Aufnahme von hyperpolarisierten 129Xe-Magnetresonanzbildern der Lungenbeatmung

Zusammenfassung

Die hyperpolarisierte ¹²⁹Xe-Magnetresonanztomographie (MRT) ist eine Methode zur Untersuchung regional aufgelöster Aspekte der Lungenfunktion. Diese Arbeit stellt einen standardisierten End-to-End-Workflow für hyperpolarisierte ¹²⁹Xe-MRT der Lungenbeatmung vor, mit besonderem Augenmerk auf das Design der Pulssequenz, die ¹²⁹Xe-Dosisvorbereitung, den Scan-Workflow und Best Practices für die Überwachung der Probandensicherheit.

Zusammenfassung

Die hyperpolarisierte ¹²⁹Xe-MRT umfasst eine einzigartige Palette struktureller und funktioneller Lungenbildgebungstechniken. Die Standardisierung der Technik über Standorte hinweg wird angesichts der kürzlich erfolgten FDA-Zulassung von ¹²⁹Xe als MR-Kontrastmittel und des zunehmenden Interesses an ¹²⁹Xe MRT in Forschung und klinischen Einrichtungen immer wichtiger. Die Mitglieder des ¹²⁹Xe MRI Clinical Trials Consortium (Xe MRI CTC) haben sich auf Best Practices für jeden der Schlüsselaspekte des ¹²⁹Xe MRT-Workflows geeinigt, und diese Empfehlungen sind in einer kürzlich erschienenen Veröffentlichung zusammengefasst. Diese Arbeit liefert praktische Informationen zur Entwicklung eines End-to-End-Workflows für die Erfassung von ¹²⁹Xe-MRT-Bildern der Lungenbeatmung gemäß den Xe-MRT-CTC-Empfehlungen. Die Vorbereitung und Verabreichung von ¹²⁹Xe für MR-Studien wird diskutiert und demonstriert, wobei spezifische Themen wie die Auswahl geeigneter Gasvolumina für gesamte Studien und für einzelne MR-Scans, die Vorbereitung und Verabreichung einzelner ¹²⁹Xe-Dosen sowie bewährte Verfahren zur Überwachung der Sicherheit der Probanden und der ¹²⁹Xe-Verträglichkeit während der Studien behandelt werden. Wichtige technische Überlegungen zur MR werden ebenfalls behandelt, einschließlich Pulssequenztypen und optimierter Parameter, Kalibrierung des ¹²⁹Xe-Flip-Winkels und der Mittenfrequenz sowie ¹²⁹Xe-MRT-Beatmungsbildanalyse.

Einleitung

Die hyperpolarisierte ¹²⁹Xe-MRT ist ein spannendes Werkzeug für die nicht-invasive, ortsaufgelöste Charakterisierung und Quantifizierung spezifischer Aspekte der Lungenfunktion ^1,2,3. Erfassungs- und Rekonstruktionsansätze, die denen der anatomischen Protonen-MRT ähneln, liefern Bilder von inhaliertem ¹²⁹Xe in der Lunge, die eine Visualisierung von nicht beatmeten Lungenregionen und eine regionsaufgelöste Quantifizierung der Beatmungsverteilung ermöglichen 4,5,6,7,8

Protokoll

Alle Forschungen am Menschen müssen von einem institutionellen Prüfungsausschuss (IRB) genehmigt werden. Die Beteiligung des IRB ist für die behördlich zugelassene klinische Verwendung der 129-Xe-MRT nicht erforderlich. Vor der Teilnahme an einer Forschungsstudie müssen potenzielle Probanden eine genehmigte Einwilligungserklärung erhalten. Die Person, die die Einwilligung einholt, muss den Inhalt des Dokuments erläutern, einschließlich des Zwecks, der Verfahren, des Nutzens und der Risiken der Studie, muss alle Fragen beantworten und die Zustimmung des Probanden einholen, um mit der Studie fortzufahren, wie durch die Unterschrift des Probanden auf der Einwi....

Diskussion

Die oben beschriebenen Beatmungs- und anatomischen MRT-Ansätze sind so konzipiert, dass sie die Bildqualität und das SNR maximieren und gleichzeitig die Einfachheit der Implementierung beibehalten - diese Sequenzprotokolle können im Allgemeinen an die Impulssequenzen der Herstellerprodukte angepasst werden, sofern der multinukleare Betrieb aktiviert ist, und die Bilder werden automatisch auf dem Scannercomputer rekonstruiert. Ein Nachteil der hier beschriebenen 2D-Ansätze ist die Verwendung von schnittselektiven Anre.......

Materialien

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)