical esperado na ventilação específica com a porção dependente do pulmão apresentando uma ventilação específica maior do que a porção não dependente do pulmão.

Um histograma dos valores de ventilação específicos do mapa com uma função de distribuição de probabilidade normal de registro de ajuste melhor permite que a largura da melhor distribuição de ajuste seja usada como uma métrica de heterogeneidade de ventilação específica. Aqui, uma lavagem múltipla da respiração adquirida no mesmo assunto na mesma postura é mostrada. O registro temporal da concentração de nitrogênio foi medido na boca após uma mudança do ar inspirado para 100% de oxigênio inspirado.

Nesta distribuição de ventilação específica, conforme estimado a partir da lavagem tanto para imagens específicas de ventilação quanto para lavagem múltipla da respiração, a largura da distribuição foi encontrada dentro da faixa normal saudável. Treinar os sujeitos para respirar a tempo com o scanner e dar-lhes feedback durante a aquisição pode ajudar a garantir dados de boa qualidade. Combinado com medidas de densidade e perfusão, o SVI pode ser usado para mapear a razão local de ventilação à perfusão e medida da eficiência da troca de gás.

Esta técnica tem sido usada para entender a distribuição da ventilação após exercícios extenuantes e um painel especial de restrição brônquica repetida na asma. O ambiente de ressonância magnética requer atenção à segurança, pois um campo magnético forte está sempre ligado e objetos ferromagnéticos podem se tornar projéteis resultando em ferimentos.