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Medicine

एक विपरीत एजेंट के रूप में प्रोटोन चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग और ऑक्सीजन का उपयोग कर मानव फेफड़ों में विशिष्ट वेंटिलेशन की मात्रात्मक मानचित्रण

Published: June 5, 2019 doi: 10.3791/59579
Automatic Translation
1, 2, 1, 1, 1
1Pulmonary Imaging Laboratory, Department of Medicine, University of California, San Diego, 2Pulmonary Imaging Laboratory, Department of Radiology, University of California, San Diego

Summary

विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग एक कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग तकनीक है कि मानव फेफड़ों में क्षेत्रीय विशिष्ट वेंटिलेशन की मात्रा के लिए अनुमति देता है, एक विपरीत एजेंट के रूप में सांस ऑक्सीजन का उपयोग कर । यहां, हम एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करने के लिए इकट्ठा करने और विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग डेटा का विश्लेषण ।

Abstract

विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग (SVI) एक कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग तकनीक विशिष्ट वेंटिलेशन की मात्रा में सक्षम है-एक फेफड़ों के क्षेत्र में प्रवेश करने के क्षेत्र के अंत-निश्वात्मक मात्रा से विभाजित करने के अनुपात-मानव फेफड़ों में, केवल का उपयोग एक विपरीत एजेंट के रूप में ऑक्सीजन साँस । विशिष्ट वेंटीलेशन के क्षेत्रीय परिमाणीकरण में मदद करने के लिए रोगविज्ञान फेफड़ों समारोह के क्षेत्रों की पहचान करने की क्षमता है । ऊतक में समाधान में ऑक्सीजन ऊतक के अनुदैर्ध्य छूट समय (टी1) shortens, और इस प्रकार ऊतक oxygenation में एक परिवर्तन टी1में एक परिवर्तन के रूप में पता लगाया जा सकता है एक प्रतिलोमन वसूली छवि के साथ भारित संकेत । प्रेरित ऑक्सीजन की दो सांद्रता के बीच एक अचानक परिवर्तन के बाद, दर जिस पर एक नए स्थिर करने के लिए एक voxel equilibrates के भीतर फेफड़ों के ऊतकों की दर है जिस पर निवासी गैस सांस गैस द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है दर्शाता है । यह दर विशिष्ट वेंटीलेशन द्वारा निर्धारित की जाती है । Oxygenation में इस अचानक परिवर्तन प्रकाश में लाने के लिए, विषयों वैकल्पिक रूप से साँस लेने में 20 सांस ब्लॉक हवा (21% ऑक्सीजन) और १००% ऑक्सीजन जबकि एमआरआई स्कैनर में । प्रेरित ऑक्सीजन अंश में एक पदश: परिवर्तन एक कस्टम त्रि-आयामी (3 डी)-मुद्रित प्रवाह बाईपास प्रणाली के उपयोग के माध्यम से एक मैनुअल स्विच के साथ एक कम अंत निश्चयी सांस पकड़ के दौरान हासिल की है । टी1में इसी परिवर्तन का पता लगाने के लिए, एक वैश्विक प्रतिलोमन नाड़ी एक शॉट तेजी से स्पिन गूंज अनुक्रम के बाद एक १.५ टी एमआरआई स्कैनर में दो आयामी टी1भारित छवियों को प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया गया था, एक आठ तत्व धड़ कुंडल का उपयोग । दोनों एकल स्लाइस और मल्टी स्लाइस इमेजिंग, थोड़ा अलग इमेजिंग मापदंडों के साथ संभव हैं । विशिष्ट वेंटिलेशन की मात्रा हवा/ऑक्सीजन उत्तेजना के लिए नकली प्रतिक्रियाओं की एक पुस्तकालय के साथ प्रत्येक फेफड़ों voxel के लिए संकेत तीव्रता के समय को सहसंबद्ध द्वारा प्राप्त की है । विशिष्ट वेंटिलेशन विविधता के svi अनुमानों कई सांस धुनाई के खिलाफ मांय किया गया है और सटीक विशिष्ट वेंटिलेशन वितरण की विविधता का निर्धारण करने के लिए साबित कर दिया ।

Introduction

विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग के समग्र लक्ष्य (SVI)-एक प्रोटोन चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) तकनीक है कि एक विपरीत एजेंट के रूप में ऑक्सीजन का उपयोग करता है1 -मात्रात्मक मानव फेफड़ों में विशिष्ट वेंटिलेशन नक्शा है । विशिष्ट वेंटिलेशन एक ही फेफड़ों के क्षेत्र1के अंत निश्वसन मात्रा से विभाजित एक सांस में एक फेफड़ों के क्षेत्र के लिए दिया ताजा गैस का अनुपात है । स्थानीय फेफड़ों के घनत्व के माप के साथ संयोजन के रूप में, विशिष्ट वेंटिलेशन क्षेत्रीय वेंटिलेशन2गणना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । स्थानीय वेंटिलेशन और वेंटिलेशन विविधता है कि svi द्वारा प्रदान की जाती हैं के माप कैसे फेफड़ों के कार्यों, दोनों सामान्य रूप से और असामान्य रूप से3,4की समझ को समृद्ध करने की क्षमता है.

विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग शास्त्रीय शरीर विज्ञान परीक्षण का एक विस्तार है, कई सांस धोने (mbw), एक पहली 1950 के दशक में शुरू की तकनीक5,6। दोनों तकनीकों विशेष वेंटिलेशन की विविधता को मापने के लिए गैस धोने का उपयोग करें, लेकिन SVI spatially स्थानीयकृत जानकारी प्रदान करता है, जबकि MBW विषमता के केवल वैश्विक उपाय प्रदान करता है । MBW में, एक मास स्पेक्ट्रोमीटर एक अघुलनशील गैस (नाइट्रोजन, हीलियम, सल्फर hexafluoride, आदि) की मिश्रित समाप्त हो चुकी एकाग्रता को मापने के लिए उपयोग किया जाता है कि गैस की खीस के दौरान कई सांस में, जैसा चित्र 1में दर्शाया गया है । धुँध अवधि के दौरान सांस की समाप्ति की मात्रा के साथ साथ, इस जानकारी को फेफड़ों में विशिष्ट वेंटिलेशन के समग्र वितरण की गणना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । SVI में, एक एमआरआई स्कैनर टी1-भारित संकेत को मापने के लिए प्रयोग किया जाता है-जो फेफड़ों के ऊतकों, स्थानीय ऑक्सीजन एकाग्रता का एक सीधा संकेतक में समाधान में ऑक्सीजन की मात्रा के लिए एक किराए की है-एक फेफड़े voxel में कई सांस ऑक्सीजन की । एक तरह से है कि सीधे MBW के अनुरूप है, यह जानकारी हमें प्रत्येक फेफड़ों voxel के विशिष्ट वेंटिलेशन गणना करने के लिए अनुमति देता है । दूसरे शब्दों में, तकनीक का प्रदर्शन समानांतर MBW के हजारों-प्रयोगों की तरह, प्रत्येक voxel के लिए एक, एक SVI प्रयोग के दौरान । वास्तव में, इस प्रकार उत्पादित विशिष्ट वेंटिलेशन के स्थानिक नक्शे MBW के विशिष्ट वेंटिलेशन विषमता उत्पादन को ठीक करने के लिए संकलित किया जा सकता है । एक मांयता अध्ययन7 से पता चला है कि दो तरीकों तुलनीय परिणाम जब एक ही विषय पर श्रृंखला में प्रदर्शन का उत्पादन किया ।

अंय इमेजिंग रूपात्मकता मौजूद है कि, SVI की तरह, वेंटिलेशन विषमता के स्थानिक उपाय प्रदान करते हैं । पॉजिट्रॉन एमिशन टोमोग्राफी (पीईटी)8,9, सिंगल-फोटॉन उत्सर्जन कम्प्यूटेड टोमोग्राफी (spect)10,11और हाइपरपोलराइज्ड गैस एमआरआई12,13 तकनीकों का इस्तेमाल किया गया है स्वस्थ और असामान्य विषयों में वेंटिलेशन के स्थानिक पैटर्न के बारे में साहित्य की एक पर्याप्त शरीर बनाएँ. सामान्य तौर पर, इन तकनीकों में SVI पर एक विशिष्ट लाभ है, कि उनके संकेत करने के लिए शोर अनुपात विशेषता से अधिक है । हालांकि, प्रत्येक तकनीक भी एक विशेषता नुकसान है: पीईटी और SPECT ionizing विकिरण के लिए जोखिम शामिल है, और hyperpolarized एमआरआई अत्यधिक विशिष्ट hyperpolarized गैस और गैर मानक बहु-नाभिक हार्डवेयर के साथ एक एमआर स्कैनर के उपयोग की आवश्यकता है ।

SVI, एक proton एमआरआई तकनीक, आम तौर पर उपयोग करता है १.५ टेस्ला श्री हार्डवेयर के साथ एक विपरीत एजेंट के रूप में साँस ऑक्सीजन (दोनों तत्वों स्वास्थ्य सेवा में आसानी से उपलब्ध हैं), यह संभावित अधिक नैदानिक वातावरण के लिए generalizable बनाने. SVI तथ्य यह है कि ऑक्सीजन अनुदैर्ध्य छूट समय (1 टी)फेफड़ों के ऊतकों1है, जो बदले में एक टी1में संकेत तीव्रता में बदलाव के लिए अनुवाद भारित छवि shortens । इस प्रकार, प्रेरित ऑक्सीजन की एकाग्रता में परिवर्तन उचित समय पर एमआरआई छवियों के संकेत तीव्रता में परिवर्तन प्रेरित करते हैं । प्रेरित ऑक्सीजन एकाग्रता में अचानक परिवर्तन के बाद इस परिवर्तन की दर, आमतौर पर हवा और १००% ऑक्सीजन, दर जिस पर निवासी गैस सांस गैस की जगह है दर्शाता है । यह प्रतिस्थापन दर विशिष्ट वेंटीलेशन द्वारा निर्धारित की जाती है ।

के रूप में svi कोई ionizing विकिरण शामिल है, यह अनुदैर्ध्य और इंटरवेंशनल अध्ययन है कि समय पर रोगियों का पालन के लिए कोई मतभेद है । इस प्रकार, यह आदर्श रोग प्रगति का अध्ययन करने या कैसे व्यक्तिगत रोगियों के उपचार के लिए प्रतिक्रिया का मूल्यांकन करने के लिए अनुकूल है । अपने रिश्तेदार आसानी और सुरक्षित repeatability के कारण, विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग, सामान्य रूप में, जो बड़े प्रभाव और/या समय के साथ लोगों की एक बड़ी संख्या का अध्ययन करने के लिए इच्छा के लिए एक आदर्श तकनीक है या कई विभिन्न नैदानिक स्थानों में.

मूल1तकनीक का वर्णन प्रकाशन के बाद, विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग (svi) तेजी से खारा जलसेक, आसन, व्यायाम के प्रभाव पर ध्यान केंद्रित अध्ययन में इस्तेमाल किया गया है, और ब्रोन्कोकन्सट्रिक्शन2,3 , 4 । , 14 , 15. तकनीक के लिए विशिष्ट वेंटिलेशन की पूरी फेफड़ों विषमता का अनुमान करने की क्षमता अच्छी तरह से स्थापित कई सांस धुनाई परीक्षण7 और अधिक हाल ही में, एक क्षेत्रीय एक पार सत्यापन किया गया था का उपयोग कर मांय किया गया है, द्वारा SVI तुलना और hyperpolarized गैस एकाधिक सांस विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग16। मानव फेफड़ों में विशिष्ट वेंटीलेशन का मात्रात्मक मानचित्रण करने में सक्षम यह विश्वसनीय और आसानी से तैनात की जाने वाली तकनीक में श्वसन रोग के शीघ्र पता लगाने और निदान में महत्वपूर्ण योगदान करने की क्षमता है । यह भी क्षेत्रीय फेफड़ों असामान्यताओं की मात्रा को निर्धारित करने के लिए नए अवसर प्रस्तुत करता है और चिकित्सा द्वारा प्रेरित परिवर्तन का पालन करें. क्षेत्र में ये परिवर्तन विशिष्ट फेफड़ों समारोह, जो SVI हमें पहली बार के लिए उपाय करने के लिए सक्षम बनाता है, दवाओं और साँस चिकित्सा के प्रभाव का आकलन करने के लिए biomarkers बनने की क्षमता है, और नैदानिक परीक्षणों में एक अत्यंत उपयोगी उपकरण हो सकता है.

इस अनुच्छेद के प्रयोजन के लिए विस्तार में और एक दृश्य रूप में विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग की पद्धति मौजूद है, इस प्रकार और अधिक केंद्रों के लिए तकनीक के प्रसार के लिए योगदान दे रहा है ।

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Protocol

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सैन डिएगो मानव अनुसंधान संरक्षण कार्यक्रम इस प्रोटोकॉल को मंजूरी दे दी है ।

1. विषय सुरक्षा और प्रशिक्षण

  1. विषय से लिखित, सूचित सहमति प्राप्त करें । तेजी से बदल चुंबकीय क्षेत्र के लिए जोखिम द्वारा प्रस्तुत संभावित खतरों का वर्णन, और चेहरे का मुखौटा का उपयोग कर और सूखी गैस सांस लेने की संभावित असुविधा ।
  2. सुनिश्चित करें कि इस विषय को सुरक्षित रूप से श्री स्कैनिंग से गुजरना कर सकते हैं, स्थानीय रूप से अनुमोदित एमआरआई सुरक्षा जांच प्रश्नावली का उपयोग ।
  3. यदि इस विषय में प्रसव उंर की एक महिला है, और उसकी गर्भावस्था की स्थिति के अनिश्चित है, उसे खुद को एक से अधिक-काउंटर गर्भावस्था परीक्षण प्रशासन से पूछो । यदि विषय गर्भवती है, अध्ययन के शेष से विषय को बाहर ।
  4. विषय के वजन को मापें । स्कैनर सुरक्षा मापदंडों कि रेडियो आवृत्ति (आरएफ) इस विषय के लिए वितरित ऊर्जा की मात्रा की सीमा इस विशेषता के इनपुट की आवश्यकता है । सत्यापित करें कि विषय का वजन एमआरआई टेबल की अधिकतम वजन सीमा (इस मामले में, १३६ किग्रा) से नीचे है ।
  5. इस विषय को प्रशिक्षित करने के लिए श्री स्कैन अनुक्रम के साथ समय में सांस लेने के लिए । अधिमानतः, एक पिछले स्कैन के एक ऑडियो रिकॉर्डिंग खेलते है और इस विषय को निर्देश सामांय सांस लेने के लिए और एक सांस हर 5 एस पूरा, गाइड के रूप में स्कैनर से ऑडियो cues का उपयोग कर; प्रशिक्षण के उद्देश्य के लिए विषय के साथ सांस लो ।
  6. चेहरा मुखौटा के आकार का निर्धारण (अतिरिक्त बड़े [XL] के लिए खूबसूरत से आकार सीमा) है कि सबसे अच्छा विषय नाक से ठोड़ी आयामों को मापने के द्वारा विषय फिट बैठता है । एक उचित आकार मास्क आराम से फिट होगा अभी तक किसी भी बिंदु पर मुखौटा और विषय की त्वचा के बीच में लीक से हवा को रोकने जाएगा । यदि आवश्यक हो तो अंय आकारों पर प्रयास करें ।
  7. सत्यापित करें कि विषय की जेब और कपड़े चुंबकीय आधारित क्रेडिट कार्ड और लोहे से युक्त धातु के टुकड़ों से मुक्त हैं । यदि आवश्यक हो, एमआरआई सुविधा द्वारा प्रदान की चिकित्सा गाउन में विषय परिवर्तन है ।
    नोट: धातु एमआरआई वातावरण में खतरनाक हो सकता है, और क्लिप के रूप में धातु की वस्तुओं (आमतौर पर ब्रा में), धातु के छल्ले (ब्रा और hoodies), धातु बटन या zippers (शर्ट, स्वेटर), बाल एक्सटेंशन और wigs इमेजिंग कलाकृतियों बनाने की क्षमता है ।

2. एमआरआई पर्यावरण की तैयारी

  1. केवल अनुमति इमेजिंग सुविधा के मानकों को एमआरआई सुरक्षा में प्रशिक्षित कर्मियों स्कैनर कमरे में प्रवेश करने के लिए या इस प्रयोग के प्रदर्शन में सहायता करते हैं ।
  2. स्कैनर तालिका में उचित कनेक्टर के लिए कुंडल जोड़ने के द्वारा एक धड़ कुंडल के साथ प्रयोग के लिए एमआर स्कैनर विन्यस्त करें.
  3. स्कैनर मेज, पैड, और तकिए के साथ इतना है कि इस विषय इमेजिंग के दौरान कम से 30 मिनट के लिए आरामदायक हो जाएगा तैयार ।
  4. ऑक्सीजन डिलिवरी सिस्टम को असेंबल करते हैं ।
    नोट:     टयूबिंग का एक योजनाबद्ध आरेख चित्रा 2में प्रस्तुत किया है ।
    1. स्कैनर ऑपरेटर या SVI प्रयोग प्रदर्शन व्यक्ति की पहुंच के भीतर एक दो/
    2. या तो कनेक्ट चिकित्सा ऑक्सीजन की टंकी (स्कैनर कक्ष के बाहर) या ऑक्सीजन की दीवार की आपूर्ति (यदि उपलब्ध है) स्विचन वाल्व का एक प्रवेश करने के लिए 1/
    3. 8 मीटर (स्कैनर के लिए पर्याप्त लंबाई) के लिए नियंत्रण कक्ष में स्थित स्विच वाल्व के आउटलेट से कनेक्ट 1/4 इंच प्लास्टिक टयूबिंग । पास के माध्यम से टयूबिंग फ़ीड, नियंत्रण कक्ष से स्कैनर कमरे में, और सुनिश्चित करें कि यह स्कैनर बोर के बीच में पहुंच जाएगा ।
      नोट: प्रवाह बाईपास मुखौटा के लिए स्विचन वाल्व आउटलेट को जोड़ने प्लास्टिक टयूबिंग शामिल पिछले 2 मीटर में व्यास में एक कदम, 1/4 इंच से 3/8 इंच के लिए 1/2 इंच, क्रम में प्रवाह बाईपास प्रणाली में बह हवा द्वारा उत्पादित शोर कम करने के लिए ।
    4. टयूबिंग के 1/2 इंच के सिरे को फ्लो-बाईपास मास्क अटैचमेंट से कनेक्ट करें ।
    5. विषय फिट बैठता है कि चेहरा मुखौटा करने के लिए प्रवाह बाईपास लगाव को सुरक्षित ।
    6. गैस टैंक या दीवार आउटलेट नियामक पर एक मूल्य है कि उंमीद पीक प्रेरणाकारी प्रवाह से अधिक ऑक्सीजन का प्रवाह पैदा करने के लिए दबाव निर्धारित करें । दबाव की जरूरत अध्ययन की प्रकृति पर निर्भर करता है (आराम, व्यायाम, आदि) और गैस वितरण प्रणाली के समग्र प्रतिरोध (आम तौर पर प्रसव के लिए शेष पर अध्ययन के लिए 2.4.3 चरण में वर्णित प्रणाली के लिए ~ ७० साई) ।
    7. ऑक्सीजन के प्रवाह को सक्रिय करने से स्विच वाल्व का परीक्षण, सुनिश्चित करें कि पर्याप्त प्रवाह प्रवाह के आउटलेट बाईपास लगाव पर मौजूद है और कोई लीक प्लास्टिक टयूबिंग में मौजूद हैं ।

3. उपकरणीकरण और इमेजिंग के लिए विषय की तैयारी

  1. एमआरआई टेबल पर विषय झूठ है । यह सुनिश्चित कर लें कि निचली-कुंडली तत्व का शीर्ष फेफड़ों की एसेस की पर्याप्त कवरेज प्रदान करता है, यह सुनिश्चित करके कि निम्न-कुंडली तत्व के शीर्ष विषय के कंधों से अधिक है ।
  2. विषय डालने earplugs है और सत्यापित करें कि ध्वनि अवरुद्ध किया जा रहा है ।
  3. इस विषय की कलाई के लिए निचोड़ गेंद (या एक वैकल्पिक सुरक्षा तंत्र) टेप इतना है कि यह आसानी से पहुँचा जा सकता है ।
  4. सब्जेक्ट के चेहरे पर मास्क और फ्लो-बाईपास सिस्टम अटैच करें । संक्षेप में प्रवाह के निश्चनीय पक्ष-बाईपास संलग्नक बंद करना और विषय पूछने के लिए एक सामांय प्रेरणा और समाप्ति का प्रयास लीक के लिए जांच करने के लिए ।
  5. स्कैनर में विषय प्लेस, प्रकाश केंद्रित उपकरण का उपयोग करने के लिए सुनिश्चित करें कि धड़ कुंडल बोर के केंद्र में रह रहे हैं ।
  6. फ्लो बाईपास लाइन 3 डी मुद्रित प्रवाह बाईपास मुखौटा अनुलग्नक inlet करने के लिए तंग फिटिंग पीतल अखरोट का उपयोग करने के लिए कनेक्ट करें ।

4. एमआरआई इमेजिंग

  1. इमेजिंग स्लाइस के लिए संरचनात्मक स्थान का चयन करें ।
    1. एक शारीरिक नक्शा प्राप्त करने के लिए एक लोकलाईजर अनुक्रम प्राप्त है कि परीक्षा के बाकी निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया जाएगा ।
    2. 4 सममितात्मक फेफड़ों स्लाइस पर क्लिक करें और स्कैनर ग्राफिकल यूजर इंटरफेस का उपयोग कर इच्छित स्थान पर इमेजिंग स्लाइस खींचकर अध्ययन किया जा करने के लिए चुनें । आमतौर पर, देखने का क्षेत्र ४० x ४० सेमी और स्लाइस मोटाई १.५ सेमी करने के लिए सेट किया गया है । चुनें स्लाइस फेफड़ों के क्षेत्र में केंद्रित अध्ययन के लिए ब्याज के क्षेत्र को लक्षित, आम तौर पर बड़े फेफड़े के जहाजों की घुसपैठ कम से कम medially और छाती दीवार laterally नमूना फेफड़ों की मात्रा को अधिकतम ।
      नोट: स्लाइस चयन किसी भी विमान में किया जा सकता है; अप करने के लिए 4 स्लाइसें चुना जा सकता है । प्रदर्शन के उद्देश्य से एक-एक स्लाइस का अधिग्रहण किया जाएगा ।
    3. स्पाइनल कॉलम के स्थान के संबंध में इमेजिंग स्लाइस के स्थान का एक नोट बनाएं ताकि एक ही मात्रा को अनुदैर्ध्य अध्ययन के लिए रीइंयूज्ड किया जा सके ।
  2. विशिष् ट संवातन प्रतिबिंबन
    नोट:     ठेठ एमआरआई मापदंडों की एक सूची तालिका 1में प्रस्तुत किया है ।
    1. १,१०० ms के लिए सबसे औसत दर्जे का टुकड़ा के लिए एमआर कंप्यूटर में प्रतिलोमन समय सेट एयर ऑक्सीजन कंट्रास्ट17को अधिकतम करने के लिए ।
    2. इमेजिंग प्राप्ति के लिए प्राप्ति पैरामीटर्स (तालिका 1) सेट करें । बहु स्लाइस अधिग्रहण के लिए, प्रत्येक अतिरिक्त स्लाइस पहले के बाद, २३५ ms (१,३३५ ms, १,५७० ms, १,८०५ ms) के अंतरालों पर अधिग्रहीत की जाती है ।
      नोट: प्रतिलोमन रिकवरी पल्स और एक समय अंतराल के बाद (प्रतिलोमन समय द्वारा वर्णित), प्रत्येक स्लाइस छवि एक आधा-फूरियर एकल शॉट टर्बो स्पिन-गूंज (जल्दबाजी) का उपयोग कर प्राप्त होता है, १२८ x १२८ संकल्प पर (७०-कश्मीर की लाइनें-अंतरिक्ष जांचा); छवियां २५६ x २५६ संकल्प को खंगाला रहे हैं ।
    3. २२० और पुनरावृत्ति समय (TR) के लिए repetitions की संख्या सेट करें 5 s. यह २२० लगातार सांस, 5 एस के अलावा की कुल के लिए 4.2.1 और 4.2.2 दोहराने में परिणाम होगा । विषय के लिए स्वेच्छा से छवि अधिग्रहण के साथ समय में उसकी या उसकी सांस द्वार गेट पूछो ।
      नोट: छवियां एक सामांय समय समाप्ति के अंत में कार्यात्मक अवशिष्ट क्षमता (FRC) पर एक छोटी स्वैच्छिक श्वास रुकावट में अधिग्रहीत कर रहे हैं । यह महत्वपूर्ण है कि एक समान फेफड़ों की मात्रा लगातार इन अधिग्रहणों में से प्रत्येक के दौरान तक पहुंच जाता है ।
    4. अनुवर्ती अधिग्रहण के दौरान विषय की फेफड़ों की मात्रा (समाप्ति समाप्ति) की निरंतरता की निगरानी करें और यदि आवश्यक हो तो गुणवत्ता में सुधार करने के लिए प्रतिक्रिया प्रदान करें । बढ़ाएं TR (लगातार अधिग्रहण के बीच समय अंतराल) यदि इस विषय के लिए एक सुसंगत फेफड़ों की मात्रा हर 5 एस तक पहुंचने के लिए मुश्किल पाता है ।
    5. विषय के प्रेरित गैस मिश्रण स्विच हर 20 सांस (अधिग्रहण सांस के दौरान विषय की सुविधा के लिए पकड़), कमरे हवा और चिकित्सा ऑक्सीजन के बीच बारी । जब स्विच हुआ है, और अंतराल के दौरान जो विषय प्रत्येक गैस श्वास था का नोट करें । १००% ऑक्सीजन के लिए सांस लेने की अनुमति दें प्रयोग में कुछ बिंदु पर ४० लगातार सांस के लिए (आमतौर पर सांस 20-60 या 180-220) कम वेंटिलेशन फेफड़ों के क्षेत्रों के लिए संवेदनशीलता को बढ़ाने के लिए ।
    6. नियमित रूप से हृदय गति (आराम से सामान्य विषयों के लिए 40 − 80) और ऑक्सीजन संतृप्ति (सामान्यतया 98 − 100%) सत्यापित करें पल्स oximeter को देखकर (चित्रा 2); मानक से विचलन कष्ट या चिंता का संकेत कर सकता है ।
    7. स्कैनर कुंजीपटल पुश-टू-टॉक बटन दबाकर विषय पर अक्सर बात करें, शेष समय के नियमित अद्यतन दे रहे हैं ।
    8. २२० सांस के बाद, इमेजिंग पूरा हो गया है । विषय को कमरे की हवा में लौटाएं और उसे स्कैनर से निकाल दें ।

5. छवियों की एक समय श्रृंखला से एक विशिष्ट वेंटिलेशन नक्शा बनाना

  1. सत्यापित करें कि प्रत्येक फेफड़े स्लाइस के लिए २२० लगातार MR छवियों का एक स्टैक प्राप्त किए गए थे ।
  2. छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर में पंजीकरण के लिए छवियों को आयात (जैसे, MATLAB) ।
  3. के २२० छवियों का चयन करें, पूरे छवि ढेर के दृश्य निरीक्षण द्वारा, प्रत्येक टुकड़ा एक है कि सबसे अच्छा कार्यात्मक अवशिष्ट क्षमता का प्रतिनिधित्व करता है के लिए । कार्यात्मक अवशिष्ट क्षमता स्टैक में फेफड़ों की मात्रा के "मोड" के रूप में पहचाना जाता है ।
  4. संदर्भ के रूप में "मोड" छवि का उपयोग करना, प्रक्षेपीय या सजातीय पंजीकरण का उपयोग करने के लिए कार्यात्मक अवशिष्ट क्षमता संदर्भ के लिए सभी छवियों को रजिस्टर ।
    नोट: पंजीकरण आम तौर पर एक घर में विकसित एल्गोरिथ्म का उपयोग किया जाता है18 या एक सार्वजनिक रूप से उपलब्ध सामांयीकृत-दोहरी बूटस्ट्रैप पुनरावर्ती निकटतम बिंदु एल्गोरिथ्म (gdb-icp19) ।
  5. प्रत्येक छवि के क्षेत्र परिवर्तन की गणना करने के लिए पंजीकरण एल्गोरिथ्म के उत्पादन का उपयोग करें । छवि स्टैक से 10% क्षेत्र परिवर्तन > आवश्यक छवियों को छोड़ें, और उंहें गुम डेटा20के रूप में मानें ।
  6. घर1,7में विकसित एक एल्गोरिथ्म का उपयोग कर पंजीकृत ढेर से फेफड़ों में विशिष्ट वेंटिलेशन quantify । एक voxel के समय की प्रतिक्रिया की लगातार ऑक्सीजन धोने और धोने श्रृंखला के लिए, ५० सिमुलेट, शोर मुक्त, प्रतिक्रियाओं, विशेष ०.०१ से लेकर 10, 15% वेतन वृद्धि में से लेकर के लिए इसी के एक पुस्तकालय के लिए की तुलना करके परिमाणीकरण प्रदर्शन । प्रत्येक voxel एक voxel के समय श्रृंखला के साथ अधिकतम सहसंबंध पेश सिमुलेट आदर्श के विशिष्ट वेंटिलेशन के लिए इसी विशिष्ट वेंटिलेशन का एक मूल्य सौंपा है, के रूप में मूल रूप से1में प्रस्तुत किया ।
  7. पिछले चरण का आउटपुट विशिष्ट वेंटिलेशन का एक नक्शा है । वितरण का एक हिस्टोग्राम बनाएँ, और विशिष्ट वेंटिलेशन वितरण की चौड़ाई की गणना, विशिष्ट वेंटिलेशन विषमता का एक उपाय, ज्वार की मात्रा से स्वतंत्र.

6. संयोजन विशिष्ट वेंटिलेशन और घनत्व नक्शे क्षेत्रीय वायुकोटर वेंटिलेशन की गणना करने के लिए

  1. Svi के अलावा, फेफड़ों प्रोटॉन घनत्व छवियों को प्राप्त21, के रूप में एक पिछले अध्ययन में वर्णित22 (धारा ४.४ और ५.१ संदर्भ में22) । एक ही फेफड़ों की मात्रा में प्रोटॉन घनत्व छवियों को प्राप्त करें (s), एक ही फेफड़ों के खंड पर (frc, एक सामांय समाप्ति के अंत); संकल्प सेट करने के लिए ६४ x ६४, इसी के एक voxel आकार के लिए ~ ६.३ मिमी x ६.३ मिमी x 15 मिमी (~ ०.६ सेमी3).
  2. विशिष्ट वेंटिलेशन और प्रोटॉन घनत्व छवियों संरेखित करें ।
    1. दोनों विशिष्ट वेंटिलेशन और प्रोटॉन घनत्व छवियों ~ 1 सेमी3की एक कर्नेल आकार के साथ एक गाऊसी फिल्टर का उपयोग कर चिकनी ।
    2. विशिष्ट वेंटिलेशन के नक्शे और एक पारस्परिक सूचना आधारित एल्गोरिथ्म का उपयोग कर घनत्व के नक्शे के बीच कठोर पंजीकरण (अनुवाद और रोटेशन) प्रदर्शन ।
  3. सह-पंजीकृत विशिष्ट वेंटीलेशन और प्रोटॉन घनत्व डेटा से वायुकोटर वेंटिलेशन की गणना ।
    1. (1-घनत्व) है, जो एक सामान्य समाप्ति के अंत में नमूना मात्रा में हवा का अंश है, यह मानते हुए कि फेफड़ों हवा और ऊतक से बना है और कि ऊतक घनत्व ~ 1 g/
    2. उत्पाद (1 घनत्व) एक्स एसवी (प्राकृतिक इकाइयों) के रूप में एक क्षेत्रीय वेंटिलेशन मानचित्र की गणना । एक voxel की मात्रा से इस उत्पाद गुणा (या ब्याज की अंय क्षेत्र) और सांस लेने की आवृत्ति (लगाया, आमतौर पर 12 सांस/
      नोट: प्रत्येक फेफड़ों के क्षेत्र के लिए, SV = ΔV/वी0 और (1-घनत्व) ≈ V0। इस प्रकार, उत्पाद (1 घनत्व) एक्स एसवी = क्षेत्रीय वेंटिलेशन, प्राकृतिक इकाइयों में व्यक्त किया ।

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Representative Results

एक स्वस्थ विषय में एक टुकड़ा SVI
विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग विशिष्ट वेंटिलेशन के मात्रात्मक नक्शे के रूप में चित्र 3aमें दिखाया गया है, जो एक ३९ साल पुराने स्वस्थ महिला के सही फेफड़ों में एक टुकड़ा दर्शाया गया है पैदा करता है । विशिष्ट वेंटिलेशन में अपेक्षित ऊर्ध्वाधर ढाल की उपस्थिति पर ध्यान दें; फेफड़ों के आश्रित भाग फेफड़ों के गैर निर्भर हिस्से की तुलना में उच्च विशिष्ट वेंटिलेशन प्रस्तुत करता है । मैप किए गए विशिष्ट वेंटिलेशन मानों का हिस्टोग्राम एक श्रेष्ठ फ़िट लॉग-सामांय प्रायिकता बंटन फ़ंक्शन (बिंदीदार रेखा) के साथ प्रस्तुत किया जाता है (चित्र 3b, भरा वृत्त) । सबसे अच्छा फिट वितरण की चौड़ाई विशिष्ट वेंटिलेशन विषमता7, 23के एक मीट्रिक के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है । चित्रा 1 एक ही विषय में एक से अधिक सांस खीस, एक ही मुद्रा में प्राप्त दिखाता है । चित्र 1 ए नाइट्रोजन के लिए प्रेरित हवा से एक बदलाव निंनलिखित १००% ऑक्सीजन प्रेरित करने के लिए मुंह पर मापा की एकाग्रता की लौकिक रिकॉर्डिंग से पता चलता है । चित्र 1b विशिष्ट वेंटीलेशन का वितरण प्रस्तुत करता है, जैसा कि खीसे का अनुमान है । दोनों SVI और MBW के लिए, प्रासंगिक चर वितरण की चौड़ाई है, के रूप में एक लॉग सामांय डेटा (बिंदीदार रेखा से लगे वितरण की चौड़ाई से मापा), ०.४१ हो पाया गया था, SVI और ०.४२ का उपयोग कर स्वस्थ सामांय श्रेणी के भीतर MBW का उपयोग कर । SVI का सत्यापन-अनुमानित विशिष्ट वेंटिलेशन विषमता MBW के साथ तुलना द्वारा 10 विषयों में प्रदर्शन किया गया था और तकनीकों के बीच अंतर MBW अंतर-परीक्षण परिवर्तनशीलता7से छोटा पाया गया था । एक hyperpolarized गैस एकाधिक सांस विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग16 के साथ एक स्थानिक तुलना भी विशिष्ट वेंटिलेशन विविधता के विश्वसनीय समूह का अनुमान दिखाया (8 विषयों पर विशेष वेंटिलेशन वितरण की चौड़ाई का अध्ययन किया थे ०.२८ ± ०.०८ और ०.२७ ± ०.१० hyperpolarized 3के लिए वह और विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग, क्रमशः), अपेक्षा से अधिक के बावजूद अंतर विषय परिवर्तनशीलता (चौड़ाई में व्यक्तिगत मतभेदों का मानक विचलन था ०.१३)16।

विशिष्ट वेंटिलेशन नक्शे भी क्षेत्रीय वायुकोटर वेंटिलेशन की गणना करने के लिए फेफड़ों के घनत्व नक्शे के साथ संयोजन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है । वायुकोटर वेंटीलेशन के मानचित्र उत्पन्न करने के लिए, विशिष्ट वेंटिलेशन और घनत्व छवियों को दो तरीकों के बीच संभावित मामूली misalignments को कम करने के लिए स्थानिक रूप smoothed होना चाहिए.

एक दमा विषय में methacholine चैलेंज के लिए प्रतिक्रिया
SVI व्यायाम4, आसन2, या दवा3के रूप में हस्तक्षेप करने के लिए दोनों फेफड़ों चौड़ा और क्षेत्रीय प्रतिक्रियाओं को मापने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । एक उदाहरण के रूप में, 4 चित्रा (चित्र4a), methacholine के साथ ब्रोन्कोकन्सट्रिक्शन निम्नलिखित (चित्रा ए.बी.), आधार रेखा पर एक हल्के दमा महिला विषय के फेफड़ों से एकल स्लाइस नक्शे को दर्शाया गया है, और के बाद albuterol-असिस्टेड रिकवरी ( चित्र 4C) । प्रेरित अस्थमा घटना के दौरान वृद्धि की विशिष्ट वेंटिलेशन विषमता नोट, और कोई विशिष्ट वेंटिलेशन के लिए थोड़ा के बड़े पैच की उपस्थिति (फेफड़ों के आश्रित हिस्से में गहरे नीले क्षेत्र). इसके अलावा, ध्यान दें कि वेंटिलेशन कुछ क्षेत्रों में ब्रोन्कोकन्संकीर्णन (हरे-लाल क्षेत्रों) के दौरान विडंबना से वृद्धि हुई है ।

मल्टी स्लाइस SVI
छह तक (आमतौर पर चार), निरंतर, 15 मिमी फेफड़ों स्लाइसें साथ SVI साथ imaged किया जा सकता है । 5 चित्रा चार निरंतर सही फेफड़ों के स्लाइस दर्शाया गया है, सही फेफड़ों के ~ ७०% को कवर, एक उदारवादी दमा पुरुष विषय में जो 24 घंटे के लिए अपने अस्थमा दवाओं से हटा लिया गया था ।

संवातन मानचित्र
प्रदान फेफड़ों घनत्व जानकारी एक ही टुकड़ा में अधिग्रहीत किया गया था, और सांस लेने की आवृत्ति जाना जाता है, एक पूरी तरह से मात्रात्मक वेंटिलेशन नक्शा मिलीलीटर की इकाइयों में परिकलित किया जा सकता/ चित्र 6में वेंटीलेशन के मानचित्र का एक उदाहरण दर्शाया गया है ।

Figure 1
चित्रा 1: कई सांस धोने । (क) विशिष्ट mbw पता लगाने की अवधि समाप्त हो नाइट्रोजन (N2) एकाग्रता (ऊपर) और ज्वार की मात्रा (नीचे) समय के साथ (सेकंड, एस) । डेटा लापरवाह मुद्रा में अधिग्रहीत किया गया था; विषय एक स्वस्थ ३९ वर्षीय महिला थी । (ब) लेविस एट अल23 (ठोस रेखा) द्वारा प्रस्तावित विधि का उपयोग करते हुए mbw प्रयोग से परिकलित विशिष्ट वेंटीलेशन (SV) के वितरण को दर्शाने वाला हिस्टोग्राम । डैश्ड लाइन लॉग (गाऊसी) विशिष्ट वेंटिलेशन वितरण के लिए सबसे अच्छा फिट का प्रतिनिधित्व करता है । विशिष्ट वेंटिलेशन की विविधता, प्रमुख परिणाम, सबसे अच्छा फिट वितरण की चौड़ाई के रूप में मापा जाता है, इस मामले में ०.४२ । यह आंकड़ा संदर्भ7से अनुमति के साथ reprinted किया गया है । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: नलसाजी प्रणाली और इंस्ट्रूमेंटेशन के आरेख । विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग १००% चिकित्सा ऑक्सीजन की आवश्यकता है, संपीड़ित गैस टैंक से या तो (के रूप में तैयार) या एक दीवार आउटलेट । ऑक्सीजन स्रोत एक स्विच वाल्व (नियंत्रण कक्ष) से जुड़ा है, कि बारी में एमआरआई पास के माध्यम से जुड़ा हुआ है, 3 डी मुद्रित प्रवाह बाईपास प्रणाली24के लिए, एक facemask (स्कैनर कक्ष) से जुड़ी । ड्राइंग के बाईं ओर एमआरआई नियंत्रण कक्ष से मेल खाती है, स्कैनर कक्ष के लिए दाईं ओर । प्लास्टिक स्विच करने के लिए टैंक को जोड़ने टयूबिंग व्यास में 1/4 इंच है । स्विच वाल्व आउटलेट से प्रवाह बाईपास प्रणाली को टयूबिंग भी 1/4 में है । पिछले 2m व्यास में एक कदम शामिल हैं, 1/4 इंच से 3/8 इंच के लिए, और फिर 1/2 इंच के लिए, के लिए हवा के प्रवाह से उत्पादित शोर कम करने के लिए24। एक पल्स ऑक्सीमीटर का उपयोग विषय की हृदय गति (एचआर) और ऑक्सीजन संतृप्ति (सैट) के स्तर की निगरानी के लिए किया जाता है । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग । (क) विशिष्ट वेंटीलेशन (रंग) के विशिष्ट मानचित्र, उसी लापरवाह विषय (ग्रे स्केल) की एक संरचनात्मक एमआरआई छवि पर मढ़ा । विशिष्ट वेंटिलेशन पर्वतमाला बहुत कम मूल्यों (नीला) से एसवी = १.० (लाल) करने के लिए । विषय, ३९ साल पुराने स्वस्थ स्वयंसेवक ( चित्रा 1में के रूप में एक ही विषय) लापरवाह मुद्रा में imaged था । विशिष्ट वेंटीलेशन में अनुलंब ग्रैडिएंट नोट करें । निरपेक्ष घनत्व के अंशांकन के लिए प्रयुक्त ज्ञात एमआर विशेषता का एक प्रेत पूर्वकाल छाती की दीवार में रखा गया था. Phantoms की आवश्यकता नहीं है SVI परिमाणीकरण के लिए । (ख) विशिष्ट वेंटीलेशन मानचित्र से संकलित विशिष्ट वेंटिलेशन (भरा वृत्त) के वितरण का हिस्टोग्राम । वितरण की चौड़ाई फेफड़ों टुकड़ा अध्ययन में विशिष्ट वेंटिलेशन की विविधता का प्रतिनिधित्व करता है । इस उदाहरण में, वितरण unimodal है और लॉग गाऊसी fitted वितरण (बिंदीदार रेखा) की चौड़ाई ०.४१ था; यह MBW पूरे फेफड़ों विशिष्ट वेंटिलेशन वितरण चित्र 1bमें प्रस्तुत करने के लिए तुलनीय है, एक ही विषय और मुद्रा है, जहां वितरण की चौड़ाई के लिए) ०.४२ था । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: एक हल्के दमा में Bronchoconstriction और bronchoconstriction नक्शे. विशिष्ट वेंटिलेशन एक हल्के दमा विषय में मापा (महिला, उम्र 24) बेसलाइन (a) में, 1 मिलीग्राम/एमएल methacholine (ख) के साँस लेना और निम्नलिखित एल्बेटेराल (सी) साँस लेना । एक अस्थमा की तरह घटना के प्रेरण के बाद विशिष्ट वेंटिलेशन के वितरण में महत्वपूर्ण परिवर्तन नोट methacholine (पैनल बी) का उपयोग कर, बहुत कम विशिष्ट वेंटिलेशन दिखा निर्भर फेफड़ों के बड़े क्षेत्रों के साथ. इसके अलावा ब्रांकोडायलेटर प्रशासन (पैनल सी) के बाद वसूली ध्यान दें. जैसा कि चित्र 3में वेंटिलेशन के विशिष्ट नक्शों को एक संरचनात्मक एमआरआई में मढ़ा गया है । विशिष्ट वेंटिलेशन वितरण की चौड़ाई बेसलाइन पर ०.३१, ०.९४ पोस्ट methacholine, और ०.२८ पोस्ट albuterol बाद था । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: एक उदारवादी दमा में बहु स्लाइस विशिष्ट वेंटिलेशन नक्शा 24-h दवा वापसी के बाद । सही फेफड़ों में 4 निरंतर फेफड़ों स्लाइसें के विशिष्ट वेंटिलेशन नक्शा, एक 25 वर्षीय पुरुष उदारवादी दमा में अधिग्रहीत दैनिक अस्थमा दवाओं के 24 एच वापसी के बाद । 4 स्लाइस कवर ~ विषय है सही फेफड़ों के ७०% । कम विशिष्ट वेंटिलेशन के क्षेत्र (गहरा नीला) सभी स्लाइस में मौजूद हैं । आधार रेखा पर, FEV1 ८४% की भविष्यवाणी की थी । दैनिक दवाओं की 24 एच वापसी के बाद, इस विषय के FEV1 भविष्यवाणी की ६९% था; बाद इमेजिंग, इस विषय का इस्तेमाल किया अपने बचाव इनहेलर और FEV1 भविष्यवाणी की ८३% करने के लिए वसूली की । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्र 6: उदाहरण वेंटिलेशन का नक्शा जो एक स्वस्थ 27 वर्षीय पुरुष विषय में वेंटीलेशन (एमएल/ एक ही स्लाइस में फेफड़ों प्रोटॉन घनत्व के नक्शे के साथ एक एसवी मानचित्र का उपयोग कर, धारा 6 में वर्णित के रूप में वेंटिलेशन मैप्स उत्पन्न किए गए थे । इस उदाहरण में, दोनों एसवी और घनत्व नक्शे 5 voxels की आधी अधिकतम पर एक पूर्ण चौड़ाई के साथ एक लॉग गाऊसी कर्नेल का उपयोग कर smoothed थे, विमान में ~ ०.६४ सेमी2 के एक स्थानिक पैमाने में जिसके परिणामस्वरूप । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

एमआरआई पैरामीटर SVI नोट्स
इको समय (ते) २१.६ ms (एकल स्लाइस)
१८.२ ms (बहु स्लाइस)
दोहराव समय (एन) 5 एस कोई मान > 4 s
रोगी आराम के लिए समायोजित करें
इनवर्सन समय (टीआई) १.१०० एस (सिंगल स्लाइस) बहु स्लाइस के लिए, स्लाइस n की TI
१.१००, १.३३५, १.५७०, १.८०५ s (4 स्लाइस) TI (n) = 1.100 s + 0.235 * (n-1)
मैट्रिक्स २५६ x १२८ (एकल स्लाइस)
१२८ x १२८ (बहु स्लाइस)
दृश्य क्षेत्र ४० सेमी 32-44 सेमी
बैंडविड्थ १२५ kHz

तालिका 1: विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग के अधिग्रहण के लिए इस्तेमाल ठेठ एमआरआई मापदंडों की सूची ।

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Discussion

विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग मानव फेफड़ों में विशिष्ट वेंटिलेशन के स्थानिक वितरण के मात्रात्मक मानचित्रण की अनुमति देता है । SVI के लिए विकल्प मौजूद हैं, लेकिन कुछ तरीके से सीमित हैं: एकाधिक सांस धोने विषमता का एक उपाय प्रदान करता है, लेकिन स्थानिक23जानकारी का अभाव है । वैकल्पिक इमेजिंग तरीकों ionizing विकिरण के लिए रोगियों को बेनकाब (जैसे, SPECT, पीईटी, सीटी, गामा scintigraphy) या व्यापक रूप से उपलब्ध नहीं है (hyperpolarized गैस एमआरआई का उपयोग इमेजिंग) । विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग स्थानिक जानकारी प्रदान करता है और एक मानक नैदानिक स्कैनर का उपयोग किया जा सकता है और इसके विपरीत स्रोत के रूप में साँस ऑक्सीजन, और इस तरह लगभग किसी भी नैदानिक अनुसंधान स्थापित करने के लिए अनुवाद किया जा सकता है । तथ्य यह है कि svi विकिरण या इसके विपरीत एजेंटों के उपयोग की आवश्यकता नहीं है यह अच्छी तरह से दोहराने या अनुदैर्ध्य अध्ययन है कि मात्रात्मक दवा, चिकित्सा या हस्तक्षेप के लिए क्षेत्रीय प्रतिक्रियाओं का मूल्यांकन के लिए अनुकूल बनाता है । चिकित्सा के प्रभाव पर क्षेत्रीय मात्रात्मक जानकारी के इस प्रकार के सांस दवा वितरण के संदर्भ में विशेष रूप से उपयोगी हो सकता है ।

SVI का नुकसान कर रहे है कि यह एक अपेक्षाकृत कम संकेत है-शोर अनुपात (आमतौर पर 4-7), यह ~ 18 मिनट के लिए प्राप्त करने की आवश्यकता है और यह कि यह विषय और डेटा विश्लेषक के लिए कुछ हद तक श्रमसाध्य है । विश्वसनीय विशिष्ट वेंटिलेशन डेटा के अधिग्रहण के लिए विषय प्रशिक्षण आवश्यक है । विषय आम तौर पर प्रशिक्षित किया जाता है, स्कैनर शोर के एक रिकॉर्ड soundtrack का उपयोग कर, इमेजिंग सत्र से पहले, ताकि वह या वह एक reproducible मात्रा (FRC) २२० सांस पकड़ो छवियों के प्रत्येक के लिए पहुंच सकते हैं । आदर्श रूप में, यह hyperventilating के बिना एक सामांय, आरामदायक ज्वार की मात्रा में सांस लेते हुए हासिल की है । Imprecise सांस धारण के बाद में डेटा विश्लेषक, जो छवि पंजीकरण सॉफ्टवेयर का उपयोग करने के लिए फेफड़ों की मात्रा में मतभेदों के लिए खाते (ऊपर ५.३ धारा) चाहिए द्वारा प्रसंस्करण के लिए जिंमेदार होना चाहिए ।

तकनीक के मूल प्रकाशन1के बाद से, svi एक संशोधन किया गया है इसके कार्यांवयन को कारगर बनाने के । एक 3 डी-मुद्रित श्री संगत फ्लो-बाईपास प्रणाली24 कमरे में हवा और विषय के लिए ऑक्सीजन की डिलीवरी के बीच स्विचन के पास तुरंत सक्षम होना चाहिए । यह प्रणाली महत्वपूर्ण मूल सेटअप है, जो गैस डिलीवरी सेटअप पहले एक jove छिड़काव इमेजिंग22से संबंधित कागज में वर्णित की जटिलता घटता है । यह, एक साथ मुक्त श्वास अधिग्रहण तकनीकों के चल रहे विकास के साथ, नैदानिक अनुसंधान प्रयोज्यता के करीब तकनीक चाल कर देगा ।

के रूप में यहां प्रस्तुत, SVI 2 मुख्य सीमाएं हैं: 1) चार स्लाइस (आमतौर पर) सही फेफड़ों का अधिग्रहण कर रहे है कि केवल ~ ७०% सही फेफड़ों का प्रतिनिधित्व-अपने वर्तमान कार्यांवयन में, कोई छह स्लाइस से अधिक 1.5 T में प्राप्त किया जा सकता है आरएफ बयान ऊतक के लिए अग्रणी के कारण वह ईटिंग उच्च क्षेत्र की ताकत पर ऊतक हीटिंग बढ़ जाती है, आगे 3T पर बहु स्लाइस अधिग्रहण सीमित; और 2) SVI ~ प्राप्त करने के लिए 18 मिनट लगते हैं, और इस प्रकार विशिष्ट वेंटिलेशन के नक्शे प्रत्येक voxel के समय को दर्शाता है-इस अंतराल पर विशिष्ट वेंटिलेशन औसत ।

हालांकि, पूर्ण फेफड़ों कवरेज प्रक्रिया दोहरा द्वारा प्राप्त किया जा सकता है या अपमानजनक स्थानिक संकल्प द्वारा, और समय स्कैन विशिष्ट वेंटिलेशन मात्रा में सटीकता की कीमत पर कम किया जा सकता है । तकनीक है, सामांय में, बहुमुखी और विभिंन अधिग्रहण समझौते संभव हैं, विभिंन अनुप्रयोगों के लिए प्रत्येक इष्टतम । उदाहरण के लिए, एक अस्थमा घटना25से गतिशील वसूली के एक अध्ययन में, svi डेटा एक उच्च लौकिक संकल्प पर विश्लेषण किया गया था (~ 7 मिनट बनाम ~ 18 मिनट) और एक ही स्थानिक संकल्प, एक ~ 30% विशिष्ट वेंटिलेशन की अनिश्चितता में वृद्धि की कीमत पर (अनुमानित मोंटे कार्लो सिमुलेशन से) । एक हाल ही में मॉडलिंग अध्ययन26 svi तकनीक की कई छोटी सीमाओं के प्रभाव को निर्धारित करने की मांग की, अर्थात् 1) कि imaged मात्रा संपूर्ण सही फेफड़ों शामिल नहीं है, 2) कि एक के बाद लगातार छवियों के बीच छोटे misसंरेखण मौजूद हो सकता है पंजीकरण, और 3) कि फेफड़े नसों, एक imaged क्षेत्र में फेफड़ों में कहीं से रक्त परिवहन द्वारा, confounding संकेत है कि क्षेत्र में वेंटिलेशन को दर्शाता है कि जहां खून मूल रूप से oxygenated था और क्षेत्र में नहीं है जिसमें यह किया जा रहा है में जोड़ सकते है Imaged. 26 अध्ययन में पाया गया कि 1) स्वस्थ विषयों में, एक एकल टुकड़ा छवि (जो कुल फेफड़ों का केवल 8% शामिल हैं) अपने सच्चे मूल्य के 10% के भीतर विशिष्ट वेंटिलेशन के ऊर्ध्वाधर ढाल का अनुमान है, 2) svi विश्लेषण मॉडलिंग डेटा पर प्रदर्शन उद्देश्यपूर्ण misaligned, औसत पर, 9% से (एक बुरी स्थिति परिदृश्य, misalignments के साथ छवियों discarding नहीं द्वारा बदतर बना दिया > 10%) इसके परिणामस्वरूप एक ~ 20% मतलब विशिष्ट वेंटिलेशन के कम अनुमान, एक अनुमान है कि तेजी से और धीमी गति से equilibrating इकाइयों मिश्रण की संभावना धीमी, कम विशिष्ट वेंटिलेशन वालों की ओर एक पूर्वाग्रह में परिणाम होगा द्वारा संचालित एक कम आकलन, और 3) फेफड़े शिरापरक सिग्नल विशिष्ट वेंटिलेशन के व्यवस्थित overestimation से कम 10% की ओर जाता है ।

मानव फेफड़ों के कार्यात्मक छवियों का उत्पादन करने की क्षमता-के रूप में संरचनात्मक परिवर्तन से inferring कार्य करने का विरोध-जल्दी निदान करने के लिए योगदान करने के लिए और स्वास्थ्य और रोग में फेफड़ों की समझ बढ़ाने की क्षमता है । विशेष रूप से, के लिए repeatable और मात्रात्मक क्षेत्रीय वेंटिलेशन के नक्शे का उत्पादन करने की क्षमता रोग प्रगति के अनुदैर्ध्य अध्ययन परमिट और हस्तक्षेप के प्रभाव की मात्रा, ऐसे सांस अस्थमा दवाओं के रूप में की अनुमति देता है । दो एमआरआई तकनीकों के साथ विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग के संयोजन से फेफड़ों की सघनता को मापने के लिए21 और फेफड़े के छिड़काव (पहले इस पत्रिका में22प्रस्तुत), वेंटिलेशन के नक्शे-स्वास्थ्य और रोग में छिड़काव अनुपात उत्पन्न किया जा सकता 2. वेंटिलेशन और छिड़काव के बीच बेमेल के रूप में हाइपोक्सिया और hypercapnia का एक प्रमुख कारण है, स्वास्थ्य और रोग में वेंटिलेशन छिड़काव अनुपात पर क्षेत्रीय जानकारी फेफड़ों की बीमारी के प्रभाव में आगे अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते हैं ।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

यह काम राष्ट्रीय हृदय, फेफड़े और रक्त संस्थान (NHLBI) (अनुदान R01 HL-०८०२०३, R01 HL-०८११७१, R01 HL-१०४११८ और R01-HL119263) और राष्ट्रीय अंतरिक्ष जैव चिकित्सा अनुसंधान संस्थान (राष्ट्रीय एयरोनॉटिक्स और अंतरिक्ष प्रशासन अनुदान एनसीसी द्वारा समर्थित किया गया था 9-58). एट Geier NHLBI अनुदान F30 HL127980 द्वारा समर्थित था ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3D-printed flow bypass system
Face mask Hans Rudolph 7400 series Oro-nasal mask, different sizes
Gas/oxygen regulator
Mask head set Hans Rudolph 7400 compatible head set
Matlab Mathworks analysis software developed locally
Medical oxygen Air Liquide/Linde Oxygen to be delivered to the subject
MRI GE healthcare 1.5 T GE HDx Excite twin-speed scanner
Plastic tubing ¼”, 3/8” and 1/2” tubing and connectors
Pulse oximeter Nonin 7500 FO (MR compatible)
Switch valve
Torso coil GE healthcare High gain torso coil for GE scanner

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References

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एक विपरीत एजेंट के रूप में प्रोटोन चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग और ऑक्सीजन का उपयोग कर मानव फेफड़ों में विशिष्ट वेंटिलेशन की मात्रात्मक मानचित्रण
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Geier, E. T., Theilmann, R. J.,… More

Geier, E. T., Theilmann, R. J., Darquenne, C., Prisk, G. K., Sá, R. C. Quantitative Mapping of Specific Ventilation in the Human Lung using Proton Magnetic Resonance Imaging and Oxygen as a Contrast Agent. J. Vis. Exp. (148), e59579, doi:10.3791/59579 (2019).

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