Magnetic Resonance Imaging Kvantifiering av pulmonell perfusion med kalibrerad Arteriell Spin Labeling
Summary
En MR-metod för att studera fördelningen av pulmonell blodflöde under olika fysiologiska förhållanden, i detta fall exponering mot tre olika inspirerade syrehalter: hypoxi, normoxia och hyperoxia, beskrivs. Denna teknik utnyttjar människors lungor tekniker fysiologi forskning i en MR-skanning miljö.
Abstract
Detta visar en MR-metod för att mäta den geografiska fördelningen av pulmonell blodflödet hos friska försökspersoner under normoxia (inspirerad O 2, fraktion (F I O 2) = 0,21) hypoxi (F I O 2 = 0,125) och hyperoxia (F Jag O 2 = 1,00). Dessutom är de fysiologiska reaktioner av motivet övervakas i MR miljö. MR-bilder erhölls på en 1,5 T GE magnetkamera under ett andetag håll från en sagittal bit i höger lunga vid funktionell kvarvarande kapacitet. En arteriell spin märkning sekvens (ASL-rättvisare) användes för att mäta den geografiska fördelningen av pulmonell blodflöde 1,2 och en multi-eko snabb gradient eko (mGRE) sekvens 3 har använts för att kvantifiera de regionala protonen (dvs. H 2 O) densitet, vilket gör att kvantifiering av tätheten-normaliserade perfusion för varje Voxel (milliliter blod per minut per gram lungvävnad).
Med en pneumatisk växling ventil och ansiktsmask försedd med en 2-vägs icke-återandningssystem ventil, var olika syrehalter introducerades till ämnet i MR bildläsare via den inandade gasen slangen. En metaboliska varukorg samlas expiratorisk gas via exspiratoriska slang. Blandad expiratorisk O 2 och CO 2 koncentrationer, syreförbrukning, koldioxid produktionen, andningsorganen utbytesrelationen, andnings frekvens och tidalvolym mättes. Puls och syremättnad kontrollerades med hjälp av puls-pulsoximetri. Uppgifter som erhållits från en normal ämne visade att, som väntat, var pulsen högre i hypoxi (60 BPM) än under normoxia (51) eller hyperoxia (50) och arteriell syremättnad (SpO 2) minskade under hypoxi till 86%. Mean ventilationen var 8,31 l / BTPS min under hypoxi, 7,04 l / min under normoxia och 6,64 l / min under hyperoxia. Tidal volym var 0,76 L under hypoxi, 0,69 L under normoxia och 0,67 L under hyperoxia.
Representant kvantifieras ASL data visade att den genomsnittliga tätheten normaliserade perfusion var 8,86 ml / min / g under hypoxi, 8,26 ml / min / g under normoxia och 8,46 ml / min / g under hyperoxia, respektive. I detta ämne var den relativa spridningen 4, ett index på global heterogenitet, ökade i hypoxi (1,07 vid hypoxi, 0,85 under normoxia och 0,87 under hyperoxia) medan den fraktala dimensionen (Ds), en annan index heterogenitet avspeglar vaskulär förgrenade struktur, var oförändrade (1,24 vid hypoxi, 1,26 under normoxia och 1,26 under hyperoxia).
Översikt. Detta protokoll kommer att visa förvärvet av data för att mäta fördelningen av pulmonell perfusion noninvasivt under förhållanden normoxia, hypoxi och hyperoxia hjälp av en magnetisk teknik resonanstomografi kallas arteriell spin märkning (ASL).
Motivering: Mätning av pulmonell blodflödet och lunga proton densitet med hjälp av MR-tekniken ger hög rumslig upplösning som kan kvantifieras och förmågan att utföra upprepade mätningar under flera olika fysiologiska förhållanden. I humanstudier är PET, SPECT och CT används ofta som alternativa tekniker. Men dessa tekniker innebär exponering för joniserande strålning, och därför inte lämpar sig för upprepade mätningar på människor.
Protocol
Discussion
Denna metod möjliggör mätning av effekterna av inspirerade syrgaskoncentrationen om den rumsliga fördelningen av pulmonell blodflöde med hjälp av grundläggande fysiologiska tekniker i MR miljö. Användningen av fysiologiska tekniker i kombination med kvantitativa proton avbildning av lungan är relativt lätt att genomföra.
För att säkerställa en god kvalitet test, är det viktigaste steget utbildning i ämnet att andas håll vid rätt lungvolym och synkront med bildbehandling se…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Med stöd av 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).
