JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

דימות תהודה מגנטית 129Xe היפרפולרי (MRI) היא שיטה לחקר היבטים אזוריים של תפקוד ריאתי. עבודה זו מציגה זרימת עבודה סטנדרטית מקצה לקצה עבור MRI 129Xe היפרפולרי של אוורור ריאות, עם תשומת לב ספציפית לתכנון רצף הדופק, הכנת מינון 129Xe, זרימת עבודה של סריקה ושיטות עבודה מומלצות לניטור בטיחות הנושא.

Abstract

Hyperpolarized 129Xe MRI כולל מערך ייחודי של טכניקות דימות ריאה מבניות ותפקודיות. סטנדרטיזציה של טכניקות באתרים שונים חשובה יותר ויותר לאור אישור ה- FDA האחרון של 129Xe כחומר ניגוד MR וככל שהעניין ב- 129Xe MRI גדל בקרב מוסדות מחקר וקליניים. חברי קונסורציום 129הניסויים הקליניים של Xe MRI (Xe MRI CTC) הסכימו על שיטות עבודה מומלצות עבור כל אחד מההיבטים המרכזיים של זרימת העבודה של 129Xe MRI, והמלצות אלה מסוכמות בפרסום שנערך לאחרונה. עבודה זו מספקת מידע מעשי לפיתוח זרימת עבודה מקצה לקצה לאיסוף 129תמונות Xe MR של אוורור ריאות בהתאם להמלצות Xe MRI CTC. הכנה וניהול של 129Xe למחקרי MR יידונו ויודגמו, עם נושאים ספציפיים הכוללים בחירת נפחי גז מתאימים למחקרים שלמים ולסריקות MR בודדות, הכנה ואספקה של מנות 129Xe בודדות, ושיטות עבודה מומלצות לניטור בטיחות הנושא וסבילות 129Xe במהלך מחקרים. כמו כן יסוקרו שיקולים טכניים מרכזיים של MR, כולל סוגי רצפי פולסים ופרמטרים אופטימליים, כיול זווית היפוך 129Xe ותדר מרכז, וניתוח תמונת אוורור 129Xe MRI.

Introduction

Hyperpolarized 129Xe MRI הוא כלי מרתק לאפיון וכימות לא פולשני ופתרון מרחבי של היבטים ספציפיים של תפקוד ריאתי 1,2,3. גישות רכישה ושחזור דומות לאלה המשמשות ב- MRI אנטומי של פרוטונים מניבות תמונות של 129Xe בשאיפה בריאות, ומאפשרות הדמיה של אזורי ריאות לא מאווררים וכימות אזורי של התפלגות אוורור 4,5,6,7,8 . טכניקות מתקדמות יותר של רצף פולסים וניתוח מניבות מידע משלים נוסף, כולל כימות יעילות חילופי הגזים בין נאדיות לנימי ריאות באמצעות MRI ספקטרוסקופי 9,10,11,12,13 ואפיון שלמות מיקרו-מבנה בנאדיות באמצעות MRI משוקלל דיפוזיה 14,15,16.

אינהלציה 129Xe הוכחה כבטוחה ונסבלת במבוגרים ובילדים, כולל אלה עם מחלת ריאות17,18. מדידות של תפקודי ריאות הנגזרות מ-129Xe MRI הראו רגישות לשינויים מבניים ותפקודיים בהקשרים רבים של מחלות ריאה, כולל מחלת ריאות חסימתית כרונית 6,10,19, סיסטיק פיברוזיס 20,21,22, פיברוזיס ריאתי אידיופתי 23,24,25 ואסתמה 7,10,26. בהתחשב בבטיחות הגבוהה ובסבילות של 129Xe MRI, היעדר קרינה מייננת ב- MRI בהשוואה לגישות הדמיה נפוצות אחרות, והשכפול הגבוה של תוצאות 129Xe MRI27,28, 129Xe MRI טומן בחובו הבטחה משמעותית, במיוחד לניטור סדרתי מדויק של אנשים המקבלים קורס זמן של טיפול במחלת ריאות כרונית.

הבטיחות וההבטחה הקלינית של 129Xe MRI הובילו לאישור ה- FDA בדצמבר 2022 להדמיית הנשמה ריאות באנשים בגילאי 12 ומעלה29. בהתחשב בכך, צפוי כי מספר המחקרים והאתרים הקליניים המסוגלים לבצע 129Xe MRI (כיום ~ 20 ברחבי העולם) יגדל באופן משמעותי בשנים הקרובות. כאשר 129Xe MRI מתפשט למוסדות חדשים, חשוב שיהיו משאבים מתודולוגיים חזקים כדי לאפשר לאתרים לבנות במהירות טכניקות 129Xe MRI רלוונטיות מבחינה קלינית ולבצע סריקות ולהפיק תוצאות דומות מאוד לאלה של אתרים קיימים.

בעבודה זו, נתאר את שיטות העבודה המומלצות הנוכחיות עבור MRI 129Xe היפרפולרי אנושי של אוורור ריאות, כפי שהוסכם על ידי המוסדות החברים בקונסורציום 129Xe MRI Clinical Trials Consortium (Xe MRI CTC) וסוכם בנייר עמדה30 שפורסם לאחרונה. הנושאים יכללו הכנת רצפי פולסים מותאמים אידיאליים לזרימת עבודה מלאה של 129Xe MRI, הכנה וניהול של גז 129Xe היפרפולרי, זרימת עבודה אופטימלית למפגשי MRI 129Xe אנושיים, ושיטות עבודה מומלצות לניטור בטיחות ונוחות הנושא במהלך מפגשי MRI.

Protocol

כל מחקר המערב נבדקים אנושיים חייב להיות מאושר על ידי ועדת ביקורת מוסדית (IRB). מעורבות IRB אינה הכרחית לשימוש קליני מאושר רגולטורית של 129Xe MRI. לפני השתתפות במחקר, יש לספק לנבדקים פוטנציאליים מסמך הסכמה מדעת מאושר. האדם המקבל הסכמה חייב להסביר את תוכן המסמך, כולל המטרה, הנהלים, היתרונות והסיכונים של המחקר, חייב לענות על כל שאלה, וחייב לקבל הסכמה מהנבדק להמשיך במחקר כפי שמתועד בחתימת הנבדק על מסמך ההסכמה מדעת. במקרה של ילדים או נסיבות מיוחדות אחרות, יש לפעול על פי נהלים מאושרים לקבלת הסכמה. הפרוטוקול המתואר להלן עוקב אחר הנחיות IRB של אוניברסיטת וירג'יניה, והנבדקים לדוגמה בכתב יד זה חתמו על טופסי הסכמה שאושרו על ידי IRB של אוניברסיטת וירג'יניה (IRB 13647, 16215, 16885, 19569).

1. הכנת רצפי חומרה ופולסים ל-129Xe MRI

הערה: יש לבצע את שלבי הפרוטוקול בשלב 1 לפני סריקת נבדקים אנושיים כלשהם. אין צורך לחזור עליהם עבור כל נושא.

  1. ודא כי סורק MRI מסוגל לפעול רב גרעיני כולל 129Xe.
  2. ודא שניתן לחבר את סליל תדר הרדיו (RF) 129Xe לסורק MRI, באמצעות תיבת ממשק סליל לסורק ייעודית במידת הצורך.
  3. ודא שתוכנה מתאימה (המכונה לעתים קרובות קובץ סליל) להתממשקות סליל RF 129Xe לסורק MRI מותקנת, אם יצרן הסורק דורש זאת.
  4. הכינו רצפי פולסים להדמיית 129Xe ו-1H כמתואר להלן.
    1. עבור כיול 129Xe, הכינו רצף ספקטרוסקופי לא מקומי הכולל סדרה של דעיכות אינדוקציה חופשית (FIDs) באמצעות פרמטרי רצף הפולסים המופיעים בטבלה 1.
      הערה: ה- FIDs שנרכשו ב~218 ppm (תדירות פאזה מומסת) משמשים בעיקר לקביעת פרמטרים עבור MRI שלב מומס 129Xe, שאינו מכוסה בעבודה הנוכחית. עם זאת, פרמטרים אלה ניתנים כך שניתן לפתח כיול סטנדרטי אחד של 129Xe שיספיק ל-129סריקות Xe MRI מכל סוג שהוא. בנוסף, שים לב שייתכן שלא יהיה צורך בסריקת כיול נפרדת עבור מחקרים הכוללים רק 129הדמיית אוורור Xe לאחר שהאתר רוכש ניסיון מספיק. ניתן להעריך במדויק את תדר ההפעלה 129Xe על ידי שינוי קנה המידה של תדר 1H שנקבע על ידי הסורק ביחס של 129Xe ליחסים גירומגנטיים של 1H, וניתן להעריך את כיול המשדר על סמך ניסיון מצטבר ומשקל נושא.
    2. עבור MRI אוורור 129Xe, הכינו רצף דו-ממדי (2D) של הד הדרגתי מקולקל RF באמצעות פרמטרי רצף הדופק המופיעים בטבלה 2. ודא ש - 129Xe נבחר כגרעין היעד.
    3. עבור MRI אנטומי קונבנציונלי של 1H, הכינו רצף טורבו/ספין-הד מהיר או רצף הד הדרגתי מקולקל RF באמצעות הפרמטרים המופיעים בטבלה 2.
      הערה: עבור אוורור 129Xe ורצפים אנטומיים של 1H, FOV ומספר הפרוסות הם ספציפיים לנושא. בחר פרמטרים אלה בתחילת הסריקה באופן כזה כדי להבטיח כיסוי מלא של הריאות בכל שלושת המימדים.
      1. אפשר דגימת יתר של פאזה כדי להפחית כינוי פוטנציאלי של הזרועות לתוך FOV ההדמיה.
      2. מגבלות ספק סורק MRI עשויות למנוע את פעולתו של רצף טורבו/הד ספין מהיר בצילום בודד ברזולוציה הגסה המוצעת במישור (4 מ"מ x 4 מ"מ). במקרה כזה, השתמש ברזולוציה שהיא גורם שלם של הרזולוציה הרצויה (לדוגמה, 2 מ"מ x 2 מ"מ).
        הערה: ניתן לרכוש את הסריקה האנטומית של 1H לחלופין באמצעות רצף הד הדרגתי דו-ממדי מקולקל RF. במקרה זה, השתמש באותם פרמטרים כמו פרמטרי סריקת האוורור המופיעים בטבלה 2 , אך אפשר דגימת יתר בפאזה כדי למנוע החלקה של הזרועות לתוך FOV ההדמיה.
  5. אמת את פעולתם של סליל RF ורצפי פולסים המתוארים לעיל על-ידי ביצוע סריקות של פנטום 129Xe מקוטב תרמית31 עבור 129סריקות Xe ופנטום של 1H עבור סריקות של 1H.

פרמטרכיול
ת"ר15 מטר/שניה
טה0.45 אלפיות השנייה (3 טון), 0.8 אלפיות השנייה (1.5 טון)
דופק RFחלון sinc
משך RF0.65-0.69 אלפיות השנייה (3 טון), 1.15-1.25 אלפיות השנייה (1.5 טון)
זווית היפוך20°
תדר RF218 חל"מ (פאזה מומסת), 0 חל"מ (פאזת גז)
זמן התעכבות39 מיקרוס
רוחב פס25.6 קילו-הרץ
לא. של דוגמאות256 (לא כולל דגימת יתר, אם נעשה שימוש)
משך הקריאה10 מטר/שניה
מספר FIDs1 רעש (ללא RF), 499 ב- freq בפאזה מומסת, 20 ב- freq פאזת גז.
קלקול הדרגתימומנט של לפחות 15 mT/m-ms (כל ציר, אחרי כל FID)
משך~8 שניות

טבלה 1: פרמטרים מומלצים של רצף פולסים עבור כיול 129Xe. פרמטרים ניתנים עבור רצף פולסים לא מקומי, ספקטרוסקופי 129Xe כיול.

פרמטראיוורוראנטומיים
סוג רצףהד הדרגתי מקולקל RFטורבו בשוט יחיד/הד סחרור מהיר
ת"ר<10 מטר/שניהאינסופי
טה<5 מטר/שניה<50 מטר/שניה
ריווח הדלא ישים3-5 מטר/שניה
זווית היפוך עירור8-12°90°
מיקוד מחדש של זווית ההיפוךלא ישים≥90° (הגבוה ביותר המותר במסגרת מגבלות SAR)
עובי פרוסה15 מ " מ15 מ " מ
רווח פרוסהללאללא
כיוון פרוסהקורונלקורונל
סדר פרוסותרציף (קדמי עד אחורי)רציף (קדמי עד אחורי)
סדר קידוד שלביםרציף (משמאל לימין)רציף (משמאל לימין)
נקס1 (עד 7/8 פורייה חלקי מותר)חצי פורייה
הד א-סימטרימותרלא ישים
גודל ווקסל4 x 4 x 15 מ"מ34 x 4 x 15 מ"מ3
משך הדגימה לכל הד5-7 מטר/שניה1-1.5 מטר/שניה
משך סריקה8-12 שניות≤16 שניות

טבלה 2: פרמטרים מומלצים של רצף דופק עבור אוורור 129Xe והדמיה אנטומית של 1H. הפרמטרים ניתנים עבור רצף הד שיפוע מהיר מקולקל RF דו-ממדי עבור הדמיית אוורור 129Xe (עמודה ראשונה) ורצף טורבו/הדהוד מהיר דו-ממדי של שוט בודד עבור הדמיה אנטומית של 1H (עמודה שנייה). שימו לב שניתן לחלופין לרכוש את הסריקה האנטומית באמצעות רצף הד שיפוע מקולקל RF דו-ממדי. במקרה זה, השתמש באותם פרמטרים כמו פרמטרי סריקת האוורור שניתנו כאן, אך הוסף דגימת יתר של פאזה לפי הצורך כדי למנוע החלקה של הזרועות לתוך FOV ההדמיה. כמו כן, שים לב שהשיטה המסוימת לציון רוחב הפס של המקלט משתנה בין יצרני סורקים, אך ניתן לחשב את הערך הנכון עבור כל יצרן סורק ממשך הדגימה הנתון לכל הד.

2. מיון והכנת מועמדים ל-129Xe MRI

  1. ודא שאין התוויות נגד MRI בנושא הפוטנציאלי על ידי סקרם עם טופס בטיחות MR. קובץ משלים 1 מתאר טופס לדוגמה ששימש באוניברסיטת וירג'יניה.
  2. ודא שהנבדק הפוטנציאלי אינו עומד בקריטריוני החרגה כלשהם המיוחדים ל- 129בדיקות MRI Xe, אשר עשויים לכלול, אך אינם מוגבלים ל: אחוז FEV1 פחות מ -25%, מצב נשימתי מפוצל במהלך 6 השבועות האחרונים, היקף חזה גדול יותר מההיקף הפנימי של סליל RF 129Xe, והיסטוריה של מחלת לב לא יציבה.
    הערה: קריטריונים נוספים שאינם מצביעים על הדרה מיידית אך מצדיקים שיקול דעת פרטני זהיר כוללים: הצורך בתוספת חמצן משמעותית בתחילת המחקר (כלומר, יותר מ -3 ליטר לדקה על ידי צינורית האף) והיסטוריה של הפרעה נוירולוגית עם הפרעות בסיסיות.
  3. אם אתה מבצע בדיקת דיפוזיה ריאתית (DLCO) או ספירומטריה במהלך ביקור ההדמיה, יש להנחות את הנבדק לא לבלוע משקאות מוגזים ביום ביקור המחקר. אם נבדק משתמש בתרופות נשימה במרשם, להנחות אותו לעכב או להימנע מלקחת אותו אם צוין על ידי פרוטוקול המחקר.

3. הכנת מנות 129Xe היפרפולריות

הערה: הוראות מפורטות של 129Xe למקטב ולתחנת מדידת קיטוב הן קנייניות וספציפיות לכל ספק. ההוראות שלהלן מהוות סיכום בסיסי לפעולת שאיבה אופטית כללית של החלפת ספין 129Xe.

  1. החליטו על נפח מינון לנבדק. בדרך כלל, נפח מינון כולל של 1 L נבחר עבור כל הנבדקים, ונפח מינון כולל זה מצוין בתווית ה- FDA עבור 129Xe MRI. עם זאת, המלצות Xe MRI CTC הנוכחיות30 מציעות כי נפח המינון הכולל (קסנון בתוספת חנקן או הליום) צריך לכוון 1/5מהיכולת החיונית הכפויה של הנבדק (FVC) כדי להבטיח כמות נוחה של גז לשאוף עבור כל נבדק ולמזער השפעות הקשורות להבדל נפח ריאות בין נבדקים.
    1. אם תוצאות ספירומטריה עדכניות זמינות עבור הנבדק, השתמש בהן כדי לקבוע 1/5של FVC. אם תוצאות ספירומטריה אינן זמינות, העריכו את קיבולת הריאות הכוללת של הנבדק (TLC) בהתבסס על גובה, מין וגזע, והעריכו את המינון הכוללכ-1 /6 מה-TLC.
  2. החליטו על נפח של גז קסנון לקיטוב.
    הערה: נפחי קסנון היעד עבור כל שקית מנה ניתנים כנפחי מינון שווי ערך (DE), המציינים קונספטואלית את הנפח המקביל של 100% גז 129Xeמועשר ו-100% מקוטב. מבחינה קונספטואלית, עוצמת הקול של DE עומדת ביחס ישר ליחס אות לרעש (SNR) הצפוי של סריקת 129Xe, ועוצמת הקול המומלצת של DE תהיה גבוהה או נמוכה יותר עבור סוגי סריקה מסוימים של 129Xe בהתבסס על ה-SNR הדרוש עבור סוג סריקה זה.
    1. חשב את נפח DE עבור מנת קסנון נתונה באופן הבא32:
      figure-protocol-10007
      כאשר VXe הוא הנפח הכולל של גז קסנון (כל האיזוטופים, לא רק 129Xe) במנה, f129Xe הוא העשרה איזוטופית של 129Xe, ו-P129Xe הוא הקיטוב 129Xe.
    2. בחר את סך אמצעי האחסון הדרושים של DE עבור קבוצה של 129סריקות Xe שיבוצעו. נפחי DE המומלצים לסריקות כיול ואוורור בודדות הם 75-150 מ"ל.
      הערה: עבור הדמיית אוורור, ה- SNR חייב להיות גבוה מספיק כדי להבחין בצורה חזקה בין ווקסלי תמונה מאווררים ולא מאווררים. נפח DE של 50 מ"ל נחשב למינימום המוחלט להדמיית אוורור30 כדי להשיג SNR צפוי של לפחות 20. עבור סריקות כיול, נפח DE נמוך כמו 25 מ"ל עשוי להיות מקובל אם רק אות פאזת הגז מכוייל; יש להשתמש לפחות ב- 75 מ"ל אם מכיילים הן את אותות פאזת הגז והן את אותות הפאזה המומסת.
  3. השתמש בנפח DE הכולל הדרוש, ידוע 129Xe העשרה איזוטרופית של גז הקסנון, והערכה של 129קיטוב Xe בהתבסס על ריצות קיטוב קודמות כדי לחשב את נפח גז הקסנון הכולל הדרוש לקיטוב. חישוב לדוגמה מוצג להלן עבור סריקת אוורור אחת (נפח DE = 75 מ"ל), בהנחה של העשרה איזוטופית של 129Xe של 85% וקיטוב של 20%32:
    figure-protocol-11253
    בצע חישוב זה עבור כל מנת קסנון כדי לקבוע את הנפח הנכון של גז קסנון מקוטב שיש לחלק לכל שקית מנה.
    1. נבדקים עם BMI נמוך (<21) נמצאים בסיכון גבוה יותר להשפעות עמוקות יותר של מערכת העצבים המרכזית (CNS) לאחר שאיפת 129Xe מאשר נבדקים אחרים. יש להיוועץ ברופא לפני הדמיה של נבדקים בעלי BMI נמוך ולשקול למזער את נפח מינון ה-Xe של 129כדי למנוע בעיות פוטנציאליות אלה.
  4. הכינו את המקטב 129Xe בהתאם לכל ההוראות שסופקו על ידי ספק המקטב.
    1. השלבים עשויים לכלול את השלבים הבאים, בהתאם לספק המקטב: ודא שספק הכוח סליל הלמהולץ פועל; לפנות את סעפת המוצא כדי לנקות זיהומים; להגדיר את החנקן הנוזלי דיואר סביב/מתחת לאצבע הקרה; הפעל את הכוח ללייזרים ואפשר להם להתחמם; הפעילו את זרימת האוויר לתנור, כוונו את התנור לטמפרטורה המתאימה באמצעות בקר התנור ואפשרו לתנור להתחמם.
      אזהרה: חנקן נוזלי עלול לגרום לכוויות קור חמורות אם הוא בא במגע עם העור, העיניים או הבגדים, ואור לייזר בעוצמה גבוהה עלול לגרום לפגיעה בעין אם הוא פוגע בעין ללא הגנה. יש לנקוט משנה זהירות ולבשו ציוד מגן לפי הצורך.
  5. ודא שתחנת מדידת הקיטוב 129Xe מופעלת והתוכנה מוכנה למדוד קיטוב מינון.
  6. התחל לאסוף של 129Xe היפר-מקוטב על-ידי ביצוע השלבים הבאים.
    1. התחילו את זרימת החנקן למעיל מחמם האצבעות הקר.
    2. התחילו את זרימת תערובת הקסנון לאצבע הקרה. עיין בעקומות הביצועים של המקטבים בתיעוד המקטב כדי לבחור את קצב הזרימה האופטימלי.
    3. הוסיפו חנקן נוזלי לדיואר שמסביב לאצבע הקרה.
    4. רשום את זמן התחלת הקיטוב בגליון נתונים כדי להבטיח נפח קיטוב מדויק.
    5. לאחר תחילת האיסוף, התאימו את בקרי הזרימה והתנור כדי לשמור על קצב זרימה וטמפרטורה עקביים, והוסיפו חנקן נוזלי לפי הצורך כדי לשמור על הדיואר מלא.
  7. במהלך הצטברות הקסנון הכינו שקיות מינון של Tedlar לאיסוף מנות על ידי ניקוי ופינוי חוזר ונשנה של שקיות לפחות 3x באמצעות סעפת מוצא המקטב כדי למזער זיהומים ו / או גזים דה-פולריזציה בשקיות.
  8. לאחר שחלף הזמן המתאים לאיסוף נפח 129Xe היפר-מקוטב רצוי, יש לסיים את איסוף 129Xe ההיפר-מקוטב בהתאם להוראות בתיעוד המקטב.
  9. הפשירו את 129Xe הקפוא ששקע באצבע הקרה, כמתואר להלן.
    1. חבר שקית מינון 129Xe לשקע הקסנון בסעפת היציאה.
    2. הסר בזהירות את דיואר החנקן הנוזלי והחלף אותו בכלי הפשרה המכיל מים בטמפרטורת החדר.
    3. בזמן ההפשרה יש לעקוב אחר הלחץ באופן רציף, לפתוח את שסתום הזרימה מהאצבע הקרה ליציאת הקסנון ברגע שהלחץ מגיע לערך סף שניתן בתיעוד המקטב ולסגור במהירות את השסתום כשהלחץ יורד.
    4. המשיכו לפזר גז קסנון סובלימציה לתוך שקית המינון באופן זה עד שתגיע לכמות הרצויה של קסנון בשקית המינון.
    5. הוסף את גז החיץ (חנקן או הליום) בשלב זה אם הוא לא נוסף לשקית קודם לכן.
    6. לאחר הוספת כל גזי הקסנון והחיץ הרצויים לשקית, סגור במהירות את מהדק הצביטה על צינור השקית, סגור את שסתום יציאת הקסנון ונתק את השקית במינון מלא מהמקטב.
    7. העבר את השקית מיד לשדה המגנטי שנוצר על ידי זוג סלילי הלמהולץ של תחנת מדידת הקיטוב 129Xe.
      זהירות: הלחץ ייבנה במהירות באצבע הקרה ככל שגז הקסנון יתחמם ויתחלף, וייצור סיכון פיצוץ פוטנציאלי אם מאפשרים ללחץ להצטבר מעבר לגבולות הבטוחים. בצע את ההוראות לשלב זה המופיעות בתיעוד המקטב בדיוק, והשתמש בהגנה על העיניים בעת ביצוע שלב זה.
  10. למדוד ולתעד קיטוב בכל שקית מינון בתחנת מדידת הקיטוב 129Xe, בהתאם להוראות שסופקו על ידי ספק תחנת מדידת הקיטוב.
  11. לאחר מדידת הקיטוב, יש לשמור 129שקיות מינון Xe בשדה המגנטי שנוצר על ידי זוג סלילי הלמהולץ בתחנת מדידת הקיטוב עד שיהיו מוכנים למתן מנה לנבדק.

4. הכנה ואימון טרום סריקה של הנושא

הערה: מומלץ שאם הנבדק מקבל בדיקה מלאה הכוללת מבחן הליכה של שש דקות, ההליכה לא צריכה להתקיים עד לאחר השלמת 129Xe MRI כדי למנוע השממת הנבדק באופן שעלול להשפיע על תוצאות 129Xe MRI. זה רלוונטי במיוחד עבור חולים עם מחלת לב-ריאה.

  1. ודא כי הנבדק ביצע כראוי את כל ההוראות לפני הביקור כמתואר בשלב 2, וכי לא חלו שינויים בבריאות שיעמדו בקריטריונים כלשהם להחרגת המחקר או יהוו התווית נגד MRI מאז שהנבדק נבדק.
  2. לבצע את כל הבדיקות הגופניות הדרושות בנושא, כולל אלקטרוקרדיוגרמה (ECG); אוסף של מדדים חיוניים הכוללים טמפרטורת גוף, קצב לב, קצב נשימה, ריווי חמצן בדם (SpO2) ולחץ דם; ספירומטריה; ובדיקת DLCO.
  3. עקוב אחר בדיקות אלה עבור כל סימני אזהרה פוטנציאליים, כולל SpO2 נמוך (<92%), לחץ דם גבוה או סטייה משמעותית של תוצאות הבדיקה מכל קווי הבסיס הקיימים עבור הנבדק.
    הערה: קריאות אלה, במיוחד SpO2 בסיסי, נבדקות בגלל הציפייה כי רוויית חמצן חולפת קלה תתרחש במהלך שאיפת 129Xe. עבור נבדקים עם SpO2 בסיסי <92% או סימני אזהרה אחרים, יש להתייעץ עם רופא כדי לאשר את התאמת הנבדק לבדיקת MRI 129Xe והאם להשתמש במשלים O2 בין 129שאיפות Xe.
  4. הדריך את הנושא בהליך האינהלציה הנכון 129Xe, כמתואר להלן.
    1. הכינו שקית טדלר אחת או יותר המכילה אוויר לתרגול מחוץ לסורק. השתמש בנפח אוויר התואם את הנפח הכולל של קסנון וגז חיץ שיישאף מהשקית במהלך המחקר עצמו.
    2. הכינו אטבי אף לענידה של הנבדק במהלך סריקת עצירת נשימה. התאימו את אטבי האף לאפו של הנבדק לפני תחילת עצירת הנשימה (הן לתרגול והן לסריקה בפועל).
    3. הדריכו את הנבדק באמצעות שקית אחת מלאה באוויר לכל ניסיון, בהתאם להוראות הבאות. הנבדק צריך להתחיל לשאוף את השקית מנפח יעד של קיבולת שיורית תפקודית. במהלך ההליך שלהלן, עקוב אחר חזהו של הנבדק כדי לוודא שהוא מבצע את ההוראות כפי שניתנו.
      1. הכינו את התיק, אך עדיין אל תתנו אותו לנושא. בקשו מהנבדק: קחו נשימה סדירה. תנשמו את זה. קחו נשימה סדירה. תנשמו את זה.
      2. הניחו את הצינור המחובר לשקית הטדלר לתוך פיו של המצולם. החזיקו את השקית במקום שבו הנבדק יכול לשאוף ממנה ופתחו את השסתום. שאל את הנושא: לנשום. לנשום. לנשום.
      3. לאחר שהנבדק שאף את כל תכולת השקית, בקש מהנבדק: עצור את נשימתך. הנחו מיד את מפעיל הסורק: צאו לדרך!
        הערה: בעת סריקת הנושא, מפעיל הסורק צריך להתחיל את הסריקה עם שמיעת Go! הוראה זו אינה מיועדת לנבדק (כלומר, עליו להישאר ללא תזוזה ולהמשיך לעצור את נשימתו כפי שהורו לו מיד לפני כן), אך כן מתריעה בפני הנבדק כי הסריקה קרובה.
      4. המתן לסיום הסריקה, או בעת התרגול, לספירה של 10-15 שניות, שהיא משך הזמן המשוער הדרוש לחלוף סריקה טיפוסית של 129Xe.
      5. שאלו את הנבדק: לנשום. הנושא נושף בנקודה זו. אמן את הנבדק לקחת כמה נשימות עמוקות פנימה והחוצה בשלב זה כדי להקל על פינוי מהיר יותר של 129Xe מהריאות וחזרה מהירה יותר לרמות ריווי חמצן נורמליות.
      6. ודא כי הנושא מסוגל לבצע הוראות אלה בצורה אמינה. שקלו לפסול נבדקים שאינם מסוגלים לשאוף את כל נפח הגז, שאינם מסוגלים לשמור על עצירת נשימה, או שמשתעלים בהתמדה במהלך ניסיונות עצירת נשימה במהלך הבדיקה.
        הערה: התוצאה של בדיקה זו היא קריטית כדי לקבוע את איכות ההדמיה הסבירה. בדיקה זו לתאימות מהימנה של הנבדקים חשובה במיוחד בהקשרים של הדמיה בילדים והדמיה של מחלת ריאות חמורה, מכיוון שנבדקים באחת מהקטגוריות הללו או בשתיהן נוטים יותר להתקשות להשלים באופן אמין את עצירת הנשימה הנדרשת.

5. הכנת חדר סורק MRI ומיקום הנושא על שולחן המטופל בסורק

  1. ודא שכל מי שנכנס או צפוי להיכנס לחדר סורק MRI (נושא ואנשי צוות) מוציא את כל החפצים המתכתיים ו/או האלקטרוניים מכיסיו ומגופו לפני כניסתו לחדר הסורק.
  2. הכינו את סליל האפוד 129Xe על ידי חיבורו לסורק והנחתו על שולחן המטופלים בסורק MRI.
  3. הנחו את הנבדק לשכב על שולחן המטופל במצב שכיבה של רגל ראשונה (או שכיבה עם ראש ראשון, אם מתאים יותר לפריסת חדר הסורקים). הניחו כריות מתחת לראשו של הנבדק, ברכיו וכו', בהתייעצות עם הנבדק כדי להבטיח שהנבדק יוכל לשכב ללא תזוזה בנוחות לאורך כל הבדיקה.
  4. אבטחו את סליל האפוד 129Xe סביב חזהו של הנבדק. כוונו לכך שקו האמצע של הסליל בכיוון ראש-רגל יהיה קרוב ככל האפשר לקו האמצע הצפוי של ריאות הנבדק ברמת ניפוח ריאות נוחה כדי למנוע הפחתת אותות בשולי הריאות.
    הערה: טעות נפוצה היא למקם את הסליל רחוק מדי לכיוון רגלי הנבדק. מיקום הסליל כפי שהופנה לעיל עשוי למקם את הסליל רחוק יותר לכיוון ראשו של הנבדק ממה שניתן היה לצפות בתמימות. בנוסף, ייתכן שיהיה צורך למקם את זרועותיו של הנבדק מעל ראשו ומחוץ לסליל אם קוטר החזה של הנבדק מחייב זאת. קוטר החזה הספציפי שמעליו נדרש מיקום זה ישתנה בהתאם לסורק ולחומרת סליל ספציפיים. עבור נושאים קטנים יותר, זרועות יכולות להיות ממוקמות מעל הראש ומחוץ לסליל או בצדדים ובתוך הסליל.
  5. הגדירו מד דופק אוקסימטר בטוח ל-MRI ליד שולחן המטופלים בחדר סורק ה-MRI וחברו את בדיקת הדופק אוקסימטר לנבדק. ודא כי אוקסימטר הדופק קורא כראוי.
  6. הניחו צינורית אף באפו של הנבדק (או, עבור נבדק בריא, הקפידו על צינורית אף בחדר הסורקים) וחברו אותה למקור חמצן לשימוש אם ה-SpO2 של הנבדק יורד ביותר מ-10% למשך יותר מ-2 דקות לאחר שאיפת המינון. מקם את מיכל החמצן והרגולטור באופן בטוח MR בהתבסס על מדיניות הבטיחות המקומית במרחק נגיש.
  7. מקדמים את שולחן המטופלים לתוך סורק ה-MRI, תוך יישור קו האמצע של ריאות הסליל/הנבדק לאיזוסנטר של הסורק.

6. הליך סריקה

  1. בממשק המשתמש בסורק MRI, הזן נתוני נושא ופתח את פרוטוקול 129Xe MRI שהוכן בעבר (כמתואר בשלב 1).
  2. ודא שהוכנו 129מנות Xe כמתואר בשלב 3 וש-129שקיות מינון Xe נמצאות בשדה המגנטי שנוצר על ידי זוג סלילי הלמהולץ של תחנת מדידת הקיטוב (או במכשיר מקביל) כדי למזער את קצב הדפולריזציה של 129Xe.
  3. בצע סריקה של לוקלייזר 1שעות באמצעות פרוטוקול סטנדרטי שסופק על-ידי הספק (לדוגמה, לוקלייזר בעל שלושה מישורים) כמתואר להלן.
    1. הנחו את הנבדק לנשום נשימה נוחה וטבעית ולעצור את נשימתו. בזמן שהנבדק עוצר את נשימתו, בצע את סריקת הלוקליזר.
    2. הצג את תוצאות סריקת הלוקליזר בממשק סורק MRI. אם התמונות מציגות לכלוכים (למשל, אם בגדים המכילים מתכת לא הוסרו), פתור בעיות וחזור על הפעולה למיקום המקומי. אם הלוקליזר FOV אינו מרוכז היטב בנושא, מקם מחדש את הנושא וחזור. לאחר קבלת תמונות לוקלייזר מקובלות, המשך לשלב הבא.
  4. בצע התאמות ראשוניות לפני הסריקה עבור 129סריקות Xe כמתואר להלן.
    1. הגדר את התדר הראשוני של מרכז 129Xe על ידי חלוקת תדר המרכז של 1H מהלוקליזר ב- 3.61529 (היחס המשוער של היחסים הגירומגנטיים המתאימים של 1H ו- 129Xe).
    2. הגדר את הגדרת המשדר הראשונית 129Xe בהתבסס על תוצאות כיול מנבדקים קודמים עם הביטוס גוף דומה, קנה מידה המבוסס על מתח ייחוס של 1H, או המשקל הנמדד של הנבדק. פרטים על הגדרות משדר 129Xe ספציפיים לסורק וליצרני סלילי Xe 129.
    3. השתמש בהגדרות ברירת המחדל של הסורק עבור כל 129רכישות Xe.
  5. לאחר ביצוע ההתאמות לפני הסריקה המתוארות לעיל, רכוש את סריקת הכיול 129Xe כדי למצוא את הגדרות התדר המרכזי והמשדר של 129Xe כמתואר להלן.
    1. טען את רצף הכיול 129Xe מהפרוטוקול המוכן. ודא שכל הפרמטרים של רצף הפולסים הם כרצונך והגדר את הגדרת ביצוע הסריקה כך שניתן יהיה לבצע את הסריקה בלחיצה אחת.
    2. הביאו את שקית המינון 129Xe המיועדת לסריקת כיול 129Xe מתחנת מדידת הקיטוב לחדר הסורקים. להחזיק או להניח את שקית המינון מוכן ליד הנושא; הימנעו מאזורים הסמוכים לפתח הבור שבהם עוצמת השדה המגנטי משתנה במהירות.
    3. סייעו לנבדק בשאיפת מנת 129Xe מהשקית, בהתאם להליך האינהלציה המתואר בשלב 4.
    4. בצע את הסריקה מיד עם שמיעת Go! מסומן על ידי האדם המסייע לנושא.
    5. עקוב אחר הנושא בזמן שהסריקה מתקדמת. אם הנושא נושף באופן גלוי, משתעל, זז וכו ', חזור על הסריקה במידת האפשר.
    6. מיד עם סיום הסריקה, הנחו את הנבדק לנשוף ולנשום בחופשיות.
    7. לאחר הסריקה, עקוב אחר קצב הלב של הנבדק ו- SpO2 באמצעות מד הדופק אוקסימטר ועקוב אחר השפעות חולפות של מערכת העצבים המרכזית (כגון סחרחורת, סחרחורת, אופוריה ונימול) באמצעות תקשורת מילולית עם הנבדק.
      הערה: כמעט כל הנבדקים יחוו השפעות CNS מתונות מאוד שאינן דורשות התערבות, למעט נבדקים עם תכולת שומן נמוכה בגוף, כפי שמכונה בשלב 3.2.
    8. יש להמתין עד שהסטיות מקו הבסיס יתפוגגו לפני מתן מנה נוספת של 129Xe. אם לא מתרחשות סטיות משמעותיות מקו הבסיס, יש להמתין לפחות 2 דקות לפני מתן מנה נוספת של 129Xe.
      הערה: מהלך זמן טיפוסי של דה-רוויון חמצן והתאוששות הוא כדלקמן: דה-סטורציה מתחילה 10-20 פעימות לב לאחר השלמת 129שאיפת Xe, שפל מתרחש 20-30 פעימות לב לאחר השלמת שאיפה, והתאוששות מתרחשת תוך 45-50 פעימות לב לאחר השלמת שאיפה. רוב אי-הרוויה נפתרת תוך 30 שניות משאיפת Xe של 129Xe ובדרך כלל צפויה להיפתר לחלוטין תוך 2 דקות. יש להיוועץ ברופא אם הפחתת הרוויה המתמשכת (יותר מ-10% מהמינון הבסיסי) נמשכת מעבר ל-2 דקות, שכן מומלץ להימנע ממתן 129מנות Xe נוספות ו/או לסיים את המחקר.
  6. בצע את ניתוח הכיול של 129Xe כמתואר להלן (לדוגמה, באמצעות כלי ניתוח עצמאי).
    1. קבע תדר מרכז 129Xe באמצעות הספקטרום מה- FIDs הראשונים בפאזה גזית.
    2. קבע התאמת משדר 129Xe כמתואר להלן.
      1. התאם את עוצמות השיא של 20 FIDs פאזות גז לפונקציההבאה 30 ופתור עבור זווית ההיפוך, α:
        figure-protocol-23978
        כאשר Si הוא גודל עוצמת האות הנובעת מהעירור ith, S0 הוא גודל עוצמת האות מהעירור הראשון, ו - C הוא פרמטר היסט רעש.
      2. לאחר קבלת α , שנה את קנה המידה של הגדרת המשדר הראשונית של 129Xe עבור סריקות עוקבות ב- 20°/α, בהנחה ש- 20° שימש כזווית הכיול המיועדת כפי שמומלץ בטבלה 1.
  7. לאחר שבוצעו התאמות סופיות של 129Xe לפני הסריקה והנבדק מוכן למנה הבאה של 129Xe, בצע את סריקת האוורור 129Xe כמתואר להלן.
    1. טען את רצף האוורור 129Xe מהפרוטוקול המוכן. ודא שכל פרמטרי רצף הפולסים הם כרצונך והגדר את הגדרת ביצוע הסריקה כך שהסריקה תתחיל מיד לאחר לחיצה אחת.
    2. בחר גודל FOV ומיקום מרכזי בהתבסס על תוצאות הלוקליזציה. כוונו לכך שמרכז ה-FOV יחפוף למרכז הריאות בכל שלושת הממדים וכוונו לכך שה-FOV יהיה גדול מספיק כדי להכיל בנוחות את כל חלל החזה, כולל כל שתי הריאות.
    3. הביאו את שקית המינון 129Xe המיועדת לסריקת אוורור 129Xe מתחנת מדידת הקיטוב לחדר הסורקים. להחזיק או להניח את שקית המינון מוכן ליד הנושא; הימנעו מאזורים הסמוכים לפתח הבור שבהם עוצמת השדה המגנטי משתנה במהירות.
    4. סייעו לנבדק בשאיפת מנת 129Xe מהשקית, בהתאם להליך האינהלציה המתואר בשלב 4.
    5. בצע את הסריקה מיד עם שמיעת Go! מסומן על ידי האדם המסייע לנושא.
    6. עקוב אחר הנושא בזמן שהסריקה מתקדמת. אם הנושא נושף באופן גלוי, משתעל, זז וכו ', חזור על הסריקה במידת האפשר.
    7. מיד עם סיום הסריקה, הנחו את הנבדק לנשוף ולנשום בחופשיות.
    8. לאחר הסריקה, עקוב אחר קצב הלב של הנבדק ו- SpO2 באמצעות מד הדופק אוקסימטר ועקוב אחר השפעות חולפות של מערכת העצבים המרכזית (כגון סחרחורת, סחרחורת, אופוריה ונימול) באמצעות תקשורת מילולית עם הנבדק.
    9. יש להמתין עד שהסטיות מקו הבסיס יתפוגגו לפני מתן מנה נוספת של 129Xe. אם לא מתרחשות סטיות משמעותיות מקו הבסיס, יש להמתין לפחות 2 דקות לפני מתן מנה נוספת של 129Xe.
  8. בצע סריקה אנטומית של 1שעות כמתואר להלן.
    1. טען את הרצף האנטומי של 1H מהפרוטוקול המוכן. ודא שכל הפרמטרים של רצף הפולסים הם כרצונך והגדר את הגדרת ביצוע הסריקה כך שניתן יהיה לבצע את הסריקה בלחיצה אחת.
    2. הביאו את שקית המינון המלאה באוויר ומותאמת לנפח שקית המינון המשמשת לסריקת אוורור 129Xe לחדר הסורקים.
    3. סייעו לנבדק בשאיפת מנת האוויר מהשקית, בהתאם להליך האינהלציה המתואר בשלב 4.
    4. בצע את הסריקה מיד עם שמיעת Go! מסומן על ידי האדם המסייע לנושא.
    5. עקוב אחר הנושא בזמן שהסריקה מתקדמת. אם הנושא נושף באופן גלוי, משתעל, זז וכו ', חזור על הסריקה במידת האפשר.
    6. מיד עם סיום הסריקה, הנחו את הנבדק לנשוף ולנשום בחופשיות.

7. הליכים לאחר סריקה

  1. בצע מדידות של החיוניות של הנבדק באותו אופן כמו לפני הליך הסריקה. אם החיוניות הופכת לחריגה, יש להנחות את הנבדק להמתין 30-60 דקות ו/או עד שהחיוניות תחזור לנקודת ההתחלה הקרובה לפני היציאה.

8. ניתוח נתוני אוורור 129Xe MRI

הערה: יש לשחזר באופן אוטומטי את התמונות האנטומיות שנרכשו 129Xe ו- 1H במחשב סורק ה- MRI באמצעות צינור שחזור התמונה המוגדר כברירת מחדל של הספק.

  1. יצא 129Xe אוורור וסריקות אנטומיות של 1H כקובצי תמונה DICOM באמצעות רמת האינטרפולציה המינימלית המותרת (רצוי ללא כזו).
  2. חשב אחוז פגם אוורור (VDP) באמצעות תוכנת תכנות או ניתוח תמונות באמצעות המשוואה8 הבאה:
    figure-protocol-27568
    1. קבע את עוצמת הקול המאווררת על-ידי פילוח 129סריקות אוורור Xe, באופן ידני או באמצעות אחת ממספר גישות אוטומטיות קיימות33.
      הערה: שיטה פשוטה לסגמנטציה בינארית של 129תמונות Xe משתמשת בסף המוגדר באופן הבא8:
      figure-protocol-27940
      כאשר "אות ממוצע" הוא הממוצע של עוצמת האות 129Xe בתוך אזור עניין המוגדר על-ידי המשתמש של אות 129Xe חזק בתוך הריאות, ו-"SD(רעש)" הוא סטיית התקן של עוצמת האות 129Xe בתוך אזור הסמוך לקצה שדה הראייה הממוקם הרחק מהריאות או קנה הנשימה.
    2. קבע את נפח הריאה הכולל על ידי פילוח סריקות אנטומיות של 1H, באופן ידני או באמצעות גישות אוטומטיות קיימות34.
    3. לאחר ביצוע סגמנטציות אלה, חשב את אמצעי האחסון המתאימים כמספר הווקסלים המפולחים כפול נפח הווקסל של התמונה (תוך התחשבות בכל אינטרפולציה המבוצעת בעת המרת התמונות לקובצי DICOM).

תוצאות

איור 1 מראה אוורור מייצג ותמונות לוקלייזר תלת-מישורי מאדם בריא. אות Xe גבוה 129ניתן לראות בכל הריאות בתמונות האוורור, ולא ניכר ליקוי אוורור אצל אדם זה.

איור 2, איור 3 ואיור 4 מראים אוורור מייצג ותמונות אנטומי?...

Discussion

גישות האוורור וה-MRI האנטומי שתוארו לעיל נועדו למקסם את איכות התמונה ואת ה-SNR תוך שמירה על פשטות היישום - פרוטוקולי רצף אלה ניתנים להתאמה כללית מתוך רצפי פולסים של מוצרי ספק, בתנאי שהפעלה רב-גרעינית מופעלת, ותמונות ישוחזרו באופן אוטומטי במחשב הסורק. חסרון אחד של הגישות הדו-ממדיות המתוארות כא?...

Disclosures

המחברים J.F.M., J.P.M. ו-Y.M.S משתתפים בניסויים קליניים הנתמכים על ידי Polarean, Inc. המחברים J.F.M. ו-Y.M.S מספקים שירותי ייעוץ ל-Polarean, Inc. (פחות מ-$5000). המחבר J.P.M. מקבל תמיכה מחקרית מ-Polarean, Inc.

Acknowledgements

עבודה זו מומנה על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (מספרי המענקים R01-CA172595-01, R01-HL132177, R01-HL167202, S10-OD018079 ו-UL1-TR003015) ועל ידי Siemens Medical Solutions.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
1.5T or 3T human MRI scannerSiemensMAGNETOM 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 hyperpolarizerPolarean9820
129Xe MRI phantom
129Xe MRI vest coilClinical MR SolutionsAlso available from other vendors
129Xe polarization measurement stationPolarean2881
1H MRI phantom
Coil file for 129Xe MRI vest coilAlso available from other vendors for their respective coils
ECG machine
Helium buffer gas
Interface box from coil to scannerMay be built into coil, but needs to be included separately if not
Liquid nitrogen
MRI-safe pulse oximeterPhilipsExpression MR200
Nitrogen buffer gas
PFT machine
Programming/image analysis softwareMATLABR2023aVarious other options available
Pulse sequence design softwareSiemensIDEA software package; also available from GE and Philips for their respective scanners
Scanner multinuclear optionSiemensScanner 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)

References

  1. Roos, J. E., McAdams, H. P., Kaushik, S. S., Driehuys, B. Hyperpolarized gas MRI: Technique and applications. Magn Reson Imaging Clin N Am. 23 (2), 217-229 (2015).
  2. Mugler, J. P., Altes, T. A. Hyperpolarized 129Xe MRI of the human lung. J Magn Reson Imaging. 37 (2), 313-331 (2013).
  3. Ebner, L., et al. The role of hyperpolarized 129xenon in MR imaging of pulmonary function. Eur J Radiol. 86, 343-352 (2017).
  4. He, M., Driehuys, B., Que, L. G., Huang, Y. C. T. Using hyperpolarized 129Xe MRI to quantify the pulmonary ventilation distribution. Acad Radiol. 23 (12), 1521-1531 (2016).
  5. Walkup, L. L., et al. Xenon-129 MRI detects ventilation deficits in paediatric stem cell transplant patients unable to perform spirometry. Eur Respir J. 53 (5), 1801779 (2019).
  6. Virgincar, R. S., et al. Quantitative analysis of hyperpolarized 129Xe ventilation imaging in healthy volunteers and subjects with chronic obstructive pulmonary disease. NMR Biomed. 26 (4), 424-435 (2013).
  7. Ebner, L., et al. Hyperpolarized 129Xenon magnetic resonance imaging to quantify regional ventilation differences in mild to moderate Asthma: A prospective comparison between semiautomated ventilation defect percentage calculation and pulmonary function tests. Invest Radiol. 52 (2), 120-127 (2017).
  8. Woodhouse, N., et al. Combined helium-3/proton magnetic resonance imaging measurement of ventilated lung volumes in smokers compared to never-smokers. J Magn Reson Imaging. 21 (4), 365-369 (2005).
  9. Mugler, J. P., et al. Simultaneous magnetic resonance imaging of ventilation distribution and gas uptake in the human lung using hyperpolarized xenon-129. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (50), 21707-21712 (2010).
  10. Qing, K., et al. Assessment of lung function in asthma and COPD using hyperpolarized 129Xe chemical shift saturation recovery spectroscopy and dissolved-phase MRI. NMR Biomed. 27 (12), 1490-1501 (2014).
  11. Cleveland, Z. I., et al. Hyperpolarized 129Xe MR imaging of alveolar gas uptake in humans. PLoS One. 5 (8), 12192 (2010).
  12. Wang, Z., et al. Using hyperpolarized 129Xe gas-exchange MRI to model the regional airspace, membrane, and capillary contributions to diffusing capacity. J Appl Physiol. 130 (5), 1398-1409 (2021).
  13. Guan, S., et al. 3D single-breath chemical shift imaging hyperpolarized Xe-129 MRI of healthy, CF, IPF, and COPD subjects. Tomography. 8 (5), 2574-2587 (2022).
  14. Ouriadov, A., et al. Lung morphometry using hyperpolarized (129) Xe apparent diffusion coefficient anisotropy in chronic obstructive pulmonary disease. Magn Reson Med. 70 (129), 1699-1706 (2013).
  15. Yablonskiy, D. A., Sukstanskii, A. L., Quirk, J. D., Woods, J. C., Conradi, M. S. Probing lung microstructure with hyperpolarized noble gas diffusion MRI: theoretical models and experimental results. Magn Reson Med. 71 (2), 486-505 (2014).
  16. Chan, H. F., Stewart, N. J., Norquay, G., Collier, G. J., Wild, J. M. 3D diffusion-weighted 129 Xe MRI for whole lung morphometry. Magn Reson Med. 79 (6), 2986-2995 (2018).
  17. Walkup, L. L., et al. tolerability and safety of pediatric hyperpolarized 129Xe magnetic resonance imaging in healthy volunteers and children with cystic fibrosis. Pediatr Radiol. 46 (12), 1651-1662 (2016).
  18. Driehuys, B., et al. Chronic obstructive pulmonary disease: safety and tolerability of hyperpolarized 129Xe MR imaging in healthy volunteers and patients. Radiology. 262 (1), 279-289 (2012).
  19. Myc, L., et al. Characterisation of gas exchange in COPD with dissolved-phase hyperpolarised xenon-129 MRI. Thorax. 76 (2), 178-181 (2021).
  20. Kaushik, S. S., et al. Measuring diffusion limitation with a perfusion-limited gas-Hyperpolarized 129Xe gas-transfer spectroscopy in patients with idiopathic pulmonary fibrosis. J Appl Physiol. 117 (6), 577-585 (2014).
  21. Dournes, G., et al. The clinical use of lung MRI in cystic fibrosis: What, now, how. Chest. 159 (6), 2205-2217 (2021).
  22. Thomen, R. P., et al. Hyperpolarized 129Xe for investigation of mild cystic fibrosis lung disease in pediatric patients. J Cyst Fibros. 16 (2), 275-282 (2017).
  23. Mammarappallil, J. G., Rankine, L., Wild, J. M., Driehuys, B. New developments in imaging idiopathic pulmonary fibrosis with hyperpolarized xenon magnetic resonance imaging. J Thorac Imaging. 34 (2), 136-150 (2019).
  24. Rankine, L. J., et al. 129Xenon gas exchange magnetic resonance imaging as a potential prognostic marker for progression of idiopathic pulmonary fibrosis. Ann Am Thorac. 17 (1), 121-125 (2020).
  25. Mata, J., et al. Evaluation of regional lung function in pulmonary fibrosis with xenon-129 MRI. Tomography. 7 (3), 452-465 (2021).
  26. Svenningsen, S., et al. Hyperpolarized (3) He and (129) Xe MRI: Differences in asthma before bronchodilation. J Magn Reson Imaging. 38 (3), 1521-1530 (2013).
  27. Stewart, N. J., et al. Comparison of 3He and 129Xe MRI for evaluation of lung microstructure and ventilation at 1.5T. J Magn Reson Imaging. 48 (3), 632-642 (2018).
  28. Hughes, P. J. C., et al. Assessment of the influence of lung inflation state on the quantitative parameters derived from hyperpolarized gas lung ventilation MRI in healthy volunteers. J Appl Physiol. 126 (1), 183-192 (2019).
  29. Polarean. . FDA Approves Polarean's XENOVIEWTM (xenon Xe 129 hyperpolarized) for use with MRI for the evaluation of lung ventilation. , (2022).
  30. Niedbalski, P. J., et al. Protocols for multi-site trials using hyperpolarized 129Xe MRI for imaging of ventilation, alveolar-airspace size, and gas exchange: A position paper from the 129Xe MRI clinical trials consortium. Magn Reson Med. 86 (6), 2966-2986 (2021).
  31. Bier, E. A., et al. A thermally polarized 129 Xe phantom for quality assurance in multi-center hyperpolarized gas MRI studies. Magn Reson Med. 82 (5), 1961-1968 (2019).
  32. He, M., et al. Dose and pulse sequence considerations for hyperpolarized 129Xe ventilation MRI. Magn Reson Imaging. 33 (7), 877-885 (2015).
  33. Tustison, N. J., et al. Image- versus histogram-based considerations in semantic segmentation of pulmonary hyperpolarized gas images. Magn Reson Med. 86 (5), 2822-2836 (2021).
  34. Tustison, N. J., et al. Convolutional neural networks with template-based data augmentation for functional lung image quantification. Acad Radiol. 26 (3), 412-423 (2019).
  35. Wild, J. M., et al. Comparison between 2D and 3D gradient-echo sequences for MRI of human lung ventilation with hyperpolarized 3He. Magn Reson Med. 52 (3), 673-678 (2004).
  36. Willmering, M. M., et al. Improved pulmonary 129 Xe ventilation imaging via 3D-spiral UTE MRI. Magn Reson Med. 84 (1), 312-320 (2020).
  37. Collier, G. J., et al. Single breath-held acquisition of coregistered 3D 129 Xe lung ventilation and anatomical proton images of the human lung with compressed sensing. Magn Reson Med. 82 (1), 342-347 (2019).
  38. Zha, W., et al. Semiautomated ventilation defect quantification in exercise-induced bronchoconstriction using hyperpolarized helium-3 magnetic resonance imaging: a repeatability study. Acad Radiol. 23 (9), 1104-1114 (2016).
  39. Ray, N., Acton, S. T., Altes, T. A., de Lange, E. E., Brookeman, J. R. Merging parametric active contours within homogeneous image regions for MRI-based lung segmentation. IEEE Trans Med Imaging. 22 (2), 189-199 (2003).
  40. Hughes, P. J. C., et al. Spatial fuzzy c-means thresholding for semiautomated calculation of percentage lung ventilated volume from hyperpolarized gas and 1 H MRI. J Magn Reson Imaging. 47 (3), 640-646 (2018).
  41. Tustison, N. J., et al. Ventilation-based segmentation of the lungs using hyperpolarized (3)He MRI. J Magn Reson Imaging. 34 (3), 831-841 (2011).
  42. Kanhere, N., et al. Correlation of lung clearance index with hyperpolarized 129Xe magnetic resonance imaging in pediatric subjects with cystic fibrosis. Am J Respir Crit Care Med. 196 (8), 1073-1075 (2017).
  43. Rayment, J. H., et al. Hyperpolarised 129Xe magnetic resonance imaging to monitor treatment response in children with cystic fibrosis. Eur Respir J. 53 (5), 1802188 (2019).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

201

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved