获取肺通气的超极化 129Xe 磁共振图像

摘要

超极化 ¹²⁹Xe 磁共振成像 （MRI） 是一种研究肺功能区域分辨方面的方法。这项工作提出了肺通气超极化 ¹²⁹Xe MRI 的端到端标准化工作流程，特别关注脉冲序列设计、 ¹²⁹Xe 剂量制备、扫描工作流程和受试者安全监测的最佳实践。

摘要

超极化 ¹²⁹Xe MRI 包括一系列独特的结构和功能肺成像技术。鉴于最近 FDA 批准 ¹²⁹Xe 作为 MR 造影剂，以及研究和临床机构对 ¹²⁹Xe MRI 的兴趣增加，跨站点的技术标准化变得越来越重要。 ¹²⁹Xe MRI 临床试验联盟 （Xe MRI CTC） 的成员已就 ¹²⁹Xe MRI 工作流程的每个关键方面的最佳实践达成一致，这些建议在最近的出版物中进行了总结。这项工作提供了实用信息，以开发端到端的工作流程，用于根据 Xe MRI CTC 建议收集 ¹²⁹张肺通气的 Xe MR 图像。将讨论和演示用于 MR 研究的 ¹²⁹Xe 的制备和管理，具体主题包括为整个研究和单个 MR 扫描选择合适的气体量、单个 ¹²⁹Xe 剂量的制备和交付，以及在研究期间监测受试者安全性和 ¹²⁹Xe 耐受性的最佳实践。还将涵盖关键的 MR 技术考虑因素，包括脉冲序列类型和优化参数、 ¹²⁹Xe 翻转角度和中心频率的校准以及 ¹²⁹Xe MRI 通气图像分析。

引言

超极化 ¹²⁹Xe MRI 是一种令人兴奋的工具，可用于非侵入性、空间分辨表征和量化肺功能的特定方面 ^1,2,3。采集和重建方法类似于解剖质子 MRI 中使用的方法，可产生肺部吸入 ¹²⁹Xe 的图像，从而可以可视化非通气肺区域和通气分布的区域分辨量 4,5,6,7,8 .更先进的脉冲序列和分析技术可产生进一步的补充信息，包括通过光谱 MRI^{9、10、11、12、13} 量化肺泡和肺毛细血管之间的气体交换效率，以及通过....

研究方案

所有涉及人类受试者的研究都必须得到机构审查委员会 （IRB） 的批准。IRB 参与对于监管批准的 ¹²⁹Xe MRI 临床使用不是必需的。在参与研究之前，必须向潜在受试者提供经批准的知情同意书。获得同意的人必须解释文件的内容，包括研究的目的、程序、益处和风险，必须回答任何问题，并且必须获得受试者的同意才能继续进行研究，如受试者在知情同意书上的签名所记录的那样。对于儿科受试者或其他特殊情况，必须遵循经批准的征得同意的做法。下面描述的协议遵循弗吉尼亚大学 IRB 的指南，本手稿中的示例案例受试者已签署弗吉尼亚大学 IRB 批准的同意书（IRB 13647、16215、16885、19569）。

1. ¹²⁹Xe MRI 的硬件和脉冲序列的准备

注意：在扫描任何人类受试者之前，应执行步骤 1 下的协议步骤。它们不需要为每个主题重复。

1. 验证 MRI 扫描仪是否能够进行包括 ¹²⁹Xe 在内的多核操作。
2. 如果需要，使用专用的线圈到扫描仪接口盒，验证 ¹²⁹Xe 射频 （RF） 线圈是否可以连接到 MRI 扫描仪。
3. 如果扫描仪制造商需要，请验证是否安装了用于将 ¹²⁹Xe 射频线圈连接到 MRI 扫描仪的合适软件（通常称为线圈文件）....

讨论

上述通气和解剖学 MRI 方法旨在最大限度地提高图像质量和 SNR，同时保持实现的简单性 - 这些序列协议通常可以从供应商的产品脉冲序列中调整，前提是启用多核操作，并且图像将在扫描仪计算机上自动重建。这里描述的 2D 方法的一个缺点是使用切片选择性激发射频脉冲，由于扫描过程中吸入的超极化 ¹²⁹Xe 的 T₁ 弛豫，在 ¹²⁹Xe 通气采集中较早收集的切片之间引入了信号差.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
1.5T or 3T human MRI scanner	Siemens		MAGNETOM Symphony (1.5T) or Vida (3T); older models fine, as long as multinuclear option is/can be installed; scanners also available from GE and Philips
129Xe hyperpolarizer	Polarean	9820
129Xe MRI phantom
129Xe MRI vest coil	Clinical MR Solutions		Also available from other vendors
129Xe polarization measurement station	Polarean	2881
1H MRI phantom
Coil file for 129Xe MRI vest coil			Also available from other vendors for their respective coils
ECG machine
Helium buffer gas
Interface box from coil to scanner			May be built into coil, but needs to be included separately if not
Liquid nitrogen
MRI-safe pulse oximeter	Philips	Expression MR200
Nitrogen buffer gas
PFT machine
Programming/image analysis software	MATLAB	R2023a	Various other options available
Pulse sequence design software	Siemens		IDEA software package; also available from GE and Philips for their respective scanners
Scanner multinuclear option	Siemens		Scanner integrated hardware/software package; also available from GE and Philips for their respective scanners
Tedlar gas sampling bags (500, 750, 1000, 1250, 1500 mL)
Xenon gas (129Xe isotopically enriched)