Resolución de problemas y control de calidad en imágenes de resonancia magnética de xenón hiperpolarizado: herramientas para la adquisición de imágenes de alta calidad
Summary
Aquí, presentamos un protocolo para obtener imágenes de resonancia magnética de xenón-129 hiperpolarizadas de alta calidad, que cubre hardware, software, adquisición de datos, selección de secuencias, gestión de datos, utilización del espacio k y análisis de ruido.
Abstract
La resonancia magnética de xenón hiperpolarizada (HP) (RM de 129Xe) es una modalidad de diagnóstico por imágenes recientemente aprobada por la Administración Federal de Medicamentos (FDA, por sus siglas en inglés) que produce imágenes de alta resolución de un aliento inhalado de gas xenón para la investigación de la función pulmonar. Sin embargo, la implementación de la RM 129Xe es un desafío único, ya que requiere hardware y equipos especializados para la hiperpolarización, la adquisición de bobinas de imágenes de xenón y software de bobinas, el desarrollo y la compilación de secuencias de imágenes de RM multinucleares y la reconstrucción/análisis de los datos adquiridos. Sin la experiencia adecuada, estas tareas pueden ser desalentadoras, y la falta de adquisición de imágenes de alta calidad puede ser frustrante y costosa. Aquí, presentamos algunos protocolos de control de calidad (QC), prácticas de resolución de problemas y herramientas útiles para129sitios de resonancia magnética Xe, que pueden ayudar en la adquisición de datos optimizados y de alta calidad y resultados precisos. El debate comenzará con una descripción general del proceso de implementación de la resonancia magnética HP 129Xe, incluidos los requisitos para un laboratorio de hiperpolarizadores, la combinación de hardware/software de la bobina de resonancia magnética 129Xe, la adquisición de datos y las consideraciones de secuencia, las estructuras de datos, el espacio k y las propiedades de la imagen, y las características de señal y ruido medidas. Dentro de cada uno de estos pasos necesarios se encuentran las oportunidades para errores, desafíos y sucesos desfavorables que conducen a una mala calidad de imagen o imágenes fallidas, y esta presentación tiene como objetivo abordar algunos de los problemas más comunes. En particular, la identificación y caracterización de los patrones de ruido anómalos en los datos adquiridos es necesaria para evitar artefactos de imagen e imágenes de baja calidad; Se darán ejemplos y se discutirán estrategias de mitigación. Nuestro objetivo es facilitar el proceso de implementación de la resonancia magnética 129Xe para los nuevos sitios, al tiempo que proporcionamos algunas pautas y estrategias para la resolución de problemas en tiempo real.
Introduction
Durante más de un siglo, la evaluación de la función pulmonar se ha basado principalmente en mediciones globales de espirometría y pletismografía corporal. Sin embargo, estas pruebas tradicionales de función pulmonar (PFP) tienen una capacidad limitada para captar los matices regionales de la enfermedad en estadio temprano y los cambios sutiles en el tejido pulmonar1. La medicina nuclear con radiotrazadores inhalados se ha utilizado ampliamente para la evaluación de los desajustes de ventilación/perfusión comúnmente asociados con los émbolos pulmonares, pero esto implica radiación ionizante y produce una resolución más baja. Por el contrario, la tomografía computarizada (TC) se ha convertido en el estándar de oro para la obtención de imágenes pulmonares, ya que ofrece una claridad espacial y temporal excepcional en comparación con las imágenes nucleares2. Si bien las tomografías computarizadas de baja dosis pueden mitigar la exposición a la radiación, aún se debe considerar el riesgo potencial de radiación 3,4. La resonancia magnética de protones del pulmón es poco frecuente debido a la baja densidad tisular del pulmón y a la rápida disminución de la señal del tejido pulmonar, aunque los avances recientes ofrecen información funcional a pesar de la posible baja señal. Por otro lado, la resonancia magnética de xenón hiperpolarizada (HP 129Xe MRI) es una modalidad no invasiva que permite obtener imágenes de la función pulmonar con especificidad regional 5,6. Produce una alta magnetización nuclear en desequilibrio del gas en cantidades de litros. A continuación, el gas inerte es inhalado por un sujeto dentro del escáner de RM durante una sola respiración y el escáner obtiene imágenes directamente de él. Por lo tanto, el gas inhalado se visualiza directamente en lugar del tejido en sí. Esta técnica se ha utilizado para evaluar la ventilación pulmonar en muchas enfermedades, como el asma, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), la fibrosis quística, la fibrosis pulmonar idiopática, la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19) y muchas otras3. En diciembre de 2022, la FDA de los Estados Unidos aprobó la resonancia magnética HP 129Xe como agente de contraste de ventilación por resonancia magnética para su uso en los Estados Unidos de América (EE. UU.) en adultos y pacientes pediátricos a partir de los 12 años7. Los médicos ahora pueden usar la resonancia magnética 129Xe para brindar una mejor atención a los pacientes con planes de tratamiento mejorados o personalizados.
Históricamente, la resonancia magnética clínica se centra exclusivamente en obtener imágenes de núcleos de hidrógeno (protones) que abundan en casi todas las vísceras humanas. Los escáneres de resonancia magnética, las secuencias y el control de calidad generalmente son mantenidos por el fabricante del escáner como parte de la licencia y garantía del sitio. Sin embargo, 129Xe requiere un escáner de RM con capacidad multinuclear y ha requerido un equipo de investigación dedicado para poner en funcionamiento el hiperpolarizador, bobinas de radiofrecuencia (RF) hechas a medida, secuencias de pulsos dedicadas y software de reconstrucción/análisis fuera de línea. Cada uno de estos componentes puede ser suministrado por proveedores externos o desarrollado internamente. Por lo tanto, la carga del control de calidad generalmente recae en el equipo de investigación de 129Xe y no en el fabricante del escáner o en un tercero individual. Por lo tanto, la adquisición constante de datos de alta calidad de 129Xe es un desafío único, ya que cada componente del proceso de resonancia magnética de 129Xe presenta el potencial de error, que debe ser monitoreado de cerca por el equipo de 129Xe. Estas situaciones no solo pueden ser extremadamente frustrantes, ya que los investigadores tienen que solucionar e investigar las posibles causas de cualquier desafío que pueda haber surgido, sino que pueden ser muy costosas, ya que esto ralentiza las imágenes de los pacientes y el reclutamiento de sujetos. Algunos costos asociados con la resolución de problemas incluyen los costos de tiempo de resonancia magnética, la hiperpolarización de 129Xe, que implica el consumo de diferentes gases, y el uso de materiales. Además, con la reciente aprobación de la FDA y el crecimiento de las imágenes de 129Xe, es necesario proporcionar un protocolo estandarizado para el control de calidad a fin de evitar problemas y contratiempos comunes en la operación de 129Xe 8,9.
Aquí, presentamos algunos de los problemas más comunes que se encuentran en la resonancia magnética 129Xe, incluidas las fallas de la bobina de RF, la aparición de varios perfiles de ruido que conducen a una baja relación señal-ruido (SNR) e imágenes de mala calidad10. Nuestro objetivo es proporcionar algunas pautas y protocolos de control de calidad (QC) concisos para garantizar la adquisición de datos de imágenes de alta calidad y solucionar algunos de los problemas más comunes que pueden surgir en la resonancia magnética de 129Xe. La información proporcionada aquí también es relevante para la resolución de problemas de helio-3 hiperpolarizado.
Protocol
Representative Results
Discussion
La capacidad de solucionar problemas de resonancia magnética 129Xe es una habilidad necesaria y puede ayudar a mitigar los problemas en tiempo real. Hasta que se pueda comprar una infraestructura de gas hiperpolarizado a una sola parte y obtener el apoyo de los fabricantes de escáneres, estas tareas de control de calidad son responsabilidad exclusiva de los laboratorios individuales. El objetivo de este manuscrito es proporcionar al lector prácticas y sugerencias útiles para el inevitable evento de una mal…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ninguno.
Materials
| Polarization measurement station | Polerean | 42881 | https://polarean.com/ |
| Pressure vessele with plunger valve | Ace glass | 8648-85 | https://www.aceglass.com/html/3dissues/Pressure_Vessels/offline/download.pdf |
| Tedlar bag | Jensen inert | GST381S-0707TJO | http://www.jenseninert.com/ |
| Xenon Hyperpolarizer 9820 | Polerean | 49820 | https://polarean.com/ |
| Xenon loop coil | Clinical MR Solutions | Custom device | https://www.sbir.gov/sbc/clinical-mr-solutions-llc |
| Xenon vest coil | Clinical MR Solutions | Custom device | https://www.sbir.gov/sbc/clinical-mr-solutions-llc |
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