O manuscrito apresenta um protocolo detalhado para o uso da recuperação de saturação por deslocamento químico (CSSR) hiperpolarizada de Xenon-129 para rastrear as trocas gasosas pulmonares, avaliar a espessura aparente da parede do septo alveolar e medir a relação superfície-volume. O método tem o potencial de diagnosticar e monitorar doenças pulmonares.
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Artigo de método
Medida quantitativa da estrutura e função pulmonar obtida por espectroscopia de xenônio hiperpolarizada
Neste artigo
Resumo
Resumo
A ressonância magnética (MRI) hiperpolarizada de Xenon-129 (HXe) fornece ferramentas para obter mapas bidimensionais ou tridimensionais de padrões de ventilação pulmonar, difusão de gás, captação de xenônio pelo parênquima pulmonar e outras métricas de função pulmonar. No entanto, ao trocar a resolução espacial pela temporal, também permite o rastreamento da troca gasosa de xenônio pulmonar em uma escala de tempo ms. Este artigo descreve uma dessas técnicas, a espectroscopia de RM de recuperação de saturação por deslocamento químico (CSSR). Ele ilustra como ele pode ser usado para avaliar o volume sanguíneo capilar, a espessura da parede septal e a relação superfície-volume nos alvéolos. O ângulo de inversão dos pulsos de radiofrequência (RF) aplicados foi cuidadosamente calibrado. Protocolos de apneia de dose única e respiração livre de dose múltipla foram empregados para administrar o gás ao sujeito. Uma vez que o gás xenônio inalado atingiu os alvéolos, uma série de pulsos de RF de 90° foi aplicada para garantir a saturação máxima da magnetização de xenônio acumulada no parênquima pulmonar. Após um tempo de atraso variável, os espectros foram adquiridos para quantificar o crescimento do sinal de xenônio devido à troca gasosa entre o volume de gás alveolar e os compartimentos teciduais do pulmão. Esses espectros foram então analisados ajustando funções pseudo-Voigt complexas aos três picos dominantes. Finalmente, as amplitudes de pico dependentes do tempo de atraso foram ajustadas a um modelo analítico de troca gasosa unidimensional para extrair parâmetros fisiológicos.
Introdução
A ressonância magnética (MRI)1 de Xenônio-129 hiperpolarizado (HXe)1 é uma técnica que oferece informações exclusivas sobre a estrutura, função e processos de troca gasosa pulmonares. Ao amplificar drasticamente a magnetização do gás xenônio por meio do bombeamento óptico de troca de rotação, a ressonância magnética HXe alcança uma melhoria de ordem de magnitude na relação sinal-ruído em comparação com a ressonância magnética de xenônio polarizada termicamente 2,3,4,5,6.
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Protocolo
NOTA: Embora a técnica de espectroscopia de RM CSSR de xenônio-129 hiperpolarizada descrita aqui seja comumente usada para imagens de animais e humanos, o protocolo abaixo refere-se apenas a estudos em humanos. Todos os protocolos de imagem aderiram às limitações da taxa de absorção específica (SAR) da FDA (4 W/kg) e foram aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade da Pensilvânia. O consentimento informado foi obtido de cada sujeito.
1. Projeto de sequência de pulso
- Decida se deseja realizar uma medição de apneia ou respiração livre.
NOTA: As aquisições de apneia são tecnicamente mais simp....
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Resultados
A Figura 2 ilustra um espectro típico de xenônio observado no pulmão humano durante uma apneia, após a inalação de 500 mL de dose de xenônio. O espectro exibe duas regiões distintas, a ressonância GP em torno de 0 ppm e a região DP, que consiste no pico da membrana em aproximadamente 197 ppm e o pico dos glóbulos vermelhos em aproximadamente 217 ppm. As amplitudes de pico relativas dependem de vários fatores, incluindo a forma, duração e frequência central do pulso de excitação de RF, bem co.......
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Discussão
A espectroscopia de RM HXe CSSR é uma técnica poderosa para avaliar várias métricas de função pulmonar que seriam difíceis ou impossíveis de quantificar in vivo usando qualquer outra modalidade diagnóstica existente24. No entanto, a aquisição e a análise subsequente dos dados são baseadas em certas suposições sobre condições fisiológicas e parâmetros técnicos que nunca são totalmente alcançáveis em indivíduos vivos. Essas limitações e seu impacto na interpretação das métricas extraídas se.......
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Divulgações
Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar.
Agradecimentos
Este trabalho foi apoiado por bolsas do NIH R01HL159898 e R01HL142258.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Pneumotach bidirecional | B& B Medical AccutachTM | ||
| Colete de Peito Bobina | Soluções de RM | Clínica Máscara Facial Tamanho Adulto | |
| Hans Rudolph | 7450 | ||
| Matlab | Mathworks | Release 2018a | Caixa de Ferramentas de Otimização necessária |
| Sistema de Monitoramento Fisiológico | BIOPAC Systems Inc | ||
| Bolsa Tedlar Jensen | Produtos | 250-mL e 500-mL; bolsa especializada em PVF | |
| Polarizador | Xenon Xemed LLC | X-box E10 | |
| Scanner de ressonância magnética de corpo inteiro | Siemens | 1.5 T Avanto |
Referências
- Albert, M. S., et al. Biological magnetic resonance imaging using laser-polarized 129Xe. Nature. 370 (6486), 199-201 (1994).
- Happer, W. Optical Pumping. Rev Mod Phys. 44 (2), 169-250 (1972).
- Appelt, S., et al.
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Reimpressões e permissões
