एक विपरीत एजेंट के रूप में प्रोटोन चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग और ऑक्सीजन का उपयोग कर मानव फेफड़ों में विशिष्ट वेंटिलेशन की मात्रात्मक मानचित्रण
Summary
विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग एक कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग तकनीक है कि मानव फेफड़ों में क्षेत्रीय विशिष्ट वेंटिलेशन की मात्रा के लिए अनुमति देता है, एक विपरीत एजेंट के रूप में सांस ऑक्सीजन का उपयोग कर । यहां, हम एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करने के लिए इकट्ठा करने और विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग डेटा का विश्लेषण ।
Abstract
विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग (SVI) एक कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग तकनीक विशिष्ट वेंटिलेशन की मात्रा में सक्षम है-एक फेफड़ों के क्षेत्र में प्रवेश करने के क्षेत्र के अंत-निश्वात्मक मात्रा से विभाजित करने के अनुपात-मानव फेफड़ों में, केवल का उपयोग एक विपरीत एजेंट के रूप में ऑक्सीजन साँस । विशिष्ट वेंटीलेशन के क्षेत्रीय परिमाणीकरण में मदद करने के लिए रोगविज्ञान फेफड़ों समारोह के क्षेत्रों की पहचान करने की क्षमता है । ऊतक में समाधान में ऑक्सीजन ऊतक के अनुदैर्ध्य छूट समय (टी1) shortens, और इस प्रकार ऊतक oxygenation में एक परिवर्तन टी1में एक परिवर्तन के रूप में पता लगाया जा सकता है एक प्रतिलोमन वसूली छवि के साथ भारित संकेत । प्रेरित ऑक्सीजन की दो सांद्रता के बीच एक अचानक परिवर्तन के बाद, दर जिस पर एक नए स्थिर करने के लिए एक voxel equilibrates के भीतर फेफड़ों के ऊतकों की दर है जिस पर निवासी गैस सांस गैस द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है दर्शाता है । यह दर विशिष्ट वेंटीलेशन द्वारा निर्धारित की जाती है । Oxygenation में इस अचानक परिवर्तन प्रकाश में लाने के लिए, विषयों वैकल्पिक रूप से साँस लेने में 20 सांस ब्लॉक हवा (21% ऑक्सीजन) और १००% ऑक्सीजन जबकि एमआरआई स्कैनर में । प्रेरित ऑक्सीजन अंश में एक पदश: परिवर्तन एक कस्टम त्रि-आयामी (3 डी)-मुद्रित प्रवाह बाईपास प्रणाली के उपयोग के माध्यम से एक मैनुअल स्विच के साथ एक कम अंत निश्चयी सांस पकड़ के दौरान हासिल की है । टी1में इसी परिवर्तन का पता लगाने के लिए, एक वैश्विक प्रतिलोमन नाड़ी एक शॉट तेजी से स्पिन गूंज अनुक्रम के बाद एक १.५ टी एमआरआई स्कैनर में दो आयामी टी1भारित छवियों को प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया गया था, एक आठ तत्व धड़ कुंडल का उपयोग । दोनों एकल स्लाइस और मल्टी स्लाइस इमेजिंग, थोड़ा अलग इमेजिंग मापदंडों के साथ संभव हैं । विशिष्ट वेंटिलेशन की मात्रा हवा/ऑक्सीजन उत्तेजना के लिए नकली प्रतिक्रियाओं की एक पुस्तकालय के साथ प्रत्येक फेफड़ों voxel के लिए संकेत तीव्रता के समय को सहसंबद्ध द्वारा प्राप्त की है । विशिष्ट वेंटिलेशन विविधता के svi अनुमानों कई सांस धुनाई के खिलाफ मांय किया गया है और सटीक विशिष्ट वेंटिलेशन वितरण की विविधता का निर्धारण करने के लिए साबित कर दिया ।
Introduction
विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग के समग्र लक्ष्य (SVI)-एक प्रोटोन चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) तकनीक है कि एक विपरीत एजेंट के रूप में ऑक्सीजन का उपयोग करता है1 -मात्रात्मक मानव फेफड़ों में विशिष्ट वेंटिलेशन नक्शा है । विशिष्ट वेंटिलेशन एक ही फेफड़ों के क्षेत्र1के अंत निश्वसन मात्रा से विभाजित एक सांस में एक फेफड़ों के क्षेत्र के लिए दिया ताजा गैस का अनुपात है । स्थानीय फेफड़ों के घनत्व के माप के साथ संयोजन के रूप में, विशिष्ट वेंटिलेशन क्षेत्रीय वेंटिलेशन2गणना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । स्थानीय वेंटिलेशन और वेंटिलेशन विविधता है कि svi द्वारा प्रदान की जाती हैं के माप कैसे फेफड़ों के कार्यों, दोनों सामान्य रूप से और असामान्य रूप से3,4की समझ को समृद्ध करने की क्षमता है.
विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग शास्त्रीय शरीर विज्ञान परीक्षण का एक विस्तार है, कई सांस धोने (mbw), एक पहली 1950 के दशक में शुरू की तकनीक5,6। दोनों तकनीकों विशेष वेंटिलेशन की विविधता को मापने के लिए गैस धोने का उपयोग करें, लेकिन SVI spatially स्थानीयकृत जानकारी प्रदान करता है, जबकि MBW विषमता के केवल वैश्विक उपाय प्रदान करता है । MBW में, एक मास स्पेक्ट्रोमीटर एक अघुलनशील गैस (नाइट्रोजन, हीलियम, सल्फर hexafluoride, आदि) की मिश्रित समाप्त हो चुकी एकाग्रता को मापने के लिए उपयोग किया जाता है कि गैस की खीस के दौरान कई सांस में, जैसा चित्र 1में दर्शाया गया है । धुँध अवधि के दौरान सांस की समाप्ति की मात्रा के साथ साथ, इस जानकारी को फेफड़ों में विशिष्ट वेंटिलेशन के समग्र वितरण की गणना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । SVI में, एक एमआरआई स्कैनर टी1-भारित संकेत को मापने के लिए प्रयोग किया जाता है-जो फेफड़ों के ऊतकों, स्थानीय ऑक्सीजन एकाग्रता का एक सीधा संकेतक में समाधान में ऑक्सीजन की मात्रा के लिए एक किराए की है-एक फेफड़े voxel में कई सांस ऑक्सीजन की । एक तरह से है कि सीधे MBW के अनुरूप है, यह जानकारी हमें प्रत्येक फेफड़ों voxel के विशिष्ट वेंटिलेशन गणना करने के लिए अनुमति देता है । दूसरे शब्दों में, तकनीक का प्रदर्शन समानांतर MBW के हजारों-प्रयोगों की तरह, प्रत्येक voxel के लिए एक, एक SVI प्रयोग के दौरान । वास्तव में, इस प्रकार उत्पादित विशिष्ट वेंटिलेशन के स्थानिक नक्शे MBW के विशिष्ट वेंटिलेशन विषमता उत्पादन को ठीक करने के लिए संकलित किया जा सकता है । एक मांयता अध्ययन7 से पता चला है कि दो तरीकों तुलनीय परिणाम जब एक ही विषय पर श्रृंखला में प्रदर्शन का उत्पादन किया ।
अंय इमेजिंग रूपात्मकता मौजूद है कि, SVI की तरह, वेंटिलेशन विषमता के स्थानिक उपाय प्रदान करते हैं । पॉजिट्रॉन एमिशन टोमोग्राफी (पीईटी)8,9, सिंगल-फोटॉन उत्सर्जन कम्प्यूटेड टोमोग्राफी (spect)10,11और हाइपरपोलराइज्ड गैस एमआरआई12,13 तकनीकों का इस्तेमाल किया गया है स्वस्थ और असामान्य विषयों में वेंटिलेशन के स्थानिक पैटर्न के बारे में साहित्य की एक पर्याप्त शरीर बनाएँ. सामान्य तौर पर, इन तकनीकों में SVI पर एक विशिष्ट लाभ है, कि उनके संकेत करने के लिए शोर अनुपात विशेषता से अधिक है । हालांकि, प्रत्येक तकनीक भी एक विशेषता नुकसान है: पीईटी और SPECT ionizing विकिरण के लिए जोखिम शामिल है, और hyperpolarized एमआरआई अत्यधिक विशिष्ट hyperpolarized गैस और गैर मानक बहु-नाभिक हार्डवेयर के साथ एक एमआर स्कैनर के उपयोग की आवश्यकता है ।
SVI, एक proton एमआरआई तकनीक, आम तौर पर उपयोग करता है १.५ टेस्ला श्री हार्डवेयर के साथ एक विपरीत एजेंट के रूप में साँस ऑक्सीजन (दोनों तत्वों स्वास्थ्य सेवा में आसानी से उपलब्ध हैं), यह संभावित अधिक नैदानिक वातावरण के लिए generalizable बनाने. SVI तथ्य यह है कि ऑक्सीजन अनुदैर्ध्य छूट समय (1 टी)फेफड़ों के ऊतकों1है, जो बदले में एक टी1में संकेत तीव्रता में बदलाव के लिए अनुवाद भारित छवि shortens । इस प्रकार, प्रेरित ऑक्सीजन की एकाग्रता में परिवर्तन उचित समय पर एमआरआई छवियों के संकेत तीव्रता में परिवर्तन प्रेरित करते हैं । प्रेरित ऑक्सीजन एकाग्रता में अचानक परिवर्तन के बाद इस परिवर्तन की दर, आमतौर पर हवा और १००% ऑक्सीजन, दर जिस पर निवासी गैस सांस गैस की जगह है दर्शाता है । यह प्रतिस्थापन दर विशिष्ट वेंटीलेशन द्वारा निर्धारित की जाती है ।
के रूप में svi कोई ionizing विकिरण शामिल है, यह अनुदैर्ध्य और इंटरवेंशनल अध्ययन है कि समय पर रोगियों का पालन के लिए कोई मतभेद है । इस प्रकार, यह आदर्श रोग प्रगति का अध्ययन करने या कैसे व्यक्तिगत रोगियों के उपचार के लिए प्रतिक्रिया का मूल्यांकन करने के लिए अनुकूल है । अपने रिश्तेदार आसानी और सुरक्षित repeatability के कारण, विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग, सामान्य रूप में, जो बड़े प्रभाव और/या समय के साथ लोगों की एक बड़ी संख्या का अध्ययन करने के लिए इच्छा के लिए एक आदर्श तकनीक है या कई विभिन्न नैदानिक स्थानों में.
मूल1तकनीक का वर्णन प्रकाशन के बाद, विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग (svi) तेजी से खारा जलसेक, आसन, व्यायाम के प्रभाव पर ध्यान केंद्रित अध्ययन में इस्तेमाल किया गया है, और ब्रोन्कोकन्सट्रिक्शन2,3 , 4 । , 14 , 15. तकनीक के लिए विशिष्ट वेंटिलेशन की पूरी फेफड़ों विषमता का अनुमान करने की क्षमता अच्छी तरह से स्थापित कई सांस धुनाई परीक्षण7 और अधिक हाल ही में, एक क्षेत्रीय एक पार सत्यापन किया गया था का उपयोग कर मांय किया गया है, द्वारा SVI तुलना और hyperpolarized गैस एकाधिक सांस विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग16। मानव फेफड़ों में विशिष्ट वेंटीलेशन का मात्रात्मक मानचित्रण करने में सक्षम यह विश्वसनीय और आसानी से तैनात की जाने वाली तकनीक में श्वसन रोग के शीघ्र पता लगाने और निदान में महत्वपूर्ण योगदान करने की क्षमता है । यह भी क्षेत्रीय फेफड़ों असामान्यताओं की मात्रा को निर्धारित करने के लिए नए अवसर प्रस्तुत करता है और चिकित्सा द्वारा प्रेरित परिवर्तन का पालन करें. क्षेत्र में ये परिवर्तन विशिष्ट फेफड़ों समारोह, जो SVI हमें पहली बार के लिए उपाय करने के लिए सक्षम बनाता है, दवाओं और साँस चिकित्सा के प्रभाव का आकलन करने के लिए biomarkers बनने की क्षमता है, और नैदानिक परीक्षणों में एक अत्यंत उपयोगी उपकरण हो सकता है.
इस अनुच्छेद के प्रयोजन के लिए विस्तार में और एक दृश्य रूप में विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग की पद्धति मौजूद है, इस प्रकार और अधिक केंद्रों के लिए तकनीक के प्रसार के लिए योगदान दे रहा है ।
Protocol
Representative Results
Discussion
विशिष्ट वेंटिलेशन इमेजिंग मानव फेफड़ों में विशिष्ट वेंटिलेशन के स्थानिक वितरण के मात्रात्मक मानचित्रण की अनुमति देता है । SVI के लिए विकल्प मौजूद हैं, लेकिन कुछ तरीके से सीमित हैं: एकाधिक सांस धोने विष?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम राष्ट्रीय हृदय, फेफड़े और रक्त संस्थान (NHLBI) (अनुदान R01 HL-०८०२०३, R01 HL-०८११७१, R01 HL-१०४११८ और R01-HL119263) और राष्ट्रीय अंतरिक्ष जैव चिकित्सा अनुसंधान संस्थान (राष्ट्रीय एयरोनॉटिक्स और अंतरिक्ष प्रशासन अनुदान एनसीसी द्वारा समर्थित किया गया था 9-58). एट Geier NHLBI अनुदान F30 HL127980 द्वारा समर्थित था ।
Materials
| 3D-printed flow bypass system | |||
| Face mask | Hans Rudolph | 7400 series Oro-nasal mask, different sizes | |
| Gas/oxygen regulator | |||
| Mask head set | Hans Rudolph | 7400 compatible head set | |
| Matlab | Mathworks | analysis software developed locally | |
| Medical oxygen | Air Liquide/Linde | Oxygen to be delivered to the subject | |
| MRI | GE healthcare | 1.5 T GE HDx Excite twin-speed scanner | |
| Plastic tubing | ¼”, 3/8” and 1/2” tubing and connectors | ||
| Pulse oximeter | Nonin | 7500 FO (MR compatible) | |
| Switch valve | |||
| Torso coil | GE healthcare | High gain torso coil for GE scanner |
Referências
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