القياس الكمي لبنية الرئة ووظيفتها التي تم الحصول عليها من مطيافية الزينون شديدة الاستقطاب

Summary

تقدم المخطوطة بروتوكولا مفصلا لاستخدام استعادة تشبع التحول الكيميائي Xenon-129 مفرط الاستقطاب (CSSR) لتتبع تبادل الغازات الرئوية، وتقييم سمك جدار الحاجز السنخي الظاهر، وقياس نسبة السطح إلى الحجم. هذه الطريقة لديها القدرة على تشخيص ومراقبة أمراض الرئة.

Abstract

يوفر التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) Xenon-129 (HXe) أدوات للحصول على خرائط 2 أو 3 أبعاد لأنماط تهوية الرئة ، وانتشار الغاز ، وامتصاص الزينون بواسطة حمة الرئة ، ومقاييس وظائف الرئة الأخرى. ومع ذلك ، من خلال التداول المكاني للدقة الزمنية ، فإنه يتيح أيضا تتبع تبادل غازات الزينون الرئوية على مقياس زمني MS. توضح هذه المقالة إحدى هذه التقنيات، التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي لاستعادة التشبع بالتحول الكيميائي (CSSR). يوضح كيف يمكن استخدامه لتقييم حجم الدم الشعري ، وسمك جدار الحاجز ، ونسبة السطح إلى الحجم في الحويصلات الهوائية. تمت معايرة زاوية الوجه لنبضات الترددات الراديوية المطبقة (RF) بعناية. تم استخدام بروتوكولات حبس النفس بجرعة واحدة وبروتوكولات التنفس الحر متعددة الجرعات لإعطاء الغاز للموضوع. بمجرد وصول غاز الزينون المستنشق إلى الحويصلات الهوائية ، تم تطبيق سلسلة من نبضات التردد اللاسلكي 90 درجة لضمان أقصى تشبع لمغنطة الزينون المتراكمة في حمة الرئة. بعد وقت تأخير متغير ، تم الحصول على أطياف لتحديد إعادة نمو إشارة الزينون بسبب تبادل الغازات بين حجم الغاز السنخي وحجرات الأنسجة في الرئة. ثم تم تحليل هذه الأطياف عن طريق تركيب وظائف Voigt الزائفة المعقدة مع القمم الثلاث السائدة. أخيرا ، تم تركيب سعة الذروة المعتمدة على وقت التأخير في نموذج تبادل الغاز التحليلي أحادي البعد لاستخراج المعلمات الفسيولوجية.

Introduction

التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI⁾ Xenon-129 (HXe) مفرط الاستقطاب هو تقنية تقدم رؤى فريدة حول بنية الرئة ووظيفتها وعمليات تبادل الغازات. من خلال تضخيم مغنطة غاز الزينون بشكل كبير من خلال الضخ البصري للتبادل المغزلي ، يحقق HXe MRI تحسنا كبيرا في نسبة الإشارة إلى الضوضاء مقارنة بالتصوير بالرنين المغناطيسي Xenon المستقطب حراريا^{2،3،4،5،6}. يتيح هذا الاستقطاب المفرط التصور المباشر والقياس الكمي لامتصاص غاز الزينون في أنسجة الرئة والدم ، والذي لا يمكن اكتشافه باستخدام ال....

Protocol

ملاحظة: في حين أن تقنية التحليل الطيفي Xenon-129 CSSR MR شديدة الاستقطاب الموصوفة هنا تستخدم بشكل شائع للتصوير الحيواني والبشري ، يشير البروتوكول أدناه إلى الدراسات البشرية فقط. التزمت جميع بروتوكولات التصوير بقيود معدل الامتصاص النوعي (SAR) لإدارة الغذاء والدواء (4 واط / كجم) وتمت الموافقة عليها من قبل مجلس المراجعة المؤسسية في جامعة بنسلفانيا. تم الحصول على موافقة مستنيرة من كل موضوع.

1. تصميم تسلسل النبض

1. قرر ما إذا كنت تريد إجراء حبس النفس أو قياس التنفس الحر.
   ملاحظة: تعتبر عمليات حبس النفس أبسط من الناحية الفنية لأنها تتطلب فقط استنشاق جرعة واحدة (500 - 1000 مل) من غاز HXe متبوعة بحبس التنفس لمدة 10 ثوان يت....

النتائج

يوضح الشكل 2 طيف زينون نموذجي لوحظ في رئة الإنسان أثناء حبس النفس ، بعد استنشاق 500 مل من جرعة زينون. يعرض الطيف منطقتين متميزتين ، رنين GP حوالي 0 جزء في المليون ، ومنطقة DP ، والتي تتكون من ذروة الغشاء عند حوالي 197 جزء في المليون وذروة خلايا الدم الحمراء عند حوالي 217 جزء في الملي?.......

Discussion

التحليل الطيفي HXe CSSR MR هو تقنية قوية لتقييم العديد من مقاييس وظائف الرئة التي سيكون من الصعب أو المستحيل تحديدها في الجسم الحي باستخدام أي طريقة تشخيصية أخرى موجودة²⁴. ومع ذلك ، فإن الاستحواذ وتحليل البيانات اللاحقة يعتمدان على افتراضات معينة حول الظروف الفسيولوجية والمع.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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