Troubleshooting and Quality Assurance in Hyperpolarized Xenon Magnetic Resonance Imaging: Tools for High-Quality Image Acquisition(과분극 제논 자기 공명 영상의 문제 해결 및 품질 보증: 고품질 이미지 획득을 위한 도구)

요약

여기에서는 하드웨어, 소프트웨어, 데이터 수집, 시퀀스 선택, 데이터 관리, k-공간 활용 및 노이즈 분석을 다루는 고품질 과분극 크세논-129 자기 공명 이미지를 얻기 위한 프로토콜을 제시합니다.

초록

과분극(HP) 크세논 자기 공명 영상(¹²⁹Xe MRI)은 최근 FDA(연방 의약국)에서 승인한 영상 방식으로, 폐 기능 조사를 위해 흡입된 크세논 가스 호흡의 고해상도 이미지를 생성합니다. 그러나 ¹²⁹Xe MRI를 구현하는 것은 과분극을 위한 특수 하드웨어 및 장비, 크세논 이미징 코일 및 코일 소프트웨어 조달, 다핵 MR 이미징 시퀀스의 개발 및 편집, 수집된 데이터의 재구성/분석이 필요하기 때문에 매우 까다롭습니다. 적절한 전문 지식이 없으면 이러한 작업이 어려울 수 있으며 고품질 이미지를 획득하지 못하면 실망스럽고 비용이 많이 들 수 있습니다. 여기에서는 최적화된 고품질 데이터와 정확한 결과를 획득하는 데 도움이 될 수 있는¹²⁹개의 Xe MRI 사이트에 대한 몇 가지 품질 관리(QC) 프로토콜, 문제 해결 사례 및 유용한 도구를 제시합니다. 이 논의는 하이퍼 편광 실험실에 대한 요구 사항, ¹²⁹Xe MRI 코일 하드웨어/소프트웨어의 조합, 데이터 수집 및 시퀀스 고려 사항, 데이터 구조, k-공간 및 이미지 속성, 측정된 신호 및 노이즈 특성을 포함하여 HP ¹²⁹Xe MRI를 구현하기 위한 프로세스에 대한 개요로 시작됩니다. 이러한 각 필수 단계에는 이미지 품질 저하 또는 이미징 실패로 이어지는 오류, 문제 및 바람직하지 않은 발생의 가능성이 있으며, 이 프레젠테이션은 보다 일반적으로 발생하는 몇 가지 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다. 특히, 수집된 데이터에서 변칙적인 노이즈 패턴을 식별하고 특성화하는 것은 이미지 아티팩트와 저품질 이미지를 방지하기 위해 필요합니다. 예가 제공되고 완화 전략이 논의됩니다. 우리는 실시간 문제 해결을 위한 몇 가지 지침과 전략을 제공하는 동시에 새로운 사이트에서 ¹²⁹Xe MRI 구현 프로세스를 더 쉽게 만드는 것을 목표로 합니다.

서론

100년이 넘는 기간 동안 폐 기능 평가는 주로 폐활량 측정법과 체량측정법의 글로벌 측정에 의존해 왔습니다. 그러나 이러한 전통적인 폐 기능 검사(PFT)는 초기 질병의 국소적 뉘앙스와 폐 조직의 미묘한 변화를 포착하는 데 한계가 있다¹. 흡입 방사성 추적자를 사용하는 핵의학은 일반적으로 폐색전증과 관련된 환기/관류 불일치를 평가하는 데 널리 사용되어 왔지만, 이는 전리 방사선을 포함하며 더 낮은 분해능을 생성합니다. 이와는 대조적으로, 컴퓨터 단층 촬영(CT)은 핵 영상에 비해 탁월한 공간적, 시간적 선명도를 제공하여 폐 영상의 황금 표준으로 부상했다². 저선량 CT 스캔은 방사선 노출을 완화할 수 있지만, 잠재적인 방사선 위험은 여전히 고려해야 한다 ^3,4. 폐의 양성자 MRI는 폐의 조직 밀도가 낮고 폐 조직에서 신호가 빠르게 감소하기 때문에 흔하지 않지만, 최근의 발전은 잠재적인 낮은 신호에도 불구하고 기능적 정보를 제공합니다. 한편, 과분극 크세논 자기공명영상(HP ¹²⁹Xe MRI)은 국소특이성(regional specificity)을 가진 폐 기능의 영상이 가능한 비침습적....

프로토콜

아래에 요약된 프로토콜은 미주리 대학교 인간 연구 윤리 위원회에서 제정한 지침과 표준을 준수하여 연구의 윤리적 수행과 참가자의 권리, 안전 및 웰빙 보호를 보장합니다.

참고: 과분극 크세논 MRI 연구의 신뢰성과 정확성을 보장하려면 획득한 이미지의 엄격한 특성 분석을 수행하고, 포괄적인 프로토콜을 따르고, 효과적인 문제 해결 전략을 사용하는 것이 중요합니다. 이미징 세션에는 가스 과분극, ¹²⁹Xe 코일/스캐너 통신, ¹²⁹Xe 분광법, 데이터 수집, 데이터 재구성 및 이미지 분석과 같은 여러 단계가 포함됩니다. 프로토콜은 이러한 단계를 자세히 논의하는 것으로 시작하고 이미징 프로세스를 최적화하는 데 필요한 예방 조치 및 문제 해결 전략을 강조합니다. 이러한 절차를 따르고 전문가의 문제 해결 전략을 통합함으로써 연구자들은 이미징 프로세스를 최적화하고 과분극 크세논 MRI 연구 중에 발생할 수 있는 문제를 극복할 수 있습니다. 그런 다음 여러 가지 최적이 아닌 데이터의 경우 발생할 수 있는 일반적인 문제 해결 방법을 다룹니다.

1. 종합적인 HPG MRI 연구를 위한 주요 단계

여....

결과

그림 4는 노이즈 스캔에서 수행된 노이즈 특성화 분석 결과를 보여줍니다. 이 플롯은 k-공간에 대한 규칙적인 잡음과 불규칙한 잡음의 영향을 보여주며, 여기서 이상적인 y=x 기준선으로부터의 편차가 관찰됩니다. 규칙적인 잡음은 k-공간에서 연속적인 패턴으로 이어지고, 불규칙한 잡음은 QQ 그림에서 높은 값의 특이치를 초래합니다.

그림 5로 넘어가면 HPG MRI를 사용하여 획득한 일련의 폐 이미지가 표시됩니다. 맨 윗줄은 참조 스캔, 규칙적이거나 불규칙한 노이즈의 영향을 받는 폐 이미지, 신호가 없는 이미지를 포함하여 이미지 공간의 예를 보여줍니다. 맨 아래 행에는 해당 k-공간 계수 표현이 표시됩니다.

그림 5A에서 뚜렷한 밝은 점이 k-공간의 중앙에 있으며, 이는 노이즈.......

토론

¹²⁹Xe MRI 문제를 해결하는 능력은 필요한 기술이며 실시간으로 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 과분극 가스 인프라를 단일 업체로부터 구매하고 스캐너 제조업체의 지원을 받을 수 있을 때까지 이러한 품질 관리 작업은 개별 실험실의 전적인 책임입니다. 이 원고의 목표는 독자에게 데이터 수집 불량의 불가피한 상황에 대한 유용한 사례와 제안을 제공하는 것입니다. 가능한 한 많은 잠재적 문제를 해결하려고 노력하지만 ¹²⁹Xe MRI의 다른 많은 문제는 스캐너 제조업체에 따라 다르며 지적 재산권 제한으로 인해 자세히 논의할 수 없습니다. 그러나 ¹²⁹Xe MRI를 이용한 다기관 임상시험 개발이라는 분명한 목표를 가진 커뮤니티인 ¹²⁹Xe 임상시험 컨소시엄은 여러 플랫폼과 소프트웨어에서 ¹²⁹Xe MRI를 운용한 경험이 있는 많은 시험기관 참가자와 베테랑 전문가로 구성되어 있다¹⁷. 여.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
편광 측정 스테이션	Polerean	42881	https://polarean.com/
압력 용기와 플런저 밸브	에이스 글라스	8648-85	https://www.aceglass.com/html/3dissues/Pressure_Vessels/offline/download.pdf
Tedlar bag	Jensen inert	GST381S-0707TJO	http://www.jenseninert.com/
크세논 과편광 9820	Polerean	49820	https://polarean.com/
크세논 루프 코일	임상 MR 솔루션	맞춤형 장치	https://www.sbir.gov/sbc/clinical-mr-solutions-llc
크세논 조끼 코일	임상 MR 솔루션	맞춤형 장치	https://www.sbir.gov/sbc/clinical-mr-solutions-llc