MRI ריאות היפרפולריזציה 129Xe וספקטרוסקופיה בעכברים מאווררים מכנית

Summary

MRI קסנון היפר-פולרי יכול לכמת מיקרו-מבנה ריאה אזורי (ממדי אוויר-חלל) ופיזיולוגיה (אוורור וחילופי גזים) במחקר תרגומי וטיפול קליני. למרות שהוא מאתגר, הוא יכול לספק תובנות ריאתיות דומות במחקרים פרה-קליניים. פרוטוקול זה מתאר את התשתית והנהלים הדרושים לביצוע MRI ריאות קסנון שגרתי בעכברים.

Abstract

קסנון-129 (¹²⁹Xe) היפרפולריזציה (HP) הוא חומר ניגוד הדמיית תהודה מגנטית בשאיפה (MRI) בעל תכונות ספקטרליות ופיזיקליות ייחודיות שניתן לנצל כדי לכמת פיזיולוגיה ריאתית, כולל אוורור, דיפוזיה מוגבלת (גודל מרחב אווירי) וחילופי גזים. בבני אדם, הוא שימש להערכת חומרת המחלה והתקדמותה במגוון הפרעות ריאה ומאושר לשימוש קליני בארצות הברית ובבריטניה. מעבר ליישומים הקליניים שלו, היכולת של ¹²⁹Xe MRI להעריך באופן לא פולשני פתופיזיולוגיה ריאתית ולספק מידע שנפתר מרחבית היא בעלת ערך למחקר פרה-קליני. מבין מודלים של בעלי חיים, עכברים הם הנפוצים ביותר בשל הנגישות של מודלים של מחלות מהונדסות גנטית. כאן, ¹²⁹Xe MRI מבטיח כטכניקה זעיר פולשנית, נטולת קרינה ורגישה לניטור אורך של התקדמות מחלת ריאות ותגובה לטיפול (למשל, בגילוי תרופות). טכניקה זו יכולה להרחיב ליישומים פרה-קליניים על ידי שילוב מכשיר נשימה חופשית המופעל על ידי MRI או מכונת הנשמה מכנית להעברת גז. כאן, אנו מתארים את השלבים ומספקים רשימות בדיקה כדי להבטיח איסוף וניתוח נתונים חזקים, כולל יצירת פנטום גז קסנון מקוטב תרמית לבקרת איכות, אופטימיזציה של קיטוב, טיפול בבעלי חיים (טשטוש, אינטובציה, אוורור וטיפול בעכברים), ופרוטוקולים לאוורור, דיפוזיה מוגבלת ונתוני חילופי גזים. בעוד שניתן ליישם MRI פרה-קליני ¹²⁹Xe במודלים שונים של בעלי חיים (למשל, חולדות, חזירים, כבשים), פרוטוקול זה מתמקד בעכברים בשל האתגרים שמציבה האנטומיה הקטנה שלהם, המאוזנים על ידי סבירותם וזמינותם של מודלים רבים של מחלות.

Introduction

בעוד שהפרעות ריאה נותרו הגורמים המובילים לתחלואה ותמותה עולמית^, בעשור האחרון נרשמו שיפורים דרמטיים בתוצאות המטופלים. שיפורים אלה מונעים בחלקם על ידי שני גורמים. ראשית, ניסויים קליניים שלב III מתעדפים כעת שינויים בתפקוד הריאות כנקודות קצה ולא תמותה, ומאיצים את ניסויי התרופות 2,3,4,5. שנית, התקדמות במודלים משופרים של בעלי חיים סיפקה תובנות לגבי מנגנוני מחלה וסייעה בפיתוח טיפול ^6,7. מודלים של עכברים מועדפים לעתים קרובות למחקר תרגומי מכיוון שהם מציעים הקבלות פיזיולוגיות לבני אדם, סבירות והתפתחות מהירה של מחלות. ההנדסה הגנטית הרחיבה את מגוון ואיכות המודלים הזמינים, כאשר משאב זני העכברים הבינלאומי מתהדר כעת ביותר מ-32,000 זני עכברים⁸, בהשוואה ל-4,218 זני חולדות בלבד (מאגר גנום העכברים⁹). מודלים אלה פתחו אפיקים חדשים לחקירת מניעים מכניסטיים ותגובות טיפוליות למגוון מחלות ריאה, כולל מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD)¹⁰, סיסטיק פיברוזיס (CF)¹¹, פיברוזיס ריאתי^12,13, יתר לחץ דם ריאתי^14,15 ואסטמה¹⁶.

למרבה הצער, מחקר ריאות הכולל עכברים מוגבל על ידי הטכניקות הזמינות לכימות נטל המחלה. מחקרים מסתמכים לעתים קרובות על נהלים סופיים אשר 1) מספקים מידע על כל הריאה (מבחנים ביוכימיים) או מידע מקומי (היסטולוגיה) ו-2) דורשים עיצובי חתך וגדלי מדגם גדולים. לפיכך, הם אינם לוכדים דינמיקה מרחבית או זמנית של מחלה. לעומת זאת, הדמיה תלת מימדית לא פולשנית יכולה להעריך מבנה, תהליכים מולקולריים ותפקוד בריאות לאורך זמן.

ניתן לדמיין את מבנה הריאות (למשל, הפרעות בדרכי הנשימה ופיברוזיס אינטרסטיציאלי) באמצעות MRI קצר במיוחד (UTE) וטומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (μCT) ברזולוציה גבוהה. ניתן להשיג מידע פונקציונלי ומכניסטי (למשל, אוורור, זלוף, מטבוליזם של גידול ותהליכים דלקתיים) באמצעות חומרי ניגוד אקסוגניים (למשל, CT משופר קסנון ו-UTE משופר חמצן) וגישות רפואה גרעינית מייננות (כלומר, טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים [PET], וטומוגרפיה ממוחשבת של פליטת פוטון יחיד [SPECT]). עם זאת, הדמיה פונקציונלית מאתגרת בשל הניגודיות הצנועה לרעש (במיוחד עבור UTE משופר חמצן בעוצמות השדה המגנטי הגבוהות המשמשות ל-MRI פרה-קליני, כאשר T₁ מתארך) הזמין ללא שימוש בשיטות מייננות עם רמות קרינה גבוהות מהרגיל. בעוד שהדמיה בשיטות אלה נסבלת היטב במודלים של בעלי חיים המשתמשים במינונים קונבנציונליים, קרינה מצטברת עלולה לבלבל את התוצאות במחקרים על אימונולוגיה, דלקת וסרטן ריאות¹⁷. עם זאת, הדמיית תהודה מגנטית (MRI) קסנון-129 (¹²⁹Xe) היפרפולרית (HP) מספקת מידע מבני ותפקודי זעיר פולשני, לא מקרין ורגיש ביותר. בעוד שטכניקה זו שימשה במחקר פרה-קליני כדי לאפיין מצבים הכוללים אמפיזמה^18,19, פיברוזיס²⁰, סרטן ריאות²¹, COPD²² ופגיעה ריאתית הנגרמת על ידי קרינה²³ בנקודות זמן בודדות או מרובות, היא נותרה לא מנוצלת בסביבה הפרה-קלינית.

כדי לאפשר MRI ¹²⁹Xe שגרתי ופרה-קליני, נדרשים מספר תנאים מוקדמים, כולל תמיכה רגולטורית מוסדית, מכשיר היפרפולריזציה, סליל תדר רדיו (RF) מכוון ^{Xe 129}וסורק בעל יכולת גרעינית רב-גרעינית. למרות שיישומים מתקדמים 24,25,26,27,28,29,30,31,32,33 דורשים תכנות פולסים ספציפי לספק שנמצא מחוץ לתחום של פרוטוקול זה, ניתן להשיג יישומים בסיסיים עם שינויי תוכנה צנועים. לכן, אנו מתמקדים בבקרת איכות, טיפול במגנטיזציה, איסוף נתונים והליכי טיפול בבעלי חיים - כולל הנשמה מכנית - שהם ייחודיים ל-MRI פרה-קליני ¹²⁹Xe (איור 1).

עד כה, הדמיית Xe של בעלי חיים קטנים ^השתמשהבשלוש גישות להעברת גז בטוחות MR, כל אחת עם יתרונות וחסרונות: נשימה חופשית, מונעת בוכנה וירידת לחץ. נשימה חופשית מאפשרת שאיפה ספונטנית ללא סיכון לפציעה מאינטובציה או טרכאוסטומיה, אך צורכת הרבה יותר גז HP ויכולה להכניס חפצי תנועה ^34,35. מכשירים מונעי בוכנה מסחריים הם כיול עצמי וקלים לשימוש מחוץ לקופסה, אך עשויים להיות יקרים להחריד³⁶. הגישה המבוססת על ירידת לחץ המשמשת כאן מתוארת היטב בספרות, מודולרית, ניתנת להתאמה אישית ומופעלת על ידי קוד פתוח 37,38,39,40. יתר על כן, הוא חסכוני, בדרך כלל מסתכם בפחות מ-10,000 דולר וכמה שבועות של זמן בנייה ייעודי. מאוורר ירידת הלחץ מספק ¹²⁹Xe משקית מינון בתוך מיכל בלחץ תוך ניטור לחץ דרכי הנשימה של עכבר עם אינטובציה.

איור 1: סקירה כללית של הפרוטוקול לאיסוף הדמיית תהודה מגנטית (MRI) שגרתית של קסנון-129 (¹²⁹Xe) בעכברים. (A) שלבים להגדרה ראשונית. (הערה: תכנות הסורק הוא ייחודי לכל ספק ואינו מתואר בפרוטוקול זה). (ב) שלבים לאיסוף אבטחת איכות יומית (QA) ונתונים על בעלי חיים. (ג) שלבים לסיום מוצלח של ניסוי וניתוח נתונים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

כאן, אנו אוספים ומנתחים את שלושת הסוגים הנפוצים של ^{נתוני 129}Xe MRI: אוורור, הדמיה משוקללת דיפוזיה (גודל מרחב אווירי מכתשית) וחילופי גזים. תמונות אוורור מתארות את התפלגות גז ¹²⁹Xe שנשאף. אזורים בריאות עם זרימת אוויר מופחתת נראים כהים בתמונות גז HP, והפתולוגיה מכומתת על ידי נפח האוורור הפגום. בבני אדם, אחוז פגם האוורור (VDP) הראה יכולת חזרה חזקה^41,42 ורגישות גבוהה לחסימת ריאות במחלות כמו COPD 43,44,45 ואסטמה ^46,47.

ניתן למדוד את הדיפוזיה המוגבלת של ¹²⁹אטומי Xe במרחב האווירי באמצעות מקדם הדיפוזיה לכאורה (ADC) ומשמש כתחליף לגודל חלל האוויר. ה-ADC מחושב על ידי רכישת תמונת בסיס (b₀) ללא שקלול דיפוזיה ותמונה אחת או יותר שנרכשו בנוכחות שקלול דיפוזיה המושרה על ידי שיפוע דו קוטבי (b_N). ADC מוגבה משקף עלייה בגודל המרחב האווירי עקב הזדקנות או שיפוץ אמפיזמטי^18,48. יתר על כן, שימוש בתמונות מרובות של ערך b (≥4) מאפשר לחשב מידע מורפומטרי מפורט יותר (למשל, יירוט ליניארי ממוצע)^49,50.

ניתן לאפיין את חילופי הגזים עקב 1) המסיסות של ¹²⁹Xe ברקמת הממברנה הנימים, הפלזמה וה-RBCs (כדוריות דם אדומות) ו-2) השינוי הכימי של >200 ppm במורד השדה של ¹²⁹Xe כאשר הוא מומס בתאים אלה. הן נתונים ספקטרוסקופיים והן נתוני הדמיה מספקים תובנה לגבי מחלות לב ריאה (למשל, יתר לחץ דם ריאתי ואי ספיקת לב שמאלית 51,52,53). בעוד שמינים רבים (בני אדם, כלבים וחולדות) מציגים פסגות ספקטרליות ייחודיות שמקורן בכל תא, לעכברים חסר אות RBC ייחודי עקב הבדלים באינטראקציות אתר קשירה של המוגלובין-קסנון. במקום זאת, כל הרכיבים המומסים משולבים לאות יחיד בעכברים⁵⁴. עם זאת, ניתן להבחין בתהודה מובהקת של RBC בעכברים טרנסגניים המבטאים המוגלובין אנושי, כמו אלה המשמשים במודלים של מחלת תאי חרמש⁵⁴. בסך הכל, ספקטרוסקופיה והדמיה מומסת ¹²⁹Xe מספקות תובנות ייחודיות לגבי פתופיזיולוגיה של לב ריאה בעכברים^55,56.

לפני שתנסה פרוטוקול זה, יש צורך להבין מידע רקע על סורק ה-MRI, אוורור מכני וטכניקות טיפול בעכבר הנדרשות למחקרי עכברים. לפני תחילת ניסויים בבעלי חיים, כל ההליכים חייבים להיות מאושרים על ידי הוועדה המוסדית המקומית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC)⁵⁷. מכיוון שהמומנט המגנטי הכולל הזמין בריאה של העכבר נמוך באופן מהותי (כלומר, נפח גאות ~ 250 מיקרוליטר), גודל הווקסל חייב להיות קטן פי 1000 מאשר בבני אדם כדי להשיג רזולוציה שווה ערך מבחינה אנטומית. קצב הנשימה של העכברים גם הוא מהיר במיוחד (>100 נשימות לדקה). ככזה, הליכי עצירת נשימה בודדת המשמשים בדרך כלל להדמיה אנושית אינם ניתנים לביצוע. במקום זאת, ניתן ליישם רק כמה עירורי RF בתוך כל נשימה, כך ^ש-129תמונות Xe חייבות להיות מקודדות על פני עשרות עד מאות נשימות. ייתכן שיידרש תכנות פולסים כדי לאפשר הפעלה חיצונית של רכישות ולולאה נכונה של פרוסות, קידודי פאזה ו/או תמונות משוקללות דיפוזיה תוך איזון יחס אות לרעש (SNR), רזולוציה ומשך הסריקה. כאן, המאוורר מוציא פולס לוגי טרנזיסטור-טרנזיסטור (TTL) פעם אחת בכל נשימה כדי להפעיל קליטת נתונים (איור 2).

איור 2: אוורור מכני מייצג ותזמון קליטת נתונים. (א) אוורור מבוקר על ידי המשתמש יכול לעורר רכישת נתונים בהשראה סופית, במהלך עצירת הנשימה או בסוף התפוגה. (ב) עבור רצף אוורור רדיאלי תלת-ממדי זה, המשתמש מגדיר את המספר הכולל של הקרנות שנרכשו ואת מספר ההקרנות לנשימה. (C) לתמונה סלקטיבית של פרוסות ומשקללת דיפוזיה דו-ממדית, המשתמש מגדיר את סדר הפרוסות, תמונות עם ערך b וקידוד פאזה. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

כדי לאפשר אוורור אמין ואספקת ¹²⁹Xe, נדרשים הליכי טשטוש ואינטובציה חזקים. עבור כל מחקר, יש לקחת בחשבון את ההשפעות במורד הזרם של כל חומר הרדמה - כולל שינויים באוורור זעיר, קצב לב (HR) ולחץ דם 58,59,60,61,62,63,64,65,66^. בעוד שמגוון תרופות הרגעה שימשו ל-MRI גז פרה-קליני של HP, אנו משתמשים בתערובת של קטמין, קסילזין ואצפרומזין, בשל זמינותו, עלות-תועלת, אמינותו ומשך הזמן שלו^67,68. לאחר ההרדמה, יש להחדיר את בעלי החיים לאוורור מכני יעיל. אינטובציה של עכברים קשה בגלל הגודל הקטן של האנטומיה שלהם, ולכן חשוב להתאמן היטב בטכניקה זו. אנו מעודדים את החוקרים לעיין בפרוטוקולי וידאו שפורסמו^69,70. מכיוון שרוב צינוריות האינטובציה המסחריות מכילות נירוסטה, אנו מציגים טכניקה ליצירת צינוריות נטולות מתכת (כלומר, תואמות MRI וגז HP), בצורת טריז שניתן להתאים אישית כך שיתאימו לקוטר דרכי הנשימה כדי ליצור אטימה אטומה עם דופן קנה הנשימה של העכבר.

מכיוון ^ש-129תמונות Xe נאספות על פני נשימות רבות, הגדרות מכונת ההנשמה הן קריטיות. יש לשקול בזהירות אסטרטגיות אוורור מגן כדי למנוע פגיעה ריאתית 71,72,73,74. בפרט, השימוש בנפח גאות נמוך (TV), לחץ נשיפה חיובי מתון (PEEP) ותמרוני גיוס מכתשית (RMs) מפחיתים את הסיכון לפגיעה ריאתית הנגרמת על ידי מכונת הנשמה בחולים אנושיים ובמודלים של בעלי חיים 75,76,77,78,79,80,81. כאן, אנו ממליצים על טכניקה פשוטה התואמת לאוורור מכני של ¹²⁹Xe עם ירידת לחץ המגן ומספק מספיק ¹²⁹Xe תמונה SNR. באופן ספציפי, אנו מיישמים PEEP על ידי הוספת שסתום PEEP מסחרי לקו הנשיפה של מכונת ההנשמה. כדי לבצע RMs, יש לסגור את קו הנשיפה כך שהחיה תקבל שאיפות מרובות ללא נשיפה עד להגעה ללחץ ומשך המטרה.

לאורך כל הדרך, אנו מספקים הגדרות אוורור כלליות, אך מומלץ לסקור את הספרות כדי להתייחס ליעדי המחקר הספציפיים^82,83. בנוסף לניטור שיא לחץ השאיבה במהלך אוורור מכני, חשוב לנטר את טמפרטורת החיה, שניתן לעשות זאת בשיטות ניטור טמפרטורת עכבר סטנדרטיות. למרות שאינו נדרש להדמיה, ניטור דופק באמצעות אלקטרוקרדיוגרמה (ECG) יכול להיות יתרון; א.ק.ג יכול להצביע אם בעל חיים מתעורר מהרגעה, ממנת יתר או ממצוקה, מה שמאפשר לחוקר להתערב.

הפרוטוקול שאנו מתארים נועד לאסוף ¹²⁹נתוני אוורור רדיאלי תלת-ממדי^{של Xe 61}, נתונים משוקללים של דיפוזיה GRE דו-ממדית⁷⁶ ונתוני חילופי גזים ספקטרוסקופיה דינמית של רכישת דופק. פרוטוקול זה נועד לגשר על הפער בין מחקר פרה-קליני במודלים של בעלי חיים קטנים לבין הפוטנציאל של ¹²⁹Xe MRI לקדם את ההבנה שלנו של הפרעות ריאה.

Protocol

כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) של המרכז הרפואי לילדים בסינסינטי.

1. הכנת האתר הראשונית

1. צור ובדוק פנטום גז ¹²⁹Xe מקוטב תרמית (איור 3).
   1. השג כלי זכוכית בורוסיליקט (~60 מ"ל), שסתום בוכנה עם טבעת O איטום קדמית וגזע זכוכית בורוסיליקט טחון, כולם מדורגים עד 150 psig. ודא שאין חלקים מגנטיים. חבר אביזר דחיסה לגבעול הזכוכית. הדק כדי לייצר אטימה אטומה לגז.
   2. חבר את הכלי למשאבת ואקום ומאגר חמצן לפי איור 3A. כלי ואקום ללחץ מוחלט של פחות מ-100 mTorr.
   3. מלאו את הכלי בחמצן בלחץ של 1.5 אטמוספירה כדי להפחית את ^ה-129Xe T₁ מ-> 30 דקות ל-~2 שניות (בעוצמת שדה מגנטי של 7 T; עבור סורק 9.4 T, השתמש בחמצן 1.6 אטמוספירה). כלי חותם.
      הערה: עבור עוצמות שדה גבוהות יותר, יידרש לחץ חלקי חמצן גבוה במקצת כדי להשיג T₁≤ 2 שניות⁸⁴.
   4. מלאו מאגר אטום לגז ב-400 מ"ל קסנון מועשר איזוטופי (85% ¹²⁹Xe).
      הערה: ניתן להשתמש גם בקסנון בשפע טבעי (26% ¹²⁹Xe), אך יהיה צורך להגדיל את הפחתה של האותות כדי להפחית את ההפחתה של ~פי 3 ב-SNR.
   5. חבר את הכלי למאגר של ¹²⁹Xe. צינורות ואקום ללחץ מוחלט של פחות מ-100 mTorr.
   6. מלאו נוזל ספסל בפה פתוח N₂ Dewar עד ~90%. טבלו את תחתית הכלי (~5 ס"מ) בחנקן נוזלי כדי לעבות את O₂ וליצור ואקום (איור 3B). בעודו שקוע, פתח את השסתום כדי לאפשר ^ל-129Xe מהמאגר לזרום לתוך הכלי (איור 3C).
   7. אטום את שסתום הבוכנה על ידי משיכה איטית של הגבעול עד שחור הזרימה בבוכנה נמשך מעבר לטבעת ה-O. מיד לאחר שהחור עבר את טבעת ה-O, הדק את היד כדי לאטום את הכלי. הסר את הכלי מחנקן נוזלי ואפשר לו להפשיר.
      הערה: לאחר ההפשרה, הכלי ילחץ ל~4.5 אטמוספירה (2 כספומטים O₂ + 2.5 כספומט ¹²⁹Xe).
   8. הגן על כלי זכוכית (למשל, הכנס כלי במיכל צינור פוליוויניל כלוריד מרופד (PVC), איור 3D).
      הערה: אם הוא מתוחזק כראוי, הפנטום יכול לשמור על לחץ במשך עשור או יותר.
   9. מדוד את ה-T₁ של הפנטום (למשל, באמצעות רצף התאוששות היפוך ספקטרוסקופי). אשר את T₁ < 2 שניות עבור סורקי 7 T. עקוב אחר אות ו-T₁ לאורך זמן לאבטחת איכות (QA).

איור 3: יצירת פנטום גז ¹²⁹Xe מקוטב תרמית המונחה על ידי הפרוטוקול המפורט בשלב 1.1. ניתן לשנות את הלחצים החלקיים של O₂ ^ו-129Xe כדי להתאים אישית את ה-T₁ כך שיניב ¹²⁹Xe T₁ פעמים ועוצמת אות בעוצמת שדה נתונה⁸⁴. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

2. בצע אבטחת איכות עם פנטום הגז המקוטב תרמית (טבלה 1 ואיור 4).
   1. הנח את סליל ¹²⁹Xe במרכז המגנט ומרכז את פנטום הגז ¹²⁹Xe בתוך הסליל. ברצף דופק ורכישה יחיד ("דופק יחיד"), הגדר את תדר העבודה כך שיתאים לתדר הגז המשוער ^{של 129}Xe בפנטום (~83.07 מגה-הרץ ב-7T).
   2. מרכז את תדרי הקליטה והעירור לתדר ¹²⁹Xe Larmor, והשתמש בתדר זה עבור כל סריקות כיול הפנטום ובקרת האיכות ¹²⁹Xe. ראה טבלה 1 לפרמטרים ניסיוניים עבור כל סריקות ה-QA. ודא שהפנטום ממורכז עם לוקלייזר פנטום (איור 4A).
   3. בצע ניסוי נוטציה כדי לכייל את זווית ההיפוך: בהנחה ש-SNR מספיק, השתמש בפולסים בודדים של RF עם מרווח זמן חזרה (TR) >-5 x T₁. עבור כל רכישה, הגדל בהדרגה את עוצמת ה-RF עד שהאות מתבטל ומתחיל להתהפך. התקן המשמש כאן הוא: מספר פולסים = 65; TR = 10 שניות; משך הדופק = 125 מיקרון; הספק RF = 1-13.8 וואט, גדל ב-0.2 וואט
   4. פורייה מתמיר ופאזה את הספקטרום הראשון (כלומר, הספקטרום הנרכש עם הספק ה-RF הנמוך ביותר). החל את אותו שלב עבור כל הספקטרום. שרטטו את הספקטרום האמיתי כפונקציה של עוצמת פולס ה-RF (איור 4B).
   5. ההספק שמייצר שיא אפס (כלומר, גובה שיא מינימלי) מתאים לזווית ההיפוך של 180°. השג זווית היפוך של 90° על ידי שימוש באותו כוח במחצית אורך הדופק הדרוש להפקת זווית היפוך של 180°. בהנחה שתוכנת הסורק מאפשרת, הגדר את עוצמת הייחוס ואורך הדופק של 90° עבור קנה המידה של זווית ההיפוך שלאחר מכן.
   6. השתמש בפולס בודד כדי להחליק על ידי מזעור הרוחב המלא במחצית המקסימום של ^{ספקטרום 129}Xe (TR ~ 1 שניות). במידת הצורך, מרכז מחדש את התדר לאחר החלקה. הקלט את חצי הרוחב המרבי במלואו.
   7. הפעל את ^{סריקת 129}Xe QA (טבלה 1 ואיור 4C). רשום נתוני QA: SNR, אות פנטום ממוצע וסטיית תקן של הרעש.

איור 4: אבטחת איכות טרום-סריקה. (A) לוקלייזר פנטום קורונלי 2D GRE ברזולוציה נמוכה מבטיח שהפנטום מרוכז במגנט. (B) ניסוי נוטציה להגדרת פולס של 90 מעלות מראה שיא אפס בפולס של 180 מעלות. (C) לאחר לוקליזציה וכיול של זווית ההיפוך, רכוש תמונת 2D GRE QA ברזולוציה גבוהה יותר. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

שם מקוצר של פרוטוקול	תיאור רצף	ת"ר (אלפיות השנייה)	TE (ms)	ממוצעים / חזרות	זווית היפוך (°)	גודל מטריקס או Nנקודות	FOV (מ"מ2)	RF שחור-לבן (kHz)	עובי פרוסה / לוח (מ"מ)	משך הסריקה
דופק יחיד	רכישת דופק	1000		1 / 1	60	2048		10		1 שניות
לוקלייזר פנטום	GRE דו-ממדי	200	3.7	20 / 1	48	60 × 32	120 × 48	3	60	2 דק'
כיול זווית היפוך	רכישת דופק	7000		1 / 65	20	2048		5.12		7.5 דק'
129Xe QA	GRE דו-ממדי	5000	3.3	8 / 1	90	322	322	3	40	21 דק'

טבלה 1: פרמטרים של רצף אבטחת איכות של כיול פנטום. TR = זמן חזרה, TE = זמן הד, N_נקודות = מספר נקודות, FOV = שדה ראייה, BW = רוחב פס. אנא לחץ כאן להורדת טבלה זו.

3. תכנן קיטוב (איור 5A, B).
   1. בחר נפח וזמן צבירה של ¹²⁹Xe מקוטב: 400 מ"ל ב-15 דקות הוא אופטימלי עבור פרוטוקול זה (איור 5) אך ניתן לכוונן אותו בקלות עבור יישומים וציוד אחרים.
   2. בהנחה שנפח מת ידוע בתוך ההיפרפולרייזר (למשל, V_{נפח מת} = 80 מ"ל), חשב את קצב הזרימה (F_Xe ב-SLM) עבור נפח V _{מחולק רצוי}, ¹²⁹Xe שבר גז f וזמן הצטברות t_acc:
      (1)
      הערה: בעוד שזמני ייצור ארוכים יותר יניבו בדרך כלל קיטוב גבוה יותר, ייתכן שהם לא יהיו מעשיים עבור הדמיה in vivo. השתמש במודל מתאים עבור ההיפרפולרייזר 85,86,87,88 כדי לקבוע קצב זרימה שיאזן את זמן הייצור והקיטוב. כאן נעשה שימוש במודל של J. W. Plummer et ^al.89 (איור 5A). זה חל על מקטבים בזרימה רציפה ואינו חל על היפרפולרייזרים בזרימה עצורה⁹⁰.
   3. לקטב גז לפי פרמטרים אלה, למדוד את הקיטוב באמצעות מכשיר מסחרי או ביתי ולהשוות אותו לקיטוב החזוי עבור QA.
   4. מדוד את אובדן הקיטוב במהלך ההובלה. אם הקיטוב יורד בכמות גדולה מספיק (למשל, >10%), בנה תיק נשיאה מגנטי כדי להגן על הקיטוב במהלך ההובלה. ראה קובץ משלים 1: ניהול קיטוב במהלך תחבורה ואיור משלים 1.

איור 5: ניהול קיטוב. (A) קיטוב ונפח מיוצר הם פונקציה של זמן הצטברות וקצב זרימה. שקית גז של 400 מ"ל מספקת קיטוב ראשוני גבוה (~35%) במשך 20 דקות. בעוד ששימוש ב-1 ליטר גז עשוי להיראות אטרקטיבי, יהיה לו קיטוב ראשוני נמוך יותר (~20%). (B) לאחר ~15 דקות של אוורור, אצווה של 1 ליטר של HP ¹²⁹Xe תתרוקן ל-<10% קיטוב בעוד ש-600 מ"ל גז יישארו¹¹⁶. לפיכך, שימוש בשקיות מרובות של 400 מ"ל של ¹²⁹Xe שומר על קיטוב ממוצע גבוה יותר. ג) מיקומים שבהם השדה הראשי ושדה המיגון הפעיל מצטלבים (תיבה אדומה במיקום (N,N,N)) עלולים לגרום להרפיה מהירה של HP ¹²⁹Xe. אפיון שדה השוליים של המגנט מסייע בזיהוי אזורים בטוחים שבהם ניתן למקם מאגרים של HP ¹²⁹Xe ללא הרפיה מהירה (תיבה ירוקה במיקום (0,0,n)). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

קובץ משלים 1: ניהול קיטוב במהלך הובלה. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

4. מדוד את T₁ תלוי המיקום של HP ¹²⁹Xe בתוך שדה השוליים (איור 5C).
   1. צור נקודות ייחוס עם מרחקים ומיקומים ידועים ביחס לאיזוסנטר המגנט לאורך מידות X, Y ו-Z. סמן איזוסנטר ותייג את המיקומים האחרים n עד N. מספר התפקידים לחקירה יהיה תלוי בשטח הזמין.
   2. היפרפולריזציה של נפח קטן של ¹²⁹Xe (~250 מ"ל) והעברתו לחדר הבקרה של ה-MRI. מלאו מזרק גדול (50-100 מ"ל) ^ב-129Xe והניחו אותו באיזוסנטר בתוך המגנט (מיקום 1 באיור 5C). הפעל דופק זווית היפוך ~1° כדי למדוד את האות.
   3. השאירו את המזרק במקומו למשך ~10 דקות, ואז רכשו ספקטרום נוסף. מדוד מחדש את האות כל 10 דקות עד שהאות דעך לפחות 1 T₁ (כלומר, האות דעך ל-~1/3 מערכו ההתחלתי).
   4. התחל ניסוי T₁ חדש עם מזרק חדש של ¹²⁹Xe על ידי חזרה על שלב 1.4.2.
   5. העבר את המזרק למצב חדש (למשל, מיקום n באיור 5C) והשאיר אותו שם למשך 10 דקות. החזר את המזרק לאיזוסנטר כדי לרכוש ספקטרום זווית היפוך נוסף של ~1°.
   6. חזור על תהליך זה: העבר את המזרק למצב n, המתן 10 דקות, החזר אותו לאיזוסנטר ומדוד מחדש את האות עד שהוא דועך לפחות 1 T₁.
   7. חזור על שלבים 1.4.4 - 1.4.6 עבור מיקומי הייחוס הנותרים המכסים את כיווני X, Y ו-Z.
   8. האות הראשוני (S₀) ידעך באופן חד-אקספוננציאלי על פני n פולסי RF עם זווית היפוך θ . התאם את האות (S) כפונקציה של זמן (t) בשדה השוליים כדי לחשב את ה-T₁ בכל מיקום:
      (2)
   9. זהה מיקום עם מספיק T₁ (>20 דקות) למיקום מאגר ¹²⁹Xe.
5. צור צינוריות אינטובציה נטולות מתכת (איור 6).
   1. השג שני צנתרים שוכנים בוורידים פוליטטרפלואורואתילן (PTFE) עם מחברי Luer. השליכו מחטים למיכל סילוק חדים.
      הערה: עבור עכברים >25 גרם, השתמש בצנתרים של 18 גרם ו-20 גרם. עבור בעלי חיים קטנים יותר, השתמש בצנתרים של 20 גרם ו-22 גרם.
   2. נתק את מחבר Luer מהצנתרים. הזינו את הצנתר הקטן יותר לקצה העליון של הצנתר הגדול יותר כדי ליצור צינורית מחודדת וארוכה יותר. חותכים את הצינורית המרוכבת ל-~4.6 ס"מ עם קצה משופע, לא כולל בסיס Luer (איור 6A, B).
   3. חותכים את הקצה הרחב יותר של קצה פיפטה של 200 מיקרוליטר לאורך של ~2.6 ס"מ (איור 6C).
   4. מצפים את החלק הפנימי של קצה הפיפטה בחומר סיכה כללי לשחרור עובש. השתמש בקצה פיפטה נוסף המוחדר פנימה כדי לפזר דק את חומר הסיכה. מלאו את קצה הפיפטה באפוקסי משחת גיפור סיליקון אצטוקסי (איור 6D, E).
   5. חבר את הצינורית עם חוט 22 G המשתרע משני הקצוות. הזינו את צינור הצינורית דרך סיליקון בקצה הפיפטה. הארך את הצינור ~ 7 מ"מ מעבר לקצה קצה הפיפטה (איור 6F, G).
   6. החלק את צינור הצינורית בצד הרחב יותר של קצה הפיפטה דרך מחבר לואר זכר מפלסטיק, והדבק את החלקים יחד עם האפוקסי. חיתוך צינורות המשתרעים מעבר למחבר Luer (איור 6H).
   7. המתן לייבוש האפוקסי (>24 שעות), ולאחר מכן הסר בזהירות את צינורית אינטובציית הסיליקון מתבנית קצה הפיפטה. הסר את החוט מהצינורית, וודא שהצינור לא נסתם (איור 6I).
   8. כדי ליצור ידית לאינטובציה קלה, חבר צינורות (1/16 אינץ' או 1/8 אינץ') למחבר Luer נקבה. כאשר הוא מוכן לאינטובציה, חבר את מחבר ה-Luer הנקבי הזה לצינורית האינטובציה הזכרית של Luer. ניתן לנתק את החלק הזה בקלות לאחר אינטובציה (איור 6J).
   9. חיטוי לפני כל שימוש בבעלי חיים: נגב את החלק החיצוני של הצינורית ב-70% אלכוהול. נגב חוט 20 גרם עם חומר חיטוי ולאחר מכן הזין את החוט דרך הצינורית כדי לחטא את החלק הפנימי ולהבטיח שאין סתימות.

איור 6: יצירת צינוריות אינטובציה של עכבר תואמות MRI ו-HP ¹²⁹Xe. צינוריות אלו בנויות מצנתרים ורידיים, קצות פיפטות ואיטום סיליקון, כמתואר בשלב 1.5. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

2. איסוף נתונים יומי

הערה: ראה קובץ משלים 2: רשימת תיוג ל-QA של סריקה פרה-קלינית.

קובץ משלים 2: רשימת בדיקה לבדיקת QA של סריקה פרה-קלינית. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

1. בקרת איכות יומית מלאה של הסורק והתקנת מאוורר (איור 4).
   1. עם פנטומים, הפעל פרוטוקולי QA על הסורק (ראה טבלה 1 לפרמטרים של סריקת QA ושלב 1.2 לשלבי בקרת איכות יומיים).
   2. כיול מאוורר לפי השיטה של J. Nouls et ^al.38. ראה קובץ משלים 3: כיול מכונת הנשמה, איור משלים 2 ואיור משלים 3.
   3. הגדר את הגדרות מכונת ההנשמה להדמיה בהשראה סופית (טבלה 2). הנח את מיטת בעלי החיים על מתלה הסורק ואת מודול תומכי החיים (כלומר, חלקי מאוורר מכניים) על השולחן שליד הסורק.
   4. הפעל את מערכת חימום בעלי החיים הספציפית לאתר. הגדר תנור חימום ל-35.5 - 40 מעלות צלזיוס, הפעל אוויר במחזור והנח את צינור האוויר בטווח של ~5 אינץ' מהמקום שבו ראש החיה ינוח כדי לחמם מראש את קדח הסורק.

הגדרת אוורור	המלצה על HP 129Xe MRI	הערות
עוצמת גאות ושפל (טלוויזיה)	8-10 מ"ל/ק"ג של משקל גוף אידיאלי	טלוויזיה מתונה; טלוויזיה נמוכה דורשת BR גבוה יותר שעלול לגרום לחפצי תנועה בתמונות
לחץ נשיפה חיובי (PEEP)	2–6 סמ"ק2O
קצב נשימה (BR)	80-120 br/min
תמרוני גיוס (RMs)	~ 35 ס"מ H2O ל-6 שניות כל 5 דקות
משך אוורור; מיקום	< 6 שעות; שכיבה	שכב כדי לראות טוב יותר את תנועת החזה
חלק של חמצן בהשראה (FIO2)	0.3–0.5	למנוע היפוקסיה בעכברים מורדמים
יחס שאיפה לנשיפה (I:E)	1:2–1:4
מעורר השראה עד משך המחזור הכולל	0.2–0.4
אוורור דק	≥0.57 מ"ל גרם-1 דקה-1
הסטנדרטים שלנו:
BR = 80 br/min, משך ההשראה = 200 ms, FIO2 = 0.3
הדמיה בסוף ההשראה: עצירת נשימה = 200 אלפיות השנייה, עיכוב טריגר = 200 אלפיות השנייה לאחר תחילת ההשראה
הדמיה בזמן עצירת נשימה: עצירת נשימה = 250 אלפיות השנייה, עיכוב טריגר = 250 אלפיות השנייה לאחר תחילת ההשראה
הדמיה בסוף התפוגה: עצירת נשימה = 200 אלפיות השנייה, עיכוב טריגר = 650 אלפיות השנייה לאחר תחילת ההשראה

טבלה 2: הגדרות הנשמה מומלצות להדמיית ¹²⁹Xe. ניתן לכוונן את הפרמטרים למטרות מחקר ספציפיות ולתנאי ניסוי 117,118,119,120,121,122,123,124. אנא לחץ כאן להורדת טבלה זו.

קובץ משלים 3: כיול מכונת הנשמה. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

2. בעל חיים רגוע ואינטובציה.
   1. הפעל את החממה ל-27.7 מעלות צלזיוס ו/או את כרית החימום החשמלית ל-37.7 מעלות צלזיוס. מדוד ורשום את מסת הגוף של החיה. חשב מינון הרגעה על סמך מסה. ראה טבלה 3 למשטר מינון טיפוסי.
   2. הזריק את תרופת ההרגעה תוך צפקית. שימו לב לזמן ההזרקה והגדירו את הטיימר למינון הבא של תרופת ההרגעה.
      הערה: השלם את השלבים הנותרים בסעיף 2 (איסוף נתונים יומי) במהירות האפשרית כדי למזער את זמן ההרגעה ואת הסיכון למנת יתר.
   3. מרחו חומר סיכה לעיניים על עיני החיה והניחו את החיה בכלוב על כרית החימום או בתוך אינקובטור כדי למנוע היפותרמיה.
   4. ודא שהחיה מורדמת לחלוטין על ידי ביצוע בדיקת צביטה בבוהן 10-15 דקות לאחר הזרקת הרגעה⁶⁸. אינטובציה בהתאם להליכים המתוארים ב- Das et ^al.69.
      הערה: המאמר של Das et ^al.69 מלווה בהדגמת וידאו מקיפה של הטכניקה. השלבים הם כדלקמן:
   5. תלו את החיה בשכיבה בשיניים על לוח מלוכסן. השתמש במדכא לשון מכרסמים כדי לשלוף את הלשון.
   6. כדי להבטיח שמיתרי הקול נראים לעין, ספק אור לבן באמצעות כבל סיב אופטי בתוך צינורית האינטובציה או אור בהיר הממוקם בחלק החיצוני של הגרון. הכנס את הצינורית פחות מ-5 מ"מ מעבר למיתרי הקול.
   7. ודא שהצינורית נמצאת בקנה הנשימה, לא בוושט, על ידי חיבורה לחתיכת צינור עם טיפת מים קטנה בפנים. אם טיפת המים נעה בזמן עם נשימות החיה, סביר להניח שהמיקום נכון.

סוכן	מנה	מסלול	משך	הערות
חומרים באינהלציה
איזופלורן	אינדוקציה: 4%-5% תחזוקה: 1%- 3% או לאפקט	שאיפה	במהלך זרימה רציפה	• דורש שימוש בוופורייזר מכויל
חומרים הניתנים להזרקה
מומלץ: קטמין + קסילזין + אצפרומזין	90 + 9 + 3 מ"ג/ק"ג	תוך-צפקי	20–60 דקות	• יוצר רגישות להיפותרמיה
				• למינון חוזר מומלץ לעבור לתערובת קטמין + קסילזין למניעת מנת יתר
				• גורם לרעידות כשהוא מתפוגג. לצורך הדמיה, הקפידו על לוח הזמנים של המינון
				• עלול לגרום לברדיקרדיה
קטמין + קסילזין	90 + 9 מ"ג/ק"ג	תוך-צפקי	20–40 דקות	• ראה לעיל (קטמין + קסילזין + אצפרומזין)
פנטוברביטל	50 - 70 מ"ג/ק"ג	תוך-צפקי	20–60 דקות	• מדכא את קצב הנשימה והתנועה
				• ההוצאה עלולה להיות יקרה
				• ייתכן שאיכות פרמצבטית לא תהיה זמינה
כתב ויתור: אלה הנחיות כלליות. התייעץ עם וטרינר למידע נוסף לפני היישום.

טבלה 3: נוסחאות הרדמה נפוצות לעכברים. אנא לחץ כאן להורדת טבלה זו.

3. בעל חיים מאוורר (טבלה 2).
   1. חבר את החיה למכונת הנשמה באמצעות מחבר Luer בצינורית האינטובציה. עקוב אחר תנועת הסרעפת ולחץ השאיבה השיא (~10-12 ס"מ H₂O לנפח גאות של 10 מ"ל/ק"ג משקל גוף). אם הלחץ או תנועת הנשימה אינם תקינים, התאם בזהירות את זווית הצוואר ועומק הצינורית לפי הצורך.
   2. ודא שצינורית האינטובציה אטומה על ידי ביצוע תמרון גיוס: מנע נשיפה (למשל, עם אצבע, חסום את פתח הנשיפה) כך שהחיה תשאף מספר פעמים מבלי לנשוף.
      הערה: אם לחץ דרכי הנשימה מגיע ל-35 סמ"ש₂O לחץ נשימה שיא מעל ~6 שניות, אטם דרכי הנשימה הדוק מספיק. אם לא, עיין בדיון לפתרון בעיות.
   3. אפשר לנשיפה רגילה להתחדש. בצע תמרוני גיוס בין סריקות וכל ~5 דקות כאשר לא סורקים כדי לשמור על תאימות ריאות ולמנוע אטלקטזיס. חבר את שסתום ה-PEEP לקו הנשיפה. הגדר את PEEP ל-4 סמ"ש₂O. צפה בשיא לחץ השאיבה עולה בכמות זו.
   4. לאחר אינטובציה מוצלחת, תכנן ואתחל את הייצור של HP ¹²⁹Xe סביב לוח הזמנים של מינון חוזר של תרופות הרגעה כדי למנוע מהחיה להתעורר במהלך סריקה. עקוב אחר טמפרטורת הגוף לאורך כל הניסוי.
4. רכישת נתונים: אסוף תמונות אוורור.
   הערה: ניתן לבצע את שלבים 2.4, 2.5 ו-2.6 של רכישת נתונים בכל סדר
   1. הגדר את מכונת ההנשמה לפי טבלה 2 להדמיה בהשראת הקצה.
   2. טען את פרוטוקולי ההתקנה הבאים: לוקלייזר בעלי חיים של פרוטון, דופק יחיד להתמקדות בתדר הגז בריאות העכבר, ולוקלייזר ^{בעלי חיים 129}Xe. ראה טבלה 4 לפרמטרים של סריקה.
   3. מקם את החיה באיזוסנטר ואשר שחלל בית החזה נמצא במרכז שדה הראייה עם לוקליזציה של פרוטונים. אם אתה משתמש בסלילים בתדר יחיד, החלף את סליל הפרוטון בסליל RF מכוון ^{Xe 129}.
   4. רשום ^{קיטוב של 129}Xe והעבר אותו לסורק ה-MRI. ראה קובץ משלים 4: רשימת בדיקה לקיטוב קסנון QA.
   5. הנח שקית של ¹²⁹Xe בתוך מיכל ההנשמה ואטום. חבר את המיכל בקו אחד עם המאוורר ואפשר למיכל ללחוץ (3 - 6 psig).
   6. הפעל אוורור מכני ¹²⁹Xe. בכל פעם שמופעל אוורור ¹²⁹Xe, אפשר לבעל החיים להשלים ~5 נשימות לפני תחילת הסריקה כדי להפוך את הקיבולת השיורית התפקודית של הריאות.
      הערה: עבור לתערובת N₂/O₂ בין ¹²⁹סריקות Xe כדי לחסוך בגז היפר-פולריזציה.
   7. באמצעות דופק יחיד, כוונן את תדר העבודה כך שיתאים לתדר התהודה in vivo של ¹²⁹Xe גזי (~83.07 מגה-הרץ ב-7 T). העתק את התדר לכל סריקות שלב הגז ¹²⁹Xe הבאות. בצע לוקליזציה ^{של 129}Xe כדי לאשר שהריאות נמצאות באיזוסנטר.
   8. טען והפעל את רצף האוורור הרדיאלי ¹²⁹Xe. עקוב אחר לחץ השאיבה המרבי.
      הערה: אם הגז ¹²⁹Xe נגמר לפני סיום הפרוטוקול, לחץ השאיבה השיא יירד במהירות. שקית של 400 מ"ל של ¹²⁹Xe יכולה לאוורר עכבר של 30 גרם למשך ~24 דקות כאשר הוא מאוורר עם 70% ¹²⁹Xe ב-80 נשימות לדקה עם נפח גאות של 10 מ"ל/ק"ג של משקל גוף אידיאלי.
   9. בסיום הסריקה, עבור לאוורור עם תערובת N₂/O₂ והסר את השקית הריקה של ¹²⁹Xe.
   10. להדמיה בסוף התפוגה, שנה את משך עצירת הנשימה ועיכוב ההדק בהתאם לטבלה 2 וחזור על שלבים 2.4.2 - 2.4.9.
   11. ייצא את הנתונים הגולמיים מהסורק.

שם מקוצר של פרוטוקול	תיאור רצף	ההדק	ת"ר (אלפיות השנייה)	TE (ms)	חזרות	זווית היפוך (°)	גודל מטריקס או Nנקודות	FOV (מ"מ2)	RF שחור-לבן (kHz)	עובי פרוסה/לוח (מ"מ)	משך הסריקה
דופק יחיד	רכישת דופק (פאזה גזית)	אופציונלי	1000		1	60	2048		10		1 שניות
לוקלייזר בעלי חיים	GRE דו-ממדי	כן	50	1.7	1	60	642	322	3	25	60 שניות
אוורור רדיאלי	רדיאלי תלת-ממדי רב-הד	כן	20	ראה כיתוב	1	30	613	223	32.05	30	16 דק'
שלב מומס דופק יחיד	רכישת דופק (שלב מומס)	לא	80		1	90	512		10.35		80 אלפיות השנייה
מפרט דינמי של שלב מומס.	רכישת דופק (שלב מומס)	לא	50		1000	90	512		10.5		50 שניות
דיפוזיה משוקללת	GRE דו-ממדי	כן	12.2	8.1	4	45	642	322	3	1.5	18 דק'

טבלה 4: פרמטרים של רצף in vivo . רצף האוורור הרדיאלי התלת-ממדי מרובה הד שתואר קודם לכן³⁹ רוכש תמונות ב-6 פעמים הד. התוצאות מוצגות עבור תמונת ההד הראשונה (TE = 1.12 ms, איור 7). אנא לחץ כאן להורדת טבלה זו.

קובץ משלים 4: רשימת בדיקה לקיטוב קסנון QA. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

5. רכישת נתונים: הפעל ספקטרוסקופיה פאזה מומסת דינמית.
   1. הגדר את מכונת ההנשמה לפי טבלה 2 להדמיה בזמן עצירת נשימה. הגדר את ה-BR ל-100 נשימות לדקה. התכוננו לתיק חדש של ¹²⁹Xe כמו בשלבים 2.4.2 - 2.4.5.
   2. הפעל אוורור מכני ¹²⁹Xe. טען והפעל דופק בודד כדי להתאים את תדר העבודה כך שיתאים לתדר המומס (~83.084 מגה-הרץ ב-7 T). העתק את תדר העבודה לספקטרוסקופיה הדינמית של הפאזה המומסת.
      הערה: זו תהיה שיא בודד בעכברים עם המוגלובין^{מסוג בר 54}.
   3. טען והפעל את רצף הספקטרוסקופיה הדינמי שבמרכזו התדר המומס בריאות של בעלי חיים. בסיום הסריקה, עבור לאוורור עם תערובת N₂/O₂ והסר את השקית הריקה של ¹²⁹Xe. ייצא את הנתונים הגולמיים מהסורק.
6. רכישת נתונים: אסוף תמונות משוקללות דיפוזיה.
   1. הגדר את מכונת ההנשמה לפי טבלה 2 להדמיה בזמן עצירת נשימה. התכוננו לתיק חדש של ¹²⁹Xe כמו בשלבים 2.4.2 - 2.4.7.
   2. טען והפעל את הרצף המשוקלל לדיפוזיה. בסיום הסריקה, עבור לאוורור עם תערובת N₂/O₂ והסר את השקית הריקה של ¹²⁹Xe. ייצא את הנתונים הגולמיים מהסורק.

3. סיום הניסוי

1. לשחזר בעל חיים.
   1. משוך את צינורית האינטובציה היישר מהפה של החיה. אם החיה לא מתחילה לנשום מיד באופן ספונטני, יש לבצע לחיצות חזה קלות. אם זמין, יש לתת זרימה קלה של חמצן ברמה רפואית ליד פני החיה כדי לתמוך בהתאוששות מהרגעה.
   2. ברגע שהחיה נושמת בהתמדה בכוחות עצמה ואם החיה הייתה מורדמת במשך >2 שעות, יש לתת 0.5 - 1 מ"ל של מי מלח רגילים תת עורית כדי למנוע התייבשות.
   3. החזירו את החיה לכלוב בעצמה. הניחו את הכלוב בחממה או על כרית חימום.
      הערה: בעלי חיים מרדימים פגיעים לקניבליזם ולא ניתן לשים אותם בכלוב עם חברים לכלוב עד להתאוששות מלאה (כלומר, להסתובב באופן עצמאי). בעלי חיים מרדימים אינם יכולים לווסת את טמפרטורת גופם. השתמש בגב היד כדי להרגיש את הטמפרטורה של החיה כל כמה דקות.
   4. עקוב אחר בעל החיים מקרוב עד שרפלקס היישור שלו חוזר (כלומר, הוא יכול להתהפך באופן עצמאי משכיבה למצב שכיבה).
   5. הסר את החיה מתמיכת החום ברגע שהיא יכולה לנוע באופן עצמאי. החזירו את החיה לכלוב עם חבריה לכלוב.
      הערה: אם לבעל החיים אין חברים לכלוב, הוא רגיש יותר להיפותרמיה הנגרמת על ידי הרגעה. ספקו לבעל החיים מצעים נוספים, ואם זמין, השאירו את החיה באינקובטור למשך הלילה.
   6. רשום את משקל החיה פעם בשבוע למשך שבועיים כדי לעקוב אחר בריאותה.
      הערה: אם החיה סבלה מפגיעה בפה או בוושט כתוצאה מאינטובציה, היא עלולה להפסיק לאכול. אם בעל החיים מאבד >20% ממשקל גופו הראשוני, התייעץ עם וטרינר לגבי המתת חסד.
2. נתח תמונות אוורור (איור 7).
   1. טען נתונים גולמיים לפלטפורמת תכנות. הורד את מסגרת השחזור בקוד פתוח עבור תמונות לא קרטזיות⁹¹.
   2. שחזר תמונות בהתאם להוראות מסגרת קוד פתוח. נרמל את הנקודה הראשונה בכל הטלה רדיאלית³⁹.
   3. פלח את פרנכימת הריאות בתמונות, כולל ווקסלים עם אות ¹²⁹Xe נמוך או ללא אות. אל תכלול דרכי נשימה גדולות. פלח את רעשי הרקע בתמונה, למעט ריאות, דרכי נשימה וחפצי הדמיה.
      הערה: תמונת לוקלייזר הפרוטונים יכולה לסייע בקביעת גבולות פרנכימליים.
   4. חשב את ה- SNR באמצעות הנוסחה:
      (3)
   5. כמת אוורור פגום.
      הערה: הוצעו שיטות שונות לכימות אוורור לקוי במודלים של בעלי חיים קטנים. שיטות ניתוח נותרו תחום מחקר פתוח, אך גישות המיושמות בקלות כוללות: (i) סגמנטציה ידנית חצי כמותית⁹², (ii) גישת היסטוגרמה המשתמשת באות מקנה הנשימה כדי לנרמל אות פרנכימלי⁴⁷, ו-(iii) פילוח נפח הריאות הכולל (TLV) והגדרת סף אות (למשל, <60% מממוצע הריאות השלם) כדי לחלק את הריאות לנפח פגום ונפח ריאות מאוורר (VV). כמת VDP ^93,94 לפי:
      (4)
3. נתח ספקטרוסקופיה דינמית של פאזה מומסת (איור 8).
   1. טען נתונים גולמיים לפלטפורמת תכנות. בצע התמרת פורייה מהירה ושלב את הספקטרום (ידני סימולטני, שלב מסדר אפס של ספקטרום מספיק ליישום זה.)
   2. חשב נתוני תהודה מגנטית גרעינית סטנדרטית (NMR)^95,96: SNR, רוחב מלא חצי מקסימום, שטח משולב, הסטה כימית ופאזה של שתי הפסגות.
   3. מנתוני הגודל, חלקו את משרעת האות של הספקטרום המומס בזו של ספקטרום הגז עבור כל חזרה כדי למצוא את היחס המומס לגז לאורך זמן.
4. נתח תמונות משוקללות דיפוזיה (איור 9).
   1. טען נתונים גולמיים לפלטפורמת תכנות. פלח את פרנכימת הריאות של תמונת b₀ כמו בשלב 3.2.3. חשב את ה-SNR עבור כל תמונה בעלת ערך b.
   2. חשב את יחס האות לרעש, SVNR_0, על ידי חלוקת האות בכל ווקסל של התמונה b₀ בסטיית התקן של רעש התמונה. אל תכלול ווקסלים עם SVNR₀ < פי 2.5 מרעש התמונה⁹⁷.
      הערה: ה-SVNR₀ הוא מדד ווקסל בודד, בעוד שה-SNR הפרנכימלי הוא מדד ריאה שלמה.
   3. חשב את ה-ADC על ידי התאמת דעיכת האות על פני ערכי b (b_i) לפי משוואה 5^98,99:
      (5)

תוצאות

תמונות אוורור

אם הליכי הכנה ואוורור של בעלי חיים מיושמים כהלכה, הדמיה רדיאלית תלת-ממדית יכולה ללכוד בהצלחה דפוסי אוורור כאשר רכישת הנתונים מתבצעת בהשראה או בתאריך התפוגה (איור 7). בעוד שהתמונות האלה נאספות על פני נשימות רבות, השיט?...

Discussion

MRI היפרפולריזציה ¹²⁹Xe מתגלה כטכניקה מתוחכמת ועוצמתית לחקר מיקרו-מבנה ותפקוד ריאות במודלים של בעלי חיים קטנים. פרוטוקול זה נועד להנחות את הכנת האתר הראשונית ולתאר הליכים ניסיוניים הדרושים לכימות אוורור, דיפוזיה וחילופי גזים בריאות עכברים עם HP ¹²⁹Xe. התנאים המוקד...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
1 mL syringe	fisher scientific	Catalog No.14-955-464	https://www.fishersci.com/shop/products/sterile-syringes-single-use-12/14955464
10 mL graduated cylinder	Cole-Parmer	UX-34502-69	https://www.coleparmer.com/i/cole-parmer-essentials-graduated-cylinder-glass-hexagonal-base-10-ml-2-pk/3450269?PubID=UX&persist=true&ip=no& gad_source=1&gclid=CjwKCAi A6KWvBhAREiwAFPZM7h3do -ssjascARuVviKd7V7kC5ztdIB6 _70DnMr-K3qk9RKeJ7-IrhoCeT 0QAvD_BwE
18 G - veinous PFTE catheters (nonsterile)	Terumo Surflo	SROX1832CA	https://www.shopmedvet.com/product/iv-catheter-18-x-1-25inch?r=GSS17&p=GSS17&utm_source= google&utm_medium=google_ shopping&gad_source=1&gclid= CjwKCAiA0bWvBhBjEiwAtEsoW 4oTvZkAgWQCda6ocVtQlulVrG 2536FNbu5soMVSFN8xK_g1Uh pXIRoCGwoQAvD_BwE
20 G - veinous PFTE catheters (nonsterile)	Terumo Surflo	SROX2051CA	https://www.shopmedvet.com/product/iv-catheter-20-x-2inch?r=GSS17&p=GSS17&utm_source =google&utm_medium=google_ shopping&gad_source=1&gclid= CjwKCAiA0bWvBhBjEiwAtEsoW 87ggCkgToD_XF_UgpQBTpmN dgSNfCml6TkDKlW8k27Dq_daR itPuhoCnBQQAvD_BwE
22 G - veinous PFTE catheters (nonsterile)	Terumo Surflo	SROX2225CA	https://www.shopmedvet.com/product/iv-catheter-22-x-1inch?r=GSS17&p=GSS17&utm_source= google&utm_medium=google_ shopping&gad_source=1&gclid =CjwKCAiA0bWvBhBjEiwAtEso W9IM6mpee6m7e-lBfR8dZhSN KYbMUs7qgEU4gYCRTW_rJAs W_lGkthoCm30QAvD_BwE
400 mL tedlar bags	Jensen Inert Products	GST-001S-3507TJC	NA
60 mL syringe	fisher scientific	Catalog No.14-955-461	https://www.fishersci.com/shop/products/sterile-syringes-single-use-12/14955461
70% alcohol	Cole-Parmer	UX-80024-34	https://www.coleparmer.com/i/labchem-isopropyl-alcohol-70-v-v-500-ml/8002434?PubID=UX&persist=true&ip= no&gad_source=1&gclid=CjwKC AiA6KWvBhAREiwAFPZM7gGh p8g7MBHBBKadaRCAwfEMgV gna5fhYRsuXIuqoqOiToCC4fem nhoCGMEQAvD_BwE
Dewar for liquid nitrogen	Terra Universal	4LDB	https://www.laboratory-equipment.com/tw-4ldb-liquid-nitrogen-dewar-ic-biomedical.html?srsltid=AfmBOooxwMtOA1Z2TweR P8V5Iy5EvYT3alZuzoiY 3UF3Ib9RgFnDxVTfWP0
Eye lubricant	Refresh	REFRESH P.M.	https://www.refreshbrand.com/Products/refresh-pm
Fiber optic light	AmScope	HL250-AY	https://amscope.com/products/hl250-ay?tw_source=google &tw_adid=&tw_campaign= 16705014684&gad_source= 1&gclid=CjwKCAiA6KWvBhA REiwAFPZM7p-DpyvHJaGxR pAD1385hzGf1oPdKHHLFDR Sp8yrtxry11SNJeJnKxoCtAoQ AvD_BwE
Gaussmeter	Apex Magnets	GMHT201	https://www.apexmagnets.com/magnets/accessories/ht-digital-gaussmeter-with-peak-hold-can-display-gauss-or-tesla
Glass vessel (phantom)	Ace Glass	8648-24	https://aceglass.com/results.php?t=8648-24&t=8648-24
Heating pad	Office Depot	9206211	Pure Enrichment PureRelief Express Designer Series Heating Pad 12 x 15 Palm Aqua - Office Depot
Hyperpolarizer	Polarean	9820	https://polarean.com/xenon-mri-platform/
Intubation board	Hallowell EMC	000A3467	https://hallowell.com/product/rodent-tilting-workstand/
Intubation supplies	Parts list published elsewhere	NA	https://app.jove.com/t/50318/a-simple-method-of-mouse-lung-intubation
Isotopically enriched xenon cylinder	Linde Isotopes	XE-129(1%)N2(10%)HE CGMP 302SZ	NA
Liquid nitrogen	Linde	NI LC160-22	https://www.lindedirect.com/store/product-detail/nitrogen_n2_nitrogen_liquid _lc160_22_psi_ni_lc160_22 /ni-lc160-22?cat_id=shop&node=b89
Male slip luer	Cole-Parmer	UX-21943-27	https://www.coleparmer.com/i/diba-omnifit-t-series-solvent-waste-cap-adapter-polypropylene-male-luer-slip-x-1-16-id-hose-barb-5-pk/2194327
Manometer	Grainger	3T294	https://www.grainger.com/product/3T294?gucid=N:N:PS: Paid:GGL:CSM-2295:4P7A1P: 20501231&gad_source=1&gclid =CjwKCAiAi6uvBhADEiwAWiyR dltxrPJmmcm0bFiYLuPrB25HV QFdEfKMBqvgJBNdQUs3DZ7b TLr8CRoCanAQAvD_BwE& gclsrc=aw.ds
Minivent ventilator	harvard apparatus	73-0044	https://www.harvardapparatus.com/minivent-ventilator-for-mice-single-animal-volume-controlled-ventilators.html
Mouse ear puncher	fisher scientific	13-812-201	https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-animal-ear-tag-punch/13812201
Mouse tongue depressor	Medical Tools	VRI-617	https://medical-tools.com/shop/rodent-tongue-depressor.html
Mouse weight scale	Cole-Parmer	UX-11712-12	https://www.coleparmer.com/i/adam-equipment-cqt2000-core-portable-balance-2000g-x-1g-220-v/1171212?PubID=UX&persist=true&ip=no&gad _source=1&gclid=CjwKCAiA6K WvBhAREiwAFPZM7iYnAG5Ilc Z5DZWrdJ6wcLDZSCSfNJHOH m2PQOpyyWe0TjFa75R3tBoCjB sQAvD_BwE
MRI scanner	Bruker	7T Biospec horizontal system	https://www.bruker.com/de/products-and-solutions/preclinical-imaging/mri/biospec.html
Multimeter	Home Depot	1007898529	https://www.homedepot.com/p/Klein-Tools-600-Volt-Digital-Multi-Meter-Manual-Ranging-MM325/320822947
Natural abundance xenon	Linde Isotopes	UN 2036	NA
Needle	fisher scientific	305194	https://www.fishersci.com/shop/products/bd-general-use-precisionglide-hypodermic-needles-20/148266C?keyword=true
Needle safe syringe holder	fisher scientific	NC2703873	https://www.fishersci.com/shop/products/ndlsafe-ii-syr-uncap-deca/NC2703873#?keyword=needlesafe
Nitrogen cylinder	Linde	NI M-K	https://www.lindedirect.com/store/product-detail/nitrogen_n2_nitrogen_nf_k/ni-m-k?cat_id=shop&node=b89
Oxygen cylinder	Linde	OX M-K	https://www.lindedirect.com/store/product-detail/oxygen_o2_oxygen_usp_k/ox-m-k?cat_id=shop&node=b90
Oxygen sensor	Apogee instruments	MO-200	https://www.apogeeinstruments.com/mo-200-oxygen-sensor-with-handheld-meter/
Oxygen sensor inline flowhead	Apogee instruments	AO-002	https://www.apogeeinstruments.com/ao-002-oxygen-meter-sensor-flow-through-head/
PEEP valve	Hallowell EMC	000A6556A	https://hallowell.com/product/adjustable-peep-valve-with-exhaust-port-range-5-20cm-disposable/
Pipette tips	fisher scientific	Catalog No.02-707-108	Fisherbrand Stack-Rack Space-Saver Tips: 101-1000 L Standard; Blue; Volume: | Fisher Scientific
Plunger valve	Ace glass	8648-20	https://www.aceglass.com/results.php?t=8648
Preclinical coil	Doty scientific	custom built	https://dotynmr.com/products/bmax-xy-low-e/
Pressure regulators	Cole-Parmer	UX-98202-11	https://www.coleparmer.com/i/cole-parmer-single-stage-regulator-1500-scfh-capacity-346-cga-fitting/9820211?PubID=UX&persist=true&ip=no& gad_source=1&gclid=CjwKCAi A6KWvBhAREiwAFPZM7pruR xCAiaj52nA_8Y1nveQZRsD6B f0QO65o2DKFYqRoz0PopSkX QxoCxqcQAvD_BwE
Pressure-drop ventilator	Parts list published elsewhere	NA	https://sites.duke.edu/driehuyslab/resources/
PVC pipe for phantom	Home Depot	193682	https://www.homedepot.com/p/IPEX-1-2-in-x-10-ft-White-PVC-SCH-40-Potable-Pressure-Water-Pipe-30-05010HD/319692959
SAI animal heating system	SAII	Model 1030	https://i4sa.com/product/model-1030-monitoring-gating-system/
Saline	Farris Laboratories Inc.	0409488820-1	https://www.farrislabs.com/products/bacteriostatic-sodium-chloride-0-9-30ml-bottle?variant=42807174824167&currency =USD&utm_medium=product_ sync&utm_source=google&utm_ content=sag_organic&utm_ campaign=sag_organic&utm_ campaign=gs-2021-09-24&utm _source=google&utm_medium =smart_campaign&gad_source =1&gclid=CjwKCAiA6KWvBh AREiwAFPZM7oS3-hFDETO_2f6OWOoKyBMb WuDuWqYxdWRYUWEkY M2Py73VfGzVtRoC2FQQAvD_BwE
Sharps container	fisher scientific	22-730-455	https://www.fishersci.com/shop/products/sharps-container-47/p-7250579#?keyword=needle%20safe
Silicone epoxy	Grainger	3KMY7	https://www.grainger.com/product/3KMY7?gucid=N:N:PS:Paid:GGL:CSM- 2295:4P7A1P:20501231&gad_ source=1&gclid=CjwKCAiA6KW vBhAREiwAFPZM7voahkm8tda t1Euql1A8DFhC6AZVJ0wXzCE PfE6iUzrIJXV-Hl8o4xoCQLYQA vD_BwE&gclsrc=aw.ds
Silicone mold release lubricant	Grainger	19MW95	https://www.grainger.com/product/CRC-Mold-Release-Agent-16-oz-19MW95
Spirometer	ADInstruments	FE141	https://www.adinstruments.com/products/spirometer
Spirometer - mouse flowhead	ADInstruments	MLT1L	https://www.adinstruments.com/products/respiratory-flow-heads
Tubing - 1/4 OD	Clippard	URH1-0402-CLT-050	https://www.clippard.com/part/URH1-0402-CLT-050
Tubing - 1/8 OD	Clippard	URH1-0804-CLT-050	https://www.clippard.com/part/URH1-0402-CLT-050
Vacuum pump	Cole-Parmer	UX-60062-11	https://www.coleparmer.com/i/environmental-express-diaphragm-pump-high-volume-120v/6006211?PubID=UX&persist=true&ip=no&gad _source=1&gclid=CjwKCAiA6K WvBhAREiwAFPZM7uFGwmW pRelHNFgZVvJJV09vDUVyfyG HoKeZTiFNIiVTe-05IpJJPxoCO PoQAvD_BwE
Wire - 18 gauge	Digikey	2328-18H240-ND	https://www.digikey.com/en/products/detail/remington-industries/18H240/15202027?s=N4 IgjCBcoOwBxVAYygMwIYBsDOB TANCAPZQDa4YATPAGwgC6h ADgC5QgDKLATgJYB2AcxAB fQmAAMAFkqIQKSBhwFiZEA GZNATi0SGzNpE48BwsSErqw 6uQqV5CJSOQCsMF%2Bq11 GIVuy58QqLmss4gALbogvy4L AAEAO683LgMIkA
Xenon polarization measurement station	Polarean	NA	https://polarean.com/xenon-mri-platform/