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Method Article
특정 환기 화상 진 찰은 조 영제로 서 흡입 된 산소를 사용 하 여 인간의 폐에 지역 특정 환기의 정량화를 허용 하는 기능적 자기 공명 영상 기술 이다. 여기서는 특정 환기 이미징 데이터를 수집 하 고 분석 하는 프로토콜을 제시 합니다.
특정 환기 이미징 (SVI)은 특정 통풍을 정량화 할 수 있는 기능적 자기 공명 영상 기술입니다 ― 폐 영역으로 유입 되는 신선한 가스의 비율은 지역의 최종 호기 용적으로 나눈 것 ― 인간 폐에만 사용 하 여 조 영제로 산소 흡입. 특정 통풍의 지역 정량화는 병리학 적인 폐 기능의 지역을 확인 하는 것을 도울 가능성이 있습니다. 조직 내의 산소는 조직의 길이 이완 시간 (T1)을 단축 시키고, 따라서 조직 산 소화의 변화는 반전 회복 이미지를 가진 T1가 중 신호의 변화로 서 검출 될 수 있다. 두 농도의 영감을 받은 산소를 급격 하 게 변화 시킨 후, 새로운 정상 상태에 대 한 복 셀 내 폐 조직 평형 속도는 주민 가스가 흡입 가스로 대체 되는 속도를 반영 합니다. 이 비율은 특정 환기에 의해 결정 된다. 이 갑작스러운 산소 변화를 유도 하기 위해, 피사체는 MRI 스캐너에 있는 동안 공기 (21% 산소)의 20 호흡 블록과 100%의 산소를 교대로 호흡 합니다. 영감을 받은 산소 분 율의 단계적 변화는 짧은 호기 호흡 유지 동안 수동 스위치가 있는 맞춤형 3 차원 (3d) 인쇄 유량 우회 시스템을 사용 하 여 달성 됩니다. T1에서의 상응 하는 변화를 검출 하기 위해, 단일 샷 패스트 스핀 에코 시퀀스에 이어서 전 세계적 반전 펄스가 8 개의 엘리먼트 몸통 코일을 사용 하 여 1.5 t MRI 스캐너에서 2 차원 t1가 중 이미지를 획득 하는 데 사용 되었다. 약간 다른 이미징 매개 변수를 사용 하 여 단일 슬라이스 및 다중 슬라이스 이미징이 가능 합니다. 특정 통풍의 정량화는 공기/산소 자극에 대 한 시뮬레이션 된 반응의 라이브러리로 각 폐 복 셀에 대 한 신호 강도의 시간 과정을 상호 연관 시켜 달성 됩니다. 특정 환기 이질성에 대 한 SVI 추정치는 여러 호흡 세척에 대해 검증 되었으며 특정 환기 분포의 이질성을 정확 하 게 결정 하는 것으로 입증 되었습니다.
특정 환기 이미징 (SVI)의 전반적인 목표 ― 조 영제로 서 산소를 사용 하는 양성자 자기 공명 영상 (MRI) 기술은 인간의 폐에 특정 환기를 정량적으로 매핑하는 것 이다. 특정 환기는 하나의 호흡에서 폐 영역으로 전달 되는 신선한 가스의 비율이 동일한 폐 영역 (1)의 최종 호기 부피로 나눈 것 이다. 지역 폐 밀도의 측정과 함께 특정 환기는 지역 환기2를 계산 하는 데 사용할 수 있습니다. Svi에 의해 제공 되는 국 소 환기 및 환기 이질성의 측정은 폐의 기능에 대 한 이해를 풍부 하 게 하는 잠재력을가지고, 정상적으로 그리고 비정상적으로3,4.
특정 환기 이미징은 1950 년대5,6에서 처음 도입 된 기술인 고전적인 생리학 시험, 다중 호흡 세척 (mbw)의 확장 이다. 두 가지 기술 모두 가스 워시/워시 아웃을 사용 하 여 특정 통풍의 이질성을 측정 하지만, MBW는 공간적으로 현지화 된 정보를 제공 하는 한편,이는 전체적으로이 화 된 측정을 제공 합니다. MBW에서는, 질량 분 광 계는 그림 1에 묘사 된 바와 같이 그 가스의 워시 아웃 동안 많은 호흡에 불용 성 가스 (질소, 헬륨, 황 화인 등)의 혼합 만료 된 농도를 측정 하는 데 사용 됩니다. 세척 기간 동안 호흡 당 만료 된 부피와 함께,이 정보는 폐에 특정 통풍의 전반적인 분포를 계산 하는 데 사용할 수 있습니다. SVI에서, MRI 스캐너는 T1가 중 신호를 측정 하기 위하여 사용 됩니다 ―이는 폐 조직에 있는 해결책에 있는 산소의 양에 대 한 대리, 국부 산소 사격 량의 직접 지시자입니다 ― 몇몇 세척 도중 많은 호흡에 걸쳐 각 폐 복 셀에서/washouts 산소. MBW와 직접적으로 유사한 방식으로,이 정보를 통해 각 폐 복 셀의 특정 환기를 계산할 수 있습니다. 다시 말해서,이 기법은 SVI 실험 동안 각 복 셀에 하나씩 수천 개의 병렬 MBW 유사 실험을 수행 합니다. 실제로, 이렇게 생성 된 특정 환기의 공간적 맵은 MBW의 특정 환기 이질성 출력을 회수 하기 위해 컴파일될 수 있다. 검증 연구7 은 동일한 주제에 대해 시리즈로 수행 될 때 두 방법론에서 비교 가능한 결과를 생성 했다는 것을 보여주었습니다.
SVI 처럼 환기 이질성의 공간적 조치를 제공 하는 다른 이미징 양식이 존재 합니다. 포지 트 론 방출 단층 촬영 (PET)8,9, 단일 광자 방출 계산 단층 촬영 (10,11및 하이퍼 편광 가스 MRI12,13 기술을 사용 하 여 건강 하 고 비정상적인 과목에서 환기의 공간 패턴에 관한 문학의 실질적인 시체를 만듭니다. 일반적으로, 이들 기술은 신호 대 잡음비가 특징적으로 높다는 점에서 SVI에 비해 적어도 하나의 뚜렷한 장점을 가진다. 그러나, 각각의 기술은 또한 특징적인 단점을가지고 있습니다: PET 및 조사는 이온화 방사선에 노출을 포함 하 고, 하이퍼 편광 MRI는 고도로 전문화 된 하이퍼 편광 가스와 비표준 다중 핵 하드웨어가 있는 MR 스캐너를 사용 해야 합니다.
양성자 MRI 기술은 일반적으로 조 영제로 흡입 산소를 1.5 테슬라 MR 하드웨어를 사용 (두 요소는 의료에서 쉽게 사용할 수 있습니다), 그것은 잠재적으로 더 일반화 임상 환경. SVI는 산소는 폐 조직1의 세로 이완 시간 (t1)을 단축 한다는 사실을 활용 하 여 t1가 중 이미지에서 신호 강도의 변화를 차례로 변환 합니다. 따라서, 영감 산소의 농도의 변화는 적절 하 게 타이밍 MRI 이미지의 신호 강도의 변화를 유도 한다. 일반적으로 공기와 100%의 산소 농도의 급격 한 변화에 따라 이러한 변화의 비율은 주민 가스가 흡입 가스로 대체 되는 속도를 반영 합니다. 이 교체 비율은 특정 환기에 의해 결정 됩니다.
SVI는 이온화 방사선을 포함 하지 않기 때문에, 시간이 지남에 따라 환자를 따르는 종 및 중재 연구에 대 한 금기 사항이 없습니다. 따라서 질병 진행을 연구 하거나 개별 환자가 치료에 어떻게 반응 하는지를 평가 하는 데 이상적입니다. 상대적으로 쉽게 그리고 안전한 반복성 때문에, 특정 환기 화상 진 찰은, 일반적으로, 시간이 지남에 또는 몇몇 다른 임상 위치에 많은 사람들의 큰 효력 및/또는 많은 수를 공부 하 고 싶은 사람들을 위한 이상적인 기술입니다.
기술1을 설명 하는 원본 간행물에 따르면, 특정 환기 이미징 (svi)은 빠른 식 염 액 주입, 자세, 운동 및 기관지 수축 효과에 초점을 맞춘 연구에서 사용 되어 왔으며,3 , 4 , 14 , 15. 특정 환기의 전체 폐 이질성을 추정 하는 기술의 능력은 잘 확립 된 다중 호흡 세척 시험 (7 )을 사용 하 여 검증 되었으며, 보다 최근에는 지역적 교차 검증이 수행 되었고, SVI와 하이퍼 편광 가스 다중 호흡 특이 환기 영상 비교16. 이 안정적이 고 쉽게 배포할 수 있는 기술은 인간의 폐에 특정 환기를 정량적으로 매핑할 수 있으며, 호흡기 질환의 조기 발견 및 진단에 크게 기여할 수 있는 잠재력을가지고 있습니다. 그것은 또한 지역 폐 이상을 정량화 하 고 치료에 의해 유도 된 변화를 따를 새로운 기회를 제공. SVI가 처음으로 측정할 수 있게 해 주는 지역 특정 폐 기능의 이러한 변화는 약물과 흡입 된 치료법의 영향을 평가 하기 위한 바이오 마커가 될 가능성이 있으며 임상 시험에서 매우 유용한 도구가 될 수 있습니다.
이 기사의 목적은 구체적으로 환기 이미징의 방법론을 시각적 형태로 제시 하 여 더 많은 센터에 기술 보급에 기여 하는 것입니다.
캘리포니아 대학, 샌디에고 인간 연구 보호 프로그램은이 프로토콜을 승인 했다.
1. 과목 안전 및 교육
2. MRI 환경의 준비
3. 이미징 대상의 계측 및 준비
4. MRI 이미징
5. 이미지의 시계열에서 특정 환기 맵 만들기
6. 지역 폐 포 환기를 계산 하는 특정 환기 및 밀도 지도를 결합
건강 한 피사체의 단일 슬라이스 SVI
특정 환기 이미징은 39 세의 건강 한 여성의 오른쪽 폐에 단일 슬라이스를 묘사 하는 그림 3a와 같이 특정 통풍의 정량적 맵을 생성 합니다. 특정 환기에 예상 수직 그라데이션의 존재를 참고; 폐의 의존적 부분은 폐의 비 의존적 부분 보다 더 높은 특정 통풍을 제시 합니다. 매핑된 특정 환기 값의 히스토그램?...
특정 환기 이미징 인간의 폐에 특정 환기의 공간적 분포의 정량적 매핑을 할 수 있습니다. SVI에 대 한 대안은 존재 하지만 어떤 식으로든 제한 됩니다: 다중 호흡 세척은 이질성의 척도를 제공 하지만 공간 정보 (23)가 부족 합니다. 대체 영상 법은 환자를 이온화 방사선 (예: 조사, 애완 동물, CT, 감마 시 그 라피)에 노출 시키거나 광범위 하 게 사용할 수 없습니다 (MRI를 사용 하는 ?...
저자는 공개 할 것이 없습니다.
이 작품은 국립 심장, 폐 및 혈액 학회 (NHLBI) (보조금 R01 HL-080203, R01 HL 081171, R01 HL-104118 및 R01 HL119263) 및 국가 우주 생물 의학 연구 기관에 의해 지원 되었다 (국가 항공 우주 행정 보조금 NCC 9-58 플 라 잉 Geier는 NHLBI 그랜트 F30 HL127980에 의해 지지 되었다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3D-printed flow bypass system | |||
Face mask | Hans Rudolph | 7400 series Oro-nasal mask, different sizes | |
Gas/oxygen regulator | |||
Mask head set | Hans Rudolph | 7400 compatible head set | |
Matlab | Mathworks | analysis software developed locally | |
Medical oxygen | Air Liquide/Linde | Oxygen to be delivered to the subject | |
MRI | GE healthcare | 1.5 T GE HDx Excite twin-speed scanner | |
Plastic tubing | ¼”, 3/8” and 1/2” tubing and connectors | ||
Pulse oximeter | Nonin | 7500 FO (MR compatible) | |
Switch valve | |||
Torso coil | GE healthcare | High gain torso coil for GE scanner |
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