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Bioengineering

Hyperpolarized क्सीनन चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग में समस्या निवारण और गुणवत्ता आश्वासन: उच्च गुणवत्ता वाली छवि अधिग्रहण के लिए उपकरण

Published: January 5, 2024 doi: 10.3791/65972
Automatic Translation
1, 2, 2,3
1Roy Blunt NextGen Precision Health Center, University of Missouri, 2Chemical and Biomedical Engineering, University of Missouri, 3Radiology, School of Medicine, University of Missouri

Summary

यहां, हम हार्डवेयर, सॉफ्टवेयर, डेटा अधिग्रहण, अनुक्रम चयन, डेटा प्रबंधन, के-स्पेस उपयोग और शोर विश्लेषण को कवर करते हुए उच्च गुणवत्ता वाले हाइपरपोलराइज्ड क्सीनन -129 चुंबकीय अनुनाद छवियों को प्राप्त करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं।

Abstract

हाइपरपोलराइज्ड (एचपी) क्सीनन चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (129एक्सई एमआरआई) हाल ही में संघीय दवा प्रशासन (एफडीए) -अनुमोदित इमेजिंग साधन है जो फेफड़ों के कार्य की जांच के लिए क्सीनन गैस की साँस की सांस की उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियों का उत्पादन करता है। हालांकि, 129एक्सई एमआरआई को लागू करना विशिष्ट रूप से चुनौतीपूर्ण है क्योंकि इसके लिए हाइपरपोलराइजेशन के लिए विशेष हार्डवेयर और उपकरण की आवश्यकता होती है, क्सीनन इमेजिंग कॉइल और कॉइल सॉफ्टवेयर की खरीद, मल्टीन्यूक्लियर एमआर इमेजिंग अनुक्रमों का विकास और संकलन, और अधिग्रहित डेटा का पुनर्निर्माण/विश्लेषण। उचित विशेषज्ञता के बिना, ये कार्य कठिन हो सकते हैं, और उच्च-गुणवत्ता वाली छवियों को प्राप्त करने में विफलता निराशाजनक और महंगी हो सकती है। यहां, हम129Xe MRI साइटों के लिए कुछ गुणवत्ता नियंत्रण (QC) प्रोटोकॉल, समस्या निवारण अभ्यास और सहायक उपकरण प्रस्तुत करते हैं, जो अनुकूलित, उच्च-गुणवत्ता वाले डेटा और सटीक परिणामों के अधिग्रहण में सहायता कर सकते हैं। चर्चा एचपी 129एक्सई एमआरआई को लागू करने की प्रक्रिया के अवलोकन के साथ शुरू होगी, जिसमें हाइपरपोलराइज़र लैब की आवश्यकताएं, 129एक्सई एमआरआई कॉइल हार्डवेयर/सॉफ्टवेयर, डेटा अधिग्रहण और अनुक्रम विचार, डेटा संरचनाएं, के-स्पेस और छवि गुण, और मापा सिग्नल और शोर विशेषताओं का संयोजन शामिल है। इन आवश्यक चरणों में से प्रत्येक के भीतर त्रुटियों, चुनौतियों और प्रतिकूल घटनाओं के अवसर निहित हैं जो खराब छवि गुणवत्ता या असफल इमेजिंग के लिए अग्रणी हैं, और इस प्रस्तुति का उद्देश्य कुछ अधिक सामान्य रूप से सामना किए जाने वाले मुद्दों को संबोधित करना है। विशेष रूप से, छवि कलाकृतियों और निम्न-गुणवत्ता वाली छवियों से बचने के लिए अधिग्रहित डेटा में विषम शोर पैटर्न की पहचान और लक्षण वर्णन आवश्यक है; उदाहरण दिए जाएंगे, और शमन रणनीतियों पर चर्चा की जाएगी। हमारा लक्ष्य वास्तविक समय समस्या निवारण के लिए कुछ दिशानिर्देश और रणनीति प्रदान करते हुए नई साइटों के लिए 129Xe MRI कार्यान्वयन प्रक्रिया को आसान बनाना है।

Introduction

एक सदी से अधिक के लिए, फेफड़े के कार्य मूल्यांकन ने मुख्य रूप से स्पिरोमेट्री और बॉडी प्लेथिस्मोग्राफी से वैश्विक माप पर भरोसा किया है। हालांकि, ये पारंपरिक फुफ्फुसीय कार्य परीक्षण (पीएफटी) प्रारंभिक चरण की बीमारी की क्षेत्रीय बारीकियों और फेफड़ोंके ऊतकों में सूक्ष्म परिवर्तनों को पकड़ने की उनकी क्षमता में सीमित हैं। आमतौर पर फुफ्फुसीय एम्बोली से जुड़े वेंटिलेशन / छिड़काव बेमेल के आकलन के लिए इनहेल्ड रेडियोट्रेसर के साथ परमाणु दवा का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, लेकिन इसमें आयनकारी विकिरण शामिल होता है और कम रिज़ॉल्यूशन पैदा करता है। इसके विपरीत, गणना टोमोग्राफी (सीटी) फेफड़ों इमेजिंग के लिए सोने के मानक के रूप में उभरा है, परमाणु इमेजिंग2 की तुलना में असाधारण स्थानिक और लौकिक स्पष्टता की पेशकश. जबकि कम खुराक सीटी स्कैन विकिरण जोखिम को कम कर सकते हैं, संभावित विकिरण जोखिम अभी भी 3,4 माना जाना चाहिए. फेफड़े के प्रोटॉन एमआरआई फेफड़े के कम ऊतक घनत्व और फेफड़ों के ऊतकों से तेजी से संकेत क्षय के कारण असामान्य है, हालांकि हाल के अग्रिम संभावित कम संकेत के बावजूद कार्यात्मक जानकारी प्रदान करते हैं। दूसरी ओर, हाइपरपोलराइज्ड क्सीनन चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एचपी 129एक्सई एमआरआई) एक गैर-इनवेसिव साधन है जो क्षेत्रीय विशिष्टता 5,6 के साथ फेफड़ों के कार्य की इमेजिंग की अनुमति देता है। यह लीटर मात्रा में गैस के एक उच्च गैर-संतुलन परमाणु चुंबकीयकरण का उत्पादन करता है। अक्रिय गैस को तब एमआर स्कैनर के अंदर एक विषय द्वारा एक सांस के लिए साँस लिया जाता है और सीधे स्कैनर द्वारा इमेज किया जाता है। इस प्रकार, साँस की गैस को सीधे ऊतक के विपरीत चित्रित किया जाता है। इस तकनीक का उपयोग अस्थमा, क्रोनिक ऑब्सट्रक्टिव पल्मोनरी डिजीज (सीओपीडी), सिस्टिक फाइब्रोसिस, इडियोपैथिक पल्मोनरी फाइब्रोसिस, कोरोनावायरस रोग 2019 (COVID-19), और कई अन्य सहित कई बीमारियों में फेफड़ों के वेंटिलेशन का आकलन करने के लिए किया गयाहै। दिसंबर 2022 में, HP 129Xe MRI को यूनाइटेड स्टेट्स FDA द्वारा संयुक्त राज्य अमेरिका (USA) में 12 वर्षऔर उससे अधिक आयु के वयस्कों और बाल रोगियों में उपयोग किए जाने वाले MRI वेंटिलेशन कंट्रास्ट एजेंट के रूप में अनुमोदित किया गया था। व्यक्तिगत उपचार योजनाओं वाले रोगियों की बेहतर देखभाल के लिए चिकित्सक अब 129Xe MRI का उपयोग कर सकते हैं।

ऐतिहासिक रूप से, नैदानिक एमआरआई विशेष रूप से इमेजिंग हाइड्रोजन नाभिक (प्रोटॉन) पर केंद्रित है जो लगभग सभी मानव विसरा में प्रचुर मात्रा में हैं। एमआरआई स्कैनर, अनुक्रम और गुणवत्ता नियंत्रण आमतौर पर स्कैनर निर्माता द्वारा साइट लाइसेंस और वारंटी के हिस्से के रूप में बनाए रखा जाता है। हालांकि, 129एक्सई को एक बहु-परमाणु सक्षम एमआर स्कैनर की आवश्यकता होती है और हाइपरपोलराइज़र, कस्टम-निर्मित रेडियोफ्रीक्वेंसी (आरएफ) कॉइल, समर्पित पल्स अनुक्रम और ऑफ़लाइन पुनर्निर्माण / विश्लेषण सॉफ्टवेयर को संचालित करने के लिए एक समर्पित अनुसंधान टीम की आवश्यकता होती है। इनमें से प्रत्येक घटक को तीसरे पक्ष के विक्रेताओं द्वारा आपूर्ति की जा सकती है या इन-हाउस विकसित किया जा सकता है। इस प्रकार, गुणवत्ता नियंत्रण का बोझ आम तौर पर स्कैनर निर्माता या व्यक्तिगत तीसरे पक्ष के विपरीत 129Xe अनुसंधान टीम पर टिकी हुई है। उच्च गुणवत्ता वाले 129Xe डेटा का लगातार अधिग्रहण इसलिए विशिष्ट रूप से चुनौतीपूर्ण है क्योंकि 129Xe MRI प्रक्रिया का प्रत्येक घटक त्रुटि की संभावना का परिचय देता है, जिसे 129Xe टीम द्वारा बारीकी से निगरानी की जानी चाहिए। न केवल ये स्थितियां बेहद निराशाजनक हो सकती हैं क्योंकि शोधकर्ताओं को उत्पन्न होने वाली किसी भी चुनौती के संभावित कारणों का निवारण और जांच करनी पड़ती है, लेकिन वे बहुत महंगे हो सकते हैं क्योंकि यह रोगी इमेजिंग और विषय भर्ती को धीमा कर देता है। समस्या निवारण से जुड़ी कुछ लागतों में एमआरआई समय की लागत, 129एक्सई का हाइपरपोलराइजेशन शामिल है, जिसमें विभिन्न गैसों की खपत और सामग्री का उपयोग शामिल है। इसके अतिरिक्त, हाल ही में एफडीए अनुमोदन और 129एक्सई इमेजिंग में वृद्धि के साथ, गुणवत्ता नियंत्रण के लिए एक मानकीकृत प्रोटोकॉल प्रदान करना 129एक्सई ऑपरेशन 8,9 में आम मुद्दों और असफलताओं से बचने के लिए आवश्यक है।

यहां, हम आरएफ कॉइल विफलताओं, विभिन्न शोर प्रोफाइल के उद्भव सहित 129एक्सई एमआरआई में कुछ अधिक सामान्यतः सामना किए गए मुद्दों को प्रस्तुत करते हैं जो कम सिग्नल-टू-शोर अनुपात (एसएनआर), और खराब गुणवत्ता वाली छवियों कोजन्म देते हैं। हमारा लक्ष्य उच्च गुणवत्ता वाले छवि डेटा के अधिग्रहण को सुनिश्चित करने के लिए कुछ संक्षिप्त गुणवत्ता नियंत्रण (क्यूसी) दिशानिर्देश और प्रोटोकॉल प्रदान करना है और 129एक्सई एमआरआई में उत्पन्न होने वाली कुछ अधिक सामान्य समस्याओं का निवारण करना है। यहां प्रदान की गई अंतर्दृष्टि हाइपरपोलराइज्ड हीलियम -3 समस्या निवारण के लिए भी प्रासंगिक हैं।

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Protocol

नीचे उल्लिखित प्रोटोकॉल मिसौरी मानव अनुसंधान आचार समिति विश्वविद्यालय द्वारा स्थापित दिशानिर्देशों और मानकों का पालन करता है, अध्ययन के नैतिक आचरण और प्रतिभागियों के अधिकारों, सुरक्षा और कल्याण की सुरक्षा सुनिश्चित करता है।

नोट: हाइपरपोलराइज्ड क्सीनन एमआरआई अध्ययनों की विश्वसनीयता और सटीकता सुनिश्चित करने के लिए, अधिग्रहित छवियों के कठोर लक्षण वर्णन करना, एक व्यापक प्रोटोकॉल का पालन करना और प्रभावी समस्या निवारण रणनीतियों को नियोजित करना महत्वपूर्ण है। इमेजिंग सत्र में कई चरण शामिल हैं: गैस हाइपरपोलाराइजेशन, 129एक्सई कॉइल / स्कैनर संचार, 129एक्सई स्पेक्ट्रोस्कोपी, डेटा प्राप्त करना, डेटा पुनर्निर्माण और छवि विश्लेषण। प्रोटोकॉल इन चरणों पर विस्तार से चर्चा करके शुरू होता है और इमेजिंग प्रक्रिया को अनुकूलित करने के लिए आवश्यक सावधानियों और समस्या निवारण रणनीतियों पर प्रकाश डालता है। इन प्रक्रियाओं का पालन करके और विशेषज्ञ समस्या निवारण रणनीतियों को शामिल करके, शोधकर्ता इमेजिंग प्रक्रिया को अनुकूलित कर सकते हैं और हाइपरपोलराइज्ड क्सीनन एमआरआई अध्ययन के दौरान उत्पन्न होने वाली चुनौतियों को दूर कर सकते हैं। फिर हम सामान्य समस्या निवारण प्रथाओं को संबोधित करेंगे जो उप-इष्टतम डेटा के कई मामलों में उत्पन्न हो सकती हैं।

1. एक व्यापक एचपीजी एमआरआई अध्ययन के लिए महत्वपूर्ण कदम

यहाँ हम एक ठेठ hyperpolarized 129Xe इमेजिंग सत्र में शामिल प्रक्रियाओं का एक संक्षिप्त सिंहावलोकन प्रस्तुत किया. 129Xe क्लिनिकल ट्रायल कंसोर्टियम से विस्तृत प्रोटोकॉल सिफारिशें Niedbalski et al.11 में दी गई हैं।

  1. 129एक्सई हाइपरपोलराइजेशन
    1. सुनिश्चित करें कि 129Xe हाइपरपोलराइज़र निर्माता के दिशानिर्देशों या कस्टम-निर्मित पोलराइज़र के लिए लैब-विशिष्ट प्रोटोकॉल के अनुसार स्थापित और चालू है।
    2. HP मापन स्टेशनमा HP 1Xe ग्यासको प्रतिनिधि नमूना मा परमाणु चुम्बकीय अनुनाद (NMR) तकनीक प्रयोग गरेर T129 विश्राम मापन गर्नुहोस्। 30 एमटी के एक स्थिर क्षेत्र में, 1 एल गैस खुराक बैग में क्सीनन में 45 मिनट > का टी 1 होना चाहिए।
      नोट: ध्रुवीकरण माप पूरा करने के बाद, एचपी 129एक्सई खुराक बैग को एचपी माप स्टेशन के चुंबकीय क्षेत्र के भीतर रखा जाना चाहिए ताकि एमआर स्कैनर में परिवहन के लिए तैयार होने तक इसका ध्रुवीकरण बनाए रखा जा सके। ध्रुवीकरण 12 के अनुसार क्षय हो जाएगा,
      Equation 1(1.1)
      जहां पी (टी) समय टी पर ध्रुवीकरण है, पी0 प्रारंभिक ध्रुवीकरण है, और टी1 चुंबकीयकरण क्षय दर है (उत्तेजना के कारण ध्रुवीकरण नुकसान पर विचार नहीं करना)।
  2. गैस परिवहन के कारण ध्रुवीकरण हानि को मापना
    1. क्सीनन संग्रह बिंदु से चुंबक कक्ष तक एक सीधा और कुशल मार्ग सुनिश्चित करें जहां इमेजिंग होगी।
    2. ध्रुवीकरण बनाए रखने के लिए एचपी क्सीनन परिवहन के दौरान किसी भी देरी को कम करें, क्योंकि टी 1-संरक्षण चुंबकीय क्षेत्र के बाहर खुराक के बाहर होने के बाद ध्रुवीकरण तेजी से क्षय हो जाएगा। यदि परिवहन के दौरान ध्रुवीकरण 20% या उससे अधिक कम हो जाता है, तो चुंबकीय-परिरक्षित सूटकेस का उपयोग करें।
    3. परिवहन मार्ग (जैसे, कार्ड रीडर, लेजर, स्टेनलेस स्टील बोर्ड आदि) के साथ बाहरी आरएफ संकेतों से बचें, क्योंकि वे ध्रुवीकरण हानि में योगदान कर सकते हैं।
    4. परिवहन से पहले HP 129Xe गैस की प्रारंभिक खुराक समकक्ष (DE) को मापें। DE 11 द्वारा दिया जाता है,
      Equation 2(1.2)
      जहां f129 129Xe का आइसोट्रोपिक अंश है, P129 129Xe परमाणु स्पिन ध्रुवीकरण है, और VXe क्सीनन गैस की कुल मात्रा है।
    5. माप स्टेशन से गैस को चुंबक बोर में ले जाएं, फिर उसी मार्ग के साथ ध्रुवीकरण स्टेशन तक वापस जाएं। गैस परिवहन के दौरान प्रत्याशित सिग्नल हानि की मात्रा निर्धारित करने के लिए गोल यात्रा के बाद फिर से डीई को मापें। यदि कोई अतिरिक्त आरएफ सिग्नल परिवहन मार्ग में हस्तक्षेप नहीं करता है, तो अनुमानित ध्रुवीकरण समीकरण 1.1 में उल्लिखित टी 1 क्षय वक्र का बारीकी से पालन करेगा।
  3. बहु-परमाणु (129Xe MRI) कुंडल
    1. उचित अभिविन्यास सुनिश्चित करने के लिए चुंबक में 129Xe कुंडल सही ढंग से रखें। यदि एक चतुर्भुज का तार प्रयोग किया जाता है, विरोधी चतुर्भुज उत्तेजना से बचें, के रूप में यह इमेजिंग मात्रा के केंद्र में एक महत्वपूर्ण संकेत ड्रॉप-ऑफ पैदा कर सकता है.
      नोट: क्सीनन कॉइल को विषयों के बीच और विभिन्न श्वसन चरणों के दौरान कॉइल ट्यूनिंग / लोडिंग में भिन्नता को समायोजित करने के लिए छाती के आकार की एक विस्तृत श्रृंखला को समायोजित करना चाहिए, जिससे स्कैन में चर वितरित फ्लिप कोण हो सकते हैं।
    2. निर्दिष्ट सॉकेट के माध्यम से कॉइल प्लग और एमआर सिस्टम के बीच एक सुरक्षित भौतिक संबंध स्थापित करें और अनुमेय नाभिक (हमारे मामले में 129Xe) निर्दिष्ट करने के लिए कॉइल सॉफ़्टवेयर को कॉन्फ़िगर करें।
    3. क्सीनन आवृत्ति11 प्राप्त करने के लिए एमआर स्कैनर पर अच्छी तरह से विशेषता प्रोटॉन अनुनाद आवृत्ति को 3.61529 से विभाजित करें।
    4. कॉइल मापदंडों की विशेषता (अधिकतम संचारित आयाम, ट्रांसमीटर संदर्भ आयाम, विशिष्ट अवशोषण दर- एसएआर)।
  4. 129Xe स्पेक्ट्रोस्कोपी मापना
    1. एक थर्मली ध्रुवीकृत 129-क्सीनन प्रेत बनाएं।
      1. एक ग्लास दबाव पोत को क्सीनन गैस से भरे बैग से कनेक्ट करें, जिससे पोत की क्षमता के साथ संरेखित करने के लिए एक उपयुक्त बैग आकार और क्सीनन मात्रा सुनिश्चित हो।
      2. क्सीनन प्रसार और ठंड (चित्रा 1 देखें) की अनुमति देने के लिए तरल नाइट्रोजन (एलएन2) की एक छोटी मात्रा में दबाव पोत जलमग्न करें।
      3. क्सीनन के अंदर जमी हुई बर्फ बनने के बाद बर्तन को सील करें, फिर इसे पिघलने दें, बर्तन पर दबाव डालें। पोत में दबाव की गणना करें: P = (Vपोत + Vबैग)/Vपोत जहां Vपोत पोत का आयतन है और Vबैग बैग में क्सीनन का आयतन है।
        नोट: हाइपरपोलराइज्ड गैस (एचपीजी) बैग के विपरीत, थर्मली ध्रुवीकृत 129एक्सई पोत को ऑक्सीजन या वैक्यूम खाली करने की आवश्यकता नहीं है क्योंकि अतिरिक्त ऑक्सीजन क्सीनन टी1 को कम कर देगा- थर्मली-ध्रुवीकृत प्रेत में अनुकूल प्रभाव। इसके अलावा, यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि पोत में गैस का दबाव निर्माता की घोषित दबाव सीमा से अधिक नहीं होगा। 129Xe गैस के प्रेत के साथ, क्सीनन आवृत्ति को एमआरआई कंसोल पर मापा जा सकता है। गुणवत्ता आश्वासन के लिए वाणिज्यिक क्सीनन प्रेत भी उपलब्ध हैं12.
    2. एक thermally polarized क्सीनन प्रेत के साथ चोटी आवृत्ति का पता लगाने.
      1. क्सीनन प्रेत 129Xe कुंडल के अंदर रखो और यह एक भरी हुई रोगी की है कि के समान जगह के रूप में कुंडल ज्यामिति में मतभेद काफी हद तक प्रेत (चित्रा 2) के लिए वितरित बी 1 बदल सकते हैं.
        नोट: यह अनुशंसा की जाती है कि कॉइल को ठीक से लोड करने के लिए एक उपयुक्त पानी प्रेत लोड किया जाए।
      2. प्रोटॉन आवृत्ति के साथ एक स्कैन करें, क्योंकि कुछ स्कैनर प्रारंभिक प्रोटॉन आवृत्ति स्थानीयकरण के बिना मल्टीन्यूक्लियर स्कैन को अस्वीकार कर सकते हैं।
      3. क्सीनन आवृत्ति शिखर का सटीक पता लगाने के लिए ब्रॉडबैंड ट्रांसमिट पल्स (यदि उपलब्ध हो), उच्च-बैंडविड्थ और उच्च-रिज़ॉल्यूशन रीडआउट प्रयोग का उपयोग करें। एक ब्रॉडबैंड पल्स आवृत्तियों की एक उच्च श्रेणी को उत्तेजित करेगा, यह सुनिश्चित करेगा कि क्सीनन एनएमआर का पता लगाया जा सके।
      4. एक बार एक अच्छी तरह से परिभाषित चोटी का पता चला है, पूर्ण परिशुद्धता के लिए आवृत्ति रिकॉर्ड और कम बैंडविड्थ (~ 1000 हर्ट्ज) के साथ नई आवृत्ति पर प्रयोग दोहराने के लिए संकेत से शोर अनुपात (एसएनआर) और शिखर आवृत्ति परिशुद्धता(चित्रा 3)को अधिकतम करने के लिए.
      5. एक बार एक संतोषजनक, उच्च-सिग्नल शिखर का पता चलने के बाद, भविष्य के क्यूसी परीक्षणों के लिए प्रोटोकॉल को बचाएं।
        नोट: स्कैनर में कॉइल का सटीक ज्यामितीय प्लेसमेंट एक बेसलाइन स्पेक्ट्रोस्कोपी स्कैन प्रदान करता है, जिसे भविष्य में आकस्मिक मुद्दों की पहचान करने के लिए दोहराया जा सकता है यदि एसएनआर को खराब होने के लिए देखा जाता है। प्रेत को सीधे छवि बनाया जा सकता है, हालांकि छवि पुनर्निर्माण के लिए पर्याप्त संकेत बनाने के लिए इसे कई अधिग्रहण की आवश्यकता हो सकती है और प्राप्त करने योग्य एसएनआर का उचित अनुमान प्रदान नहीं कर सकता है क्योंकि उच्च फ्लिप कोणों की आम तौर पर आवश्यकता होती है। हाइपरपोलराइज्ड क्सीनन का एक तैयार बैग विवो इमेजिंग मापदंडों के साथ वांछित इमेजिंग प्रोटोकॉल के परीक्षण के लिए सबसे अच्छा विकल्प है।
  5. HP 129Xe इमेजिंग एक परीक्षण बैग के साथ
    1. इमेजिंग के लिए एचपी 129एक्सई (>300 एमएल) की एक छोटी मात्रा का उपयोग करें, जो अच्छी तरह से केंद्रित और ऑक्सीजन से मुक्त है।
    2. इमेजिंग से तुरंत पहले 129Xe DE को सटीक रूप से मापें।
    3. परीक्षण इमेजिंग प्रोटोकॉल को विवो मापदंडों में वांछित प्रतिबिंबित करने के लिए यथासंभवबारीकी से 11 सेट करें।
    4. प्राप्त करें और क्सीनन बैग की छवि को स्कैनर प्रदर्शन के आधारभूत उपाय के रूप में सहेजें।
    5. सभी स्कैन मापदंडों और क्सीनन डीई के साथ अधिग्रहीत छवियों के एसएनआर को मापें और रिकॉर्ड करें। एक 2 डी जीआरई स्कैन के लिए स्वीकार्य एसएनआर साइट से भिन्न हो सकते हैं, लेकिन यह आम तौर पर बाद की छवि विश्लेषण11 के लिए 15 की एक न्यूनतम सीमा के साथ, 30 या उच्चतर के आसपास होना चाहिए.
    6. फ्लिप कोण (एफए) को मापने के लिए, α, एक पूर्ण मात्रा खराब ढाल-गूंज स्कैन करें जिसमें एफओवी को उत्तराधिकार में दो बार (एफए ≈ 8-10 डिग्री के साथ) समान अनुक्रम मापदंडों का उपयोग करके और पहली छवि के अंत और दूसरे की शुरुआत के बीच कोई अंतर नहीं है। दो छवियों, S0 और S1 के DC ऑफ़सेट पर SNR को मापें, चरण एन्कोड चरणों, n की संख्या की गणना करें, और फ़्लिप कोण मानचित्र की गणना निम्नानुसार 14:
      Equation 3(1.3)
      नोट: विवो एचपी 129एक्सई एमआरआई के साथ-साथ एक अधिक जटिल लेकिन अत्यधिक सटीक फ्लिप-एंगल कैलिब्रेशन विधि (मल्टी-शॉट पल्स/एक्वायर एक्सपेरिमेंट) के लिए सामान्य पैरामीटर, नीडबल्स्की एट अल.11में दिए गए हैं।
  6. विवो में एचपी 129एक्सई इमेजिंग
    1. सांस रोकने की तकनीक के बारे में विषय को उचित कोचिंग प्रदान करें और एचपी 129एक्सई बैग पेश करने से पहले विषय को हवा के एक बैग का उपयोग करके साँस लेना प्रक्रिया का अभ्यास करने की अनुमति दें।
    2. कमरे की हवा के साथ अंदर और बाहर सांस लेने की एक श्रृंखला करने के लिए विषय को निर्देश दें, इसके बाद एचपी 129एक्सई गैस, सांस रोकने, और स्कैन की दीक्षा (आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली विधि) की गहरी साँस लेना। बारीकी से सुनिश्चित करने के लिए विषय की छाती आंदोलन की निगरानी करें कि श्वास प्रदान किए गए निर्देशों के साथ सिंक्रनाइज़ रहता है.
      नोट: विभिन्न कोचिंग विधियों को वर्तमान में सांस लेने की प्रक्रियाओं के लिए नियोजित किया जाता है, और भविष्य के कंसोर्टियम पेपर की संभावना इस पर एक आम सहमति बयान स्थापित करेगी।
    3. सांस रोकने के दौरान गैस के नाक के साँस लेने से रोकने के लिए नाक क्लिप का उपयोग करें।
    4. सांस पकड़ इमेजिंग के बाद, कोच विषयों फेफड़ों से क्सीनन को हटाने और किसी भी अस्थायी दुष्प्रभाव11 को हल करने के लिए गहरी साँस लेने के लिए.
    5. भंग चरण क्सीनन इमेजिंग का पीछा करने वालों के लिए, ध्यान रखें कि विषय साँस लेना मात्रा की संभावना अधिग्रहित भंग चरण डेटा काफी हद तक15 को प्रभावित करता है.
  7. डेटा पुनर्निर्माण और विश्लेषण
    1. स्कैनर से 'कच्चा' डेटा निर्यात करें, आमतौर पर रीडआउट अधिग्रहण के क्रम में जटिल डेटा की सूची के रूप में।
    2. के-स्पेस प्रक्षेपवक्र के लिए आयता, प्रत्येक जटिल डेटा बिंदु दो-आयामी (2 डी) या तीन आयामी (3 डी) के-स्पेस में एक पूर्णांक आवृत्ति से मेल खाता है। रेक्टिलिनियर प्रक्षेपवक्र के लिए एक सरल, तेज़ फूरियर ट्रांसफ़ॉर्म (एफएफटी) का उपयोग करके छवि का पुनर्निर्माण करें।
    3. गैर-रेक्टिलिनियर प्रक्षेपवक्र (जैसे, रेडियल या सर्पिल डेटा) के लिए, बाद के एफएफटी से पहले पूर्णांक डिब्बे में जटिल डेटा को प्रक्षेपित या सम्मिलित करने के लिए डेटा 'ग्रिडिंग' करें। ग्रिडिंग करने से पहले डेटा की जांच करें, यदि आवश्यक हो, तो सटीकता सुनिश्चित करने और संभावित कलाकृतियों से बचने के लिए।
      नोट: कच्चे के-स्पेस डेटा का एफएफटी समान छवियां प्राप्त कर सकता है लेकिन स्कैनर-पुनर्निर्मित डीआईसीओएम छवियों के समान नहीं है क्योंकि स्कैनर ढाल व्यवहार में ज्ञात गैर-रैखिकता के आधार पर पुनर्निर्मित छवियों को और सही करता है। ये प्रभाव आम तौर पर छोटे होते हैं, लेकिन स्कैनर इमेजिंग वॉल्यूम के किनारों पर उन्हें अधिक स्पष्ट किया जा सकता है, खासकर जब फेफड़ों जैसे बड़े अंगों को चित्रित किया जाता है। पोस्ट-प्रोसेसिंग के लिए स्कैनर-पुनर्निर्मित छवि (यदि उपलब्ध हो) का उपयोग करने की अनुशंसा की जाती है।

2. समस्या निवारण चरण

नोट: जबकि प्रोटोकॉल ने हाइपरपोलराइज्ड 129एक्सई एमआरआई में कुछ गुणवत्ता नियंत्रण (क्यूसी) प्रक्रियाओं को रेखांकित किया, आकस्मिक मुद्दों, विसंगतियों और चुनौतियों के कारण समस्या निवारण आवश्यक हो सकता है। प्रक्रिया में किसी भी त्रुटि या गलत कदम का एक लहर प्रभाव हो सकता है, बाद के चरणों को प्रभावित कर सकता है और कम सिग्नल तीव्रता, उच्च शोर स्तर, या पूर्ण सिग्नल हानि के साथ लापता या निम्न-गुणवत्ता वाली छवियों जैसे मुद्दों की ओर अग्रसर हो सकता है। इन चुनौतियों का समाधान करने के लिए, समस्याओं की पहचान करने और विस्तार से जांच करने के लिए रणनीतिक दृष्टिकोण नियोजित किए जाने चाहिए।

  1. QC के लिए HP 129Xe खुराक बैग तैयारी
    1. नियंत्रण क्सीनन बैग के लिए क्सीनन गैस की एक सटीक मात्रा को ध्यान में रखते हुए, इसके साथ मिश्रित किसी भी नाइट्रोजन पर ध्यान दें।
    2. एमआरआई स्कैनर में क्सीनन बैग की छवि बनाएं और विश्वसनीय तुलना के लिए इमेजिंग सत्र से पहले और बाद में सटीक ध्रुवीकरण माप करें।
    3. विश्वसनीय तुलना की सुविधा के लिए सभी QC स्कैन के लिए एक ही इमेजिंग अनुक्रम का उपयोग करें।
    4. भविष्य की तुलना को सक्षम करने के लिए सभी QC स्कैन करने से पहले और बाद में क्सीनन DE मानों पर ध्यान दें।
  2. प्रणालीगत शोर लक्षण वर्णन
    1. QC उद्देश्यों के लिए एक नियंत्रण शोर प्रोफ़ाइल बनाएँ। एक विशिष्ट अनुकूलित 2D GRE अनुक्रम का उपयोग करें जिसमें क्षेत्र से अधिकतम सिग्नल कैप्चर करने के लिए उच्च क्षेत्र का दृश्य (FOV; 400-500 मिमी) शामिल है, आस-पास के शोर अनुनादों की पहचान करने के लिए प्रति पिक्सेल एक उच्च बैंडविड्थ (अधिकतम उपलब्ध या कम से कम >50 kHz), और न्यूनतम संभव पुनरावृत्ति समय (TR) और प्रतिध्वनि समय (TE)11, 13. क्सीनन बनियान या लूप कॉइल का उपयोग करके शोर प्रोफ़ाइल के लिए क्यूसी प्राप्त करें।
    2. कॉइल में कोई नमूना (HP 129Xe) के साथ एक छवि प्राप्त करें। यह छवि शोर प्रोफ़ाइल को चिह्नित करेगी।
    3. गैर-गाऊसी तत्वों जैसे स्पाइक्स, पैटर्न, या विघटित/बाइन्ड मानों के लिए अधिग्रहित शोर डेटा, विशेष रूप से के-स्पेस की जांच करें।
    4. समान माध्य, मानक विचलन और वेक्टर लंबाई के साथ एक संश्लेषित गाऊसी डेटासेट (उपयुक्त यादृच्छिक संख्या पीढ़ी फ़ंक्शन के साथ) के खिलाफ अधिग्रहित वास्तविक / काल्पनिक डेटा की साजिश रचकर एक क्यूक्यू प्लॉट बनाएं, दोनों को सबसे छोटे से सबसे बड़े तक आदेश दिया गया है। QQ प्लॉट में लाइन y = x से विचलन अधिग्रहित डेटा के भीतर गैर-गाऊसी घटकों की उपस्थिति का संकेत देता है, जिसके लिए आगे की जांच की आवश्यकता होती है। (चित्र 4)।
      नोट: एक क्वांटाइल-क्वांटाइल प्लॉट (QQ प्लॉट) इस बात की जानकारी प्रदान कर सकता है कि क्या दो डेटासेट समान वितरण प्रदर्शित करते हैं। सामान्य रूप से वितरित डेटासेट के साथ डेटा की तुलना करने से यह आकलन सक्षम हो जाता है कि वितरण गाऊसी है या नहीं। प्रोटोकॉल मानता है कि के-स्पेस का वास्तविक और काल्पनिक हिस्सा एक नमूने की अनुपस्थिति में एक गाऊसी वितरण का अनुमान लगाता है।
    5. पसंद के उपयुक्त प्लॉट के साथ शोर वितरण पैटर्न और संभावित आउटलेयर की पहचान करें (यदि आवश्यक हो तो चौवेनेट की कसौटी का उपयोगकरें, 16)।
    6. शोर को उसकी विशेषताओं के आधार पर नियमित और अनियमित प्रकारों में वर्गीकृत करें (चरण 2.3 और 2.4 देखें)।
      नोट: नियमित शोर में नियमित रूप से रीडआउट या के-स्पेस डेटा में पैटर्न दिखाई देना शामिल है। अनियमित शोर अपेक्षाकृत यादृच्छिक प्रकट होता है और अक्सर बिना किसी स्पष्ट समय पैटर्न के उच्च तीव्रता होती है, लेकिन अपरिहार्य थर्मल शोर की तरह एक गाऊसी प्रोफ़ाइल प्रदर्शित नहीं करता है।
  3. नियमित शोर का पता लगाना
    1. शोर स्रोत के रूप में स्कैनर को बाहर करने के लिए, विभिन्न पल्स अनुक्रम मापदंडों के साथ मानक साइट प्रोटोकॉल का उपयोग करके छवियों को अक्षम और इलेक्ट्रॉनिक घटकों को बंद कर दिया गया है। उदाहरण के लिए, यदि कोई विशेष ग्रेडिएंट कॉइल शोर उत्सर्जित कर रहा है, तो स्कैन चलाने से पहले ग्रेडिएंट को यह जांचने के लिए संचालित किया जाना चाहिए कि शोर हल हो गया है या नहीं।
      नोट: ग्रेडिएंट को पावर करने के लिए आम तौर पर स्कैनर कंसोल तक उन्नत पहुंच की आवश्यकता होती है और उपस्थित होने के लिए सर्विस इंजीनियर की आवश्यकता हो सकती है। अंततः, एक अनुक्रम जिसमें मल्टीन्यूक्लियर स्पेक्ट्रोमीटर सक्रिय है, लेकिन कोई ग्रेडिएंट संचालित नहीं है, और कोई आरएफ वितरित नहीं किया जाना चाहिए यह निर्धारित करने के लिए पर्याप्त होना चाहिए कि इन घटकों के भीतर शोर का मुद्दा उत्पन्न होता है या नहीं।
    2. कमरे से शोर स्रोतों को हटा दें और बाद में नियमित शोर की संभावित उत्पत्ति की पहचान करें।
      नोट: शोर स्रोतों में कंट्रास्ट इंजेक्टर, कोड बटन, सेंसर, वाइटल-साइन मॉनिटर, स्कैनर घटक (जैसे, पोजिशनिंग लेजर, बेड मेकेनोइलेक्ट्रॉनिक्स, पंखे, रोशनी), या कंसोल / चुंबक दीवारों के बीच वेवगाइड जैसे इलेक्ट्रॉनिक घटक शामिल हो सकते हैं।
    3. शोर स्रोतों के लिए चुंबक कक्ष के चारों ओर 'सूँघने' के लिए 129Xe आवृत्ति के लिए देखते एक साधारण सतह पाश तार का प्रयोग करें. शारीरिक रूप से संभावित समस्याग्रस्त उपकरणों के पास क्सीनन कॉइल तत्व रखें और प्रवर्धित शोर का पता लगाने के लिए एक परीक्षण अनुक्रम चलाएं (चरण 2.2.1 देखें)।
    4. सुसंगतता शोर के सटीक स्रोत को इंगित करने के लिए k-space और छवि डेटा की जांच करें।
    5. यदि किसी विशिष्ट स्रोत की पहचान की जाती है, तो शोर को कम करने के लिए इसे अक्षम करने या एल्यूमीनियम पन्नी/चमकती या तांबे की जाली से ढकने का प्रयास करें।
    6. शोर स्रोतों को अक्षम करने या कवर करने के बाद स्कैन को फिर से चलाएं यह देखने के लिए कि क्या शोर हल हो जाता है। इस प्रक्रिया को तब तक जारी रखें जब तक कि सभी शोर स्रोतों को समाप्त न कर दिया जाए, केवल कम जड़ माध्य वर्ग (आरएमएस) गाऊसी शोर को छोड़कर।
  4. अनियमित शोर का पता लगाना
    1. वास्तविक या काल्पनिक चैनलों में असामान्य रूप से उच्च या निम्न संकेतों के साथ व्यक्तिगत के-स्पेस पिक्सल में उच्च सिग्नल 'स्पाइक्स' के रूप में अनियमित शोर की पहचान करें।
      नोट: कश्मीर अंतरिक्ष spikes अक्सर पट्टी या कॉरडरॉय पैटर्न (चित्रा 5) के साथ छवियों में परिणाम. के-स्पेस डेटा में उच्च मूल्यों या स्पाइक्स की उपस्थिति अक्सर छवि स्थान में धारीदार पैटर्न की घटना का कारण बन सकती है। यह घटना अक्सर ढाल से संबंधित मुद्दों से जुड़ी होती है।
    2. धारीदार पैटर्न(चित्रा 5)के लिए जिम्मेदार दिशा की पहचान करके एक्स, वाई, या जेड ग्रेडिएंट के साथ संभावित मुद्दों को हटा दें। विभिन्न चरण एन्कोडिंग अभिविन्यास में इमेजिंग करें, जिसमें पूर्वकाल से पश्च, सिर से पैर और बाएं से दाएं शामिल हैं।
    3. प्रत्येक अभिविन्यास में परिणामी छवियों की व्यवस्थित रूप से जांच करें ताकि यह पता लगाया जा सके कि कौन सी विशिष्ट ढाल दिशा धारीदार पैटर्न में योगदान दे रही है। यदि आवश्यक हो, तो साइट के नैदानिक इंजीनियर से संपर्क करें ताकि अलग-अलग ग्रेडिएंट को चुनिंदा रूप से सक्षम और अक्षम किया जा सके, जिससे किसी भी शोर स्पाइक्स के स्रोत की पहचान हो सके।
  5. कोई संकेत नहीं
    नोट: जब ऐसी स्थिति का सामना करना पड़ता है जहां एचपीजी एमआरआई अध्ययनों में अधिग्रहण के बाद कोई संकेत नहीं देखा जाता है, तो एक व्यवस्थित समस्या निवारण दृष्टिकोण किया जा सकता है। इस मुद्दे को हल करने के लिए यहां कुछ सिफारिशें दी गई हैं,
    1. क्सीनन कॉइल और कनेक्शन की जाँच करें।
      1. सुनिश्चित करें कि क्सीनन कॉइल एमआरआई स्कैनर में चुना गया है और ठीक से जुड़ा हुआ है।
      2. स्कैन के दौरान रोगी की गति से कॉइल का वियोग हो सकता है, इसलिए कॉइल कनेक्शन का सावधानीपूर्वक निरीक्षण करें।
      3. जांचें कि क्या एमआरआई स्कैनर का दरवाजा सुरक्षित रूप से बंद है, क्योंकि एक खुला दरवाजा चुंबक कक्ष में आरएफ के बाहर की अनुमति दे सकता है।
      4. क्सीनन प्रेत पर स्पेक्ट्रोस्कोपी करें (खंड 1.4.2 देखें) और स्पेक्ट्रोस्कोपी से क्सीनन शिखर ऊंचाई और शोर मंजिल को सत्यापित करें। क्सीनन चोटी की उपस्थिति सुनिश्चित करने के लिए 90 ° फ्लिप कोण का उपयोग करें। 90° उत्तेजना से जुड़े अधिकतम सिग्नल की गणना करें और QC स्कैन परिणामों के साथ वोल्टेज/पावर की तुलना करें।
    2. क्सीनन कुंडल का मूल्यांकन करें।
      1. क्सीनन का एक छोटा बैग तैयार करें और माप स्टेशन पर ध्रुवीकरण को मापें।
      2. निम्नलिखित मापदंडों के साथ HP 2 Xe बैग पर एक साधारण 129DGRE स्कैन के साथ बैग की छवि बनाएं: 90 ° का उच्च फ्लिप कोण (यदि आवश्यक हो तो पल्स अवधि समायोजित करें क्योंकि पल्स अवधि संचारित बैंडविड्थ [BW] को निर्धारित करती है), आधार रिज़ॉल्यूशन को कम रखते हुए एक प्रेत, एक उच्च FOV और कम BW के पिछले QC के आधार पर संदर्भ वोल्टेज का उपयोग करें।
      3. माप स्टेशन पर फिर से ध्रुवीकरण को मापें। यदि ध्रुवीकरण में काफी कमी नहीं आती है, तो यह क्सीनन कॉइल ट्रांसमीटर या एम्पलीफायर के साथ एक संभावित समस्या का सुझाव देता है।
        नोट: ध्रुवीकरण स्तर इस प्रक्रिया के दौरान टी 1 क्षय के कारण धीरे-धीरे गिरावट का अनुभव करता है, क्सीनन बनियान कॉइल से उत्तेजना दालों की सफलता के बावजूद। इसलिए, एक उच्च 90 डिग्री एफए क्सीनन कॉइल ट्रांसमीटर कार्यक्षमता समस्या को खारिज करने के लिए उत्तेजना नाड़ी के कारण पर्याप्त ध्रुवीकरण क्षय का निरीक्षण करने का सुझाव दिया जाता है। यदि ध्रुवीकरण काफी कम हो जाता है, लेकिन छवि में कोई संकेत नहीं पाया जाता है, तो क्सीनन कॉइल रिसीवर समस्या का संकेत दिया जाता है।
    3. व्यापक विश्लेषण
      1. किसी भी असामान्यताओं या विसंगतियों की जांच करने के लिए k-space और छवि स्थान डेटा दोनों का विश्लेषण करें।
      2. संभावित अंतर या विचलन की पहचान करने के लिए पिछले स्कैन या संदर्भ डेटा के साथ अधिग्रहित डेटा की तुलना करें।
  6. डेटा का विचलन
    1. डेटा विवेकीकरण (चित्रा 6) के लिए जाँच करें।
      नोट: जब स्कैनर स्पेक्ट्रोमीटर द्वारा कॉइल वोल्टेज दर्ज किए जाते हैं, तो उन्हें स्पेक्ट्रोमीटर की पूर्ण गतिशील रेंज को नियोजित करने और उच्चतम निष्ठा हासिल करने के लिए उपयुक्त स्तरों तक प्रवर्धित किया जाता है। सिग्नल को रीडआउट बैंडविड्थ के अनुसार अस्थायी रूप से विघटित किया जाता है, जो डेटापॉइंट निवास समय के विपरीत आनुपातिक होता है, और रिकॉर्ड किए गए एनालॉग वोल्टेज मूल्यों को स्पेक्ट्रोमीटर बिट गहराई द्वारा निर्धारित असतत सिग्नल 'डिब्बे' में डिजिटाइज़ किया जाता है। पूर्ण बिट गहराई को फैलाने के लिए आने वाले सिग्नल के उचित प्रवर्धन के लिए उपयोगकर्ता को सही कॉइल वोल्टेज / प्रवर्धन / स्केलिंग मान प्रदान करने की आवश्यकता होती है। कुछ स्कैनर पर, एक इमेजिंग स्कैन को तब तक अस्वीकार कर दिया जाएगा जब तक कि तैयारी दालों को लक्ष्य आवृत्ति पर नहीं किया जाता है - एक प्रक्रिया जिसे हाइपरपोलराइज्ड अध्ययन के लिए टाला जाना चाहिए क्योंकि अतिरिक्त आरएफ ध्रुवीकरण को कम करेगा और सांस पकड़ने के समय को बढ़ाएगा। यदि स्पेक्ट्रोमीटर अनुचित तरीके से कैलिब्रेट किया जाता है या सिग्नल को पर्याप्त रूप से बढ़ाने में विफल रहता है, तो रिकॉर्ड किए गए डेटा को मोटे तौर पर अलग किया जा सकता है - आयाम डिब्बे का केवल एक छोटा प्रतिशत डिजीटल डेटा बिंदुओं के साथ आबाद होता है। डेटा विवेकीकरण परिमाणीकरण त्रुटियों और ठीक विवरण के नुकसान को पेश करके सूचना सामग्री को भी प्रभावित कर सकता है। डेटा विवेकीकरण कलाकृतियों को भी पेश कर सकता है, एसएनआर से समझौता कर सकता है, और शारीरिक परिवर्तनों का सटीक विश्लेषण करने की क्षमता को सीमित कर सकता है। महत्वपूर्ण रूप से, के-स्पेस डेटा का मोटे विवेकीकरण एक प्रतीत होता है संतोषजनक छवि (चित्रा 6) के उत्पादन को प्रतिबंधित नहीं कर सकता है।
    2. अधिग्रहण मापदंडों का अनुकूलन करें और डेटा विवेकीकरण को कम करने के लिए उपयुक्त पुनर्निर्माण एल्गोरिदम को नियोजित करें।
    3. हार्डवेयर में सुधार करें और डेटा डिस्क्रिटाइजेशन के नकारात्मक प्रभावों को कम करने के लिए उच्च नमूना दरों, उन्नत प्रक्षेप विधियों और शोर में कमी की रणनीतियों जैसी तकनीकों का उपयोग करें।

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Representative Results

चित्रा 4 शोर स्कैन पर किए गए शोर लक्षण वर्णन विश्लेषण के परिणामों को दर्शाता है। कथानक k-स्पेस पर नियमित और अनियमित दोनों प्रकार के शोर के प्रभाव को प्रदर्शित करता है, जहां आदर्श y=x संदर्भ रेखा से विचलन देखा जाता है। नियमित शोर के-स्पेस में एक निरंतर पैटर्न की ओर जाता है, जबकि अनियमित शोर के परिणामस्वरूप क्यूक्यू प्लॉट में उच्च-मूल्य वाले आउटलेयर होते हैं।

चित्रा 5 पर चलते हुए, एचपीजी एमआरआई का उपयोग करके प्राप्त फेफड़ों की छवियों की एक श्रृंखला प्रस्तुत की जाती है। शीर्ष पंक्ति छवि स्थान में उदाहरण दिखाती है, जिसमें एक संदर्भ स्कैन, नियमित और/या अनियमित शोर से प्रभावित फेफड़ों की छवि और बिना सिग्नल वाली छवि शामिल है। नीचे की पंक्ति संबंधित k-space मापांक अभ्यावेदन प्रदर्शित करती है।

चित्रा 5 ए में, एक अलग उज्ज्वल स्थान के-स्पेस में केंद्रित है, जो कम शोर के साथ एक स्पष्ट फेफड़े के संकेत का संकेत देता है। इसके विपरीत, चित्रा 5 बी छवियों भर में फैल नियमित रूप से शोर (गाऊसी शोर) की उपस्थिति से पता चलता है. चित्रा 5 सी में, अनियमित शोर स्पष्ट है, कश्मीर अंतरिक्ष में उच्च मूल्य spikes के कारण और छवि अंतरिक्ष में एक धारी पैटर्न में जिसके परिणामस्वरूप. चित्रा 5 डी एक परिदृश्य को दिखाता है जहां नियमित और अनियमित शोर दोनों एक साथ मौजूद होते हैं, फेफड़ों की छवि को प्रभावित करते हैं। अंत में, चित्रा 5 ई एक ऐसे मामले का प्रतिनिधित्व करता है जहां अधिग्रहित फेफड़ों की छवि में कोई संकेत नहीं पाया जाता है।

चित्रा 6 ठीक से स्केल किए गए के-स्पेस डेटा की तुलना में मोटे डेटा विवेकीकरण का एक उदाहरण दिखाता है। एसएनआर की गणना करने पर, यह स्पष्ट हो जाता है कि विवेकपूर्ण डेटा कम सिग्नल स्तर प्रदर्शित करता है।

Figure 1
चित्र 1: क्सीनन प्रेत बनाने का चित्रण। दबाव पोत को तरल नाइट्रोजन की एक छोटी मात्रा में रखा जाता है ताकि क्सीनन को लगभग -203.15 डिग्री सेल्सियस (70 के) पर फ्रीज किया जा सके। 129Xe का एक बैग सीधे पोत से जुड़ा हुआ है। जैसे ही क्सीनन पोत में फैलता है, यह ठंडी दीवारों को छूने पर जम जाता है, जिससे जमी हुई बर्फ जैसी संरचना बन जाती है। एक बार पूरी तरह से जमने के बाद, पोत को सील कर दिया जाता है, और क्सीनन को पिघलने की अनुमति दी जाती है, जिसके परिणामस्वरूप पोत के भीतर दबाव बढ़ जाता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्रा 2: स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए व्यवस्था। (ए) 129-क्सीनन प्रेत दो प्रोटॉन प्रेत के बीच स्थित है, सभी 129एक्सई बनियान कॉइल के भीतर संलग्न हैं। (बी) पट्टियों के साथ क्सीनन बनियान कुंडल को सुरक्षित करें। (सी) स्थानीयकरण के लिए चुंबक के बोर में विधानसभा डालें। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्रा 3: एक निरंतर क्सीनन आवृत्ति (34,081,645 हर्ट्ज) पर चर बैंडविड्थ उत्तेजना के संबंध में सिग्नल प्रतिक्रिया। बैंडविड्थ बढ़ने से शोर फर्श अधिक होता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्रा 4: तीन प्रकार के शोर स्कैन: स्वीकार्य, नियमित और अनियमित शोर। (ए) पैनल ए प्रत्येक शोर पैटर्न के के-स्पेस मापांक प्रतिनिधित्व को प्रदर्शित करता है, जिसमें नियमित शोर एक पट्टी पैटर्न प्रदर्शित करता है और अनियमित शोर स्पाइक्स (उज्ज्वल धब्बे) दिखाता है। (बी) प्रत्येक शोर स्कैन के लिए के-स्पेस डेटा के वास्तविक और काल्पनिक भागों का हिस्टोग्राम। (सी) के-स्पेस डेटा के वास्तविक/काल्पनिक घटकों का क्यूक्यू प्लॉट, अधिग्रहित डेटासेट की तुलना आरोही क्रम में समान माध्य और मानक विचलन के सामान्य रूप से वितरित डेटासेट के साथ करता है। लाल रेखा y = x संदर्भ रेखा का प्रतिनिधित्व करती है। इस रेखा से विचलन अधिग्रहित डेटा के भीतर गैर-गाऊसी घटकों की उपस्थिति का संकेत देते हैं। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 5
चित्रा 5: एचपीजी 129एक्सई फेफड़े इमेजिंग में विभिन्न शोर पैटर्न का चित्रण। शीर्ष पंक्ति छवि स्थान उदाहरण प्रदर्शित करती है, जिसमें एक संदर्भ स्कैन, नियमित और/या अनियमित शोर के साथ एक फेफड़े की छवि और बिना सिग्नल वाली छवि शामिल है। नीचे की पंक्ति संबंधित k-space मापांक अभ्यावेदन दिखाती है। सिग्नल के साथ छवि में, एक उज्ज्वल स्थान के-स्पेस में केंद्रित है, जो फेफड़ों के संकेत का प्रतिनिधित्व करता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 6
चित्रा 6: 129एक्सई टेस्ट बैग पुनर्निर्माण डेटा में उच्च/निम्न डिजिटल परिशुद्धता के प्रभाव का चित्रण। उच्च डिजिटल परिशुद्धता छवि (शीर्ष पंक्ति) के लिए, छवि में 600 का उच्च एसएनआर है, और के-स्पेस की 55वीं पंक्ति का मापांक डेटा के बारीक विवरण दिखाते हुए एक चिकनी वक्र दिखाता है। हालांकि, कम डिजिटल परिशुद्धता छवि (नीचे की पंक्ति) में, व्यक्तिगत डेटा बिंदुओं को सीमित संख्या में डिजिटल स्तरों पर "बिन" किया जाता है जो सिग्नल रेंज को कवर करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप पुनर्निर्माण की गई छवि में एसएनआर (एसएनआर = 98) कम हो जाता है। इस मुद्दे को केवल कच्चे सिग्नल डेटा की सावधानीपूर्वक जांच के माध्यम से पहचाना जा सकता है, क्योंकि यह प्रतीत होता है कि संतोषजनक छवि के उत्पादन को नहीं रोकता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

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Discussion

129Xe MRI समस्याओं का निवारण करने की क्षमता एक आवश्यक कौशल है और वास्तविक समय में समस्याओं को कम करने में मदद कर सकती है। जब तक एक हाइपरपोलराइज्ड गैस इन्फ्रास्ट्रक्चर को एक पार्टी से खरीदा जा सकता है और स्कैनर निर्माताओं से समर्थन प्राप्त नहीं किया जा सकता है, तब तक ये गुणवत्ता नियंत्रण कार्य व्यक्तिगत प्रयोगशालाओं की एकमात्र जिम्मेदारी हैं। इस पांडुलिपि का लक्ष्य पाठक को खराब डेटा अधिग्रहण की अपरिहार्य घटना के लिए उपयोगी प्रथाओं और सुझावों के साथ प्रदान करना है। जबकि हम यथासंभव कई संभावित मुद्दों को संबोधित करने का प्रयास करते हैं, 129एक्सई एमआरआई में कई अन्य चुनौतियां स्कैनर निर्माता के लिए विशिष्ट हैं और बौद्धिक संपदा प्रतिबंधों के कारण विस्तार से चर्चा नहीं की जा सकती हैं। तथापि, 129एक्सई क्लिनिकल परीक्षण कंसोटयम, 129एक्सई एमआरआई का उपयोग करके बहु-स्थल परीक्षणों को विकसित करने के स्पष्ट लक्ष्य वाले एक समुदाय में कई साइट प्रतिभागी और अनुभवी विशेषज्ञ शामिल हैं जिनके पास कई प्लेटफार्मों और सॉफ्टवेयर17 पर 129एक्सई एमआरआई का संचालन करने का अनुभव है। किसी भी कार्यान्वयन और/या समस्या निवारण प्रश्नों के साथ किसी भी साइट प्रतिभागी से संपर्क करने की अनुशंसा की जाती है जो यहां संबोधित नहीं किए गए हैं।

सिग्नल में कमी या उभरते शोर मुद्दों के शुरुआती संकेतों की पहचान करने के लिए कॉइल की नियमित प्रदर्शन जांच की जानी चाहिए। इन जांचों में कॉइल इंटरफ़ेस और आंतरिक कनेक्शन की जांच करना शामिल है, साथ ही कॉइल पर गिरने या अत्यधिक वजन के संभावित प्रभाव का आकलन करना शामिल है। भौतिक निरीक्षणों के अलावा, स्पेक्ट्रोस्कोपी स्कैन की तुलना अक्सर कॉइल के प्रदर्शन के साथ मुद्दों की पहचान करने में सहायता कर सकती है। चूंकि एमआरआई प्रणाली की बहु-परमाणु कार्यक्षमता प्रोटॉन सुविधा के साथ एक साझा घटक है, चुंबकीय कमरे में किसी भी नए पेश किए गए उपकरणों या उपकरणों को क्सीनन आवृत्ति में संभावित हस्तक्षेप को रोकने के लिए परीक्षण से गुजरना चाहिए। तकनीकी विचारों के अलावा, प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं में विस्तार पर ध्यान दिया जाना चाहिए। इसमें प्रभावी ढंग से कोचिंग विषयों को शामिल किया गया है, अध्ययन समन्वयकों के साथ स्पष्ट संचार सुनिश्चित करना, और क्यूसी स्कैन के दौरान क्सीनन बैग की सटीक स्थिति। इन प्रतीत होता है कि मामूली विवरणों को अनदेखा नहीं किया जाना चाहिए, क्योंकि वे छवि गुणवत्ता और समग्र अध्ययन परिणामों में काफी सुधार कर सकते हैं।

इस पत्र में प्रस्तुत प्रोटोकॉल शोधकर्ताओं को इमेजिंग प्रक्रिया के दौरान संभावित मुद्दों की पहचान करने और उन्हें संबोधित करने के लिए एक व्यापक ढांचा प्रदान करता है। समस्या निवारण चरणों का व्यवस्थित रूप से पालन करके, शोधकर्ता छवि गुणवत्ता को अनुकूलित कर सकते हैं, डेटा सटीकता बढ़ा सकते हैं और हाइपरपोलराइज्ड क्सीनन एमआरआई के क्षेत्र को आगे बढ़ा सकते हैं। इमेजिंग तकनीक में प्रगति के साथ मिलकर इन समस्या निवारण रणनीतियों का निरंतर शोधन और अनुकूलन, हाइपरपोलराइज्ड क्सीनन एमआरआई अध्ययनों की गुणवत्ता और विश्वसनीयता में और सुधार में योगदान देगा।

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Disclosures

रॉबर्ट थॉमेन ने पोलारियन, एलएलसी को परामर्श प्रदान किया है।

Acknowledgments

कोई नहीं।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Polarization measurement station  Polerean 42881 https://polarean.com/
Pressure vessele with plunger valve Ace glass 8648-85 https://www.aceglass.com/html/3dissues/Pressure_Vessels/offline/download.pdf
Tedlar bag Jensen inert GST381S-0707TJO   http://www.jenseninert.com/
Xenon Hyperpolarizer 9820 Polerean 49820 https://polarean.com/
Xenon loop coil Clinical MR Solutions Custom device https://www.sbir.gov/sbc/clinical-mr-solutions-llc
Xenon vest coil Clinical MR Solutions Custom device https://www.sbir.gov/sbc/clinical-mr-solutions-llc

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Pellegrino, R., et al. Interpretative strategies for lung function tests. European Respiratory Journal. 26 (5), 948-968 (2005).
  2. Ebner, L., et al. Hyperpolarized 129Xenon MRI to quantify regional ventilation differences in mild to moderate asthma: A prospective comparison between semi-automated ventilation defect percentage calculation and pulmonary function tests. Investigative Radiology. 52 (2), 120-127 (2017).
  3. Abuelhia, E., Alghamdi, A. Evaluation of arising exposure of ionizing radiation from computed tomography and the associated health concerns. Journal of Radiation Research and Applied Sciences. 13 (1), 295-300 (2020).
  4. Kern, A. L., Vogel-Claussen, J. Hyperpolarized gas MRI in pulmonology. The British Journal of Radiology. 91 (1084), 20170647 (2018).
  5. Möller, H. E., et al. MRI of the lungs using hyperpolarized noble gases. Magnetic Resonance in Medicine. 47 (6), 1029-1051 (2002).
  6. Salerno, M., Altes, T. A., Mugler, J. P., Nakatsu, M., Hatabu, H., de Lange, E. E. Hyperpolarized noble gas MR imaging of the lung: Potential clinical applications. European Journal of Radiology. 40 (1), 33-44 (2001).
  7. US FDA. New Drug Therapy Approvals at 2022. , https://www.fda.gov/drugs/new-drugs-fda-cders-new-molecular-entities-and-new-therapeutic-biological-products/new-drug-therapy-approvals-2022 (2023).
  8. Nikolaou, P., et al. Near-unity nuclear polarization with an open-source 129Xe hyperpolarizer for NMR and MRI. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (35), 14150-14155 (2013).
  9. Birchall, J. R., et al. XeUS: A second-generation automated open-source batch-mode clinical-scale hyperpolarizer. Journal of Magnetic Resonance. 319, 106813 (2020).
  10. He, M., Zha, W., Tan, F., Rankine, L., Fain, S., Driehuys, B. A comparison of two hyperpolarized 129Xe MRI ventilation quantification pipelines: The effect of signal to noise ratio. Academic Radiology. 26 (7), 949-959 (2019).
  11. Niedbalski, P. J., et al. 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. Magnetic Resonance in Medicine. 86 (6), 2966-2986 (2021).
  12. Möller, H. E., et al. MRI of the lungs using hyperpolarized noble gases. Magnetic Resonance in Medicine. 47 (6), 1029-1051 (2002).
  13. Bier, E. A., et al. A thermally polarized 129Xe phantom for quality assurance in multi-center hyperpolarized gas MRI studies. Magnetic Resonance in Medicine. 82 (5), 1961-1968 (2019).
  14. Wild, J. M., et al. Comparison between 2D and 3D gradient-echo sequences for MRI of human lung ventilation with hyperpolarized 3He. Magnetic Resonance in Medicine. 52 (3), 673-678 (2004).
  15. Garrison, W. J., et al. Lung volume dependence and repeatability of hyperpolarized 129Xe MRI gas uptake metrics in healthy volunteers and participants with COPD. Radiology: Cardiothoracic Imaging. 5 (3), e220096 (2023).
  16. Ni, W., Qi, J., Liu, L., Li, S. A pulse signal preprocessing method based on the Chauvenet criterion. Computational and Mathematical Methods in Medicine. 2019, 2067196 (2019).
  17. 129Xe MRI Clinical Trials Consortium. , https://www.129xectc.org (2023).

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बायोइंजीनियरिंग अंक 203 हाइपरपोलराइज्ड गैस क्सीनन एमआरआई समस्या निवारण शोर उच्च एसएनआर गुणवत्ता आश्वासन गुणवत्ता नियंत्रण फेफड़े का एमआरआई
Hyperpolarized क्सीनन चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग में समस्या निवारण और गुणवत्ता आश्वासन: उच्च गुणवत्ता वाली छवि अधिग्रहण के लिए उपकरण
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Shammi, U. A., Garcίa Delgado, … More

Shammi, U. A., Garcίa Delgado, G. M., Thomen, R. Troubleshooting and Quality Assurance in Hyperpolarized Xenon Magnetic Resonance Imaging: Tools for High-Quality Image Acquisition. J. Vis. Exp. (203), e65972, doi:10.3791/65972 (2024).

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