Medida cuantitativa de la estructura y función pulmonar obtenida de la espectroscopia de xenón hiperpolarizado

Resumen

El manuscrito presenta un protocolo detallado para el uso de la recuperación de saturación por desplazamiento químico (CSSR) de Xenon-129 hiperpolarizado para rastrear el intercambio de gases pulmonares, evaluar el grosor aparente de la pared septal alveolar y medir la relación superficie-volumen. El método tiene el potencial de diagnosticar y controlar las enfermedades pulmonares.

Resumen

Las imágenes de resonancia magnética (RM) hiperpolarizadas de Xenon-129 (HXe) proporcionan herramientas para obtener mapas bidimensionales o tridimensionales de los patrones de ventilación pulmonar, la difusión de gases, la absorción de xenón por el parénquima pulmonar y otras métricas de la función pulmonar. Sin embargo, al cambiar el espacio por la resolución temporal, también permite el rastreo del intercambio pulmonar de gases xenón en una escala de tiempo de ms. Este artículo describe una de estas técnicas, la espectroscopia de resonancia magnética con recuperación de saturación por desplazamiento químico (CSSR). Ilustra cómo se puede utilizar para evaluar el volumen sanguíneo capilar, el grosor de la pared septal y la relación superficie-volumen en los alvéolos. El ángulo de inversión de los pulsos de radiofrecuencia (RF) aplicados se calibró cuidadosamente. Se emplearon protocolos de apnea de dosis única y de respiración libre multidosis para administrar el gas al sujeto. Una vez que el gas xenón inhalado alcanzó los alvéolos, se aplicó una serie de pulsos de RF de 90° para garantizar la máxima saturación de la magnetización de xenón acumulada en el parénquima pulmonar. Después de un tiempo de retardo variable, se adquirieron espectros para cuantificar el recrecimiento de la señal de xenón debido al intercambio gaseoso entre el volumen de gas alveolar y los compartimentos tisulares del pulmón. Estos espectros se analizaron ajustando funciones complejas pseudo-Voigt a los tres picos dominantes. Finalmente, las amplitudes de pico dependientes del tiempo de retardo se ajustaron a un modelo analítico unidimensional de intercambio de gases para extraer parámetros fisiológicos.

Introducción

La resonancia magnética (RMN) hiperpolarizada de xenón-129 (HXe)¹ es una técnica que ofrece información única sobre la estructura pulmonar, la función y los procesos de intercambio de gases. Al amplificar drásticamente la magnetización del gas xenón a través del bombeo óptico de intercambio de espín, la resonancia magnética HXe logra una mejora de un orden de magnitud en la relación señal-ruido en comparación con la resonancia magnética de xenón^polarizada térmicamente 2,3,4,5,6.

Protocolo

NOTA: Si bien la técnica de espectroscopía de resonancia magnética hiperpolarizada Xenon-129 CSSR descrita aquí se usa comúnmente para imágenes animales y humanas, el protocolo a continuación se refiere solo a estudios en humanos. Todos los protocolos de imagen se adhirieron a las limitaciones de la tasa de absorción específica (SAR) de la FDA (4 W/kg) y fueron aprobados por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad de Pensilvania. Se obtuvo el consentimiento informado de cada sujeto.

1. Diseño de secuencia de pulsos

1. Decida si realizar una medición de la respiración en apnea o de la respiración libre.

Discusión

La espectroscopia de resonancia magnética HXe CSSR es una técnica potente para evaluar varias métricas de la función pulmonar que serían difíciles o imposibles de cuantificar in vivo utilizando cualquier otra modalidad diagnóstica existente²⁴. Sin embargo, la adquisición y el posterior análisis de los datos se basan en ciertas suposiciones sobre las condiciones fisiológicas y los parámetros técnicos que nunca son totalmente alcanzables en sujetos vivos. Estas limitaciones y su.......

Materiales

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