Количественное картирование специфической вентиляции легких человека с использованием протонного магнитно-резонансной томографии и кислорода в качестве контрастного агента

Summary

Специфическая вентиляционная томография является функциональной магнитно-резонансной томографией, которая позволяет количественно количественно определить региональную специфическую вентиляцию легких человека, используя вдыхаемый кислород в качестве контрастного средства. Здесь мы представляем протокол для сбора и анализа конкретных данных вентиляционной визуализации.

Abstract

Специфическая вентиляционная томография (SVI) является функциональной магнитно-резонансной томографией, способной количественно определить специфическую вентиляцию - соотношение свежего газа, поступающего в область легких, разделенного на конечный объем региона, в легких человека, используя только вдыхаемый кислород в качестве контрастного агента. Региональная количественная оценка специфической вентиляции имеет потенциал, чтобы помочь определить области патологической функции легких. Кислород в растворе в тканях сокращает время продольного расслабления ткани (Т_1),и, таким образом, изменение оксигенации тканей может быть обнаружено как изменение T 1-взвешенного сигнала с восстановлением инверсии приобретенного изображения. После резкого изменения между двумя концентрациями вдохновленного кислорода, скорость, с которой легочная ткань в вокселе приживает к новому устойчивому состоянию, отражает скорость, с которой газ-резидент заменяется вдыхаемым газом. Эта скорость определяется конкретной вентиляцией. Чтобы вызвать это внезапное изменение в оксигенации, субъекты поочередно дышать 20-дышат блоков воздуха (21% кислорода) и 100% кислорода в то время как в МРТ сканера. Поэтапное изменение в вдохновенной фракции кислорода достигается за счет использования пользовательской трехмерной (3D)-печатной системы обхода потока с ручным переключателем во время короткого конца срока эксплуатации дыхания. Для обнаружения соответствующего изменения в T₁, глобальный импульс инверсии с последующим одним выстрелом быстрого спина эхо последовательность была использована для приобретения двухмерных T 1-взвешенных изображений в 1,5 T МРТ сканер, используя восьмиэлементную катушки туловища. Возможны как односрезанная, так и многосрезная визуализация с несколько иными параметрами изображения. Количественная оценка специфической вентиляции достигается путем сопоставления временной интервалинтенсивности сигнала для каждого вокселя легких с библиотекой смоделированных реакций на воздушный/кислородный стимул. Оценки SVI специфической неоднородности вентиляции были проверены на фоне многократного вымывания дыхания и доказали, что точно определяют неоднородность специфического распределения вентиляции.

Introduction

Общая цель специфической вентиляционной визуализации (SVI) - протонной магнитно-резонансной томографии (МРТ), использующую кислород в качестве контрастного агента^1, состоит в количественном картотеке конкретной вентиляции легких человека. Специфическая вентиляция – это соотношение свежего газа, поставляемого в область легких наодном дыхании, разделенное на конечный объем годности той же области легких 1. В сочетании с измерениями плотности местных легких, специфическая вентиляция может быть использована для вычисления региональной вентиляции². Измерения местной вентиляции и вентиляции неоднороднос....

Protocol

Калифорнийский университет, Сан-Диего Программа защиты человеческих исследований одобрил этот протокол.

1. Безопасность и обучение по предметам

1. Получить письменное, информированное согласие субъекта. Опишите потенциальные риски, связанные с воздействием быстро меняющихся магнитных полей, а также потенциальный дискомфорт от использования маски для лица и дыхания сухого газа.
2. Убедитесь, что субъект может безопасно пройти МР-сканирование, используя утвержденный на местном уровне мРТ вопросник безопасности.
3. Если субъект является женщиной детородного возраста, и не уверены в ее статусе беременности, попросите ее сам....

Results

Один ломтик SVI в здоровом предмете
Специфическая вентиляционная томография производит количественные карты специфической вентиляции, как показано на рисунке 3A,на котором изображен один ломтик в правом легком 39-летней здоровой самки. Обратите внимание на наличие ожидаемого вертикального градиента в специфической вентиляции; зависимая часть легкого представляет более высокую специфическую вентиляцию, чем независимая часть легкого. Представлена гистогр.......

Discussion

Специфическая вентиляционная томография позволяет количественно отображение пространственного распределения специфической вентиляции легких человека. Альтернативы SVI существуют, но ограничены в некотором роде, Многократное вымывание дыхания обеспечивает меру неоднородности, но не хватает пространственной информации²³. Альтернативные методы визуализации подвергают пациентов ионизирующему излучению (например, SPECT, PET, CT, гамма-сцинтиграфия) или не доступны широко (гиперполяризованная газовая ви.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Напечатанная на 3D-принтере система
Маска для лица	Hans Rudolph		серии 7400 Ороназальная маска, различные размеры
Регулятор
Набор головных уборов Набор голов	Hans Rudolph		7400 совместимый набор голов
Программное	Matlab Mathworks		разработано на месте
Медицинское кислород	Air Liquide/Linde		Кислород для доставки к испытуемому
МРТ	GE здравоохранение		1,5 Т GE HDx Excite двухскоростной сканер
Пластиковые трубки			¼ ", 3/8" и 1/2" трубки и разъемы
Пульсоксиметр	Nonin		7500 FO (совместимый с MR)
Переключающий клапан
Катушка туловища	GE healthcare		Катушка туловища с высоким коэффициентом усиления для сканера GE