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)
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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 기법이다 5,6. 그것은 리터 양에 있는 가스의 높은 비평형 핵 자화를 일으킨다. 그런 다음 MR 스캐너 내부의 피험자가 불활성 가스를 흡입하여 한 번 숨을 쉬고 스캐너에 의해 직접 이미지화됩니다. 따라서 흡입된 가스는 조직 자체가 아닌 직접 이미지화됩니다. 이 기술은 천식, 만성 폐쇄성 폐질환(COPD), 낭포성 섬유증, 특발성 폐섬유증, 코로나바이러스 질병 2019(COVID-19) 등 많은 질병에 걸쳐 폐 환기를 평가하는 데 사용되었습니다3. 2022년 12월, HP 129Xe MRI는 미국 FDA로부터 12세 이상 성인 및 소아 환자에게 사용할 MRI 환기 조영제로 승인되었습니다7. 이제 의사는 129Xe MRI를 사용하여 개선된/개인화된 치료 계획으로 환자를 더 잘 치료할 수 있습니다.
역사적으로 임상 MRI는 거의 모든 인간 내장에 풍부한 수소 핵(양성자)을 이미징하는 데만 중점을 둡니다. MRI 스캐너, 시퀀스 및 품질 관리는 일반적으로 스캐너 제조업체가 사이트 라이선스 및 보증의 일부로 유지 관리합니다. 그러나 129Xe는 다핵 기능이 있는 MR 스캐너가 필요하며 과분극기, 맞춤형 무선 주파수(RF) 코일, 전용 펄스 시퀀스 및 오프라인 재구성/분석 소프트웨어를 운영하기 위한 전담 연구팀이 필요했습니다. 이러한 각 구성 요소는 타사 공급업체에서 제공하거나 사내에서 개발할 수 있습니다. 따라서 품질 관리의 부담은 일반적으로 스캐너 제조업체나 개별 제3자가 아닌 129Xe 연구팀에 있습니다. 따라서 129Xe MRI 프로세스의 각 구성 요소에는 오류 가능성이 발생하기 때문에 고품질 129Xe 데이터를 일관되게 수집하는 것이 매우 어려우며, 129Xe 팀은 이를 면밀히 모니터링해야 합니다. 이러한 상황은 연구원이 발생할 수 있는 문제에 대한 가능한 원인을 해결하고 조사해야 하기 때문에 매우 실망스러울 뿐만 아니라 환자 이미징 및 피험자 모집 속도가 느려지기 때문에 비용이 많이 들 수 있습니다. 문제 해결과 관련된 일부 비용에는 MRI 시간 비용, 다양한 가스 소비와 관련된 129Xe의 과분극 및 재료 사용이 포함됩니다. 또한 최근 FDA 승인과 129Xe 이미징의 성장으로 인해 129Xe 작업 8,9에서 일반적인 문제와 차질을 피하기 위해 품질 관리를 위한 표준화된 프로토콜을 제공해야 합니다.
여기서는 RF 코일 고장, 낮은 신호 대 잡음비(SNR)로 이어지는 다양한 잡음 프로파일의 출현, 저품질 이미지10을 포함하여 129Xe MRI에서 일반적으로 발생하는 몇 가지 문제를 제시합니다. 당사는 고품질 이미지 데이터 획득을 보장하고 129Xe MRI에서 발생할 수 있는 몇 가지 일반적인 문제를 해결하기 위해 몇 가지 간결한 품질 관리(QC) 지침 및 프로토콜을 제공하는 것을 목표로 합니다. 여기에 제공된 통찰력은 과분극 헬륨-3 문제 해결과도 관련이 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
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 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
없음.
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 |
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