El yazması, pulmoner gaz değişimini izlemek, görünür alveolar septal duvar kalınlığını değerlendirmek ve yüzey-hacim oranını ölçmek için hiperpolarize Xenon-129 kimyasal kayma doygunluk geri kazanımı (CSSR) kullanmak için ayrıntılı bir protokol sunmaktadır. Yöntem, akciğer hastalıklarını teşhis etme ve izleme potansiyeline sahiptir.
Hiperpolarize Ksenon-129 (HXe) manyetik rezonans görüntüleme (MRG), akciğer ventilasyon paternlerinin, gaz difüzyonunun, akciğer parankimi tarafından Ksenon alımının ve diğer akciğer fonksiyon ölçümlerinin 2 veya 3 boyutlu haritalarını elde etmek için araçlar sağlar. Bununla birlikte, zamansal çözünürlük için uzamsal ticaret yaparak, aynı zamanda pulmoner Ksenon gaz değişiminin ms zaman ölçeğinde izlenmesini de sağlar. Bu makale, böyle bir teknik olan kimyasal kayma doygunluk geri kazanımı (CSSR) MR spektroskopisini açıklamaktadır. Alveollerde kılcal kan hacmini, septum duvar kalınlığını ve yüzey-hacim oranını değerlendirmek için nasıl kullanılabileceğini gösterir. Uygulanan radyofrekans darbelerinin (RF) çevirme açısı dikkatlice kalibre edildi. Gazın deneğe uygulanması için tek doz nefes tutma ve çok doz serbest solunum protokolleri kullanıldı. Solunan Ksenon gazı alveollere ulaştığında, akciğer parankiminde biriken Ksenon manyetizasyonunun maksimum doygunluğunu sağlamak için bir dizi 90° RF darbesi uygulandı. Değişken bir gecikme süresinin ardından, alveolar gaz hacmi ile akciğerin doku bölmeleri arasındaki gaz alışverişi nedeniyle Ksenon sinyalinin yeniden büyümesini ölçmek için spektrumlar elde edildi. Bu spektrumlar daha sonra karmaşık yalancı Voigt fonksiyonlarının üç baskın tepe noktasına uydurulmasıyla analiz edildi. Son olarak, gecikme süresine bağlı tepe genlikleri, fizyolojik parametreleri çıkarmak için tek boyutlu bir analitik gaz değişim modeline takıldı.
Hiperpolarize Ksenon-129 (HXe) manyetik rezonans görüntüleme (MRI)1, akciğer yapısı, işlevi ve gaz değişim süreçleri hakkında benzersiz bilgiler sunan bir tekniktir. HXe MRI, spin değişimli optik pompalama yoluyla Xenon gazının manyetizasyonunu önemli ölçüde artırarak, termal olarak polarize Xenon MRI 2,3,4,5,6’ya kıyasla sinyal-gürültü oranında büyüklük sırası iyileştirmesi sağlar. Bu hiperpolarizasyon, aksi takdirde geleneksel termal olarak polarize MRI7 ile tespit edilemeyecek olan akciğer dokusuna ve kana Xenon gazı alımının doğrudan görselleştirilmesini ve ölçülmesini sağlar.
Kimyasal kayma doygunluğu geri kazanımı (CSSR) MR spektroskopisi 8,9,10,11,12,13’ün en değerli HXe MRG tekniklerinden biri olduğu kanıtlanmıştır. CSSR, frekansa özgü radyofrekans (RF) darbeleri kullanılarak akciğer dokusunda ve kanda çözünmüş Xenon’un manyetizasyonunun seçici olarak doyurulmasını içerir. Çözünmüş faz (DP) sinyalinin, hava boşluklarında taze hiperpolarize Ksenon gazı ile ms zaman ölçeğinde değiş tokuş yaparken müteakip geri kazanımı, akciğer parankimi hakkında önemli fonksiyonel bilgiler sunar.
2000’li yılların başındaki gelişiminden bu yana, CSSR spektroskopisinin arkasındaki teknikler aşamalı olarak rafine edilmiştir 14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Ayrıca, Ksenon alım eğrilerinin modellenmesindeki ilerlemeler, alveolar duvar kalınlığı ve pulmoner geçiş süreleri gibi spesifik fizyolojik parametrelerin çıkarılmasını sağlamıştır 10,24,25,26. Çalışmalar, CSSR’nin klinik olarak sağlıklı sigara içenlerde27 ve ayrıca kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH)18,27,28, fibroz29 ve radyasyona bağlı akciğer hasarı30,31 dahil olmak üzere bir dizi akciğer hastalığında bulunan pulmoner anormallikler şeklinde akciğer mikroyapısındaki ve gaz değişim verimliliğindeki ince değişikliklere duyarlılığını göstermiştir . CSSR spektroskopisinin, kardiyak döngü32 sırasında pulsatil kan akışına karşılık gelen DP sinyalindeki salınımları tespit etmek için hassas olduğu da gösterilmiştir.
Önemli ilerlemeler kaydedilmiş olsa da, klinik MRI sistemlerinde CSSR spektroskopisinin uygulanmasında pratik zorluklar devam etmektedir. 10 saniyeye yaklaşan tek doz nefes tutma gerektiren tarama süreleri, pediatrik denekler 33,34 veya ciddi akciğer hastalığıolan hastalar35,36 için çok uzun olabilir. Ek olarak, doygunluk gecikme sürelerinin sırası veya çözünmüş faz doygunluğunun etkinliği gibi edinim parametreleri uygun şekilde optimize edilmezse, teknik ölçüm yanlılıklarına karşı hassastır21. Bu sınırlamaları ele almak ve CSSR’yi daha geniş araştırma topluluğu için daha erişilebilir hale getirmek için, şu anda geliştirilmekte olan hem geleneksel nefes tutma hem de serbest nefes alma edinimleri için açık, adım adım protokollere ihtiyaç vardır.
Bu makalenin amacı, HXe gazı kullanarak optimize edilmiş CSSR MR spektroskopisi gerçekleştirmek için ayrıntılı bir metodoloji sunmaktır. Protokol, Xenon gazının polarizasyonu ve dağıtımı, RF darbe kalibrasyonu, dizi parametresi seçimi, konu hazırlama, veri toplama ve veri analizindeki temel adımları kapsayacaktır. Deneysel sonuçlara örnekler verilecektir. Bu kapsamlı kılavuzun, sahalar arasında CSSR uygulamaları için bir temel oluşturacağı ve bir dizi akciğer hastalığında akciğer mikroyapısal değişikliklerini ölçmek için bu tekniğin tam potansiyelini gerçekleştirmeye yardımcı olacağı umulmaktadır.
HXe CSSR MR spektroskopisi, mevcut herhangi bir tanı modalitesi24 kullanılarak in vivo olarak ölçülmesi zor veya imkansız olan çeşitli solunum fonksiyon metriklerini değerlendirmek için güçlü bir tekniktir. Bununla birlikte, elde etme ve müteakip veri analizi, canlı deneklerde hiçbir zaman tam olarak elde edilemeyen fizyolojik koşullar ve teknik parametreler hakkında belirli varsayımlara dayanmaktadır. Bu sınırlamalar ve ayıklanan metriklerin yorumlanması üzerinde…
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma, NIH hibeleri R01HL159898 ve R01HL142258 tarafından desteklenmiştir.
Bi-directional Pneumotach | B&B Medical AccutachTM | ||
Chest Vest Coil | Clinical MR Solutions | Adult Size | |
Face Mask | Hans Rudolph | 7450 | |
Matlab | Mathworks | Release 2018a | Optimization Toolbox required |
Physiological Monitoring System | BIOPAC Systems Inc | ||
Tedlar Bag | Jensen Inert Products | 250-mL and 500-mL; specialised PVF bag | |
Xenon Polarizer | Xemed LLC | X-box E10 | |
Whole-body MRI Scanner | Siemens | 1.5 T Avanto |