Hiperpolarize Ksenon Manyetik Rezonans Görüntülemede Sorun Giderme ve Kalite Güvencesi: Yüksek Kaliteli Görüntü Elde Etme Araçları
Summary
Burada, donanım, yazılım, veri toplama, dizi seçimi, veri yönetimi, k-alanı kullanımı ve gürültü analizini kapsayan yüksek kaliteli hiperpolarize ksenon-129 manyetik rezonans görüntüleri elde etmek için bir protokol sunuyoruz.
Abstract
Hiperpolarize (HP) ksenon manyetik rezonans görüntüleme (129Xe MRG), akciğer fonksiyonunun araştırılması için solunan bir ksenon gazı nefesinin yüksek çözünürlüklü görüntülerini üreten, yakın zamanda federal ilaç idaresi (FDA) onaylı bir görüntüleme yöntemidir. Bununla birlikte, 129Xe MRG’nin uygulanması, hiperpolarizasyon, ksenon görüntüleme bobinlerinin ve bobin yazılımının tedariki, çok çekirdekli MR görüntüleme dizilerinin geliştirilmesi ve derlenmesi ve elde edilen verilerin yeniden yapılandırılması/analizi için özel donanım ve ekipman gerektirdiğinden benzersiz bir şekilde zordur. Uygun uzmanlık olmadan, bu görevler göz korkutucu olabilir ve yüksek kaliteli görüntüler elde edememek sinir bozucu ve pahalı olabilir. Burada,129Xe MRI sitesi için optimize edilmiş, yüksek kaliteli verilerin ve doğru sonuçların elde edilmesine yardımcı olabilecek bazı kalite kontrol (QC) protokolleri, sorun giderme uygulamaları ve yardımcı araçlar sunuyoruz. Tartışma, hiperpolarizör laboratuvarı gereksinimleri, 129Xe MRI bobini donanımı/yazılımı kombinasyonu, veri toplama ve sekans hususları, veri yapıları, k-alanı ve görüntü özellikleri ve ölçülen sinyal ve gürültü özellikleri dahil olmak üzere HP 129Xe MRG’yi uygulama sürecine genel bir bakışla başlayacaktır. Bu gerekli adımların her birinde, düşük görüntü kalitesine veya başarısız görüntülemeye yol açan hatalar, zorluklar ve olumsuz olaylar için fırsatlar yatmaktadır ve bu sunum, daha sık karşılaşılan sorunlardan bazılarını ele almayı amaçlamaktadır. Özellikle, elde edilen verilerdeki anormal gürültü modellerinin tanımlanması ve karakterizasyonu, görüntü artefaktlarından ve düşük kaliteli görüntülerden kaçınmak için gereklidir; Örnekler verilecek ve azaltma stratejileri tartışılacaktır. Gerçek zamanlı sorun giderme için bazı yönergeler ve stratejiler sağlarken, 129Xe MRI uygulama sürecini yeni tesisler için kolaylaştırmayı amaçlıyoruz.
Introduction
Yüzyılı aşkın bir süredir, akciğer fonksiyon değerlendirmesi öncelikle spirometri ve vücut pletismografisinden elde edilen küresel ölçümlere dayanıyordu. Bununla birlikte, bu geleneksel solunum fonksiyon testleri (PFT’ler), erken evre hastalığın bölgesel nüanslarını ve akciğer dokusundaki ince değişiklikleri yakalama yetenekleri bakımından sınırlıdır1. İnhale radyoizleyicilerle nükleer tıp, pulmoner emboli ile yaygın olarak ilişkili ventilasyon/perfüzyon uyumsuzluklarının değerlendirilmesi için yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak bu iyonlaştırıcı radyasyonu içerir ve daha düşük çözünürlük sağlar. Buna karşılık, bilgisayarlı tomografi (BT), akciğer görüntülemede altın standart olarak ortaya çıkmıştır ve nükleer görüntülemeye kıyasla olağanüstü uzamsal ve zamansal netlik sunmaktadır2. Düşük doz BT taramaları radyasyona maruz kalmayı azaltabilirken, potansiyel radyasyon riski yine de göz önünde bulundurulmalıdır 3,4. Akciğerin düşük doku yoğunluğu ve akciğer dokusundan hızlı sinyal bozulması nedeniyle akciğerin proton MRG’si nadirdir, ancak son gelişmeler potansiyel düşük sinyale rağmen fonksiyonel bilgi sunmaktadır. Öte yandan, hiperpolarize ksenon manyetik rezonans görüntüleme (HP 129Xe MRG), akciğer fonksiyonunun bölgesel özgüllüklegörüntülenmesine olanak tanıyan non-invaziv bir yöntemdir 5,6. Litre miktarlarında gazın yüksek dengesiz nükleer manyetizasyonunu üretir. İnert gaz daha sonra MR tarayıcısının içindeki bir denek tarafından tek bir nefes için solunur ve doğrudan tarayıcı tarafından görüntülenir. Böylece, solunan gaz, dokunun kendisinin aksine doğrudan görüntülenir. Bu teknik, astım, kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH), kistik fibroz, idiyopatik pulmoner fibroz, koronavirüs hastalığı 2019 (COVID-19) ve diğerleri dahil olmak üzere birçok hastalıkta akciğer ventilasyonunu değerlendirmek için kullanılmıştır3. Aralık 2022’de HP 129Xe MRI, Amerika Birleşik Devletleri FDA tarafından Amerika Birleşik Devletleri’nde (ABD) 12 yaş ve üzeri yetişkinlerde ve pediatrik hastalarda kullanılmak üzere MRI ventilasyon kontrast maddesi olarak onaylanmıştır7. Doktorlar artık geliştirilmiş/kişiselleştirilmiş tedavi planları olan hastalara daha iyi bakım sağlamak için 129Xe MRG’yi kullanabilir.
Tarihsel olarak, klinik MRG, yalnızca neredeyse tüm insan iç organlarında bol miktarda bulunan hidrojen çekirdeklerinin (protonlar) görüntülenmesine odaklanır. MRI tarayıcıları, dizileri ve kalite kontrolü genellikle tarayıcı üreticisi tarafından site lisansı ve garantisinin bir parçası olarak korunur. Bununla birlikte, 129Xe, çok çekirdekli yetenekli bir MR tarayıcı gerektirir ve hiperpolarizörü, özel yapım radyo frekansı (RF) bobinlerini, özel darbe dizilerini ve çevrimdışı yeniden yapılandırma/analiz yazılımını çalışır hale getirmek için özel bir araştırma ekibi gerektirir. Bu bileşenlerin her biri üçüncü taraf satıcılar tarafından sağlanabilir veya şirket içinde geliştirilebilir. Bu nedenle, kalite kontrol yükü genellikle tarayıcı üreticisinin veya bireysel üçüncü tarafın aksine 129Xe araştırma ekibine aittir. Bu nedenle, yüksek kaliteli 129Xe verilerinin tutarlı bir şekilde elde edilmesi, 129Xe MRI sürecinin her bir bileşeninin 129Xe ekibi tarafından yakından izlenmesi gereken hata potansiyeli sunması nedeniyle benzersiz bir şekilde zordur. Araştırmacıların ortaya çıkabilecek herhangi bir zorluğun olası nedenlerini gidermek ve araştırmak zorunda oldukları için bu durumlar son derece sinir bozucu olmakla kalmaz, aynı zamanda hasta görüntülemeyi ve denek alımını yavaşlattığı için çok maliyetli olabilir. Sorun giderme ile ilgili bazı maliyetler, MRI zaman maliyetlerini, farklı gazların tüketimini içeren 129Xe’nin hiperpolarizasyonunu ve malzemelerin kullanımını içerir. Ek olarak, 129Xe görüntülemedeki son FDA onayı ve büyümesiyle, 129Xe operasyonunda yaygın sorunları ve aksaklıkları önlemek için kalite kontrol için standartlaştırılmış bir protokol sağlamakgerekir 8,9.
Burada, RF bobin arızaları, düşük sinyal-gürültü oranına (SNR) yol açan çeşitli gürültü profillerinin ortaya çıkması ve düşük kaliteli görüntüler dahil olmak üzere 129Xe MRG’de daha sık karşılaşılan sorunlardan bazılarını sunuyoruz10. Yüksek kaliteli görüntü verilerinin elde edilmesini sağlamak ve 129Xe MRG’de ortaya çıkabilecek daha yaygın sorunlardan bazılarını gidermek için bazı kısa kalite kontrol (QC) yönergeleri ve protokolleri sağlamayı amaçlıyoruz. Burada sağlanan bilgiler, hiperpolarize helyum-3 sorun giderme ile de ilgilidir.
Protocol
Representative Results
Discussion
129Xe MRI sorunlarını giderme yeteneği gerekli bir beceridir ve sorunları gerçek zamanlı olarak azaltmaya yardımcı olabilir. Hiperpolarize bir gaz altyapısı tek bir taraftan satın alınana ve tarayıcı üreticilerinden destek alınana kadar, bu kalite kontrol görevleri yalnızca laboratuvarların sorumluluğundadır. Bu makalenin amacı, okuyucuya kaçınılmaz zayıf veri toplama olayı için yararlı uygulamalar ve öneriler sunmaktır. Mümkün olduğunca çok sayıda potansiyel sorunu ele alma…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Hiç kimse.
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 |
Riferimenti
- 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)
