تقدم المخطوطة بروتوكولا مفصلا لاستخدام استعادة تشبع التحول الكيميائي Xenon-129 مفرط الاستقطاب (CSSR) لتتبع تبادل الغازات الرئوية، وتقييم سمك جدار الحاجز السنخي الظاهر، وقياس نسبة السطح إلى الحجم. هذه الطريقة لديها القدرة على تشخيص ومراقبة أمراض الرئة.
يوفر التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) Xenon-129 (HXe) أدوات للحصول على خرائط 2 أو 3 أبعاد لأنماط تهوية الرئة ، وانتشار الغاز ، وامتصاص الزينون بواسطة حمة الرئة ، ومقاييس وظائف الرئة الأخرى. ومع ذلك ، من خلال التداول المكاني للدقة الزمنية ، فإنه يتيح أيضا تتبع تبادل غازات الزينون الرئوية على مقياس زمني MS. توضح هذه المقالة إحدى هذه التقنيات، التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي لاستعادة التشبع بالتحول الكيميائي (CSSR). يوضح كيف يمكن استخدامه لتقييم حجم الدم الشعري ، وسمك جدار الحاجز ، ونسبة السطح إلى الحجم في الحويصلات الهوائية. تمت معايرة زاوية الوجه لنبضات الترددات الراديوية المطبقة (RF) بعناية. تم استخدام بروتوكولات حبس النفس بجرعة واحدة وبروتوكولات التنفس الحر متعددة الجرعات لإعطاء الغاز للموضوع. بمجرد وصول غاز الزينون المستنشق إلى الحويصلات الهوائية ، تم تطبيق سلسلة من نبضات التردد اللاسلكي 90 درجة لضمان أقصى تشبع لمغنطة الزينون المتراكمة في حمة الرئة. بعد وقت تأخير متغير ، تم الحصول على أطياف لتحديد إعادة نمو إشارة الزينون بسبب تبادل الغازات بين حجم الغاز السنخي وحجرات الأنسجة في الرئة. ثم تم تحليل هذه الأطياف عن طريق تركيب وظائف Voigt الزائفة المعقدة مع القمم الثلاث السائدة. أخيرا ، تم تركيب سعة الذروة المعتمدة على وقت التأخير في نموذج تبادل الغاز التحليلي أحادي البعد لاستخراج المعلمات الفسيولوجية.
التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) Xenon-129 (HXe) مفرط الاستقطاب هو تقنية تقدم رؤى فريدة حول بنية الرئة ووظيفتها وعمليات تبادل الغازات. من خلال تضخيم مغنطة غاز الزينون بشكل كبير من خلال الضخ البصري للتبادل المغزلي ، يحقق HXe MRI تحسنا كبيرا في نسبة الإشارة إلى الضوضاء مقارنة بالتصوير بالرنين المغناطيسي Xenon المستقطب حراريا2،3،4،5،6. يتيح هذا الاستقطاب المفرط التصور المباشر والقياس الكمي لامتصاص غاز الزينون في أنسجة الرئة والدم ، والذي لا يمكن اكتشافه باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسيالتقليدي المستقطب حراريا 7.
استعادة التشبع بالتحول الكيميائي (CSSR) أثبت التحليل الطيفيبالرنين المغناطيسي 8،9،10،11،12،13 أنه أحد أكثر تقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي HXe قيمة. يتضمن CSSR تشبع مغنطة الزينون الذائبة في أنسجة الرئة والدم بشكل انتقائي باستخدام نبضات الترددات الراديوية الخاصة بالترددات الراديوية (RF). إن الاسترداد اللاحق لإشارة المرحلة الذائبة (DP) أثناء تبادلها مع غاز الزينون الطازج مفرط الاستقطاب في المجالات الجوية على مقياس زمني من مرض التصلب العصبي المتعدد يوفر معلومات وظيفية مهمة حول حمة الرئة.
منذ تطويره في أوائل عام 2000 ، تم تحسين التقنيات الكامنة وراء التحليل الطيفي CSSR تدريجيا14،15،16،17،18،19،20،21،22،23. علاوة على ذلك ، مكن التقدم في نمذجة منحنيات امتصاص الزينون من استخراج معلمات فسيولوجية محددة ، مثل سمك الجدار السنخي وأوقات العبور الرئوي10،24،25،26. أظهرت الدراسات حساسية CSSR للتغيرات الطفيفة في البنية المجهرية للرئة وكفاءة تبادل الغازات في شكل تشوهات رئوية موجودة في المدخنين الأصحاءسريريا 27 ، وكذلك في مجموعة من أمراض الرئة ، بما في ذلك مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD)18،27،28 ، والتليف29 ، وإصابة الرئة الناجمة عن الإشعاع30,31. كما ثبت أن التحليل الطيفي CSSR حساس للكشف عن التذبذبات في إشارة DP المقابلة لتدفق الدم النابض خلال الدورة القلبية32.
على الرغم من إحراز تقدم كبير ، لا تزال هناك تحديات عملية في تنفيذ التحليل الطيفي CSSR على أنظمة التصوير بالرنين المغناطيسي السريرية. قد تكون أوقات الفحص التي تتطلب حبس التنفس بجرعة واحدة تقترب من 10 ثوان طويلة جدا بالنسبة للأطفال33,34 أو المرضى الذين يعانون من أمراض الرئة الحادة 35,36. بالإضافة إلى ذلك ، تكون التقنية عرضة لتحيزات القياس إذا لم يتم تحسين معلمات الاستحواذ مثل ترتيب أوقات تأخير التشبع أو فعالية تشبع الطور الذائببشكل صحيح 21. لمعالجة هذه القيود وجعل CSSR في متناول مجتمع البحث الأوسع ، هناك حاجة إلى بروتوكولات واضحة خطوة بخطوة لكل من عمليات حبس النفس التقليدية وعمليات الاستحواذ على التنفس الحر ، قيد التطوير حاليا.
الهدف من هذه الورقة هو تقديم منهجية مفصلة لإجراء التحليل الطيفي الأمثل CSSR MR باستخدام غاز HXe. سيغطي البروتوكول استقطاب وتسليم غاز الزينون ، ومعايرة نبضات التردد اللاسلكي ، واختيار معلمات التسلسل ، وإعداد الموضوع ، والحصول على البيانات ، والخطوات الرئيسية في تحليل البيانات. سيتم تقديم أمثلة على النتائج التجريبية. ومن المأمول أن يكون هذا الدليل الشامل بمثابة أساس لتنفيذ CSSR عبر المواقع ويساعد على تحقيق الإمكانات الكاملة لهذه التقنية لقياس التغيرات الهيكلية المجهرية للرئة في مجموعة من الأمراض الرئوية.
التحليل الطيفي HXe CSSR MR هو تقنية قوية لتقييم العديد من مقاييس وظائف الرئة التي سيكون من الصعب أو المستحيل تحديدها في الجسم الحي باستخدام أي طريقة تشخيصية أخرى موجودة24. ومع ذلك ، فإن الاستحواذ وتحليل البيانات اللاحقة يعتمدان على افتراضات معينة حول الظروف الفسيولوجية والمع…
The authors have nothing to disclose.
تم دعم هذا العمل من خلال منح المعاهد الوطنية للصحة R01HL159898 و R01HL142258.
Bi-directional Pneumotach | B&B Medical AccutachTM | ||
Chest Vest Coil | Clinical MR Solutions | Adult Size | |
Face Mask | Hans Rudolph | 7450 | |
Matlab | Mathworks | Release 2018a | Optimization Toolbox required |
Physiological Monitoring System | BIOPAC Systems Inc | ||
Tedlar Bag | Jensen Inert Products | 250-mL and 500-mL; specialised PVF bag | |
Xenon Polarizer | Xemed LLC | X-box E10 | |
Whole-body MRI Scanner | Siemens | 1.5 T Avanto |