Quantification magnétique Imagerie par Résonance de la perfusion pulmonaire en utilisant Calibré marquage de spins artériels
Summary
Une méthode IRM pour étudier la distribution du débit sanguin pulmonaire sous une variété de conditions physiologiques, dans ce cas à l'exposition trois différentes concentrations d'oxygène inspiré: l'hypoxie, normoxie, hyperoxie et, est décrite. Cette technique utilise des techniques pulmonaires humaines recherche en physiologie dans un environnement de numérisation MR.
Abstract
Cela démontre une méthode IRM pour mesurer la distribution spatiale de la circulation sanguine pulmonaire chez des sujets sains lors de normoxie (inspirée d'O 2, la fraction (F I O 2) = 0.21) hypoxie (F I O 2 = 0,125), et l'hyperoxie (F I O 2 = 1,00). En outre, les réactions physiologiques du sujet sont surveillés dans l'environnement IRM. Images IRM ont été obtenus sur un scanner GE IRM 1,5 T au cours d'une apnée d'une coupe sagittale dans le poumon droit à la capacité résiduelle fonctionnelle. Une séquence de spin artérielle étiquetage (ASL-JUSTE) a été utilisé pour mesurer la distribution spatiale de 1,2 débit sanguin pulmonaire et un multi-écho de gradient rapide écho (mGRE) Séquence 3 a été utilisé pour quantifier le proton régionaux (H 2 O) densité, permettant la quantification de la densité normalisée perfusion pour chaque voxel (sang millilitres par minute et par gramme de tissu pulmonaire).
Avec un pneumatique de vanne de commutation et de masque équipé d'un 2-way non réinhalation vanne, différentes concentrations d'oxygène ont été introduits à ce sujet dans le scanner IRM à travers le tuyau de gaz inspiré. Un panier de gaz expiratoires métaboliques recueillies via un tube expiratoire. Mixte expiratoire de O 2 et concentrations de CO 2, la consommation d'oxygène, la production de dioxyde de carbone, le ratio d'échange respiratoire, la fréquence respiratoire et volume courant ont été mesurés. La fréquence cardiaque et la saturation en oxygène ont été surveillés à l'aide d'impulsions-oxymétrie. Les données obtenues à partir d'un sujet normal a montré que, comme prévu, le rythme cardiaque était plus élevée en hypoxie (60 bpm) que durant normoxie (51) ou hyperoxie (50) et la saturation artérielle en oxygène (SpO 2) a été réduite au cours de l'hypoxie à 86%. Moyenne de ventilation était de 8,31 L / min pendant BTPS hypoxie, 7,04 L / min pendant une normoxie et 6,64 L / min pendant hyperoxie. Volume courant était de 0,76 L durant l'hypoxie, 0,69 L pendant une normoxie et 0,67 L au cours hyperoxie.
Représentant des données quantifiées ASL a montré que la perfusion de densité moyenne normalisée était de 8,86 ml / min / g pendant l'hypoxie, 8,26 ml / min / g pendant normoxie et 8,46 ml / min / g pendant hyperoxie, respectivement. Dans ce sujet, la dispersion relative 4, un indice d'hétérogénéité mondiale, a été augmentée en hypoxie (1,07 durant l'hypoxie, 0,85 au cours normoxie, hyperoxie et 0,87 au cours) tandis que la dimension fractale (DS), un autre indice de l'hétérogénéité reflète vasculaires structure arborescente, est resté inchangé (1,24 durant l'hypoxie, 1,26 au cours normoxie, et 1,26 au cours hyperoxie).
Aperçu. Ce protocole fera la démonstration de l'acquisition de données pour mesurer la distribution de la perfusion pulmonaire non invasive dans des conditions de normoxie, hypoxie, hyperoxie et en utilisant une technique imagerie par résonance magnétique connu comme marquage de spins artériels (ASL).
Justification: La mesure du flux sanguin pulmonaire et densité de protons pulmonaires en utilisant la technique IRM offre des images de grande résolution spatiale qui peut être quantifié et la capacité d'effectuer des mesures répétées dans plusieurs différentes conditions physiologiques. Dans des études humaines, PET, SPECT et CT sont couramment utilisés comme les techniques alternatives. Toutefois, ces techniques entraînent une exposition aux rayonnements ionisants, et donc ne sont pas adaptés pour des mesures répétées chez des sujets humains.
Protocol
Discussion
Cette méthode permet de mesurer les effets de la concentration d'oxygène inspiré sur la distribution spatiale de la circulation sanguine pulmonaire en utilisant les techniques de base physiologique dans l'environnement IRM. L'utilisation de techniques physiologiques en combinaison avec l'imagerie quantitative de protons du poumon est relativement facilement mis en œuvre.
Pour assurer un test de bonne qualité, l'étape la plus importante est la formation fait l'ob…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Soutenu par le NIH HL081171, NIH HL080203
Materials
| Equipment | Company | model |
|---|---|---|
| MRI | GE | 1.5 T GE HDx EXICITE twinspeed scanner |
| Metabolic cart | ParvoMedics | TrueOne 2400 |
| Pulse Oximeter | Nonin | 7500 FO |
| Spirometer | Medical Technologies Andover | EasyOne diagonostic Spirometer |
| Mask | Hans & Rudolph | 7400 series Oro-Nasal Mask, Small, Medium, and Large |
| Valve | Hans & Rudolph | Two-way non-rebreathing valves T-Shape™ configuration, 2600 Medium. 2700 Large |
| Head Set | Hans & Rudolph | Head cap (Adult size), strap & Locking Clips. |
| Pneumatic directional control valve and controller | Hans & Rudolph | Single Piston Sliding-Type™ valve and controller 4285A |
| Non-Diffusing gas collection bag | Hans & Rudolph | 6100 (100 liters). |
| Tube | VacuMed | Clean-Bor Tubing 108”, 1-3/8” OD fittings |
| Phantoms | Mentor | Brest Implant Round, 250cc |
| matlab | The MathWorks |
References
- Bolar, D. S. Quantification of regional pulmonary blood flow using ASL-FAIRER. Magn Reson Med. 55, 1308-1317 (2006).
- Henderson, A. C., Prisk, G. K., Levin, D. L., Hopkins, S. R., Buxton, R. B. Characterizing pulmonary blood flow distribution measured using arterial spin labeling. NMR Biomed. 22, 1025-1035 (2009).
- Theilmann, R. J. Quantitative MRI measurement of lung density must account for the change in T(2) (*) with lung inflation. J Magn Reson Imaging. 30, 527-534 (2009).
- Hopkins, S. R., Garg, J., Bolar, D. S., Balouch, J., Levin, D. L. Pulmonary blood flow heterogeneity during hypoxia and high-altitude pulmonary edema. Am J Respir Crit Care Med. 171, 83-87 (2005).
- Miller, M. R. Standardisation of spirometry. Eur Respir J. 26, 319-338 (2005).
- Hopkins, S. R. Vertical gradients in regional lung density and perfusion in the supine human lung: the Slinky effect. J Appl Physiol. 103, 240-248 (2007).
- Arai, T. J. Hypoxic pulmonary vasoconstriction does not contribute to pulmonary blood flow heterogeneity in normoxia in normal supine humans. J Appl Physiol. 106, 1057-1064 (2009).
- Dawson, C. A. Role of pulmonary vasomotion in physiology of the lung. Physiol Rev. 64, 544-616 (1984).
- Prisk, G. K. Pulmonary perfusion in the prone and supine postures in the normal human lung. J Appl Physiol. 103, 883-894 (2007).
- Henderson, A. C. Steep head-down tilt has persisting effects on the distribution of pulmonary blood flow. J Appl Physiol. 101, 583-589 (2006).
- Levin, D. L. Effects of age on pulmonary perfusion heterogeneity measured by magnetic resonance imaging. J Appl Physiol. 102, 2064-2070 (2007).
- Wasserman, K. H., Sue, D., Casaburi, R., Whipp, B. Calculations, Fomulae, and Examples (Appendix C). Principles of Exercise Testing and Interpretation. , (1999).
