Magnetic Resonance Imaging Kwantificering van pulmonale perfusie met geijkte Arterial Spin Labeling
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
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 longvo…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ondersteund door NIH HL081171, NIH HL080203
Materials
| Equipment | Company | model |
|---|---|---|
| MRI | GE | 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 | The 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. , (1999).
