Summary
Eine MR-Bildgebungsverfahren, um die Verteilung der pulmonalen Durchblutung unter einer Vielzahl von physiologischen Bedingungen zu studieren, in diesem Fall Kontakt mit drei verschiedenen inspiriert Sauerstoffkonzentrationen: Hypoxie, Normoxie und Hyperoxie, beschrieben. Diese Technik nutzt die menschliche Lunge Physiologie Forschungsmethoden in einem MR-Umfeld.
Abstract
Dies zeigt eine MR-Bildgebungsverfahren, um die räumliche Verteilung der pulmonalen Blutfluss bei gesunden Probanden während Normoxie (inspiriert O 2, Fraktion (F I O 2) = 0,21) Hypoxie (F I O 2 = 0,125) und Hyperoxie (Maßnahme F I O 2 = 1,00). Darüber hinaus sind die physiologischen Reaktionen des Subjekts in der MR-Scan-Umgebung überwacht. MR-Bilder wurden auf einem 1,5 T GE MRT während einer Atempause von einer sagittalen Schicht in der rechten Lunge bei funktionellen Restkapazität erhalten. Eine arterielle Spin-Labeling-Sequenz (ASL-GERECHTEREN) wurde verwendet, um die räumliche Verteilung der pulmonalen Blutfluss 1,2 und einer Multi-Echo schnellen Gradientenecho (mGRE) Sequenz 3 verwendet wurde, um die regionale Proton (dh H 2 O) zu quantifizieren messen Dichte, so dass die Quantifizierung der Dichte normalisiert Perfusion für jedes Voxel (Milliliter Blut pro Minute pro Gramm Lungengewebe).
Mit einer pneumatischen Schaltventil und Gesichtsmaske mit einem 2-Wege-Nichtrückatemsysteme Ventil ausgestattet, wurden verschiedene Sauerstoffkonzentrationen zu diesem Thema in der MR-Scanner über das eingeatmete Gas-Schlauch eingeführt. Eine metabolische Warenkorb gesammelt Exspirationsgas über Exspirationsschlauch. Mixed exspiratorische O 2 und CO 2-Konzentrationen, Sauerstoffverbrauch, Kohlendioxid-Produktion, die Atmungsorgane Umtauschverhältnis, Atemfrequenz und Atemzugvolumen gemessen wurden. Herzfrequenz und Sauerstoffsättigung überwacht wurden mit Puls-Oxymetrie. Daten aus einer normalen Person erhalten hat gezeigt, dass, wie erwartet, die Herzfrequenz höher war in Hypoxie (60 bpm) als bei Normoxie (51) oder Hyperoxie (50) und die arterielle Sauerstoffsättigung (SpO 2) wurde bei Hypoxie zu 86% reduziert. Mittlere Lüftung war 8,31 L / min BTPS bei Hypoxie, 7,04 L / min während Normoxie, und 6,64 L / min bei Hyperoxie. Tidalvolumen betrug 0,76 L bei Hypoxie, 0,69 L während Normoxie und 0,67 L bei Hyperoxie.
Vertreter quantifiziert ASL-Daten zeigten, dass die mittlere Dichte normalisiert Perfusion 8,86 ml / min / g wurde bei Hypoxie, 8,26 ml / min / g während Normoxie und 8,46 ml / min / g während Hyperoxie bzw.. In diesem Thema wurde die relative Dispersion 4, ein Index der globalen Heterogenität in Hypoxie erhöht (1,07 bei Hypoxie, 0,85 während Normoxie und 0,87 bei Hyperoxie), während die fraktale Dimension (Ds), ein weiterer Index der Heterogenität spiegelt vaskulären Verzweigungsstruktur, blieb unverändert (1,24 bei Hypoxie, 1,26 während Normoxie, und 1,26 bei Hyperoxie).
Überblick. Dieses Protokoll wird zeigen, die Übernahme von Daten, um die Verteilung der pulmonalen Perfusion nichtinvasiv messen unter den Bedingungen der Normoxie, Hypoxie und Hyperoxie mit einem Magnet-Resonanz-Bildgebung als arterielle Spin-Labeling (ASL) bekannt.
Begründung: Die Messung des pulmonalen Blutflusses und der Lunge Protonendichte mit MR-Technik bietet eine hohe räumliche Auflösung, die quantifiziert werden können und die Fähigkeit, wiederholte Messungen unter verschiedenen physiologischen Bedingungen durchzuführen. In Studien am Menschen sind PET, SPECT, CT und allgemein als alternative Techniken verwendet. Allerdings beinhalten diese Techniken Exposition gegenüber ionisierender Strahlung, und somit nicht für wiederholte Messungen an menschlichen Versuchspersonen geeignet.
Protocol
1. Betreff Rekrutierung
- Betreff Bevölkerung
- Die Themen sind nach Anzeige an die spezifischen demografischen für das Studium erforderlichen fit rekrutiert.
- Das Thema für diese Studie ist ein gesundes, Nichtraucher im Alter von 19 bis 45, die keine Vorgeschichte von Herz-oder Lungenerkrankung.
- Informed Consent
- Diese Studie wird von der University of California, San Diego, Human Research Protections Program zugelassen.
- Das Thema ist über die möglichen Risiken dieser Studie, wie zB Magnetfeld-Exposition (MRI) und der Atmung hypoxischen und hyperoxische Gas informiert.
Wenn das Thema Frauen und gebärfähige wird eine Urinprobe vor dem Beginn der Studie gesammelt werden, um auszuschließen, Schwangerschaft. Obwohl starke Magnetfelder ist sehr unwahrscheinlich, schädlich zu sein, zu einem sich entwickelnden Fötus ist die genaue potentielle Risiko unbekannt. Neben Hypoxie kann ein Risiko für den Fötus. Aus diesen Gründen schwangere Frauen sind von der Studie ausgeschlossen.
- MR Sicherheit Screening
Alle unsere Versuchspersonen müssen einen Fragebogen ausfüllen, um Elemente, die eine Magnetresonanz-Untersuchung kontraindiziert wäre. Wenn eine Kontraindikation gefunden wird, wird das Thema aus der Studie ausgeschlossen.
2. Vorbereitung
- Ärztliche Untersuchung
- Das Thema ist interviewt in Bezug auf ihre körperliche Gesundheit und Gewohnheiten, und erhält eine kurze körperliche Untersuchung durch einen approbierten Arzt.
- Das Thema Gewicht und Größe werden ebenfalls gemessen. Diese Werte werden verwendet, um die vorhergesagten Werte der Lungenfunktion testen und die spezifische Absorptionsrate (SAR) zu schätzen. Die Schätzung der SAR ist wichtig, weil es das Potenzial für die Heizung des Subjekts Gewebe aus der Hochfrequenz-(HF)-Energie notwendig, um die MR-Bilder zu produzieren.
- Lungenfunktion
Lung Bände werden mit Spirometrie in die aufrechte Haltung. Das Thema führt Lungenfunktionstests durch Einblasen in ein mobiles Spirometer (EasyOne Spirometer, Medical Technologies Andover). Eine Nasenklammer wird verwendet, um sicherzustellen, dass alle Luft aus dem Mund ausgestoßen. Spirometrie-Daten sind in dreifacher Ausfertigung erworben, um zuverlässige Daten zu gewährleisten. Die Qualität der Lungenfunktion testen, müssen die American Thoracic Society / European Respiratory Society Kriterien 5.
3. Die sich im Magnet-Resonanz-Studie
- Training, um eine zuverlässige funktionelle Residualkapazität (FRC) Lungenvolumen während das Anhalten des Atems zu produzieren.
Unsere Lungen-Bilder erworben werden, wenn die Lunge ist bei FRC. Dies ist eine leicht erreichbare Lungenvolumen und verbessert die Signal-Rausch im Bild, durch die Erhöhung der Protonendichte. Unsere Themen sind geschult, um bequem zu reproduzieren diese Lungenvolumen. Wenn das Thema zum ersten Mal Teilnehmer an einer unserer Studien ist dieses Training abgeschlossen sein, bevor das Thema in die MR-Scanner. Da der Scanner macht Geräusche während der Aufnahme, ist eine Tonaufnahme der Bildaufnahme für das Thema gespielt, und das Thema ist trainiert, während sie synchronisieren ihre Atmung der Praxis mit der Tonaufnahme. - Breathing Setup
- Die inspiratorische Setup
Die inspiratorische Röhre ist die Mylar Gassäcke, die entweder hyperoxische und hypoxischen Gase oder normoxischen Luft halten wird verbunden und werden über ein Schaltventil (Single-Piston Sliding-Type ™ Ventil und Steuerung 4285A, Hans Rudolph) verabreicht. Das Ventil ist für die normale Funktion überprüft.
Die Gassäcke, die eingeatmeten Gase auf das Thema zu verwalten, sind in den Scanner-Raum und sind Gastanks von unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen in der MR-Konsole Raum verbunden. Gas ist, um die Tasche vom Prüfarzt durch Manipulation der Gastank Aufsichtsbehörden aufgenommen.
Der Prüfer muss die Tasche über die Konsole Raum Fenster zu überwachen, um sicherzustellen, das Gasvolumen ausreichend ist, um sicherzustellen, dass das Thema genug Gas, um in der Regel zu begeistern ist. Die F I O 2 von hyperoxische und hypoxischen Gase 1,0 und 0,125, bzw.. Raumluft wird für die normoxic Gas verwendet. - Die exspiratorische Setup
Die exspiratorische Beatmungsschlauch ist lang genug, um aus dem Thema in der MR-Scanner über eine Pass-Through-Verbindung mit dem metabolischen Warenkorb (TrueOne 2400, ParvoMedics) in der MR-Konsole Raum.
Die metabolische Warenkorb Maßnahmen das Volumen der ausgeatmeten Luft sowie gemischte exspiratorische O 2 und CO 2-Konzentrationen. Basierend auf diesen Parametern berechnet auch die verschiedenen Atemvolumina, wie Atemvolumen, Sauerstoffverbrauch (V. O 2), Kohlendioxid-Produktion (V. CO 2) und respiratorischen Quotienten.
Es ist notwendig, um die O 2 und CO 2-Sensoren und Durchflussmesser vor jeder Untersuchung zu kalibrieren. Ein Ermittler kalibriert die metabolische Warenkorb-System, indem Sie die eingebauten Befehlen im Einklang mit dem metabolischen Warenkorb Betriebssystem Software. O 2 und CO 2-Sensoren sind durch zwei Punkte Kalibrierung zwischen dem Kalibriergas (für 2 = 0,16 und FCO 2 = 0,04) und Raumluft (für 2 = 0,2098 und FCO 2 = 0,00) angepasst. Der Durchflussmesser ist mit einem standardisierten 3-Liter-Spritze kalibriert. Die Ermittler Pumpen 3-Liter-Volumen von Luft (bei Raumtemperatur und Luftdruck) in den Stoffwechsel Karren durch die exspiratorischen Beatmungsschlauch mit Hans Rudolph 2-Wege-Nichtrückatemsysteme Ventil, das identisch mit dem, dass die Probanden befestigt ist ausgestattet Maske. Um für die verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten der Atmung zu ermöglichen, ist diese Kalibrierung mindestens fünfmal mit Peak-Flows von 50 L / min ATPS bis 80 L / min für Ruhe-Messungen durchgeführt. Das Volumen in den Schlauch und Mundstück wird berechnet und, wenn sie mit den Themen Atemwege Daten dies ermöglicht für die Korrektur der Verzögerungszeit durch die Länge der Exspirationsschlauch verursacht kombiniert. - Maske
Ein kalter sterilisiert Silikon-Maske (7400-Serie Oro-Nasal Maske, Hans Rudolph) ist auf das Thema ausgestattet, die Lieferung von verschiedenen Gasgemischen und den Erwerb von metabolischen und Beatmung Daten in der gesamten Imaging-Sitzung (Größe ermöglichen: petite, klein, mittel, groß und extra large). Eine Mehrheit der erwachsenen Patienten sind mit kleinen, mittleren oder großen Masken ausgestattet.
Die Maske mit einem Pre-sterilisiert Nichtrückatemsysteme Ventil (Zwei-Wege-Nichtrückatemsysteme Ventil T-Shape ™ Konfiguration, 2600 Medium, 2700 Groß, Hans Rudolph) ausgestattet ist, auf das Gesicht des Motivs mit einer Maschenweite Befestigung fixiert und auf Dichtigkeit geprüft. Dann werden in-und exspiratorischen Rohren befestigt.
- Die inspiratorische Setup
- MR-Setup
- Das Thema liegt auf dem Rücken, mit den Füßen in Richtung des Scanners Bohrung auf einem Schiebetisch, die in die Magnet-Resonanz-Scanner bewegt.
- Kissen und Schaumstoff-Pads werden verwendet, um das Thema den Komfort zu maximieren. Ein Pulsoximeter (7500 FO, Nonin) ist über das Thema mit dem Finger in der Lage, Sauerstoffsättigung und Herzfrequenz, was besonders wichtig ist, wenn das Thema auf die Hypoxie ausgesetzt ist, zu überwachen.
- Ein EKG-Elektrode Pad ist zum Thema der Brust platziert. Dies ermöglicht den arteriellen Spin-Labeling (ASL) MR-Sequenz zu gated der QRS-Komplex.
- Sobald das Thema ist das Tragen einer Maske können sie nicht einfach mit dem Studium Personal zu kommunizieren. Ein Squeeze Ball in der Hand der Versuchsperson positioniert und mit Klebeband statt. Dies ermöglicht, dass das Thema die Ermittler jederzeit verlangen, dass sie Hilfe benötigen aufmerksam zu machen.
- Ohrstöpsel sind zu diesem Thema gegeben, um sie vor dem Lärm durch den Scanner produziert schützen.
- Drei MR Phantome sind über das Thema der Brust platziert. Die Phantome werden verwendet, um das MR-Signal während der Nachbearbeitung zu quantifizieren und zu einem früheren Zeitpunkt aus.
- Der Torso Spule ist auch über die Phantome auf das Thema der Brust platziert. Der Torso Spule wird verwendet, um das Signal-Rausch-Verhältnis von MR-Bild Steigerung im Vergleich mit dem Körper Spule durch eine Verringerung der räumlichen Distanz zwischen dem Receiver und dem Thema. Schließlich ist das Thema mit einer Decke abgedeckt, um ihren Komfort zu gewährleisten.
4. MR-Untersuchung
- Vor dem Scannen
- Das Thema wird gebeten, mit den Füßen zuerst liegen auf dem MRT-Scan-Tabelle. Dann wird der Scan-Tabelle bewegt sich das Thema in den Mittelpunkt des MRT Bohrung.
- Der Scanner-Operator spricht häufig mit dem Thema, um sicherzustellen, dass das Thema bequem ist und sie daran zu erinnern, um den Squeeze Ball quetschen, wenn sie Hilfe benötigen.
- Ermittler überwachen die EKG, O 2-Sättigung, Tidalvolumen, V. O 2 und CO 2 V.. Die ersten paar Minuten der Überwachung sind besonders wichtig für eine gute Datenqualität, wenn diese Zahlen nicht im erwarteten Bereich, muss die Kalibrierung wiederholt werden und die Gesichtsmaske und Schläuche auf Dichtheit geprüft.
- Imaging-Prüfung Sequenzen
- Der Localizer-Sequenz wird zunächst auf die anatomischen Bilder zu erhalten, um die Platzierung der bildgebenden Schicht innerhalb des Rumpfes bestimmen erworben.
- Hinteren Abstand der größte - Eine Scheibe ist in der Sagittalebene aus dem Bereich der rechten Lunge, wo der vordere ausgewählt. Die Schichtdicke beträgt typischerweise 15 mm und einem Sichtfeld von 40 cm x 40 cm.
- Arterielle Spin-Labeling
Arterielle Spin-Labeling - flow-sensitive abwechselnd Inversion-Recovery mit einer zusätzlichen HF-Puls-Sequenz (ASL-GERECHTEREN) mit einer Halb-Fourier Erwerb Single-Shot-Turbo-Spin-Echo (HASTE) Imaging System wird verwendet, um die regionale Perfusion Daten 1,2 erhalten .- Das Thema wird eine Reihe von Sound-Paaren zu hören, "bang-bang" unter Angabe der magnetischen tag und die Bildaufnahme. Der erste schlug Sound ist shorter als die zweite. Dieser Unterschied im Klang bemerkbar. Zwischen diesen Sound Paaren muss das Thema vollständig Atemzyklus: Atem-in und Atem-out, vor dem nächsten Paar. Während die Paare von Geräuschen, muss das Thema auf FRC Luftanhalten.
- Das Thema ist ein Testlauf von Bildaufnahmen während dieser Zeit die Themen Praktiken die Atmung, die sie mit, bevor sie wurden in den Scanner (siehe oben) gestellt wurden vertraut gegeben.
- Die MR-Operator wertet die Qualität der Lunge Bilder basierend auf der Bewegung des Zwerchfells. Wenn die Bewegung minimal die ASL-Messungen beginnen. Die Ermittler überwachen die Tidalvolumen. Die ungefähre Ziel Atemzugvolumen 500-700 ml im Einklang mit normaler Belüftung mit zusätzlichen Totraum aus dem Ventil.
- Das Grundprinzip der pulmonalen Perfusion zu quantifizieren ist in Referenz 1 und 2 im Detail beschrieben. In diesem MR-Sequenz, sind zwei verschiedene Herz-gated Bilder mit einer 5-Sekunden-Intervall zwischen ihnen erworben. Das Bild Timing zwischen dem Tag und der Bildaufnahme (dh zwischen dem ersten Knall hört und zweiten Knall Ton) ist zu 80% des RR-Intervalls einstellen, dass der Sammlung von einem systolischen Auswurf von Blut ermöglichen. Das Signal aus dem Blut wird auf zwei verschiedene Arten zubereitet. Auf einem Bild ist die longitudinale Magnetisierung von Blut und Gewebe innerhalb und außerhalb des Bildes Scheibe invertiert, was zu sehr geringen Signal von Blut und Gewebe. Im zweiten Bild ist die Inversion nur auf die abgebildeten Schicht aufgetragen, mit dem Ergebnis, dass der Zustrom von Blut außerhalb des Bild-Slice in die Scheibe ein starkes MR-Signal hat. Wenn die beiden Bilder subtrahiert werden, damit die Aufhebung der stationären Signal, ist das Ergebnis einer quantitativen Karte Blut abgegeben, um das Bild Scheibe innerhalb eines systolischen Auswurf Zeitraum. Die Auflösung beträgt 256 x 128 Pixel, daher ist die Voxelgröße ~ 1,5 x ~ 3.1x 15 mm (~ 0,07 cm 3).
- Lung Protonendichte
Neben der ASL Bilder, verwenden wir auch ein Multi-Echo schnellen Gradientenecho (mGRE) Sequenz an Lungenkrebs Protonendichte 3 messen. Dies ermöglicht die Perfusionsmessungen in mL / min / g und ist für Lungengewebe Verformung innerhalb des Thorax 6 ausgedrückt werden. Diese Sequenz wird zweimal, führen Sie einen für den Oberkörper Spule und eine für den Körper Spule.- Während dieser Protonendichte Bildaufnahme, wird das Thema hören eine kontinuierliche Lärm, der für etwa 10 Sekunden dauern wird. Dabei muss das Thema halten den Atem an und übernachten Sie im FRC.
Das Grundprinzip der Lunge Protonendichte quantifizieren, ist in Bezug 3 beschrieben. Die Auflösung beträgt 64 x 64 Pixel, daher ist die Voxelgröße ~ 6,3 x ~ 6,3 x 15 mm (~ 0,59 cm 3).
- Während dieser Protonendichte Bildaufnahme, wird das Thema hören eine kontinuierliche Lärm, der für etwa 10 Sekunden dauern wird. Dabei muss das Thema halten den Atem an und übernachten Sie im FRC.
- Switching inspiratorischen Gase
- In dieser Studie Gase mit F I O 2 = 0,21 (Normoxie / Raumluft), F I O 2 = 0.125 (Hypoxie) und F I O 2 = 1,00 (Hyperoxie) sind in ausgewogener, um zwischen den Fächern präsentiert, obwohl diese können beliebig variiert, im Einklang mit der Forschungsziele
- Nach einem Thema erreicht steady state für eine bestimmte Bedingung (~ 20 Minuten für ein bestimmtes Gas) 7, werden MR-Messungen der Durchblutung und Protonendichte erworben. In diesem Fall wird der Zeitraum von 20 Minuten der Exposition, um das Gas vor der Belichtung gewählt, weil zwar die Einleitung von hypoxischen pulmonalen Vasokonstriktion Antwort erfolgt innerhalb von Sekunden, ist die Antwort auf alveoläre Hypoxie erst ~ 20 Minuten 8 maximal, im Einklang mit dem Ziel der insbesondere zu studieren.
5. Nachbearbeitung
Nachbearbeitung abgeschlossen ist unter Verwendung benutzerdefinierter entwickelte Software innerhalb der MATLAB-Programmierumgebung.
- Coil Inhomogenität Korrektur
Durch die Verwendung der gepaarten mGRE Bilder aus dem homogenen Körper Spule und die inhomogene Torso Spule (Abschnitt 4.1), sind alle Durchblutung und Protonendichte Bilder für Coil-Inhomogenität zu einem Thema-by unterliegen Basis 6 korrigiert. Diese Methode ist in Bezug 6 und 9 beschrieben. - Dichte normalisiert Perfusion
- Sobald der Abzug ASL die Grafik für eine Spule Inhomogenität korrigiert wird, ist die regionale pulmonale Blutfluss in Milliliter (Blut) pro Minute und pro Kubikzentimeter (Voxel) quantifiziert.
- Dichte normalisiert Perfusion in Einheiten von Milliliter (Blut) pro Minute und pro Gramm Wasser ausgedrückt wird durch Division des ASL Bild von der Protonendichte Bild, um die Perfusion in Milliliter pro Minute pro Gramm Lunge (Gewebe + Blut) geben berechnet.
- Eine gegenseitige Information basierende Technik, die Translation und Rotation enthält, wird verwendet, um die ASL und Protonendichte Bilder zu registrieren, und die ASL Perfusion Bild wird durch die Protonendichte Bild mit dem Torso Spule auf ein Voxel erhalten durch Voxel unterteiltBasis 6,9. Diese Methode wird auch in Bezug 6 und 9 beschrieben.
- Datenanalyse
Für jedes Bild erworben, wie oben beschrieben (Lunge Protonendichte und Dichte normalisiert Perfusion), werden die Daten in folgender Weise analysiert.- Für jedes Bild, mittlere Dichte normalisiert Perfusion berechnet wird.
- Drei verschiedene Indizes der Perfusion Heterogenität berechnet. Diese sind: 1) relative Dispersion 4,10,11, die auch als Variationskoeffizient, im globalen Maßstab von Heterogenität als das Verhältnis der Standardabweichung zum Mittelwert Perfusion definiert bekannt, bei denen je größer die relative Dispersion, je heterogener die Perfusion Verteilung; 2) fraktale Dimension (Ds) 7, ein Index für die räumliche Heterogenität, die Skala ist unabhängig, wenn der Wert schwankt zwischen 1,0 (homogen) und 1,5 (räumlich zufällig) und 3) eine geometrische Standardabweichung, auch globaler Ebene von Heterogenität, sondern basierend auf log normalen Modell Verteilung 2.
6. Repräsentative Ergebnisse
Physiologische Daten sind in Tabelle 1 angegeben. Die Herzfrequenz wurde in Hypoxie erhöht und die Sättigung verringert wurde. Lüftung war 8,31 L / min BTPS bei Hypoxie, 7,04 L / min während Normoxie, und 6,64 L / min bei Hyperoxie. Tidalvolumen betrug 0,72 L bei Hypoxie, 0,69 L während Normoxie und 0,67 L bei Hyperoxie. Die Exposition gegenüber Hypoxie erhöht die Luftzirkulation und Tidalvolumen, während der Hyperoxie nimmt Lüftungs-und Atemvolumen.
Drei Dichte normalisiert Perfusionsbilder während der drei verschiedenen inspiriert Sauerstoffkonzentrationen (Hypoxie: 0,125, Normoxie: 0,21, und Hyperoxie: 1,00) gesammelt von einem Gegenstand (männlich, 30 Jahre alt) sind in Abbildung 1 dargestellt. Die Ergebnisse der Datenanalyse der Perfusion Heterogenität sind in Tabelle 2 angegeben. Man erkennt, dass Hypoxie die relative Dispersion erhöht jedoch die anderen Indizes wurden weitgehend unverändert übernommen werden.
Abbildung 2 zeigt die Wirkung des eingeatmeten Sauerstoffs Konzentrationen auf der vertikalen Verteilung der Dichte normalisiert Perfusion, gemittelt alle 1 cm unter 10 cm Höhe aus den abhängigen Teil der Lunge und über 10 cm. Alle Datenpunkte über 10 cm werden gemittelt und als ein Datenpunkt.
| Hypoxie | Normoxie | Hyperoxie | |
| Herzfrequenz (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 |
Tabelle 1. Die physiologischen Daten während der Scan-Sitzung.
* Wenn das Motiv ist die Atmung von 100% Sauerstoff, VO 2 kann nicht einfach gemessen werden (siehe 12 für Details).
| Hypoxie | Normoxie | Hyperoxie | |
| Relative Dispersion | 1,07 | 0,85 | 0,87 |
| Fractal Dimension | 1,24 | 1,26 | 1,26 |
| Geometrische Standardabweichung | 2,41 | 2,11 | 2,38 |
Tabelle 2. Die drei Indizes der pulmonalen Perfusion Heterogenität.
Abbildung 1. Effect von drei verschiedenen inspiriert Sauerstoffkonzentrationen auf die Dichte normalisiert Perfusion. 1.1: Hypoxie(0.125), 1,2: Normoxie (0,21), 1,3: Hyperoxie (1,00). Die Skala ist 3 cm (weiß durchgezogene Linie). A: anterior, P: posterior, I: minderwertig, und S: Superior-Richtung sind.
Abbildung 2. Auswirkung von drei verschiedenen inspiriert Sauerstoffkonzentrationen auf der vertikalen Verteilung der Dichte normalisiert Perfusion. Die Dichte normalisiert Perfusion innerhalb von 1 cm bins in der gleichen Schwerkraft Flugzeug gemittelt, beginnend bei 0 cm an der tiefsten Teil der Lunge und weiterhin die meisten nondependent Teil. Alle Datenpunkte über 10 cm werden gemittelt und als ein Datenpunkt.
Die Fehlerbalken stellen die Standardabweichung der Werte der Dichte normalisiert Perfusion innerhalb dieser Ebene. Hypoxische Daten sind in rot, normoxic Daten in blau und hyperoxische Daten sind in grün.
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Discussion
Diese Methode ermöglicht die Messung der Auswirkungen der eingeatmete Sauerstoffkonzentration auf die räumliche Verteilung der pulmonalen Durchblutung mit grundlegenden physiologischen Techniken in der MR-Scan-Umgebung. Die Verwendung von physiologischen Techniken in Kombination mit quantitativen Proton Abbildung der Lunge ist relativ einfach zu realisieren.
Um eine gute Qualität testen, ist der wichtigste Schritt die Ausbildung der unter angehaltenem Atem auf den richtigen Lungenvolumen und synchron mit der Bildsequenz. Da beide ASL und Protonendichte Bilder auf die Reproduzierbarkeit der FRC Lungenvolumina verlassen, würde jede Zwerchfell oder Brustwand Bewegung Fehlregistrierung der Bilder führen. Gut ausgebildete Personen sind in der Lage, die FRC Lungenvolumen immer wieder zu reproduzieren in der MR-Scanner Einige Fächer hyperventilieren in den Scanner und damit die Ermittler müssen auch überwacht das Atemzugvolumen durch metabolische Warenkorb gemessen und bieten Feedback auf das Thema, um die normale Atmung zu gewährleisten. Schließlich Sauerstoffsättigung, insbesondere während der hypoxischen Exposition muss für Thema Sicherheit überwacht werden.
Einige der Grenzen dieser Methoden sind wie folgt: 1. wir können nur gewinnen Perfusion Daten aus einer Scheibe pro Luftanhalten. Allerdings unserer Sequenz ermöglicht die kontinuierliche Erfassung in zwischen den Atemzügen, und somit durch wiederholte breathholds die ganze Lunge in weniger als 3 Minuten abgebildet werden können. 2. Die Quantifizierung erfolgt abhängig genaue Charakterisierung von Referenzmaterialien Phantome, und jeder Fehler in dieser wird direkt in den Daten niederschlagen. 3. Da die physiologische Überwachungsgeräte, dass wir den Einsatz außerhalb des Scanners Raum befindet, sind wir nicht in der Lage zu machen breath-by Atem Messungen von VO 2 und VCO 2. 4. Einige Themen, vor allem kleinen Kindern oder älteren Patienten mit Lungenerkrankungen können Schwierigkeiten bei der Reproduktion der Atmung notwendig, für die Bildgebung, obwohl es unserer Erfahrung, dass die überwiegende Mehrheit der Probanden, darunter auch Patienten, schnell diese Fertigkeiten erwerben ist.
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Disclosures
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Acknowledgments
Unterstützt durch 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
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