MRI לב רגיש לחמצון עם תמרוני נשימה ואזואקטיביים להערכה לא פולשנית של תפקוד לקוי של כלי הדם הכליליים

Summary

הערכת תפקוד כלי הדם על ידי הדמיית תהודה מגנטית לבבית רגישה לחמצון בשילוב עם תמרוני נשימה וזואקטיביים ייחודית ביכולתה להעריך שינויים דינמיים מהירים בחמצון שריר הלב in vivo ולכן עשויה לשמש כטכניקת אבחון בעלת חשיבות קריטית לתפקוד כלי הדם הכליליים.

Abstract

דימות תהודה מגנטית לבבית רגיש לחמצון (OS-CMR) היא טכניקת אבחון המשתמשת בתכונות הפאראמגנטיות הטבועות בדאוקסיהמוגלבין כמקור אנדוגני לניגודיות רקמות. בשימוש בשילוב עם תמרוני נשימה vasoactive סטנדרטיים (hyperventilation ו apnea) כמו גירוי vasomotor חזק לא פרמקולוגי, OS-CMR יכול לפקח על שינויים חמצון שריר הלב. כימות שינויים כאלה במהלך מחזור הלב ובמהלך תמרונים וזואקטיביים יכול לספק סמנים לתפקוד המאקרו והמיקרו-וסקולרי הכלילי ובכך לעקוף את הצורך בכל חומר ניגוד חיצוני, תוך ורידי או גורמי לחץ פרמקולוגיים.

OS-CMR משתמש ברגישות הידועה של תמונות משוקללות T2* לחמצון הדם. ניתן לרכוש תמונות רגישות לחמצון בכל סורק MRI לבבי באמצעות רצף cine של נקיפה קלינית יציבה (SSFP) סטנדרטי שונה, מה שהופך טכניקה זו לאגנוסטית לספק ומיושמת בקלות. כתמרון נשימה ואזואקטיבי, אנו מיישמים פרוטוקול נשימה של 4 דקות של 120 שניות של נשימה חופשית, 60 שניות של היפרוונטילציה קצבית, ואחריה עצירת נשימה של לפחות 30 שניות. ניתן להעריך את התגובה האזורית והגלובלית של חמצון רקמת שריר הלב לתמרון זה על ידי מעקב אחר השינוי בעוצמת האות. השינוי במהלך 30 השניות הראשונות של עצירת הנשימה שלאחר היפרוונטילציה, המכונה שמורת חמצון שריר הלב המושרה על ידי נשימה (B-MORE) נחקר אצל אנשים בריאים ופתולוגיות שונות. פרוטוקול מפורט לביצוע סריקות CMR רגישות לחמצן עם תמרונים vasoactive מסופק.

כפי שהודגם בחולים עם תפקוד לקוי של כלי הדם במצבים שעדיין לא הובנו לחלוטין, כגון איסכמיה מושרית ללא היצרות עורקים כליליים חסימתית (INOCA), אי ספיקת לב עם מקטע פליטה שמור (HFpEF), או תפקוד לקוי של כלי הדם לאחר השתלת לב, גישה זו מספקת מידע ייחודי, חשוב מבחינה קלינית ומשלים על תפקוד כלי הדם הכליליים.

Introduction

דימות תהודה מגנטית לבבית רגיש לחמצון (OS-CMR) משתמש בתכונות הפאראמגנטיות הטבועות בדאוקסיהמוגלובין כמקור אנדוגני לניגודיות MR ^1,2,3. בשימוש בשילוב עם תמרוני נשימה וזואקטיביים מתוקננים (היפרוונטילציה ודום נשימה) כגירוי וזומוטורי לא תרופתי רב עוצמה, OS-CMR יכול לעקוב אחר שינויים בחמצון שריר הלב כסמן לתפקוד כלי הדם, ובכך לעקוף את הצורך בכל חומר ניגוד חיצוני, תוך ורידי או סוכני לחץ פרמקולוגיים ^4,5,6.

תמרוני נשימה, כולל עצירת נשימה והיפרוונטילציה, הם אמצעים וזואקטיביים יעילים ביותר לשינוי תנועת כלי הדם, ובשל בטיחותם ופשטותם, הם אידיאליים לתנועת כלי דם מבוקרת תלוית אנדותל כחלק מהליך אבחון. מחקרים הראו יעילות נוספת כאשר משלבים היפרוונטילציה^{עם עצירת נשימה 4,7} לאחר מכן, שכן במהלך פרוטוקול כזה, היצרות כלי הדם (באמצעות הירידה הנלווית של פחמן דו חמצני בדם) ואחריה הרחבת כלי דם (עלייה של פחמן דו חמצני בדם); לפיכך, מערכת כלי דם בריאה עוברת דרך כל טווח מ vasoconstriction כדי vasodilation עם עלייה חזקה זרימת הדם שריר הלב, אשר בתורו מגביר חמצון שריר הלב, ובכך, את עוצמת האות הנצפה בתמונות OS-CMR. השימוש בתמונות cine לרכישה מאפשר גם תוצאות פעימות לב עם יחס אות לרעש טוב יותר בהשוואה לעירוי אדנוזין⁸.

תמרוני נשימה יכולים להחליף סוכני לחץ פרמקולוגיים לגרימת שינויים vasoactive שניתן להשתמש בהם להערכת תפקוד כלי הדם הכליליים. זה לא רק מפחית את הסיכון למטופלים, את המאמצים הלוגיסטיים ואת העלויות הנלוות, אלא גם עוזר לספק תוצאות משמעותיות יותר מבחינה קלינית. גורמי עקה פרמקולוגיים כגון אדנוזין מעוררים תגובה תלוית אנדותל, ולכן משקפים את תפקוד האנדותל עצמו. הערכה ספציפית כזו של תפקוד האנדותל עד כה התאפשרה רק על ידי מתן תוך-כלילי של אצטילכולין כמרחיב כלי דם תלוי אנדותל. הליך זה, לעומת זאת, הוא פולשני מאוד^2,9, ולכן^, לעתים רחוקות מבוצע.

בהיעדר גישה לסמנים ביולוגיים ישירים, מספר טכניקות אבחון השתמשו בסמנים חלופיים כגון ספיגת רקמות של חומר ניגוד אקסוגני. הם מוגבלים על ידי הצורך בקו גישה אחד או שניים תוך ורידי, התוויות נגד כגון מחלת כליות חמורה או בלוק אטריובנטריקולרי, ואת הצורך בנוכחות פיזית של צוות עם הכשרה בניהול תופעות לוואי חמורות פוטנציאליות^10,11. המגבלה המשמעותית ביותר של ההדמיה הנוכחית של תפקוד כלילי, עם זאת, נותרה כי זילוח שריר הלב כסמן חלופי אינו משקף חמצון רקמת שריר הלב כתוצאה החשובה ביותר במורד הזרם של תפקוד לקוי של כלי הדם².

OS-CMR עם תמרוני נשימה ואזואקטיביים שימש להערכת תפקוד כלי הדם בתרחישים רבים, כולל אנשים בריאים, מחלה מקרו-וסקולרית בחולים עם מחלת עורקים כליליים (CAD), כמו גם תפקוד לקוי של כלי הדם בחולים עם דום נשימה חסימתי בשינה (OSA), איסכמיה ללא היצרות עורקים כליליים חסימתית (INOCA), לאחר השתלת לב, ואי ספיקת לב עם מקטע פליטה שמור (HFpEF)^4, 7,12,13,14,15,16. באוכלוסיית CAD, הפרוטוקול של שמורת חמצון שריר הלב הנגרמת על ידי נשימה (B-MORE) כפי שנגזר מ- OS-CMR הוכח כבטוח, אפשרי ורגיש בזיהוי תגובת חמצון לקויה באזורי שריר הלב המחוררים על ידי עורק כלילי עם היצרות משמעותית¹³.

בתפקוד לקוי של כלי הדם, OS-CMR הדגים תגובת חמצון מאוחרת של שריר הלב בחולים עם דום נשימה חסימתי בשינה, ו- B-MORE קהה נמצא בחולים עם HFpEF ולאחר השתלת לב^12,14,16. אצל נשים עם INOCA, תמרון הנשימה הוביל לתגובת חמצון הטרוגנית חריגה של שריר הלב, מה שמדגיש את היתרון של הרזולוציה המרחבית הגבוהה של OS-CMR¹⁵. מאמר זה סוקר את הרציונל והמתודולוגיה לביצוע OS-CMR עם תמרוני נשימה וזואקטיביים ודן בתועלת הקלינית שלה בהערכת פתופיזיולוגיה וסקולרית באוכלוסיות חולים עם תפקוד לקוי של כלי הדם, במיוחד בכל הנוגע לתפקוד לקוי של האנדותל.

ההקשר הפיזיולוגי של MRI רגיש לחמצון משופר נשימה
בתנאים פיזיולוגיים רגילים, עלייה בביקוש לחמצן מקבילה לעלייה מקבילה באספקת החמצן באמצעות זרימת דם מוגברת, וכתוצאה מכך אין שינוי בריכוז הדאוקסיהמוגלובין המקומי. לעומת זאת, התרחבות כלי דם מושרית מובילה לזרימה "עודפת" של דם מחומצן ללא שינוי בביקוש לחמצן. כתוצאה מכך, יותר המוגלובין הרקמה מחומצן, ולכן, יש פחות deoxyhemoglobin, מה שמוביל לעלייה יחסית בעוצמת אות OS-CMR ^4,17. אם תפקוד כלי הדם נפגע, הוא אינו יכול להגיב כראוי לדרישה מטבולית שונה או לגירוי כדי להגביר את זרימת הדם של שריר הלב.

בהגדרה של גירוי להפעלת תנועת כלי דם, כגון היפרוונטילציה בקצב המעוררת התכווצות כלי דם או עצירת נשימה ארוכה המעוררת התרחבות כלי דם בתיווך פחמן דו חמצני, פעילות וזומוטורית לקויה תגרום לעלייה יחסית בריכוז deoxyhemoglobin מקומי בהשוואה לאזורים אחרים, וכתוצאה מכך, שינוי מופחת בעוצמת אות OS-CMR. במצב של איסכמיה מושרית, תפקוד לקוי של כלי הדם יגרום לביקוש מקומי מוגבר שלא ייענה על ידי עלייה מקומית בזרימת הדם של שריר הלב גם בהיעדר היצרות עורקים כליליים אפיקרדיאליים. בתמונות OS-CMR, העלייה המקומית נטו בריכוז deoxyhemoglobin מובילה לירידה בעוצמת האות המקומי 2,18,19,20.

הרפיית שרירים חלקים של כלי דם מוחלשים בתגובה למרחיבי כלי דם תלויי אנדותל ובלתי תלויים (כולל אדנוזין) הודגמה בחולים עם תפקוד לקוי של כלי הדם הכליליים 21,22,23,24,25,26,27. מאמינים כי תפקוד לקוי שאינו תלוי באנדותל נובע מהפרעות מבניות כתוצאה מהיפרטרופיה של כלי הדם או פתולוגיה של שריר הלב שמסביב. לעומת זאת, תפקוד לקוי של האנדותל גורם הן להתכווצות כלי דם לקויה והן לפגיעה בכלי הדם (תלוי אנדותל), הנגרמת בדרך כלל על ידי אובדן הפעילות הביולוגית של תחמוצת החנקן בדופן כלי הדם^21,28. תפקוד לקוי של אנדותל היה מעורב בפתוגנזה של מספר מחלות לב וכלי דם, כולל היפרכולסטרולמיה, יתר לחץ דם, סוכרת, CAD, דום נשימה חסימתי בשינה, INOCA ו- HF 23,24,28,29,30,31,32. למעשה, תפקוד לקוי של האנדותל הוא הביטוי המוקדם ביותר של טרשת עורקים כלילית³³. לדימות של תפקוד האנדותל יש פוטנציאל חזק מאוד, בהתחשב בתפקידו כמנבא משמעותי של אירועים קרדיווסקולריים שליליים ותוצאות ארוכות טווח, עם השלכות פרוגנוסטיות עמוקות במצבי מחלות לב וכלי דם 23,29,30,31,34,35.

בניגוד לדימות זילוח, מאגר חמצון שריר הלב המושרה על ידי נשימה (B-MORE), המוגדר כעלייה היחסית בחמצון שריר הלב במהלך עצירת נשימה לאחר היפרוונטילציה, מאפשר לדמיין את ההשלכות של טריגר וזואקטיבי כזה על חמצון גלובלי או אזורי עצמו ^2,36. כסמן מדויק במורד הזרם של תפקוד כלי הדם, B-MORE יכול, אם כן, לא רק לזהות תפקוד לקוי של כלי הדם אלא גם איסכמיה מושרית בפועל, מה שמצביע על בעיית זילוח או חמצון מקומית חמורה יותר^18,19,37. זה מושג באמצעות היכולת של OS-CMR לדמיין את הירידה היחסית המוגלובין deoxygenated, אשר נמצא בשפע במערכת הנימים של שריר הלב, אשר עצמו מייצג חלק משמעותי של רקמת שריר הלב²⁴.

רצף OS-CMR
רצף דימות התהודה המגנטית (MRI) המשמש להדמיית OS-CMR הוא רצף פרוספקטיבי מגודר, שונה, מאוזן, מצב יציב ונקיפה חופשית (bSSFP) הנרכש בשתי פרוסות קצרות ציר. רצף bSSFP זה הוא רצף קליני סטנדרטי הזמין (וניתן לשינוי) בכל סורקי MRI המבצעים MRI לב, מה שהופך טכניקה זו לאגנוסטית וקלה ליישום. ברצף bSSFP cine רגיל, זמן הד, זמן חזרה וזווית היפוך משתנים כדי להתאים את עוצמת האות המתקבלת לאפקט BOLD ובכך ליצור רצף רגיש לחמצון. גישה זו, קריאת bSSFP מוכנה T2, הוכחה בעבר כמתאימה לקבלת תמונות רגישות לחמצון עם יחס אות לרעש גבוה יותר, איכות תמונה גבוהה יותר וזמני סריקה מהירים יותר בהשוואה לטכניקות הד הדרגתיות קודמות ששימשו להדמיית BOLD³⁸. ביצוע OS-CMR משופר נשימה עם גישה זו יכול להיות מיושם עם מעט מאוד תופעות לוואי קלות (טבלה 1). יש לציין כי יותר מ -90% מהמשתתפים משלימים פרוטוקול זה עם זמני עצירת נשימה ארוכים מספיק 4,12,13,16.

Protocol

כל סריקות ה- MRI המשתמשות ב- OS-CMR עם תמרוני נשימה vasoactive צריכות להתבצע בהתאם להנחיות המוסדיות המקומיות. הפרוטוקול המתואר להלן שימש במחקרים שאושרו על ידי מספר ועדות אתיקה מוסדיות של מחקר אנושי. התקבלה הסכמה בכתב לכל נתוני המשתתפים האנושיים והתוצאות המתוארות בפרוטוקול ובכתב יד זה.

1. סקירה רחבה

1. שנו את קריטריוני ההכללה וההדרה בהתאם לאוכלוסיית המחקר המעוניינת בכך. השתמש בקריטריוני ההחרגה הכלליים והנפוצים הבאים עבור OS-CMR עם פרוטוקול תמרוני נשימה וזואקטיביים: התוויות נגד כלליות של MRI (למשל, מכשירים שאינם תואמים ל- MRI כגון קוצבי לב או דפיברילטורים, חומר מושתל או גופים זרים), צריכת קפאין או תרופות vasoactive ב -12 שעות לפני ה- MRI, וגיל <18 שנים.
2. ראשית, רכוש את לוקלייזר לוקלייזר קליני סטנדרטי ואת מבנה החדרים ואת תמונות הפונקציה לפני רכישת רכישת מערכת ההפעלה. השתמש בתמונות cine ארוכות ציר bSSFP כדי לתכנן את מיקום הפרוסה של רכישות מערכת ההפעלה.
   הערה: סקירה של פרוטוקולי CMR קליניים מתוקננים מתוארת במקום אחר³⁹.
3. עצירת נשימה בסיסית
   1. רכוש את סדרת OS-CMR הראשונה כרכישה קצרה ובסיסית של עצירת נשימה כדי להעריך את איכות התמונה ואת מיקום הפרוסה, לבדוק אם יש תוצרים וכן לשמש כבסיס לעוצמת אות.
   2. בצע רכישת מחזור לב יחיד קצר (~ 10 שניות) לאחר שהמשתתף נשם כרגיל. ודא כי עצירת הנשימה נעשית עם פקיעת התוקף.
4. רכישה מתמשכת עם תמרון נשימה vasoactive
   1. רכוש את סדרת OS-CMR השנייה כרכישה רציפה של 4 דקות המורכבת משתי דקות של נשימה חופשית ודקה אחת של היפרוונטילציה קצבית, ואחריה עצירת נשימה רצונית ומקסימלית (~ דקה אחת). כאשר הרכישה הרציפה משיגה מחזורי לב מרובים במשך 4 דקות, שנה פרמטר אחד נוסף (מספר מחזורי הלב שנרכשו על ידי הרכישה) כדי להפוך סדרה זו לרכישה חוזרת
      הערה: אורך עצירת הנשימה המינימלי הנדרש הוא 30 שניות, אם כי עצירת נשימה של 60 שניות נחשבת לסטנדרט.
   2. להעביר את ההוראות לתמרון הנשימה הווזואקטיבית למשתתפים בסורק ה-MRI על ידי הכוונה ידנית של המשתתף לאורך תמרון הנשימה באמצעות מיקרופון המחובר למערכת רמקולי ה-MRI או באמצעות קובץ .mp3 מוקלט מראש (קובץ משלים 1) שניתן להשמיע למשתתף באמצעות מערכת רמקולי MRI.
   3. התחל את תמרון הנשימה vasoactive עם נשימה חופשית (לאחר 120 s של נשימה חופשית, hyperventilation מתחיל). להדריך את המשתתף בנשימה קצבית באמצעות צפצופים נשמעים ממטרונום בתדירות של 30 נשימות לדקה (צפצוף אחד מציין נשימה, צפצוף אחד מציין נשיפה). בסימן 55 שניות של היפרוונטילציה, תן פקודה קולית אחרונה "קח נשימה עמוקה פנימה ואז נשום החוצה ועצור את נשימתך" כדי להבטיח שעצירת הנשימה מבוצעת ברמת התפוגה הסופית.
      הערה: השינוי בדם CO 2 הוא הרבה יותר בולט עם עצירת נשימה בסוף פקיעת (פני השטח של הריאה קטנים יותר, ממזער את הדיפוזיה השיורית של CO₂ לתוך alveoli).
5. ניתוח תמונות
   1. כדי למדוד את B-MORE, שקול את התמונה הסיסטולית הסופית הראשונה במהלך עצירת נשימה כזמן 0 שניות. השווה את ערכי עוצמת האות הכללית או האזורית של התמונה הסיסטולית הסופית המתקבלת הקרובה ביותר לנקודת הזמן של 30 שניות של עצירת הנשימה לעוצמת אות התמונה בנקודת הזמן של 0 שניות. דווח על BMORE כאחוז שינוי בעוצמת האות ב -30 שניות לעומת זמן 0 שניות של עצירת הנשימה.

2. הליך טרום סריקה

1. ודא שכל משתתף עובר את שאלון הבטיחות והתאימות של MRI של המוסד המקומי (טופס התווית נגד כללית MRI), אשר צריך לכלול שאלות על ההיסטוריה הרפואית והכירורגית בעבר ולזהות נוכחות של כל שתל, מכשיר או גוף זר מתכתי בתוך או באתר הניתוח של המשתתף⁴⁰.
2. יש לבצע בדיקת הריון, אם רלוונטי.
3. ודא כי המטופל נמנע מתרופות vasoactive וקפאין במשך 12 שעות לפני סריקת MRI.
4. הראה למשתתף את סרטון תמרון הנשימה המנחה (סרטון משלים S1).
   1. בצע סשן תרגול של 60 שניות של היפרוונטילציה בקצב ואחריו עצירת נשימה רצונית מקסימלית עם כל משתתף מחוץ לחדר סריקת ה- MRI וספק משוב על ביצועי ההיפרוונטילציה.
   2. הנחו את המשתתפים שהם יכולים פשוט לחזור לנשום כאשר יש להם דחף חזק לעשות זאת.
      הערה: עיין בדיון לקבלת נקודות לציון וספק משוב למשתתפים.

3. רכישת MRI של רצפים רגישים לחמצון

1. שנה שלושה פרמטרים מרצף bSSFP הסטנדרטי במסוף MRI: הגדל את זמן החזרה (TR), הגדל את זמן ההד (TE), הקטן את זווית ההיפוך (FA).
   הערה: הערכים שהשתנו תלויים בעוצמת השדה של סורק MRI (טבלה 2). הגדלת TR ו-TE והפחתת FA גורמת לעלייה ברגישות T2* או חמצון של רצף ה-MRI. שינויים אלה יביאו לאחר מכן לעלייה ברוחב הפס וברזולוציית הבסיס של הרצף.
2. צור שתי סדרות של מערכות הפעלה, קו בסיס (מסומן: OS_base) ואת הרכישה הרציפה שבמהלכה מתבצע תמרון הנשימה (מסומן: OS_cont_acq). השאר את רצף מערכת ההפעלה הבסיסית ללא שינוי. ברכישה רציפה של מערכת ההפעלה, הגדל את האמצעים החוזרים מ- 1 ל~ 25-40 (בהתאם לסוג הסורק). הגדל את מספר מחזורי הלב (מדידות) עד שזמן הרכישה הוא ~ 4.5 דקות.
   הערה: נדרשים שני רצפי OS-CMR: רכישה בסיסית של מערכת ההפעלה ורכישה רציפה של מערכת ההפעלה עם תמרוני נשימה ואזואקטיביים. הסעיפים הבאים מתארים שלבים אלה.

4. רכישה בסיסית של מערכת ההפעלה

1. למרשם פרוסות, תכננו במסגרת סטילס סיסטולית סופית בתצוגת ציר ארוך (תמונה של שניים או ארבעה תאים). רושמים שתי פרוסות קצרות ציר - אחת ברמה האמצעית עד הבסיסית והשנייה ברמת החדר האמצעי-אפיקלי. ראה את הדיון לקבלת נקודות שיש לקחת בחשבון לגבי מיקום הפרוסה.
2. התאמות פרמטרי רצף
   1. התאם את פרמטרי הרצף לפי הצורך עבור משתתף נתון. ראו טבלה 3 לקבלת פרמטרים של רצף שניתן או לא ניתן לשנות.
   2. התאימו את הרווח/ריווח הממוצע בין פרוסות בהתאם לגודל לב המשתתפים וודאו מיקום פרוסה נכון.
   3. התאם את שדה הראייה כדי למנוע גלישת לכלוכים במידת הצורך. לעשות כל מאמץ כדי לשמור על שדה הראייה בין 360 מ"מ ל 400 מ"מ.
3. עוצמת קול Shim
   1. כוונן את עוצמת הצליל כך שתהיה הדוקה סביב החדר השמאלי הן בתצוגת הציר הארוך והן בתצוגת הציר הקצר.
4. רכישת רצף
   1. אשר את הרצף והפעל אותו במהלך עצירת הנשימה של סוף התפוגה. ודא שרצף בסיסי זה של מערכת ההפעלה נמשך ~10 שניות, בהתבסס על דופק וסורק MRI.
5. בדיקת איכות תמונה
   1. בדוק את שתי הפרוסות של הסדרה שנרכשה - חפש כל תנועה נשימתית, מיקום פרוסה גרוע, או נוכחות של חפצים. חזור על רצף מערכת ההפעלה הבסיסית עד לקבלת איכות תמונה נאותה.
6. לפתרון בעיות, אם מיקום הפרוסה בסיסי מדי או אפיקלי מדי, התאימו את מיקום הפרוסה שנקבע כך שיהיה קרוב יותר לרמת החדר האמצעי. אם קיים חפץ, בצע את השלבים הבאים:
   1. בדוק את כיוון קידוד הפאזה.
   2. הגדלת שדה הראייה.
   3. כוונן את עוצמת הקול סביב החדר השמאלי.

5. רכישה רציפה של מערכת ההפעלה עם תמרוני נשימה vasoactive

הערה: ודא שכל משתתף קיבל הדרכה על ביצוע תקין של תמרון הנשימה לפני שהוא נמצא בסורק MRI (ראה סעיף 2).

1. תכנון רצף
   1. במידת האפשר, העתק את מיקום הפרוסה והתאם את עוצמת הקול מהתמונה הבסיסית של מערכת ההפעלה או שכפל את רצף מערכת ההפעלה הבסיסית, ובמדידות חוזרות הגדל מ- 1 ל- ~25-40 (או קרוב ל- 4.5 דקות זמן רכישה).
2. אמתו את מיקום התמונה והפרוסה ולאחר מכן בצעו את מחזור הלכידה.
3. במידת האפשר, פתח את חלון ההזרמה החיה.
4. בחדר הבקרה, חבר מכשיר עם הוראות תמרון הנשימה .mp3 לתייק לקלט העזר או התכונן להחזיק אותו מעל המיקרופון המקרין לתוך סורק MRI. לחלופין, הדריכו ידנית את המשתתף בתמרון הנשימה באמצעות סטופר לתזמון וספקו הוראות מילוליות באמצעות המיקרופון המחובר למערכת רמקולי MRI.
5. רכישת רצף
   1. לחץ בו-זמנית על הפעל עבור רצף הרכישה הרציפה של מערכת ההפעלה בסורק ה-MRI והפעל עבור קובץ הוראות הנשימה .mp3 או הפעל את שעון העצר אם המשתתף מקבל הוראה ידנית.
   2. אם אתם מנחים ידנית את המשתתפים בתמרוני הנשימה, הנחו אותם לנשום פנימה ולנשוף, ואז עצרו את נשימתם למשך 10 שניות, והתחילו היפרוונטילציה ברגע שהם שומעים את צפצוף המטרונום.
   3. הודע למשתתף בסימן 40 שניות של היפרוונטילציה (2:40 על שעון העצר).
   4. בנקודת הזמן של 55 שניות של היפרוונטילציה (2:55 על שעון העצר), הנחו את המשתתף "לקחת נשימה עמוקה, לנשום החוצה ולעצור את הנשימה".
      הערה: תמונות הנשימה החופשית וההיפרוונטילציה יכילו תוצרי תנועה. זה צפוי. עם זאת, לא צריך להיות שום תנועה artifacts במהלך עצירת הנשימה. חשוב ביותר שהתמונות המוחזקות בנשימה יירכשו לאחר הנשיפה (תנוחת סיום נוחה). רק עצירת נשימה לאחר נשיפה מובילה לעלייה מהירה של CO₂ בדם במהלך 30 השניות הראשונות של עצירת הנשימה שלאחר מכן, עם השינוי הקשור בזרימת הדם הכלילי וחמצון שריר הלב.
   5. עקוב אחר ביצועי ההיפרוונטילציה בקצב של המשתתף דרך חלון חדר הבקרה או מצלמת סורק MRI כדי להבטיח ביצועים נאותים של נשימה עמוקה. אם משתמשים במפוח, ואז לפקח על פסגות המשרעת על הצופה gating נשימה. אם היפרוונטילציה אינה מבוצעת כראוי לאחר הדרכה ראשונית, בטל את הרכישה וחזור על רצף הרכישה הרציפה של מערכת ההפעלה.
   6. עקוב אחר כל נשימה קטנה שנלקחה על ידי המשתתפים במהלך עצירת הנשימה. עשה זאת על ידי ניטור מעקב של חגורת נשימה בקונסולת MRI או באופן חזותי דרך החלון / מצלמה.
   7. ברגע שהמשתתף מתחיל לנשום בסוף עצירת הנשימה, עצור את הרכישה.
   8. לאחר סיום הרכישה, שאלו את המשתתפים אם הם חוו תופעות לוואי כלשהן ואפשרו למשתתף לנשום כרגיל במשך 3 דקות.
6. פתרון בעיות: רכישה חוזרת
   1. אם יש צורך לחזור על תמרוני הנשימה, חזור על רצף מערכת ההפעלה הבסיסית.
      הערה: נדרש פרק זמן של 2-3 דקות לפני חזרה על הרכישה כדי לאפשר לפיזיולוגיה לחזור לקו הבסיס. נתונים קודמים הראו כי הפיזיולוגיה אינה חוזרת לקו הבסיס לאחר דקה⁴¹.
   2. אם איכות התמונה של רצף קווי הבסיס של מערכת ההפעלה מספקת, חזור על הרכישה והביצועים הרציפים של מערכת ההפעלה של תמרוני הנשימה.

6. ניתוח תמונות

1. ייבא את ערכות נתוני התמונה OS-CMR למציג DICOM עם יכולות מיתאר תמונה, בצורה הטובה ביותר עם פונקציונליות לניתוח אוטומטי של שינויים בעוצמת אות רגישים לחמצון.
2. סמנים ומדידתם
   1. קבל תמונה בסיסית במהלך רכישה קצרה של עצירת נשימה בסיסית לפני היפרוונטילציה (מנוחה). השווה את התמונה הראשונה של עצירת הנשימה (המייצגת את סוף גירוי ה"לחץ") לתמונה הבסיסית.
      הערה: היפרוונטילציה היא גירוי מכווץ כלי דם המפחית חמצון שריר הלב (בריא: %ΔSI ≈-5% עד -10%¹³).
   2. קבל תמונות רבות (ומחזורי לב) במהלך עצירת הנשימה. השתמש בתמונה הראשונה של עצירת הנשימה כקו הבסיס והשווה את כל התמונות הבאות לתמונה זו.
      הערה: עצירת נשימה היא גירוי מרחיב כלי דם המגביר חמצון שריר הלב (%ΔSI ≈ +5%-15%12,13,14,16).
   3. קווי מתאר של שריר הלב
      לניתוח ידני: בחירת שלב הלב
      1. מכיוון שעצירת הנשימה יכולה להכיל יותר מ -400 תמונות, נתח רק שלב אחד של כל מחזור לב. כתוצאה מכך, מקדו את הניתוח בתמונות הסיסטוליות הסופיות של כל מחזור לב.
      2. זהה את התמונות הסיסטוליות הסופיות של כל מחזור לב.
      3. ציירו את קווי המתאר האפיקרדיאליים והאנדוקרדיאליים סביב שריר הלב.
      4. חלון את התמונה כדי לחפש חפצים, אשר יופיעו כאזורים כהים (רגישים) או בהירים עקב gating לקוי בשריר הלב.
         הערה: הימנע מהכללת פיקסלים עם אפקטים של עוצמת קול חלקית מבריכות הדם בחדר השמאלי והימני. רוב שגיאות קווי המתאר מתרחשות מקווי המתאר של הלב האנדוקרדי, כולל פיקסלים עם אפקטים חלקיים של נפח וכתוצאה מכך עוצמת אות מוגברת באופן מלאכותי ממאגר הדם של החדר השמאלי. כדי להימנע מכך, ציירו את קווי המתאר של הלב פיקסל מלא אחד בתוך שריר הלב. באופן דומה, ודא שקווי המתאר של הלב הם פיקסל מלא אחד בתוך שריר הלב כדי למנוע השפעות נפח חלקיות ממאגר הדם של החדר הימני, שומן אפיקרדיאלי או ממשק אוויר-ריאה.
      5. העתק והדבק את קווי המתאר האנדוקרדיאליים והאפיקרדיאליים מהתמונה הסיסטולית הסופית הראשונה של מחזור הלב לתמונה הסיסטולית הסופית של מחזור הלב הבא. התאימו את קווי המתאר לפי הצורך.
         לניתוח אוטומטי:
         הערה: עם יכולות מתאר אוטומטיות, אם תרצה, ניתן לעצב ולנתח את כל שלבי מחזור הלב.
      6. בדוק את כל התמונות כדי להבטיח קווי מתאר מדויקים.
         הערה: חלק מיכולות קווי המתאר האוטומטיים הזמינים באופן מסחרי אומנו על ערכות נתונים שעוצבו לצורך ניתוח נפחי. קווי מתאר אלה מועדים להשפעות נפח חלקיות מכיוון שהם נועדו לתחום את בריכת הדם ושריר הלב. קווי המתאר של OS-CMR חייבים להיות מלאים בתוך שריר הלב.

7. פילוח לניתוח אזורי

1. כדי לקבל מידע אזורי, לזהות את החדרה anteroseptal ו inferoseptal של החדר הימני לחלק את שריר הלב לתוך איגוד הלב האמריקאי (AHA) פילוח⁴².

8. חישוב B-MORE

1. בטא B-MORE כאחוז שינוי בעוצמת האות מקו הבסיס להרחבת כלי הדם (ראה משוואה 1):
   (1)
2. חשב את ה- B-MORE העולמי כעוצמת אות שריר הלב הממוצעת הגלובלית של התמונות הסיסטוליות הסופיות ב- 30 שניות בהשוואה ל- 0 שניות של עצירת הנשימה⁸ (ראה משוואה 2):
   (2)

תוצאות

פירוש B-MORE
במחקרים שפורסמו בעבר תוך שימוש ב-OS-CMR עם תמרוני נשימה ואזואקטיביים, חושב ה-B-MORE העולמי או האזורי על ידי השוואת התמונה הסיסטולית הסופית הראשונה של עצירת הנשימה לתמונה הסיסטולית הסופית הקרובה ביותר ל-15 שניות, 30 שניות, 45 שניות וכו' של עצירת הנשימה. השלב הסיסטולי הסופי של מחז...

Discussion

התוספת של רכישת OS-CMR עם תמרוני נשימה מתוקננים ווזואקטיביים לפרוטוקול מחקר או MRI קליני שכבר מבוסס מוסיפה מעט זמן לסריקה הכוללת. בעזרת התוספת הקצרה הזו ניתן לקבל מידע על תפקוד המאקרו והמיקרו-כלי הבסיסיים (איור 2). תוצאה חשובה של תפקוד לקוי של האנדותל היא חוסר היכולת של כלי הדם ?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
balanced SSFP MRI sequence	Any		To modify to create the OS-CMR sequence
DICOM/ Imaging Viewer	Any		Best if the viewer has the ability for quantitative measurements (i.e., Area19 prototype software)
Magnetic Resonance Imaging scanner	Any		3 Tesla or 1.5 Tesla
Metronome	Any		Set to 30 breaths per minute. To use if manually communicating breathing maneuver instructions to participants.
Speaker system	Any		To communicate breathing maneuver instrucitons to participants through
Stopwatch	Any		To use if manually communicating breathing maneuver instructions to participants