استكشاف الأخطاء وإصلاحها وضمان الجودة في التصوير بالرنين المغناطيسي Xenon شديد الاستقطاب: أدوات للحصول على صور عالية الجودة
Summary
هنا ، نقدم بروتوكولا للحصول على صور الرنين المغناطيسي xenon-129 عالية الجودة شديدة الاستقطاب ، والتي تغطي الأجهزة والبرامج والحصول على البيانات واختيار التسلسل وإدارة البيانات واستخدام مساحة k وتحليل الضوضاء.
Abstract
التصوير بالرنين المغناطيسي للزينون مفرط الاستقطاب (HP) (129Xe MRI) هو طريقة تصوير معتمدة مؤخرا من إدارة الأدوية الفيدرالية (FDA) تنتج صورا عالية الدقة لاستنشاق استنشاق غاز الزينون للتحقيق في وظائف الرئة. ومع ذلك ، فإن تنفيذ 129Xe MRI يمثل تحديا فريدا لأنه يتطلب أجهزة ومعدات متخصصة لفرط الاستقطاب ، وشراء ملفات تصوير الزينون وبرامج الملفات ، وتطوير وتجميع تسلسلات التصوير بالرنين المغناطيسي متعددة النواة ، وإعادة بناء / تحليل البيانات المكتسبة. بدون الخبرة المناسبة ، يمكن أن تكون هذه المهام شاقة ، وقد يكون الفشل في الحصول على صور عالية الجودة محبطا ومكلفا. نقدم هنا بعض بروتوكولات مراقبة الجودة (QC) وممارسات استكشاف الأخطاء وإصلاحها والأدوات المفيدة ل129موقعا للتصوير بالرنين المغناطيسي Xe ، والتي قد تساعد في الحصول على بيانات محسنة وعالية الجودة ونتائج دقيقة. ستبدأ المناقشة بنظرة عامة على عملية تنفيذ التصوير بالرنين المغناطيسي HP 129Xe ، بما في ذلك متطلبات مختبر فرط الاستقطاب ، والجمع بين أجهزة / برامج ملف التصوير بالرنين المغناطيسي 129Xe ، والحصول على البيانات واعتبارات التسلسل ، وهياكل البيانات ، وخصائص k-space والصورة ، وخصائص الإشارة والضوضاء المقاسة. ضمن كل خطوة من هذه الخطوات الضرورية تكمن فرص الأخطاء والتحديات والأحداث غير المواتية التي تؤدي إلى جودة صورة رديئة أو فشل التصوير ، ويهدف هذا العرض التقديمي إلى معالجة بعض المشكلات الأكثر شيوعا. وعلى وجه الخصوص، من الضروري تحديد وتوصيف أنماط الضوضاء الشاذة في البيانات المكتسبة لتجنب آثار الصور والصور المنخفضة الجودة؛ سيتم إعطاء أمثلة ، وسيتم مناقشة استراتيجيات التخفيف. نهدف إلى جعل عملية تنفيذ التصوير بالرنين المغناطيسي 129Xe أسهل للمواقع الجديدة مع توفير بعض الإرشادات والاستراتيجيات لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها في الوقت الفعلي.
Introduction
لأكثر من قرن من الزمان ، اعتمد تقييم وظائف الرئة بشكل أساسي على القياسات العالمية من قياس التنفس وتخطيط التحجم في الجسم. ومع ذلك ، فإن اختبارات وظائف الرئة التقليدية (PFTs) محدودة في قدرتها على التقاط الفروق الدقيقة الإقليمية للمرض في المراحل المبكرة والتغيرات الطفيفة في أنسجة الرئة1. وقد استخدم الطب النووي المزود بمقتفيات إشعاعية مستنشقة على نطاق واسع لتقييم عدم تطابق التهوية / التروية المرتبط عادة بالصمات الرئوية ، ولكن هذا ينطوي على إشعاع مؤين وينتج عنه دقة أقل. في المقابل ، برز التصوير المقطعي المحوسب (CT) كمعيار ذهبي لتصوير الرئة ، حيث يوفر وضوحا مكانيا وزمانيا استثنائيا مقارنة بالتصوير النووي2. في حين أن الجرعات المنخفضة من التصوير المقطعي المحوسب يمكن أن تخفف من التعرض للإشعاع ، إلا أنه لا يزال يتعين النظر في مخاطر الإشعاع المحتملة 3,4. التصوير بالرنين المغناطيسي بالبروتون في الرئة غير شائع بسبب انخفاض كثافة أنسجة الرئة وتسوس الإشارة السريع من أنسجة الرئة ، على الرغم من أن التطورات الحديثة تقدم معلومات وظيفية على الرغم من الإشارة المنخفضة المحتملة. من ناحية أخرى ، فإن التصوير بالرنين المغناطيسي للزينون شديد الاستقطاب (HP 129Xe MRI) هو طريقة غير جراحية تسمح بتصوير وظائف الرئة بخصوصية إقليمية 5,6. ينتج مغنطة نووية عالية غير متوازنة للغاز بكميات لتر. ثم يتم استنشاق الغاز الخامل بواسطة موضوع داخل ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي لنفس واحد ويتم تصويره مباشرة بواسطة الماسح الضوئي. وبالتالي ، يتم تصوير الغاز المستنشق مباشرة بدلا من الأنسجة نفسها. تم استخدام هذه التقنية لتقييم تهوية الرئة عبر العديد من الأمراض ، بما في ذلك الربو ومرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) والتليف الكيسي والتليف الرئوي مجهول السبب ومرض فيروس كورونا 2019 (COVID-19) وغيرها الكثير3. في ديسمبر 2022 ، تمت الموافقة على HP 129Xe MRI من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية كعامل تباين تهوية بالرنين المغناطيسي لاستخدامه في الولايات المتحدة الأمريكية (الولايات المتحدة الأمريكية) للبالغين والأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 12 عاما وما فوق7 سنوات. يمكن للأطباء الآن استخدام 129Xe MRI لرعاية أفضل للمرضى الذين لديهم خطط علاج محسنة / شخصية.
تاريخيا ، يركز التصوير بالرنين المغناطيسي السريري حصريا على تصوير نوى الهيدروجين (البروتونات) التي تكون وفيرة في جميع الأحشاء البشرية تقريبا. يتم الاحتفاظ بماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي والتسلسلات ومراقبة الجودة بشكل عام من قبل الشركة المصنعة للماسح الضوئي كجزء من ترخيص الموقع والضمان. ومع ذلك ، يتطلب 129Xe ماسحا ضوئيا للتصوير بالرنين المغناطيسي متعدد النواة ويتطلب فريقا بحثيا مخصصا لتشغيل فرط الاستقطاب ، وملفات الترددات الراديوية (RF) المصممة خصيصا ، وتسلسل النبضات المخصص ، وبرامج إعادة البناء / التحليل غير المتصلة بالإنترنت. يمكن توفير كل مكون من هذه المكونات من قبل بائعين تابعين لجهات خارجية أو تطويره داخليا. وبالتالي ، فإن عبء مراقبة الجودة يقع عموما على عاتق فريق البحث 129Xe بدلا من الشركة المصنعة للماسح الضوئي أو طرف ثالث فردي. وبالتالي ، فإن الحصول المتسق على بيانات 129Xe عالية الجودة يمثل تحديا فريدا لأن كل مكون من مكونات عملية التصوير بالرنين المغناطيسي 129Xe يقدم إمكانية الخطأ ، والتي يجب مراقبتها عن كثب من قبل فريق 129Xe. لا يمكن أن تكون هذه المواقف محبطة للغاية فحسب ، حيث يتعين على الباحثين استكشاف الأخطاء وإصلاحها والتحقيق في الأسباب المحتملة لأي تحديات قد تكون نشأت ، ولكنها قد تكون مكلفة للغاية لأن هذا يبطئ تصوير المرضى وتجنيد الموضوع. تتضمن بعض التكاليف المرتبطة باستكشاف الأخطاء وإصلاحها تكاليف وقت التصوير بالرنين المغناطيسي ، وفرط استقطاب 129Xe ، والذي يتضمن استهلاك غازات مختلفة ، واستخدام المواد. بالإضافة إلى ذلك ، مع موافقة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية الأخيرة والنمو في تصوير 129Xe ، يعد توفير بروتوكول موحد لمراقبة الجودة ضروريا لتجنب المشكلات والنكسات الشائعة في عملية 129Xe 8,9.
هنا ، نقدم بعض المشكلات الأكثر شيوعا في 129Xe MRI ، بما في ذلك فشل ملف RF ، وظهور ملفات تعريف ضوضاء مختلفة تؤدي إلى انخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) ، والصور ذات الجودةالرديئة 10. نهدف إلى توفير بعض الإرشادات والبروتوكولات الموجزة لمراقبة الجودة (QC) لضمان الحصول على بيانات صور عالية الجودة واستكشاف بعض المشكلات الأكثر شيوعا التي يمكن أن تنشأ في 129Xe MRI. الرؤى المقدمة هنا ذات صلة أيضا باستكشاف أخطاء الهيليوم -3 شديدة الاستقطاب وإصلاحها.
Protocol
Representative Results
Discussion
تعد القدرة على استكشاف مشكلات التصوير بالرنين المغناطيسي 129Xe وإصلاحها مهارة ضرورية وقد تساعد في تخفيف المشكلات في الوقت الفعلي. إلى أن يتم شراء بنية تحتية للغاز شديد الاستقطاب من طرف واحد والحصول على الدعم من الشركات المصنعة للماسحات الضوئية ، فإن مهام مراقبة الجودة هذه هي مسؤولية ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
اي.
Materials
| Polarization measurement station | Polerean | 42881 | https://polarean.com/ |
| Pressure vessele with plunger valve | Ace glass | 8648-85 | https://www.aceglass.com/html/3dissues/Pressure_Vessels/offline/download.pdf |
| Tedlar bag | Jensen inert | GST381S-0707TJO | http://www.jenseninert.com/ |
| Xenon Hyperpolarizer 9820 | Polerean | 49820 | https://polarean.com/ |
| Xenon loop coil | Clinical MR Solutions | Custom device | https://www.sbir.gov/sbc/clinical-mr-solutions-llc |
| Xenon vest coil | Clinical MR Solutions | Custom device | https://www.sbir.gov/sbc/clinical-mr-solutions-llc |
References
- Pellegrino, R., et al. Interpretative strategies for lung function tests. European Respiratory Journal. 26 (5), 948-968 (2005).
- Ebner, L., et al. Hyperpolarized 129Xenon MRI to quantify regional ventilation differences in mild to moderate asthma: A prospective comparison between semi-automated ventilation defect percentage calculation and pulmonary function tests. Investigative Radiology. 52 (2), 120-127 (2017).
- Abuelhia, E., Alghamdi, A. Evaluation of arising exposure of ionizing radiation from computed tomography and the associated health concerns. Journal of Radiation Research and Applied Sciences. 13 (1), 295-300 (2020).
- Kern, A. L., Vogel-Claussen, J. Hyperpolarized gas MRI in pulmonology. The British Journal of Radiology. 91 (1084), 20170647 (2018).
- Möller, H. E., et al. MRI of the lungs using hyperpolarized noble gases. Magnetic Resonance in Medicine. 47 (6), 1029-1051 (2002).
- Salerno, M., Altes, T. A., Mugler, J. P., Nakatsu, M., Hatabu, H., de Lange, E. E. Hyperpolarized noble gas MR imaging of the lung: Potential clinical applications. European Journal of Radiology. 40 (1), 33-44 (2001).
- . New Drug Therapy Approvals at 2022 Available from: https://www.fda.gov/drugs/new-drugs-fda-cders-new-molecular-entities-and-new-therapeutic-biological-products/new-drug-therapy-approvals-2022 (2023)
- Nikolaou, P., et al. Near-unity nuclear polarization with an open-source 129Xe hyperpolarizer for NMR and MRI. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (35), 14150-14155 (2013).
- Birchall, J. R., et al. XeUS: A second-generation automated open-source batch-mode clinical-scale hyperpolarizer. Journal of Magnetic Resonance. 319, 106813 (2020).
- He, M., Zha, W., Tan, F., Rankine, L., Fain, S., Driehuys, B. A comparison of two hyperpolarized 129Xe MRI ventilation quantification pipelines: The effect of signal to noise ratio. Academic Radiology. 26 (7), 949-959 (2019).
- Niedbalski, P. J., et al. Protocols for multi-site trials using hyperpolarized 129 Xe MRI for imaging of ventilation, alveolar-airspace size, and gas exchange: A position paper from the 129 Xe MRI clinical trials consortium. Magnetic Resonance in Medicine. 86 (6), 2966-2986 (2021).
- Möller, H. E., et al. MRI of the lungs using hyperpolarized noble gases. Magnetic Resonance in Medicine. 47 (6), 1029-1051 (2002).
- Bier, E. A., et al. A thermally polarized 129Xe phantom for quality assurance in multi-center hyperpolarized gas MRI studies. Magnetic Resonance in Medicine. 82 (5), 1961-1968 (2019).
- Wild, J. M., et al. Comparison between 2D and 3D gradient-echo sequences for MRI of human lung ventilation with hyperpolarized 3He. Magnetic Resonance in Medicine. 52 (3), 673-678 (2004).
- Garrison, W. J., et al. Lung volume dependence and repeatability of hyperpolarized 129Xe MRI gas uptake metrics in healthy volunteers and participants with COPD. Radiology: Cardiothoracic Imaging. 5 (3), e220096 (2023).
- Ni, W., Qi, J., Liu, L., Li, S. A pulse signal preprocessing method based on the Chauvenet criterion. Computational and Mathematical Methods in Medicine. 2019, 2067196 (2019).
- . Available from: https://www.129xectc.org (2023)
