Summary
Een MRI methode om de verdeling van de pulmonale bloedstroom onderzoek onder verschillende fysiologische omstandigheden, in dit geval de blootstelling aan drie verschillende geïnspireerd zuurstof concentraties: hypoxie, normoxia, en hyperoxia, wordt beschreven. Deze techniek maakt gebruik van de menselijke fysiologie pulmonaire onderzoekstechnieken in een MR-scan-omgeving.
Abstract
Hieruit blijkt een MRI methode om de ruimtelijke verdeling van de pulmonale bloedstroom te meten bij gezonde proefpersonen tijdens normoxia (geïnspireerd O 2, fractie (F I O 2) = 0,21) hypoxie (F I O 2 = 0,125), en hyperoxia (F I O 2 = 1,00). Daarnaast zijn de fysiologische reacties van het onderwerp gevolgd in het MR-scan-omgeving. MR-beelden werden verkregen op een 1,5 T GE MRI-scanner in een adem in te houden van een sagittale plak in de rechter long op functionele restcapaciteit. Een arteriële spin-etikettering sequence (ASL-eerlijker) werd gebruikt om de ruimtelijke verdeling van pulmonale bloedstroom 1,2 en een multi-echo snelle gradiënt echo (mGRE) sequentie 3 werd gebruikt om de regionale proton (dat wil zeggen H 2 O) kwantificeren meten dichtheid, waardoor de kwantificering van dichtheid-genormaliseerde perfusie voor elke voxel (milliliter bloed per minuut per gram longweefsel).
Met een pneumatisch omschakelventiel en gelaatsmasker voorzien van een 2-weg non-rebreathing klep, werden verschillende zuurstofconcentraties ingevoerd om het onderwerp in de MR-scanner door de geïnspireerde gas slang. Een metabole winkelwagen verzameld expiratoire gas via expiratoire buizen. Gemengde expiratoire O 2 en CO 2-concentraties, zuurstof verbruik, de productie van koolstofdioxide, de ademhalingswegen ruilverhouding, ademhalingsfrequentie en ademvolume werden gemeten. Hartslag en zuurstofverzadiging werden gecontroleerd met behulp van pulse-oximetrie. Gegevens van een normaal onderwerp toonde aan dat, zoals verwacht, de hartslag was hoger in hypoxie (60 bpm) dan tijdens normoxia (51) of hyperoxia (50) en de arteriële zuurstofsaturatie (SpO 2) werd verlaagd tijdens hypoxie tot 86%. De gemiddelde ventilatie was 8.31 L / min BTPS tijdens hypoxie, 7,04 L / min tijdens het normoxia, en 6,64 L / min tijdens hyperoxia. Tidal volume was 0,76 L tijdens hypoxie, 0,69 L tijdens normoxia, en 0,67 L tijdens hyperoxia.
Representatieve kwantitatieve ASL gegevens bleek dat de gemiddelde dichtheid van genormaliseerde perfusie was 8,86 ml / min / g tijdens hypoxie, 8,26 ml / min / g tijdens normoxia en 8,46 ml / min / g tijdens hyperoxia, respectievelijk. In dit onderwerp, was de relatieve dispersie 4, een index van de wereldwijde heterogeniteit, steeg in hypoxie (1,07 tijdens hypoxie, 0,85 tijdens het normoxia, en 0,87 tijdens hyperoxia), terwijl de fractale dimensie (Ds), een andere index van heterogeniteit weerspiegelt vasculaire vertakkende structuur, was onveranderd (+1,24 tijdens hypoxie, 1,26 tijdens het normoxia, en 1,26 tijdens hyperoxia).
Overzicht. Dit protocol zal demonstreren de verwerving van gegevens voor de distributie van pulmonale perfusie niet-invasief te meten onder de omstandigheden van normoxia, hypoxie, en hyperoxia met behulp van een magnetische resonantie imaging techniek die bekend staat als arteriële spin-labeling (ASL).
Rationale: Meting van de pulmonale bloedstroom en longen proton dichtheid met behulp van MR-techniek biedt een hoge ruimtelijke resolutie beelden die kunnen worden gekwantificeerd en de mogelijkheid om herhaalde metingen uit te voeren onder verschillende fysiologische omstandigheden. In menselijke studies zijn PET, SPECT en CT vaak gebruikt als de alternatieve technieken. Echter, deze technieken gepaard met blootstelling aan ioniserende straling, en dus zijn niet geschikt voor herhaalde metingen bij menselijke proefpersonen.
Protocol
1. Onderwerp recruitment
- Onderworpen bevolking
- Onderwerpen worden gerekruteerd via een advertentie aan de specifieke demografische die nodig zijn voor het onderzoek passen.
- Het onderwerp voor deze studie is een gezonde, niet-roker in de leeftijd van 19 - 45, zonder voorgeschiedenis van hart-of longziekte.
- Informed consent
- Dit onderzoek is goedgekeurd door de Universiteit van Californië, San Diego, Human Research Protections Program.
- Het onderwerp wordt geïnformeerd over de potentiële risico's van deze studie, zoals blootstelling aan magnetische velden (MRI) en van de ademhaling hypoxische en hyperoxic gas.
Als het onderwerp is vrouwelijk en in staat in de vruchtbare, is een urine monster vóór het begin van de studie, om uit te sluiten zwangerschap. Hoewel de blootstelling aan magnetische velden is uiterst onwaarschijnlijk dat schadelijk zijn voor een ontwikkeling van de foetus, de exacte potentiële risico is onbekend. Naast hypoxie kan een risico voor de foetus. Om deze redenen zwangere vrouwen worden uitgesloten van de studie.
- MR veiligheid screening
Al onze proefpersonen moeten een vragenlijst over items die een magnetische resonantie onderzoek zou contra-indicatie. Als er een contra-indicatie wordt gevonden, wordt het onderwerp zijn uitgesloten van de studie.
2. Voorbereiding
- Lichamelijk onderzoek
- Het onderwerp is geïnterviewd over hun lichamelijke gezondheid en gewoonten, en ontvangt een kort lichamelijk onderzoek door een gediplomeerd arts.
- Van het onderwerp lengte en gewicht worden gemeten. Deze waarden worden gebruikt om de voorspelde waarden van de longfunctie te testen en de Specific Absorption Rate (SAR) te schatten. De schatting van de SAR is belangrijk, want er is de mogelijkheid voor het verwarmen van weefsel van het onderwerp van de radio frequency (RF) energie die nodig is om de MR-beelden te produceren.
- Longfunctie-test
Long volumes worden gemeten met behulp van spirometrie in de staande houding. Het onderwerp voert longfunctietesten door te blazen in een handheld spirometer (EasyOne spirometer, Medical Technologies Andover). Een neusklem wordt gebruikt om te zorgen dat alle lucht wordt uitgestoten uit de mond. Spirometrie gegevens worden verkregen in drievoud om betrouwbare gegevens te verzekeren. De kwaliteit van de longfunctie-test moet voldoen aan de American Thoracic Society / European Respiratory Society criteria 5.
3. Het ondergaan van de magnetische resonantie onderzoek
- Training om een betrouwbare functionele residuale capaciteit (FRC) long volume te produceren tijdens het inhouden van de adem.
Onze long-beelden worden verkregen wanneer de longen is bij FRC. Dit is een gemakkelijk bereikbaar longvolume, en verbetert de signaal-ruis in het beeld, door het verhogen van het proton dichtheid. Onze thema's zijn opgeleid om comfortabel te reproduceren deze long volume. Als het onderwerp een eerste keer deelnemer aan een van onze studies, wordt deze training afgerond voordat het onderwerp komt in de MR scanner. Omdat de scanner maakt geluiden tijdens de overname is een geluidsopname van de beeldopname speelde voor het onderwerp, en het onderwerp is gecoacht terwijl ze oefenen hun ademhaling te synchroniseren met de geluidsopname. - Breathing setup
- De inspiratoire setup
De inspiratoire slang is verbonden met de Mylar gas zakken, die zal het bezit van hyperoxic en hypoxische gassen, of normoxische de lucht, en worden beheerd via een omschakelventiel (Single-zuiger-Type ™ ventiel en controller 4285A, Hans Rudolph). De klep wordt gecontroleerd voor het normale functioneren.
Het gas tassen, die de geïnspireerde gassen toe te dienen aan het onderwerp, worden in de scanner kamer en zijn aangesloten op gas tanks van verschillende zuurstofconcentraties in de MR console kamer. Gas wordt toegevoegd aan de zak door de onderzoeker door middel van manipulatie van het gas tank toezichthouders.
De onderzoeker moet toezien op de tas door de console raam om te zorgen voor de gas volume voldoende is, om ervoor te zorgen dat het onderwerp voldoende gas om normaal te inspireren heeft. De F I O 2 van hyperoxic en hypoxische gassen zijn 1,0 en 0,125, respectievelijk. Omgevingslucht wordt gebruikt voor de normoxische gas. - De expiratoire setup
De expiratoire ademhaling buis is lang genoeg om van het onderwerp in de MR scanner aansluiten door middel van een pass-through aan de metabole winkelwagen (TrueOne 2400, ParvoMedics) in de MR console kamer.
De metabole winkelwagen meet het volume van de uitgeademde lucht als gemengde expiratoire O 2 en CO 2-concentraties. Op basis van deze parameters, het berekent ook diverse respiratoire volumes, zoals getijde-volume, zuurstofverbruik (V. O 2), de productie van koolstofdioxide (V. CO 2), en respiratoire quotiënt.
Het is noodzakelijk om de O 2 en CO 2-sensoren en flow meter kalibreren voor elke studie. Een onderzoeker kalibreert de stofwisseling cart systeem door de ingebouwde instructies in overeenstemming met het metabool winkelwagen besturingssysteem software. O 2 en CO 2-sensoren worden aangepast door twee punten kalibratie tussen de kalibratiegas (voor 2 = 0,16 en FCO 2 = 0,04) en lucht in de ruimte (voor 2 = 0,2098 en FCO 2 = 0,00). De stroom meter is gekalibreerd met behulp van een gestandaardiseerde 3-liter spuit. De onderzoeker pompen 3-liter volumes van lucht (bij kamertemperatuur en luchtdruk) in de metabole winkelwagen door de expiratoire beademingsbuis uitgerust met een Hans Rudolph 2-weg non-rebreathing klep die identiek is aan degene die is aangesloten op het onderwerp masker. Met het oog op de verschillende debieten van de ademhaling, wordt deze kalibratie uitgevoerd ten minste vijf keer met piekafvoeren, variërend van 50 L / min ATPS tot 80 L / min voor de rust metingen. Het volume in de slang en het mondstuk wordt berekend en wanneer het wordt gecombineerd met de onderwerpen respiratoire data dit zorgt voor correctie van de vertragingstijd wordt veroorzaakt door de lengte van de expiratoire buizen. - Masker
Een koude-gesteriliseerde siliconen masker (7400-serie Oro-neusmasker, Hans Rudolph) is gemonteerd op het onderwerp om de levering van verschillende gasmengsels en de aankoop van metabole en respiratoire gegevens in de gehele beeldvorming sessie (grootte toe te staan: petite, kleine, middelgrote, grote en extra groot). Een meerderheid van de volwassen personen zijn voorzien van kleine, middelgrote of grote maskers.
Het masker is uitgerust met een pre-gesteriliseerde non-rebreathing klep (Twee-weg non-rebreathing klep T-Shape ™ configuratie, 2600 Medium, 2700 Groot, Hans Rudolph) is gefixeerd op het gezicht van het onderwerp met een maaswijdte gehechtheid en gecontroleerd op lekken. Vervolgens worden inspiratoire en expiratoire buizen bevestigd.
- De inspiratoire setup
- MR setup
- Het onderwerp ligt op zijn rug, met de voeten richting de scanner droeg op een glijdende tafel die beweegt in de magnetische resonantie scanner.
- Kussens en foam pads worden gebruikt om het onderwerp het comfort te maximaliseren. Een puls oximeter (7500 VOOR, Nonin) wordt geplaatst op de vinger van de patiënt op de zuurstofsaturatie en hartslag, wat vooral belangrijk is wanneer het onderwerp wordt blootgesteld aan hypoxie te controleren.
- Een ECG elektrode pad is geplaatst op de borst van het onderwerp. Hierdoor kan de arteriële spin-labeling (ASL) MR volgorde te worden gated aan het QRS-complex.
- Zodra het onderwerp is het dragen van een masker kunnen ze niet gemakkelijk communiceren met de studie personeel. Een knijp bal is gepositioneerd in de hand van het onderwerp, en opgenomen op zijn plaats. Dit maakt voor het onderwerp aan de onderzoekers waarschuwing later op ieder moment dat zij hulp nodig hebben.
- Oordoppen worden gegeven aan het onderwerp om hen te beschermen tegen het lawaai geproduceerd door de scanner.
- Drie MR fantomen worden geplaatst op de borst van het onderwerp. De spoken worden gebruikt om het MR-signaal te kwantificeren tijdens de nabewerking en eerder zijn gekarakteriseerd.
- De torso spoel wordt ook geplaatst op de fantomen op de borst van het onderwerp. De torso spoel wordt gebruikt om het signaal te verhogen tot ruis verhouding van MR-beelden in vergelijking met het lichaam spoel door het verminderen van de fysieke afstand tussen de ontvanger en het onderwerp. Tenslotte wordt het onderwerp bedekt met een deken om hun comfort te verzekeren.
4. MR scannen
- Voordat u gaat scannen
- Het onderwerp is gevraagd om voeten liggen eerst op de MRI-scan tafel. Dan is de scan tafel beweegt het onderwerp in het midden van de MRI-scanner boring.
- De scanner operator spreekt vaak tot het onderwerp om ervoor te zorgen dat het onderwerp comfortabel is en om hen te herinneren aan de squeeze bal te knijpen als ze hulp nodig hebben.
- Onderzoekers zien op de ECG, O 2 verzadiging, ademvolume, V. O 2 en V. CO 2. De eerste paar minuten van de monitoring zijn vooral belangrijk om te zorgen voor goede kwaliteit van gegevens, als deze nummers niet in het verwachte bereik, de kalibratie moet worden herhaald en het gelaatsmasker en slangen gecontroleerd op lekken.
- Imaging examen sequenties
- De localizer volgorde wordt eerst verworven om de anatomische beelden te verkrijgen om de plaatsing van de imaging-slice bepalen binnen de romp.
- Een slice is geselecteerd in het sagittale vlak van het gedeelte van de rechter long waar de voorste - achterste afstand de grootste is. De slice dikte is meestal 15 mm en een gezichtsveld is 40 cm x 40 cm.
- Arteriële spin-etikettering
Arteriële spin-etikettering - flow-gevoelige afgewisseld inversion recovery met een extra RF-pulssequentie (ASL-eerlijker) met een half-Fourier overname single-shot turbo spin-echo (haast) beeldvorming regeling wordt gebruikt om de regionale perfusie gegevens 1,2 verkrijgen .- Het onderwerp zal een reeks van geluid paren te horen, "bang-bang" voor welke magnetische tag en het beeld acquisitie. De eerste bonzen geluid is Shorter dan de tweede. Dit verschil in het geluid is merkbaar. Tussen deze sound paren, moet het onderwerp een volledige ademhaling cyclus: adem in en adem-out, voorafgaand aan de volgende paar. Tijdens het paren van geluiden, moet het onderwerp adem in bij FRC.
- Het onderwerp krijgt een test van het beeld overnames gedurende welke tijd de onderwerpen praktijken de ademhaling dat ze vertrouwd gemaakt met voordat ze werden in de scanner (hierboven beschreven).
- De MR operator beoordeelt de kwaliteit van de long beelden gebaseerd op de beweging van het middenrif. Als de beweging is minimaal het ASL-metingen te starten. De onderzoekers toezicht op de tidal volume. De geschatte doel ademvolume is 500 tot 700 ml in overeenstemming met normale ventilatie met extra dode ruimte van het ventiel.
- Het basisprincipe van de pulmonale perfusie te kwantificeren wordt beschreven in referentie 1 en 2 in detail. In deze MR volgorde, zijn twee verschillende hart-gated beelden die met een interval van 5 seconden tussen hen in. Het beeld timing tussen de tag en het beeld acquisitie (dat wil zeggen tussen de eerste knal geluid en tweede knal geluid) is ingesteld op 80% van de RR-interval om voor de inzameling van een systolische uitwerpen van bloed. Het signaal uit het bloed wordt bereid op twee verschillende manieren. In een beeld, is de longitudinale magnetisatie van zowel bloed en weefsel binnen en buiten het beeld slice omgekeerd, wat resulteert in zeer lage signaal van zowel bloed en weefsel. In het tweede beeld, is de inversie alleen toegepast op de belichte slice, met als gevolg dat de instroom van bloed van buiten de afbeelding in de slice een sterke MR signaal. Als de twee beelden worden afgetrokken, waardoor teniet de stationaire signaal, is het resultaat een kwantitatieve kaart van het bloed afgeleverd bij de afbeeldingssegment binnen een systolische ejectie periode. De resolutie is 256 x 128 pixels, dus de voxel grootte is ~ 1,5 x ~ 3,1 x 15 mm (~ 0.07 cm 3).
- Lung proton density
In aanvulling op de ASL beelden, gebruiken we ook een multi-echo snelle gradiënt echo (mGRE) sequentie aan long proton density 3 te meten. Hierdoor kan de perfusie metingen worden uitgedrukt in ml / min / g en de rekeningen voor het longweefsel vervorming in de thorax 6. Deze volgorde wordt tweemaal uitgevoerd, een voor de romp spoel en een voor het lichaam spoel.- Tijdens deze proton density beeld acquisitie, zal het onderwerp hoort een continu geluid dat duurt ongeveer 10 seconden. Tijdens deze, moet het onderwerp houden hun adem in en verblijf in het FRC.
Het basisprincipe van de long proton dichtheid te kwantificeren wordt beschreven in referentie 3. De resolutie is 64 x 64 pixels, dus de voxel grootte is ~ 6,3 x ~ 6,3 x 15 mm (~ 0.59 cm 3).
- Tijdens deze proton density beeld acquisitie, zal het onderwerp hoort een continu geluid dat duurt ongeveer 10 seconden. Tijdens deze, moet het onderwerp houden hun adem in en verblijf in het FRC.
- Schakelen inspiratoire gassen
- In deze studie gassen met F I O 2 = 0,21 (normoxia / kamer lucht), F I O 2 = 0,125 (hypoxie), en F I O 2 = 1,00 (hyperoxia) worden in evenwicht om tussen de onderwerpen, maar deze kunnen worden gevarieerd als gewenst, in overeenstemming met het onderzoek doelen
- Na een onderwerp bereikt stabiele toestand voor een bepaalde aandoening (~ 20 minuten voor een bepaald gas) 7, zijn MR metingen van perfusie en proton dichtheid verworven. In dit geval is de 20 minuten periode van blootstelling aan het gas voor de beeldvorming gekozen want hoewel de start van hypoxische pulmonale vasoconstrictie reactie treedt binnen enkele seconden, de reactie op alveolaire hypoxie is niet maximaal tot ~ 20 minuten 8, in overeenstemming met het doel van dit specifieke onderzoek.
5. Nabewerking
Nabewerking is voltooid met behulp van aangepaste software ontwikkeld binnen de MATLAB-programmeeromgeving.
- Spoel inhomogeniteit correctie
Door het gebruik van de gepaarde mGRE beelden van de homogene lichaam spoel en de inhomogeen torso spoel (paragraaf 4.1), worden alle doorbloeding en proton density beelden gecorrigeerd voor spoel inhomogeniteit over een bepaald onderwerp, per onderwerp basis van 6. Deze methode wordt beschreven in de referentie-6 en 9. - Dichtheid genormaliseerd perfusie
- Zodra de afgetrokken ASL beeld wordt gecorrigeerd voor spoel inhomogeniteit, is de regionale pulmonale bloedstroom gekwantificeerd in milliliters (bloed) per minuut per kubieke centimeter (voxel).
- Dichtheid genormaliseerd perfusie uitgedrukt in milliliters (bloed) per minuut per gram van het water wordt berekend door de ASL beeld door de proton density afbeelding om perfusie te geven in milliliter per minuut per gram van de long (weefsel + bloed).
- Een wederzijdse informatie gebaseerde techniek die het vertalen en het bouwplan worden opgenomen is gebruikt om de ASL en proton density beelden te registreren, en de ASL perfusie beeld wordt gedeeld door de dichtheid van proton beeld verkregen met de torso rol op een voxel per voxelbasis van 6,9. Deze methode wordt ook beschreven in referentie-6 en 9.
- Data-analyse
Voor elk beeld verkregen zoals hierboven beschreven (long-proton dichtheid en dichtheid genormaliseerd perfusie), worden de gegevens geanalyseerd op de volgende manier.- Voor elk beeld, de gemiddelde dichtheid-genormaliseerde perfusie wordt berekend.
- Drie verschillende indexen van perfusie heterogeniteit worden berekend. Deze zijn 1) de relatieve spreiding 4,10,11, ook wel bekend als de variatiecoëfficiënt, een mondiale schaal van heterogeniteit gedefinieerd als de verhouding van de standaarddeviatie van het gemiddelde perfusie waarin hoe groter de relatieve spreiding, des te meer heterogene de perfusie distributie, 2) fractale dimensie (Ds) 7, een index van de ruimtelijke heterogeniteit die schaal onafhankelijk is, waarvan de waarde varieert tussen 1,0 (homogene) en 1,5 (ruimtelijk random), en 3) een geometrische standaarddeviatie, ook wereldwijde schaal van heterogeniteit, maar gebaseerd op log normale verdeling model 2.
6. Representatieve resultaten
Fysiologische gegevens worden gegeven in tabel 1. Hartslag werd verhoogd in hypoxie en verzadiging was afgenomen. Ventilatie was 8.31 L / min BTPS tijdens hypoxie, 7,04 L / min tijdens het normoxia, en 6,64 L / min tijdens hyperoxia. Tidal volume was 0,72 L tijdens hypoxie, 0,69 L tijdens normoxia, en 0,67 L tijdens hyperoxia. De blootstelling aan hypoxie verhoogt zowel de ventilatie en ademvolume, terwijl de hyperoxia afneemt ventilatie en tidal volume.
Drie dichtheid genormaliseerd perfusie beelden verzameld tijdens de drie verschillende inspireerde zuurstof concentraties (Hypoxie: 0.125, normoxia: 0,21, en Hyperoxia: 1,00) verkregen van een onderwerp (man, 30 jaar oud) zijn weergegeven in figuur 1. De resultaten van de data-analyse van perfusie heterogeniteit zijn weergegeven in tabel 2. Het kan worden gezien dat hypoxie de relatieve spreiding echter verhoogde de andere indices waren grotendeels ongewijzigd.
Figuur 2 toont het effect van geïnspireerde zuurstof concentraties op de verticale verdeling van de dichtheid genormaliseerd perfusie, gemiddeld om de 1 cm onder 10 cm hoogte van de meest afhankelijke deel van de long-en boven de 10 cm. Alle datapunten boven de 10 cm worden gemiddeld en weergegeven als een data punt.
| Hypoxie | Normoxia | Hyperoxia | |
| Heart Rate (bpm) | 60 | 51 | 50 |
| SpO 2 | 86 | 99 | 100 |
| V E BTPS (L / min) | 8.31 | 7.04 | 6.64 |
| V t BTPS (L) | 0.76 | 0.69 | 0.67 |
| F E O 2 (%) | 8.85 | 17,27 | - |
| F E CO 2 (%) | 3.41 | 3.60 | 3.20 |
| VO 2 STPD (L / min) | 0.25 | 0.22 | -* |
| VCO 2 STPD (L / min) | 0.23 | 0.21 | 0.18 |
Tabel 1. De fysiologische gegevens tijdens het scannen sessie.
* Wanneer het onderwerp is 100% zuurstof ademen, VO 2 kan niet gemakkelijk worden gemeten (zie 12 voor details).
| Hypoxie | Normoxia | Hyperoxia | |
| Relatieve Dispersion | 1.07 | 0.85 | 0.87 |
| Fractale dimensie | 1.24 | 1.26 | 1.26 |
| Geometrische standaardafwijking | 2.41 | 2.11 | 2.38 |
Tabel 2. De drie indices van pulmonale perfusie heterogeniteit.
Figuur 1. Effect van drie verschillende geïnspireerd zuurstof concentraties op dichtheid genormaliseerd perfusie. 1.1: Hypoxie(0.125), 1.2: normoxia (0,21), 1,3: Hyperoxia (1,00). De schaal is 3 cm (witte vaste lijn). A: anterior, P: posterior, I: minderwaardig, en S: superieure richtingen, respectievelijk.
Figuur 2. Effect van drie verschillende geïnspireerd zuurstofconcentraties op de verticale verdeling van de dichtheid genormaliseerd perfusie. De dichtheid genormaliseerde perfusie is gemiddeld binnen 1 cm bakken in hetzelfde gravitatievlak, vanaf 0 cm op de meest afhankelijke deel van de long en nog steeds de meest nondependent gedeelte. Alle datapunten boven de 10 cm worden gemiddeld en weergegeven als een data punt.
De fout balken geven de standaardafwijking van de waarden van de dichtheid genormaliseerde doorbloeding in dat vliegtuig. Hypoxische gegevens worden in het rood, normoxische gegevens worden in het blauw, en hyperoxic gegevens worden in het groen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Deze methode maakt het meten van de effecten van de geïnspireerde zuurstofconcentratie op de ruimtelijke verdeling van de pulmonale bloedstroom met behulp van elementaire fysiologische technieken in de MR-scan-omgeving. Het gebruik van fysiologische technieken in combinatie met kwantitatieve proton beeldvorming van de longen is relatief eenvoudig te implementeren.
Om ervoor te zorgen een goede kwaliteit te testen, is de belangrijkste stap training het onderwerp naar adem op de juiste longvolume en synchroon met het beeld sequentie. Aangezien zowel ASL en proton density beelden vertrouwen op de reproduceerbaarheid van FRC longvolumes zou een diafragma-of borstwand beweging leiden tot een foutieve registratie van die beelden. Goed getrainde proefpersonen in staat zijn om de FRC longvolume herhaaldelijk reproduceren in de MR-scanner Enkele onderwerpen hyperventileren in de scanner en daarmee de onderzoeker moet ook toezien op de tidal volume gemeten door metabole winkelwagentje plaatst en feedback geven om het onderwerp aan normale ademhaling te verzekeren. Tot slot zuurstofverzadiging, vooral tijdens hypoxische blootstelling moet worden gecontroleerd op onderwerp veiligheid.
Enkele van de beperkingen van deze technieken zijn als volgt: 1. kunnen we alleen verwerven perfusie gegevens van het ene schijfje per adem in. Maar onze functie kan voor continue overname in tussen de adem, en dus met behulp van herhaalde breathholds de gehele long kan worden afgebeeld in minder dan 3 minuten. 2. Kwantificering is afhankelijk van nauwkeurige karakterisering van de referentie-fantomen, en elke fout in deze worden direct weerspiegeld in de data. 3. Sinds de fysiologische monitoring apparatuur die we gebruiken is gelegen buiten de scanner kamer, we zijn niet in staat om adem-by adem metingen van VO 2 en VCO 2. 4. Sommige onderwerpen, met name jonge kinderen of oudere patiënten met een longziekte kunnen moeite hebben met het reproduceren van de ademhaling nodig zijn voor de beeldvorming, maar het is onze ervaring dat de overgrote meerderheid van de onderwerpen, waaronder patiënten, snel deze vaardigheden te verwerven.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Geen belangenconflicten verklaard.
Acknowledgments
Ondersteund door NIH HL081171, NIH HL080203
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| MRI | GE Healthcare | 1.5 T GE HDx EXICITE twinspeed scanner | |
| Metabolic cart | ParvoMedics | TrueOne 2400 | |
| Pulse Oximeter | Nonin | 7500 FO | |
| Spirometer | Medical Technologies Andover | EasyOne diagonostic Spirometer | |
| Mask | Hans Rudolph | 7400 series Oro-Nasal Mask, Small, Medium, and Large | |
| Valve | Hans Rudolph | Two-way non-rebreathing valves T-Shape configuration, 2600 Medium. 2700 Large | |
| Head Set | Hans Rudolph | Head cap (Adult size), strap & Locking Clips. | |
| Pneumatic directional control valve and controller | Hans Rudolph | Single Piston Sliding-Type valve and controller 4285A | |
| Non-Diffusing gas collection bag | Hans Rudolph | 6100 (100 liters). | |
| Tube | VacuMed | Clean-Bor Tubing 108”, 1-3/8” OD fittings | |
| Phantoms | Mentor | Brest Implant Round, 250cc | |
| matlab | Mathworks |
References
- Bolar, D. S. Quantification of regional pulmonary blood flow using ASL-FAIRER. Magn Reson Med. 55, 1308-1317 (2006).
- Henderson, A. C., Prisk, G. K., Levin, D. L., Hopkins, S. R., Buxton, R. B. Characterizing pulmonary blood flow distribution measured using arterial spin labeling. NMR Biomed. 22, 1025-1035 (2009).
- Theilmann, R. J. Quantitative MRI measurement of lung density must account for the change in T(2) (*) with lung inflation. J Magn Reson Imaging. 30, 527-534 (2009).
- Hopkins, S. R., Garg, J., Bolar, D. S., Balouch, J., Levin, D. L. Pulmonary blood flow heterogeneity during hypoxia and high-altitude pulmonary edema. Am J Respir Crit Care Med. 171, 83-87 (2005).
- Miller, M. R. Standardisation of spirometry. Eur Respir J. 26, 319-338 (2005).
- Hopkins, S. R. Vertical gradients in regional lung density and perfusion in the supine human lung: the Slinky effect. J Appl Physiol. 103, 240-248 (2007).
- Arai, T. J. Hypoxic pulmonary vasoconstriction does not contribute to pulmonary blood flow heterogeneity in normoxia in normal supine humans. J Appl Physiol. 106, 1057-1064 (2009).
- Dawson, C. A. Role of pulmonary vasomotion in physiology of the lung. Physiol Rev. 64, 544-616 (1984).
- Prisk, G. K. Pulmonary perfusion in the prone and supine postures in the normal human lung. J Appl Physiol. 103, 883-894 (2007).
- Henderson, A. C. Steep head-down tilt has persisting effects on the distribution of pulmonary blood flow. J Appl Physiol. 101, 583-589 (2006).
- Levin, D. L. Effects of age on pulmonary perfusion heterogeneity measured by magnetic resonance imaging. J Appl Physiol. 102, 2064-2070 (2007).
- Wasserman, K. H., Sue, D., Casaburi, R., Whipp, B. Calculations, Fomulae, and Examples (Appendix C). Principles of Exercise Testing and Interpretation. , Lippincott Williams & Wilkins. Baltimore. (1999).
