Mekanik Ventilasyonlu Farelerde Hiperpolarize 129Xe Akciğer MRG ve Spektroskopi

Mariah  L. Costa; Joseph W. Plummer; Abdullah S. Bdaiwi; Brice J. Albert; Elizabeth M. Fugate; Peter J. Niedbalski; Diana M. Lindquist; Zackary I. Cleveland

doi:10.3791/66924

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

Özet
Özet
Giriş
Protokol
Sonuçlar
Tartışmalar
Açıklamalar
Teşekkürler
Malzemeler
Referanslar
Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Hiperpolarize ksenon MRG, translasyonel araştırma ve klinik bakımda bölgesel akciğer mikroyapısını (hava boşluğu boyutları) ve fizyolojisini (ventilasyon ve gaz değişimi) ölçebilir. Zor olmasına rağmen, klinik öncesi çalışmalarda karşılaştırılabilir pulmoner içgörüler sağlayabilir. Bu protokol, farelerde rutin ksenon akciğer MRG'si gerçekleştirmek için gereken altyapıyı ve prosedürleri açıklar.

Özet

Hiperpolarize (HP) ksenon-129 (¹²⁹Xe), ventilasyon, kısıtlı difüzyon (alveolar-hava sahası boyutu) ve gaz değişimi dahil olmak üzere pulmoner fizyolojiyi ölçmek için kullanılabilecek benzersiz spektral ve fiziksel özelliklere sahip, inhale edilmiş bir manyetik rezonans görüntüleme (MRI) kontrast maddesidir. İnsanlarda, çeşitli pulmoner bozukluklarda hastalık şiddetini ve ilerlemesini değerlendirmek için kullanılmıştır ve Amerika Birleşik Devletleri ve Birleşik Krallık'ta klinik kullanım için onaylanmıştır. Klinik uygulamalarının ötesinde, ¹²⁹Xe MRG'nin pulmoner patofizyolojiyi noninvaziv olarak değerlendirme ve mekansal olarak çözülmüş bilgi sağlama yeteneği, klinik öncesi araştırmalar için değerlidir. Hayvan modelleri arasında, genetiği değiştirilmiş hastalık modellerinin erişilebilirliği nedeniyle fareler en yaygın kullanılanlardır. Burada, ¹²⁹Xe MRG, akciğer hastalığının ilerlemesini ve tedavi yanıtını uzunlamasına izlemek için minimal invaziv, radyasyonsuz ve hassas bir teknik olarak umut vericidir (ör., ilaç keşfinde). Bu teknik, gaz vermek için MRG ile tetiklenen, serbest solunum cihazı veya mekanik ventilatör dahil ederek klinik öncesi uygulamalara kadar uzanabilir. Burada, kalite kontrol için termal olarak polarize bir ksenon gazı fantomu oluşturma, polarizasyonu optimize etme, hayvan işleme (sedasyon, entübasyon, ventilasyon ve fareler için bakım) ve ventilasyon, kısıtlı difüzyon ve gaz değişim verileri için protokoller dahil olmak üzere sağlam veri toplama ve analizini sağlamak için adımları açıklıyor ve kontrol listeleri sağlıyoruz. Klinik öncesi ¹²⁹Xe MRG çeşitli hayvan modellerinde (örneğin sıçanlar, domuzlar, koyunlar) uygulanabilirken, bu protokol, satın alınabilirlikleri ve birçok hastalık modelinin mevcudiyeti ile dengelenen küçük anatomilerinin yarattığı zorluklar nedeniyle farelere odaklanır.

Giriş

Pulmoner bozukluklar küresel morbidite ve mortalitenin önde gelen nedenleri olmaya devam^ederken1, son on yılda hasta sonuçlarında dramatik iyileşmeler görülmüştür. Bu gelişmeler kısmen iki faktör tarafından yönlendirilmektedir. İlk olarak, Faz III klinik çalışmalar artık mortaliteden ziyade son nokta olarak akciğer fonksiyonundaki değişikliklere öncelik vermekte ve ilaç denemelerini hızlandırmaktadır 2,3,4,5. İkinci olarak, geliştirilmiş hayvan modellerindeki ilerlemeler, hastalık mekanizmaları hakkında bilgi sağlamış ve tedavi geliştirmeye yardımcı olmuştur ^6,7. Fare modelleri, insanlarla fizyolojik paralellikler, satın alınabilirlik ve hızlı hastalık gelişimi sundukları için genellikle translasyonel araştırmalar için tercih edilir. Genetik mühendisliği, mevcut modellerin yelpazesini ve kalitesini genişletti, Uluslararası Fare Türü Kaynağı şu anda sadece 4.218 sıçan türüne kıyasla 32.000'den fazla fare türüne⁸ sahiptir (Sıçan Genom Veritabanı⁹). Bu modeller, kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH)¹⁰, kistik fibroz (KF)¹¹, pulmoner fibroz^12,13, pulmoner hipertansiyon^14,15 ve astım¹⁶ dahil olmak üzere bir dizi akciğer hastalığı için mekanik itici güçleri ve tedavi yanıtlarını araştırmak için yeni yollar açmıştır.

Ne yazık ki, fareleri içeren akciğer araştırmaları, hastalık yükünü ölçmek için mevcut tekniklerle sınırlıdır. Çalışmalar genellikle 1) tüm akciğer bilgisi (biyokimyasal tahliller) veya lokalize bilgi (histoloji) sağlayan ve 2) kesitsel tasarımlar ve büyük örneklem boyutları talep eden terminal prosedürlere dayanır. Bu nedenle, ne mekansal ne de zamansal hastalık dinamiklerini yakalarlar. Buna karşılık, non-invaziv, üç boyutlu görüntüleme, zaman içinde akciğerlerdeki yapıyı, moleküler süreçleri ve işlevi değerlendirebilir.

Akciğer yapısı (örneğin, hava yolu anormallikleri ve interstisyel fibroz), ultra kısa eko-time (UTE) MRI ve yüksek çözünürlükte mikrobilgisayarlı tomografi (μBT) ile görüntülenebilir. Fonksiyonel ve mekanik bilgiler (ör.ventilasyon, perfüzyon, tümör metabolizması ve enflamatuar süreçler) ekzojen kontrast ajanlar (ör., ksenon ile zenginleştirilmiş BT ve oksijenle güçlendirilmiş UTE) ve iyonlaştırıcı nükleer tıp yaklaşımları (ör., pozitron emisyon tomografisi [PET] ve tek foton emisyonlu bilgisayarlı tomografi [SPECT]). Bununla birlikte, normalden daha yüksek radyasyon seviyelerine sahip iyonlaştırıcı modaliteler kullanılmadan elde edilen mütevazı kontrast-gürültü (özellikle T_1'in uzatıldığı klinik öncesi MRG için kullanılan yüksek manyetik alan kuvvetlerinde oksijenle güçlendirilmiş UTE için) nedeniyle fonksiyonel görüntüleme zordur. Bu modalitelerle görüntüleme, geleneksel dozlar kullanan hayvan modellerinde iyi tolere edilirken, kümülatif radyasyon, immünoloji, inflamasyon ve akciğer kanseri ile ilgili çalışmalarda sonuçları karıştırabilir¹⁷. Bununla birlikte, hiperpolarize (HP) ksenon-129 (¹²⁹Xe) manyetik rezonans görüntüleme (MRG) minimal invaziv, ışınlayıcı olmayan ve oldukça hassas yapısal ve fonksiyonel bilgi sağlar. Bu teknik, amfizem ^18,19, fibroz²⁰, akciğer kanseri²¹, KOAH²² ve radyasyona bağlı akciğer hasarı²³ gibi durumları tek veya çoklu zaman noktalarında karakterize etmek için klinik öncesi araştırmalarda kullanılmış olsa da, klinik öncesi ortamda yeterince kullanılmamaktadır.

Rutin, klinik öncesi ¹²⁹Xe MRG'yi etkinleştirmek için, kurumsal düzenleyici destek, bir hiperpolarizasyon cihazı, bir ¹²⁹Xe ayarlı radyo frekansı (RF) bobini ve çoklu nükleer özellikli bir tarayıcı dahil olmak üzere çeşitli ön koşullar gereklidir. Gelişmiş uygulamalar 24,25,26,27,28,29,30,31,32,33, bu protokolün kapsamı dışında kalan satıcıya özel darbe programlaması gerektirse de, temel uygulamalar mütevazı yazılım değişiklikleri ile elde edilebilir. Bu nedenle, klinik öncesi ¹²⁹Xe MRG'ye özgü kalite kontrol, manyetizasyon işleme, veri toplama ve mekanik ventilasyon dahil olmak üzere hayvan işleme prosedürlerine odaklanıyoruz (Şekil 1).

Bugüne kadar, küçük hayvan ¹²⁹Xe görüntüleme, her biri avantaj ve dezavantajlara sahip üç MR güvenli gaz verme yaklaşımı kullanmıştır: serbest nefes alma, piston tahrikli ve basınç düşüşü. Serbest solunum, entübasyon veya trakeostomiden yaralanma riski olmadan spontan solumaya izin verir, ancak önemli ölçüde daha fazla HP gazı tüketir ve hareket artefaktlarına neden olabilir^34,35. Ticari piston tahrikli cihazlar kendi kendini kalibre eder ve kutudan çıkar çıkmaz kullanımı kolaydır, ancak aşırı derecede pahalı olabilir³⁶. Burada kullanılan basınç düşüşü tabanlı yaklaşım literatürde iyi tanımlanmıştır, modüler, özelleştirilebilir ve açık kaynak kodu ^37,38,39,40 tarafından çalıştırılır. Ayrıca, uygun maliyetlidir, tipik olarak toplam 10 bin dolardan az ve birkaç haftalık özel yapım süresidir. Basınç düşüşü ventilatörü, entübe edilmiş bir farenin hava yolu basıncını izlerken basınçlı bir teneke kutu içindeki bir doz torbasından ¹²⁹Xe verir.

figure-introduction-6406
Şekil 1: Farelerde rutin ksenon-129 (¹²⁹Xe) manyetik rezonans görüntüleme (MRG) toplama protokolüne genel bakış. (A) İlk kurulum adımları. (Not: tarayıcı programlaması her satıcı için benzersizdir ve bu protokolde açıklanmamıştır). (B) Günlük kalite güvencesi (QA) ve hayvan verilerini toplama adımları. (C) Başarılı deney sonucu ve veri analizi için adımlar. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Burada, ¹²⁹Xe MRI verisinin üç yaygın sınıfını topluyor ve analiz ediyoruz: ventilasyon, difüzyon ağırlıklı görüntüleme (alveolar-hava sahası boyutu) ve gaz değişimi. Ventilasyon görüntüleri, solunan ¹²⁹Xe gazının dağılımını göstermektedir. Akciğerlerin hava akımının azaldığı bölgeler HP gaz görüntülerinde karanlık görünür ve patoloji kusurlu ventilasyon hacmi ile ölçülür. İnsanlarda, ventilasyon kusuru yüzdesi (VDP), KOAH^43,44,45 ve astım^46,47 gibi hastalıklarda güçlü tekrarlanabilirlik ^41,42 ve akciğer tıkanıklığına karşı yüksek duyarlılık göstermiştir.

Hava sahasındaki ¹²⁹Xe atomunun kısıtlı difüzyonu, görünür difüzyon katsayısı (ADC) ile ölçülebilir ve hava boşluğu boyutu için bir vekil görevi görür. ADC, difüzyon ağırlığı olmadan bir temel görüntü (b₀) ve bipolar gradyan kaynaklı difüzyon ağırlığı (b_N) varlığında elde edilen bir veya daha fazla görüntü elde edilerek hesaplanır. Yüksek bir ADC, yaşlanma veya amfizematöz yeniden şekillenme nedeniyle hava sahası boyutundaki bir artışı yansıtır^18,48. Ayrıca, çoklu b-değeri görüntülerinin (≥4) kullanılması, daha ayrıntılı morfometrik bilgilerin (örneğin, ortalama doğrusal kesişim) hesaplanmasına izin verir^49,50.

Gaz değişimi, 1) kılcal zar dokusunda, plazmada ve RBC'lerde (kırmızı kan hücreleri) ¹²⁹Xe'nin çözünürlüğü ve 2) bu bölmelerde çözündüğünde 129 Xe'nin >²⁰⁰ppm aşağı alan kimyasal kayması nedeniyle karakterize edilebilir. Hem spektroskopik hem de görüntüleme verileri, kardiyopulmoner hastalıklar (örneğin, pulmoner hipertansiyon ve sol kalp yetmezliği 51,52,53) hakkında bilgi sağlar. Birçok tür (insanlar, köpekler ve sıçanlar) her bölmeden kaynaklanan benzersiz spektral zirveler sergilerken, fareler hemoglobin-ksenon bağlanma bölgesi etkileşimlerindeki farklılıklar nedeniyle benzersiz bir RBC sinyalinden yoksundur. Bunun yerine, tüm çözünmüş bileşenler farelerde⁵⁴ tek bir sinyalde birleştirilir. Bununla birlikte, orak hücre hastalığı⁵⁴ modellerinde kullanılanlar gibi, insan hemoglobini eksprese eden transgenik farelerde belirgin bir RBC rezonansı gözlemlemek mümkündür. Genel olarak, çözünmüş ¹²⁹Xe spektroskopisi ve görüntüleme, farelerde kardiyopulmoner patofizyoloji hakkında benzersiz bilgiler sağlar^55,56.

Bu protokolü denemeden önce, fare çalışmaları için gerekli olan MRI tarayıcısı, mekanik ventilasyon ve fare işleme teknikleri hakkında arka plan bilgilerini anlamak gerekir. Hayvan çalışmalarına başlamadan önce, tüm prosedürler yerel Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi (IACUC) tarafından ^{onaylanmalıdır57}. Fare akciğerinde bulunan toplam manyetik moment doğası gereği düşük olduğundan (yani, tidal hacim ~ 250 μL), anatomik olarak eşdeğer çözünürlük elde etmek için voksel boyutunun insanlardan 1000 kat daha küçük olması gerekir. Murin solunum hızı da son derece hızlıdır (>100 nefes/dakika). Bu nedenle, tipik olarak insan görüntülemesi için kullanılan tek nefes tutma prosedürleri uygulanabilir değildir. Bunun yerine, her nefeste yalnızca birkaç RF uyarımı uygulanabilir, bu nedenle ¹²⁹Xe görüntüsünün onlarca ila yüzlerce nefes boyunca kodlanması gerekir. Sinyal-gürültü oranını (SNR), çözünürlüğü ve tarama süresini dengelerken, alımların harici olarak tetiklenmesine izin vermek ve dilimleri, faz kodlamalarını ve/veya difüzyon ağırlıklı görüntüleri düzgün bir şekilde döngüye sokmak için darbe programlama gerekebilir. Burada ventilatör, veri toplamayı tetiklemek için nefes başına bir kez bir transistör-transistör mantığı (TTL) darbesi verir (Şekil 2).

figure-introduction-11475
Şekil 2: Temsili mekanik ventilasyon ve veri toplama zamanlaması. (A) Kullanıcı kontrollü ventilasyon, inspirasyon sonunda, nefes tutma sırasında veya son kullanma sonunda veri alımını tetikleyebilir. (B) Bu 3D radyal ventilasyon dizisi için kullanıcı, elde edilen toplam projeksiyon sayısını ve nefes başına projeksiyon sayısını tanımlar. (C) Dilim seçici, 2B difüzyon ağırlıklı bir görüntü için kullanıcı, dilimlerin, b-değeri görüntülerin ve faz kodlamalarının sırasını tanımlar. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Güvenilir ventilasyon ve ¹²⁹Xe iletimi sağlamak için sağlam sedasyon ve entübasyon prosedürleri gereklidir. Her çalışma için, dakika ventilasyonu, kalp atış hızı (HR) ve kan basıncındaki değişiklikler dahil olmak üzere her anestezinin aşağı yönlü etkileri dikkate alınmalıdır 58,59,60,61,62,63,64,65,66. Klinik öncesi HP gaz MRG için çeşitli sakinleştiriciler kullanılmış olsa da, kullanılabilirliği, maliyet etkinliği, güvenilirliği ve^{süresi nedeniyle ketamin}, ksilazin ve asepromazin karışımı kullanıyoruz ^67,68. Sakinleştirildikten sonra, etkili mekanik ventilasyon için hayvanlar entübe edilmelidir. Farelerin entübasyonu, anatomilerinin küçük boyutu nedeniyle zordur ve bu nedenle, bu teknikte kapsamlı bir şekilde eğitilmesi önemlidir. Araştırmacıları yayınlanmış video protokollerini incelemeye teşvik ediyoruz ^69,70. Ticari entübasyon kanüllerinin çoğu paslanmaz çelik içerdiğinden, fare trakeal duvarı ile hava geçirmez bir sızdırmazlık oluşturmak için hava yolu çapına uyacak şekilde özelleştirilebilen metal içermeyen (yani MRI ve HP gazı uyumlu), kama şeklindeki kanüller yapmak için bir teknik sunuyoruz.

¹²⁹Xe görüntüsü birçok nefeste toplandığından, ventilatör ayarları kritik öneme sahiptir. Akciğer hasarını önlemek için koruyucu ventilasyon stratejileri dikkatlice düşünülmelidir 71,72,73,74. Özellikle, düşük tidal hacim (TV), orta derecede pozitif ekspirasyon sonu basıncı (PEEP) ve alveolar işe alım manevralarının (RM'ler) kullanımı, insan hastalarda ve hayvan modellerinde ventilatöre bağlı akciğer hasarı riskini azaltır 75,76,77,78,79,80,81. Burada, basınç düşüşü ¹²⁹Xe mekanik ventilasyon ile uyumlu, koruyucu olan ve yeterli ¹²⁹Xe görüntü SNR sağlayan basit bir teknik öneriyoruz. Spesifik olarak, ventilatörün nefes verme hattına ticari bir PEEP valfi ekleyerek PEEP uyguluyoruz. RM'leri gerçekleştirmek için, ekshalasyon hattı kapatılmalıdır, böylece hayvan, hedef basınç ve süreye ulaşılana kadar ekshalasyon olmadan birden fazla inhalasyon alır.

Baştan sona genel ventilasyon ayarları sağlıyoruz, ancak belirli çalışma hedeflerini^82,83 ele almak için literatürü gözden geçirmeniz tavsiye edilir. Mekanik ventilasyon sırasında en yüksek inspiratuar basıncın izlenmesine ek olarak, standart fare sıcaklığı izleme yöntemleri kullanılarak yapılabilen hayvanın sıcaklığının izlenmesi önemlidir. Görüntüleme için gerekli olmasa da, elektrokardiyogram (EKG) yoluyla kalp atış hızının izlenmesi avantajlı olabilir; EKG, bir hayvanın sedasyondan mı yoksa aşırı dozdan mı yoksa sıkıntılı mı uyandığını gösterebilir ve araştırmacının müdahale etmesine izin verebilir.

Tanımladığımız protokol, ¹²⁹Xe 3D radyal ventilasyon verisi⁶¹, 2D GRE difüzyon ağırlıklı veri⁷⁶ ve dinamik darbe elde eden spektroskopi gaz değişim verilerini toplamak için tasarlanmıştır. Bu protokol, küçük hayvan modellerinde yapılan klinik öncesi araştırmalar ile ¹²⁹Xe MRG'nin pulmoner bozukluklar hakkındaki anlayışımızı ilerletme potansiyeli arasındaki boşluğu doldurmayı amaçlamaktadır.

Protokol

Burada açıklanan tüm yöntemler, Cincinnati Çocuk Hastanesi Tıp Merkezi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi (IACUC) tarafından onaylanmıştır.

1. İlk saha hazırlığı

Termal olarak polarize edilmiş bir ¹²⁹Xe gaz fantomu oluşturun ve test edin (Şekil 3).
1. Tümü 60 psig'ye kadar derecelendirilmiş bir borosilikat cam kap (~ 150 mL), önden sızdırmaz O-ringli bir piston valfi ve bir öğütülmüş borosilikat cam gövde elde edin. Manyetik parça olmadığından emin olun. Cam gövdeye bir sıkıştırma bağlantısı takın. Gaz geçirmez bir conta oluşturmak için sıkın.
2. Kabı Şekil 3A'ya göre bir vakum pompasına ve oksijen rezervuarına bağlayın. Kabı 100 mTorr mutlak basıncın altına kadar vakumlayın.
3. ¹²⁹Xe T_1'i > 30 dakikadan ~2 saniyeye düşürmek için kabı 1,5 atm basınca kadar oksijenle doldurun (7 T manyetik alan gücünde; 9.4 T tarayıcı için 1.6 atm oksijen kullanın). Mühür kabı.
  NOT: Daha yüksek alan kuvvetleri için, T₁≤ 2 s^84'ü elde etmek için biraz daha yüksek oksijen kısmi basıncı gerekecektir.
4. Gaz geçirimsiz bir rezervuarı 400 mL izotopik olarak zenginleştirilmiş ksenon (%85 ¹²⁹Xe) ile doldurun.
  NOT: Doğal bolluk ksenonu (%26 ¹²⁹Xe) da kullanılabilir, ancak SNR'deki ~3 kat azalmayı azaltmak için sinyal güçlendirmenin artırılması gerekecektir.
5. Gemiyi ¹²⁹Xe rezervuarına bağlayın. 100 mTorr mutlak basıncın altına kadar vakum boruları.
6. Ağzı açık, tezgah üstü sıvı N₂ Dewar'ı ~%90'a kadar doldurun. O_2'yi yoğunlaştırmak ve bir vakum oluşturmak için kabın tabanını (~ 5 cm) sıvı nitrojene batırın (Şekil 3B). Su altındayken, rezervuardan ¹²⁹Xe'nin kaba akmasına izin vermek için valfi açın (Şekil 3C).
7. Pistondaki giriş deliği O-ringi geçecek şekilde çekilene kadar gövdeyi yavaşça çekerek piston valfini kapatın. Delik O-ringi geçtikten hemen sonra, kabı kapatmak için elle sıkın. Kabı sıvı nitrojenden çıkarın ve çözülmesine izin verin.
  NOT: Çözüldükten sonra, kap ~ 4.5 atm'ye (2 atm O₂ + 2.5 atm ¹²⁹Xe) kadar basınç uygulayacaktır.
8. Cam eşyaları koruyun (örneğin, kabı yastıklı polivinil klorür (PVC) boru kabına yerleştirin, Şekil 3D).
  NOT: Düzgün bir şekilde bakımı yapılırsa, fantom basıncı on yıl veya daha uzun süre koruyabilir.
9. Fantomun T_1'ini ölçün (örneğin, spektroskopik bir inversiyon kurtarma dizisi kullanarak). 7 T tarayıcılar için T₁ < 2 sn onaylayın. Kalite güvencesi (QA) için zaman içinde sinyali ve T_1'i takip edin.

figure-protocol-2995
Şekil 3: Adım 1.1'de ayrıntıları verilen protokol tarafından yönlendirilen termal olarak polarize bir ¹²⁹Xe gaz fantomunun oluşturulması. O₂ ve ¹²⁹Xe kısmi basınçları, T_1'i uygun ¹²⁹Xe T₁ katı ve belirli bir alan kuvvetinde⁸⁴ sinyal gücü verecek şekilde özelleştirmek için değiştirilebilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Termal olarak polarize gaz fantomu ile kalite güvencesi gerçekleştirin (Tablo 1 ve Şekil 4).
1. ¹²⁹Xe bobinini mıknatısın izomerkezine yerleştirin ve ¹²⁹Xe gaz fantomunu bobin içinde ortalayın. Tek bir darbe ve alma dizisinde ("tek darbe"), çalışma frekansını fantomdaki yaklaşık ¹²⁹Xe gaz frekansıyla eşleşecek şekilde ayarlayın (7T'de ~ 83.07 MHz).
2. Alım ve uyarma frekanslarını ¹²⁹Xe Larmor frekansına ortalayın ve bu frekansı tüm fantom kalibrasyonu ve kalite kontrol ¹²⁹Xe taramaları için kullanın. Tüm QA taramaları için deneysel parametreler için Tablo 1'e bakın. Fantomun bir fantom yerelleştirici ile ortalandığını onaylayın (Şekil 4A).
3. Çevirme açısını kalibre etmek için nütasyon deneyi yapın: SNR'nin yeterli olduğunu varsayarsak, tekrarlama süresi (TR) aralığı 5 x T₁ > olan tek RF darbeleri kullanın. Her alım için, sinyal boşa çıkana ve tersine dönmeye başlayana kadar RF gücünü kademeli olarak artırın. Burada kullanılan standart şudur: darbe sayısı = 65; TR = 10 sn; darbe süresi = 125 μs; RF gücü = 1-13,8 W, 0,2 W artırıldı
4. Fourier dönüşümü ve fazı ilk spektrumu (yani, en düşük RF gücüyle elde edilen spektrum). Tüm spektrumlar için aynı fazlamayı uygulayın. Gerçek spektrumları RF darbe gücünün bir fonksiyonu olarak çizin (Şekil 4B).
5. Boş bir tepe üreten güç (yani minimum tepe yüksekliği) 180° çevirme açısına karşılık gelir. 180° çevirme açısını üretmek için gereken darbe uzunluğunun yarısında aynı gücü kullanarak 90° çevirme açısı elde edin. Tarayıcı yazılımının izin verdiğini varsayarsak, sonraki çevirme açısı ölçeklendirmesi için bu 90° referans gücünü ve darbe uzunluğunu ayarlayın.
6. ¹²⁹Xe spektrumunun (TR ~ 1 s) maksimum yarısında tam genişliği en aza indirerek şim yapmak için tek bir darbe kullanın. Gerekirse, şimlemeden sonra frekansı yeniden ortalayın. Tam genişlikte yarım maksimumu kaydedin.
7. ¹²⁹Xe QA taramasını çalıştırın (Tablo 1 ve Şekil 4C). QA verilerini kaydedin: SNR, ortalama hayalet sinyal ve gürültünün standart sapması.

figure-protocol-6113
Şekil 4: Ön tarama kalite güvencesi. (A) Düşük çözünürlüklü bir 2D GRE koronal fantom yerelleştirici, fantomun mıknatısta ortalanmasını sağlar. (B) 90°'lik bir darbe ayarlamak için yapılan bir nütasyon deneyi, 180°'lik darbede boş bir tepe noktası gösterir. (C) Çevirme açısını yerelleştirdikten ve kalibre ettikten sonra, daha yüksek çözünürlüklü bir 2D GRE QA görüntüsü elde edin. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Protokol Kısa Adı	Sıra Açıklaması	GİRİŞ (ms)	TE (ms)	Ortalamalar / Tekrarlar	Çevirme Açısı (°)	Matris Boyutu veya N_nokta	Görüş Açısı (mm²)	RF Siyah Beyaz (kHz)	Dilim / Döşeme Kalınlığı (mm)	Tarama Süresi
Tek nabız	Nabız edinme	1000		1 / 1	60	2048		10		1 Saniye
Fantom yerelleştirici	2D GRE (Türkçe)	200	3.7	20 / 1	48	60 × 32	120 × 48	3	60	2 dk
Çevirme açısı kalibrasyonu	Nabız edinme	7000		1 / 65	20	2048		5.12		7,5 dk
¹²⁹Xe Kalite Güvencesi	2D GRE (Türkçe)	5000	3.3	8 / 1	90	32²	32²	3	40	21 dk

Tablo 1: Fantom kalibrasyon kalite güvence dizisi parametreleri. TR = tekrarlama süresi, TE = yankı süresi, N_pts = nokta sayısı, FOV = görüş alanı, BW = bant genişliği. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Polarizasyonu planlayın (Şekil 5A, B).
1. Polarize ¹²⁹Xe hacim ve biriktirme süresini seçin: 15 dakikada 400 mL bu protokol için idealdir (Şekil 5) ancak diğer uygulamalar ve ekipmanlar için kolayca ayarlanabilir.
2. Hiperpolarizör içinde bilinen bir ölü hacim olduğunu varsayarsak (örneğin, V_{ölü hacim} = 80 mL), istenen dağıtılan bir hacim V için akış hızını (SLM'de F_Xe), ¹²⁹Xe gaz fraksiyonu f ve biriktirme süresi t_acc'yi hesaplayın:
  (1)
  NOT: Daha uzun üretim süreleri tipik olarak daha yüksek polarizasyona neden olurken, in vivo görüntüleme için pratik olmayabilir. Üretim süresini ve polarizasyonu dengeleyecek bir akış hızı belirlemek için hiperpolarizör 85,86,87,88 için uygun bir model kullanın. Burada J. W. Plummer ve ^ark.89'un modeli (Şekil 5A) kullanılmıştır. Bu, sürekli akışlı polarizörler için geçerlidir ve durdurulmuş akışlı hiperpolarizörler⁹⁰ için geçerli değildir.
3. Gazı bu parametrelere göre polarize edin, polarizasyonu ticari veya ev yapımı bir cihazla ölçün ve QA için öngörülen polarizasyonla karşılaştırın.
4. Taşıma sırasında polarizasyon kaybını ölçün. Polarizasyon yeterince büyük bir miktarda azalırsa (örneğin, %>10), nakliye sırasında polarizasyonu korumak için manyetik bir taşıma çantası oluşturun. Bkz. Ek Dosya 1: Taşıma sırasında polarizasyonun yönetilmesi ve Ek Şekil 1.

figure-protocol-13712
Şekil 5: Polarizasyon yönetimi. (A) Polarizasyon ve üretilen hacim, birikim süresi ve akış hızının bir fonksiyonudur. 400 mL'lik bir gaz torbası, 20 dakika boyunca yüksek başlangıç polarizasyonu (~% 35) sağlar. 1 L gaz kullanmak çekici görünse de, daha düşük bir başlangıç polarizasyonuna (~%20) sahip olacaktır. (B) ~ 15 dakikalık havalandırmadan sonra, 1 litrelik bir HP ¹²⁹Xe partisi %<10 polarizasyona kadar tükenirken, 600 mL gaz¹¹⁶ olarak kalır. Bu nedenle, ¹²⁹Xe'nin birden fazla 400 mL'lik torba kullanılması, daha yüksek ortalama iletilen polarizasyonu korur. C) Birincil alan ile aktif koruma alanının kesiştiği konumlar ((N,N,N)) konumundaki kırmızı kutu) HP ¹²⁹Xe'nin hızlı bir şekilde gevşemesine neden olabilir. Mıknatısın saçak alanının karakterize edilmesi, HP ¹²⁹Xe rezervuarlarının hızlı bir gevşeme olmadan yerleştirilebileceği güvenli bölgelerin belirlenmesine yardımcı olur ((0,0,n) konumunda yeşil kutu). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Dosya 1: Taşıma sırasında polarizasyonun yönetilmesi. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Kenar alanı içinde HP 1_Xe'nin konuma bağlı T ^129'iniölçün (Şekil 5C).
1. X, Y ve Z boyutları boyunca mıknatıs izomerkezine göre bilinen mesafelere ve konumlara sahip referans noktaları oluşturun. İzomerkezi etiketleyin ve n'den N'ye kadar olan diğer konumları etiketleyin. Araştırılacak pozisyonların sayısı mevcut alana bağlı olacaktır.
2. ¹²⁹Xe'lik (~ 250 mL) küçük bir hacmi hiperpolarize edin ve MRI kontrol odasına taşıyın. Büyük bir şırıngayı (50-100 mL) ¹²⁹Xe ile doldurun ve mıknatıs içindeki izomerkeze yerleştirin (Şekil 1C'deki Konum 5). Sinyali ölçmek için ~1° çevirme açısı darbesi çalın.
3. Şırıngayı ~ 10 dakika boyunca yerinde bırakın, ardından başka bir spektrum elde edin. Sinyal en az 1 T₁ bozulana kadar (yani, sinyal başlangıç değerinin ~1/3'üne düşene kadar) sinyali her 10 dakikada bir yeniden ölçün.
4. Adım 1.4.2'yi tekrarlayarak yeni bir ¹²⁹Xe şırınga ile yeni bir T 1 deneyi başlatın.
5. Şırıngayı yeni bir konuma getirin (örneğin, Şekil 5C'deki Konum n) ve 10 dakika orada bırakın. Ek bir ~ 1 ° çevirme açısı spektrumu elde etmek için şırıngayı izo merkezine geri koyun.
6. Bu işlemi tekrarlayın: şırıngayı Konum n'ye getirin, 10 dakika bekleyin, tekrar izomerkeze koyun ve sinyali en az 1 T₁ bozulana kadar yeniden ölçün.
7. X, Y ve Z yönlerini kapsayan kalan referans konumları için Adım 1.4.4 - 1.4.6'yı tekrarlayın.
8. İlk sinyal (S₀), θ çevirme açısına sahip n RF darbesi üzerinde monoüstel olarak bozunacaktır. Her konumdaki T_1'i hesaplamak için sinyali (S) zamanın (t) bir fonksiyonu olarak saçak alanına yerleştirin:
  (2)
9. ¹²⁹Xe rezervuar yerleşimi için yeterli T₁ (>20 dk) olan bir konum belirleyin.
Metal içermeyen entübasyon kanülleri oluşturun (Şekil 6).
1. Luer konektörlü iki damarlı kalıcı politetrafloroetilen (PTFE) kateter edinin. İğneleri keskin bir atık kabına atın.
  NOT: >25 g fareler için 18 G ve 20 G kateter kullanın. Daha küçük hayvanlar için 20 G ve 22 G kateterler kullanın.
2. Luer konektörünü kateterlerden kesin. Daha keskin bir şekilde sivrilen ve daha uzun bir kanül oluşturmak için daha küçük kateteri daha büyük kateterin üst ucuna besleyin. Kompozit kanülü, Luer tabanı dahil değil, eğimli bir uçla ~ 4.6 cm'ye kadar kesin (Şekil 6A, B).
3. 200 μL'lik bir pipet ucunun geniş ucunu ~2,6 cm uzunluğunda kesin (Şekil 6C).
4. Pipet ucunun içini genel kalıp ayırıcı yağlayıcı ile kaplayın. Kayganlaştırıcıyı ince bir şekilde dağıtmak için içine yerleştirilmiş başka bir pipet ucu kullanın. Pipet ucunu asetoksi silikon vulkanize edici macun epoksi ile doldurun (Şekil 6D, E).
5. Kanülü her iki ucundan dışarı uzanan 22 G tel ile takın. Kanül tüpünü pipet ucundaki silikondan geçirin. Tüpü pipet ucunun ucunu ~7 mm geçecek şekilde uzatın (Şekil 6F, G).
6. Pipet ucunun daha geniş tarafındaki kanül tüpünü plastik bir erkek slip Luer konektöründen geçirin ve parçaları epoksi ile birbirine yapıştırın. Luer konektörünü geçen boruyu kesin (Şekil 6H).
7. Epoksinin kurumasını bekleyin (>24 saat), ardından silikon entübasyon kanülünü pipet ucu kalıbından dikkatlice çıkarın. Tüpün tıkanmadığından emin olarak teli kanülden çıkarın (Şekil 6I).
8. Kolay entübasyon için bir tutamak yapmak için, boruyu (1/16" veya 1/8") bir dişi Luer konektörüne bağlayın. Entübasyon için hazır olduğunuzda, bu dişi Luer konektörünü erkek Luer entübasyon kanülüne bağlayın. Bu parça entübasyon sonrası kolayca çıkarılabilir (Şekil 6J).
9. Hayvanlarda her kullanımdan önce sterilize edin: kanülün dışını %70 alkolle silin. 20 G teli dezenfektanla silin, ardından içini sterilize etmek ve tıkanıklık olmadığından emin olmak için teli kanülden geçirin.

figure-protocol-19850
Şekil 6: MRG ve HP ¹²⁹Xe uyumlu fare entübasyon kanülleri oluşturma. Bu kanüller, Adım 1.5'te açıklandığı gibi venöz kateterler, pipet uçları ve silikon sızdırmazlık maddesinden yapılmıştır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

2. Günlük veri toplama

NOT: Bkz. Ek Dosya 2: Klinik öncesi tarama QA kontrol listesi.

Ek Dosya 2: Klinik öncesi tarama QA kontrol listesi. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Günlük tarayıcı kalite kontrolünü tamamlayın ve ventilatör kurun (Şekil 4).
1. Fantomlarla, tarayıcıda QA protokollerini çalıştırın (QA tarama parametreleri için Tablo 1'e ve günlük kalite kontrol adımları için Adım 1.2'ye bakın).
2. Ventilatörü J. Nouls ve ^ark.38'in yöntemine göre kalibre edin. Bkz. Ek Dosya 3: Ventilatör kalibrasyonu , Ek Şekil 2 ve Ek Şekil 3.
3. İnspirasyon sonunda görüntüleme için ventilatör ayarlarını yapın (Tablo 2). Hayvan yatağını tarayıcı rafına ve yaşam destek modülünü (yani mekanik ventilatör parçaları) tarayıcının yanındaki masaya yerleştirin.
4. Sahaya özel hayvan ısıtma sistemini etkinleştirin. Bir ısıtıcıyı 35.5 - 40 °C'ye ayarlayın, sirkülasyon havasını açın ve tarayıcının deliğini önceden ısıtmak için hava hortumunu hayvanın başının dayanacağı yerin ~5" yakınına yerleştirin.

Havalandırma Ayarı	Şunun için öneri: HP ¹²⁹Xe MRI	Notlar
Gelgit hacmi (TV)	8–10 mL/kg ideal vücut ağırlığı	ılımlı TV; düşük TV, görüntülerde hareket artefaktlarına neden olabilecek daha yüksek BR gerektirir
Pozitif ekspirasyon sonu basıncı (PEEP)	2–6 cmH₂O
Nefes hızı (BR)	80–120 br/dk
İşe alım manevraları (RM'ler)	~35 cmH₂O her 6 saniyede bir 5 dakikada bir
Havalandırma süresi; Konum	< 6 saat; sırtüstü	Göğüs hareketini daha iyi görmek için sırtüstü
İnspire edilen oksijen oranı (F_IO₂)	0.3–0.5	Anestezi uygulanmış farelerde hipoksiyi önleyin
İnspiratuar-ekspiratuar oran (I:E)	1:2–1:4
Toplam döngü süresine inspiratuar	0.2–0.4
Dakika havalandırması	≥0.57 mL·^g-1·^min-1
Standartlarımız:
BR = 80 br/dk, inspirasyon süresi = 200 ms, F_IO₂ = 0.3
İnspirasyon sonunda görüntüleme: nefes tutma = 200 ms, tetikleme gecikmesi = inspirasyonun başlamasından 200 ms sonra
Nefes tutma sırasında görüntüleme: nefes tutma = 250 ms, tetikleme gecikmesi = inspirasyonun başlamasından 250 ms sonra
Sona erme sonunda görüntüleme: nefes tutma = 200 ms, tetikleme gecikmesi = inspirasyonun başlamasından 650 ms sonra

Tablo 2: ¹²⁹Xe görüntüleme için önerilen ventilatör ayarları. Parametreler, belirli çalışma hedefleri ve deney koşulları 117,118,119,120,121,122,123,124 için ince ayar yapılabilir. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Dosya 3: Ventilatör kalibrasyonu. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Hayvanı sakinleştirin ve entübe edin.
1. İnkübatörü 27.7 °C'ye ve/veya elektrikli ısıtma yastığını 37.7 °C'ye getirin. Hayvanın vücut kütlesini ölçün ve kaydedin. Kütleye göre yatıştırıcı dozu hesaplayın. Tipik bir doz rejimi için Tablo 3'e bakınız.
2. Sakinleştiriciyi intraperitoneal olarak enjekte edin. Enjeksiyon zamanını not edin ve bir sonraki sakinleştirici dozu için zamanlayıcıyı ayarlayın.
  NOT: Sedasyon altındaki süreyi ve aşırı doz riskini en aza indirmek için Bölüm 2'deki (Günlük veri toplama) kalan adımları mümkün olan en kısa sürede tamamlayın.
3. Hayvanın gözlerine göz kayganlaştırıcı sürün ve hipotermiyi önlemek için hayvanı ısıtma yastığı üzerindeki bir kafese veya bir kuluçka makinesine yerleştirin.
4. Sakinleştirici enjeksiyondan 10-15 dakika sonra bir ayak parmağı çimdikleme testi yaparak hayvanın tamamen yatıştırıldığını onaylayın⁶⁸. Das ve ^ark.69'da belirtilen prosedürleri takip ederek entübe edin.
  NOT: Das ve ^ark.69'un makalesine, tekniğin kapsamlı bir video gösterimi eşlik etmektedir. Adımlar aşağıdaki gibidir:
5. Hayvanı sırtüstü dişlerinden eğimli bir tahtaya asın. Dili çıkarmak için bir kemirgen dil bastırıcı kullanın.
6. Ses tellerinin görünür olduğundan emin olmak için, entübasyon kanülü içindeki bir fiber optik kablo veya boğazın dışına yerleştirilen parlak bir ışık aracılığıyla beyaz ışık sağlayın. Kanülü ses tellerinin 5 mm'den daha az bir ötesine yerleştirin.
7. Kanülü, içinde küçük bir su damlası bulunan bir boru parçasına bağlayarak yemek borusunda değil trakeada olduğundan emin olun. Su damlası hayvanın nefesleriyle birlikte hareket ederse, konumlandırma muhtemelen doğrudur.

Aracı	Doz	Rota	Süre	Yorum
Solunan Ajanlar
İzofluran	İndüksiyon: %4-%5 Bakım: %1– %3 veya etkili olmak için	Inhale	Sürekli akış sırasında	• Kalibre edilmiş buharlaştırıcı kullanımı gerektirir
Enjekte Edilebilir Ajanlar
Önerilen: Ketamin + ksilazin + asepromazin	90 + 9 + 3 mg / kg	İntraperitoneal	20-60 dk	• Hipotermiye yatkınlık yaratır
				• Tekrarlanan dozlama için, aşırı dozu önlemek için bir ketamin + ksilazin karışımına geçilmesi önerilir.
				• Yıprandıkça sallanmaya neden olur. Görüntüleme için kesinlikle doz programına uyun
				• Bradikardiye neden olabilir
Ketamin + ksilazin	90 + 9 mg / kg	İntraperitoneal	20-40 dk	• Yukarıya bakın (Ketamin + ksilazin + asepromazin)
Pentobarbital	50 - 70 mg / kg	İntraperitoneal	20-60 dk	• Solunum hızını ve hareketini bastırır
				• Gider maliyet engelleyici olabilir
				• Farmasötik sınıf mevcut olmayabilir
Yasal Uyarı: Bunlar genel yönergelerdir. Uygulamadan önce daha fazla bilgi için bir veterinere danışın.

Tablo 3: Fareler için ortak anestezik formüler. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Hayvanı havalandırın (Tablo 2).
1. Hayvanı entübasyon kanülü üzerindeki Luer konektörü ile ventilatöre bağlayın. Diyafram hareketini ve tepe inspiratuar basıncı izleyin (10 mL / kg vücut ağırlığı tidal hacmi için ~ 10-12 cm H₂O). Basınç veya solunum hareketi anormal ise, kanülün boyun açısını ve derinliğini gerektiği gibi dikkatlice ayarlayın.
2. Bir işe alım manevrası yaparak entübasyon kanülünün hava geçirmez olduğundan emin olun: ekshalasyonu önleyin (örneğin, bir parmakla, nefes verme portunu bloke edin), böylece hayvan nefes vermeden birden çok kez nefes alır.
  NOT: Hava yolu basıncı ~ 6 s'nin üzerinde 35 cmH₂O tepe inspiratuar basıncına ulaşırsa, hava yolu contası yeterince sıkıdır. Değilse, sorun giderme için tartışmaya bakın.
3. Normal ekshalasyonun devam etmesine izin verin. Akciğer uyumunu korumak ve atelektaziyi önlemek için taramalar arasında ve tarama yapılmadığında her ~ 5 dakikada bir işe alım manevraları yapın. PEEP valfini nefes verme hattına bağlayın. PEEP'i 4 cmH₂O'ya ayarlayın. En yüksek inspiratuar basıncın bu miktarda artmasını izleyin.
4. Başarılı bir entübasyondan sonra, hayvanın tarama sırasında uyanmasını önlemek için HP ¹²⁹Xe üretimini sedatif yeniden doz programına göre planlayın ve başlatın. Deney boyunca vücut ısısını izleyin.
Veri toplama: Havalandırma görüntülerini toplayın.
NOT: Veri Toplama Adımları 2.4, 2.5 ve 2.6 herhangi bir sırayla yapılabilir
1. Son inspirasyonda görüntüleme için ventilatörü Tablo 2'ye göre ayarlayın.
2. Aşağıdaki kurulum protokollerini yükleyin: proton hayvan lokalizatörü, fare akciğerlerindeki gaz frekansını merkeze almak için tek darbe ve ¹²⁹Xe hayvan lokalizatörü. Tarama parametreleri için Tablo 4'e bakın.
3. Hayvanı izomerkeze yerleştirin ve torasik boşluğun proton lokalizasyonu ile görüş alanının merkezinde olduğunu onaylayın. Tek frekanslı bobinler kullanıyorsanız, proton bobinini ¹²⁹Xe ayarlı bir RF bobini ile değiştirin.
4. ¹²⁹Xe polarizasyonunu kaydedin ve MRI tarayıcısına taşıyın. Bkz. Ek Dosya 4: Ksenon polarizasyonu QA kontrol listesi.
5. Ventilatör kabının içine ¹²⁹Xe'lik bir torba yerleştirin ve kapatın. Kutuyu ventilatör ile aynı hizada bağlayın ve kutunun basınçlanmasına izin verin (3 - 6 psig).
6. ¹²⁹Xe mekanik ventilasyonu başlatın. ¹²⁹Xe ventilasyonu her etkinleştirildiğinde, akciğerlerin işlevsel kalıntı kapasitesini tersine çevirmek için bir taramaya başlamadan önce hayvanın ~ 5 nefes almasına izin verin.
  NOT: Hiperpolarize gazı korumak için 2 Xe taraması arasında ^{N 129/O 129}karışımına geçin.
7. Tek bir darbe kullanarak, çalışma frekansını gazlı ¹²⁹Xe'nin (7 T'de ~83.07 MHz) in vivo rezonans frekansına uyacak şekilde ayarlayın. Frekansı sonraki tüm gaz fazı ¹²⁹Xe taramalarına kopyalayın. Akciğerlerin izomerkezde olduğunu doğrulamak için ¹²⁹Xe lokalizasyonu gerçekleştirin.
8. ¹²⁹Xe radyal havalandırma sırasını yükleyin ve çalıştırın. En yüksek inspiratuar basıncı izleyin.
  NOT: Protokol tamamlanmadan önce ¹²⁹Xe gazı biterse, tepe inspiratuar basınç hızla düşecektir. 400 mL'lik ¹²⁹Xe'lik bir torba, ideal vücut ağırlığının 10 mL/kg'lık bir tidal hacmi ile dakikada 80 nefeste %70 ¹²⁹Xe ile havalandırıldığında 30 g'lık bir fareyi ~24 dakika boyunca havalandırabilir.
9. Tarama bittiğinde, N₂/O₂karışımı ile havalandırmaya geçin ve ^{boş 129}Xe torbasını çıkarın.
10. Ekspirasyon sonunda görüntüleme için, nefes tutma süresini değiştirin ve gecikmeyi Tablo 2'ye göre değiştirin ve Adım 2.4.2 - 2.4.9'u tekrarlayın.
11. Ham verileri tarayıcıdan dışa aktarın.

Protokol Kısa Adı	Sıra Açıklaması	Tetiklemek	GİRİŞ (ms)	TE (ms)	Tekrarlamaların	Çevirme Açısı (°)	Matris Boyutu veya N_nokta	Görüş Açısı (mm²)	RF Siyah Beyaz (kHz)	Dilim/Döşeme Kalınlığı (mm)	Tarama Süresi
Tek nabız	Nabız alımı (gaz fazı)	Opsiyonel	1000		1	60	2048		10		1 Saniye
Hayvan yerelleştirici	2D GRE (Türkçe)	Evet	50	1.7	1	60	64²	32²	3	25	60 Saniye
Radyal Havalandırma	3D Çoklu yankı radyal	Evet	20	Başlığa bakın	1	30	61³	22³	32.05	30	16 dk
Çözünmüş faz tek darbe	Nabız edinme (çözünmüş faz)	Hayır	80		1	90	512		10.35		80 ms
Çözünmüş faz dinamiği özelliği.	Nabız edinme (çözünmüş faz)	Hayır	50		1000	90	512		10.5		50 Saniye
Difüzyon ağırlıklı	2D GRE (Türkçe)	Evet	12.2	8.1	4	45	64²	32²	3	1.5	18 dk

Tablo 4: İn vivo dizi parametreleri. Daha önce açıklanan 3D çok yankılı radyal ventilasyon dizisi³⁹ , 6 yankı süresinde görüntü alır. Sonuçlar ilk yankı görüntüsü için gösterilmiştir (TE = 1.12 ms, Şekil 7). Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Dosya 4: Ksenon polarizasyonu QA kontrol listesi. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Veri toplama: Dinamik çözünmüş faz spektroskopisini çalıştırın.
1. Nefes tutma sırasında görüntüleme için ventilatörü Tablo 2'ye göre ayarlayın. BR'yi 100 nefes/dk'ya ayarlayın. Adım 2.4.2 - 2.4.5'teki gibi yeni bir ¹²⁹Xe çantası hazırlayın.
2. ¹²⁹Xe mekanik ventilasyonu başlatın. Çalışma frekansını çözünmüş frekansla (83.084 T'de ~7 MHz) eşleşecek şekilde ayarlamak için tek bir darbe yükleyin ve çalıştırın. Çalışma frekansını çözünmüş faz dinamik spektroskopisine kopyalayın.
  NOT: Bu, vahşi tip hemoglobin⁵⁴ olan farelerde tek bir tepe olacaktır.
3. Hayvan akciğerlerindeki çözünmüş frekansa odaklanan dinamik spektroskopi dizisini yükleyin ve çalıştırın. Tarama bittiğinde, N₂/O₂ karışımı ile havalandırmaya geçin ve ^{boş 129}Xe torbasını çıkarın. Ham verileri tarayıcıdan dışa aktarın.
Veri toplama: Difüzyon ağırlıklı görüntüleri toplayın.
1. Nefes tutma sırasında görüntüleme için ventilatörü Tablo 2'ye göre ayarlayın. Adım 2.4.2 - 2.4.7'deki gibi ¹²⁹Xe'lik yeni bir çanta için hazırlanın.
2. Difüzyon ağırlıklı diziyi yükleyin ve çalıştırın. Tarama bittiğinde, N₂/O₂ karışımı ile havalandırmaya geçin ve ^{boş 129}Xe torbasını çıkarın. Ham verileri tarayıcıdan dışa aktarın.

3. Deneyin sonuçlandırılması

Hayvanı kurtarın.
1. Entübasyon kanülünü hayvanın ağzından düz bir şekilde çekin. Hayvan hemen kendiliğinden nefes almaya başlamazsa, hafif göğüs kompresyonları uygulayın. Varsa, sedasyon iyileşmesini desteklemek için hayvanın yüzüne yakın hafif bir tıbbi sınıf oksijen akışı uygulayın.
2. Hayvan kendi kendine sürekli nefes aldığında ve hayvan >2 saat boyunca sakinleştirilmişse, dehidrasyonu önlemek için deri altına 0.5 - 1 mL normal salin uygulayın.
3. Hayvanı kendi başına bir kafese geri koyun. Kafesi bir kuluçka makinesine veya bir ısıtma yastığına yerleştirin.
  NOT: Sedasyonlu hayvanlar yamyamlığa karşı savunmasızdır ve tamamen iyileşene kadar (yani bağımsız olarak yürüyene) kafes arkadaşlarıyla birlikte bir kafese yerleştirilemez. Sedasyonlu hayvanlar vücut ısılarını düzenleyemezler. Hayvanın sıcaklığını birkaç dakikada bir hissetmek için elinizin arkasını kullanın.
4. Hayvanı, düzeltme refleksi geri dönene kadar yakından izleyin (yani, bağımsız olarak sırtüstü pozisyondan yüzüstü pozisyona geçebilir).
5. Hayvanı bağımsız olarak yürüyebildiğinde ısı desteğinden çıkarın. Hayvanı kafes arkadaşlarıyla birlikte bir kafese geri koyun.
  NOT: Hayvanın kafes arkadaşı yoksa, sedasyona bağlı hipotermiye karşı daha hassastır. Hayvana ekstra yatak takımı sağlayın ve varsa hayvanı gece boyunca bir kuluçka makinesinde bırakın.
6. Sağlığını izlemek için hayvanın ağırlığını 2 hafta boyunca haftada bir kez kaydedin.
  NOT: Hayvan entübasyon nedeniyle ağızda veya yemek borusunda bir yaralanma meydana gelirse, yemek yemeyi bırakabilir. Hayvan başlangıçtaki vücut ağırlığının% >20'sini kaybederse, ötenazi hakkında bir veterinere danışın.
Ventilasyon görüntülerini analiz edin (Şekil 7).
1. Ham verileri bir programlama platformuna yükleyin. Kartezyen olmayan Görüntüler için açık kaynaklı yeniden yapılandırma çerçevesini indirin⁹¹.
2. Görüntüleri açık kaynak çerçeve talimatlarına göre yeniden oluşturun. Her radyal projeksiyondaki ilk noktayı normalleştirin³⁹.
3. Düşük veya ^{hiç 129}Xe sinyali olmayan vokseller de dahil olmak üzere görüntülerde akciğer parankimini segmentlere ayırın. Büyük hava yollarını dahil etmeyin. Akciğerler, solunum yolları ve görüntüleme artefaktları hariç olmak üzere görüntüdeki arka plan gürültüsünü bölümlere ayırın.
  NOT: Proton lokalizatör görüntüsü, parankimal sınırların belirlenmesine yardımcı olabilir.
4. Aşağıdaki formülü kullanarak SNR'yi hesaplayın:
  (3)
5. Arızalı havalandırmayı ölçün.
  NOT: Küçük hayvan modellerinde bozulmuş ventilasyonu ölçmek için çeşitli yöntemler önerilmiştir. Analiz yöntemleri açık bir araştırma alanı olmaya devam etmektedir, ancak kolayca uygulanan yaklaşımlar şunları içerir: (i) Yarı kantitatif manuel segmentasyon⁹², (ii) Parankimal sinyali⁴⁷ normalleştirmek için trakeadan gelen sinyali kullanan histogram yaklaşımı ve (iii) Toplam akciğer hacmini (TLV) segmentlere ayırmak ve akciğerleri kusurlu hacim ve ventilasyonlu akciğer hacmine (VV) bölmek için bir sinyal eşiği (örneğin, tüm akciğer ortalamasının %<60'ı) tanımlama. VDP 93,94'ü aşağıdakilere göre ölçün:
  (4)
Çözünmüş faz dinamik spektroskopisini analiz edin (Şekil 8).
1. Ham verileri bir programlama platformuna yükleyin. Hızlı bir Fourier dönüşümü gerçekleştirin ve spektrumları fazlandırın (bu uygulama için eşzamanlı manuel, spektrumların sıfır dereceli fazlaması yeterlidir.)
2. Standart nükleer manyetik rezonans (NMR) verilerini hesaplayın^95,96: SNR, tam genişlik yarım maks, entegre alan, kimyasal kayma ve her iki tepe noktasının fazı.
3. Büyüklük verilerinden, zaman içinde çözünmüş-gaz oranını bulmak için her tekrarlama için çözünmüş spektrumun sinyal genliğini gaz spektrumununkine bölün.
Difüzyon ağırlıklı görüntüleri analiz edin (Şekil 9).
1. Ham verileri bir programlama platformuna yükleyin. B₀ görüntüsünün akciğer parankimini Adım 3.2.3'teki gibi segmentlere ayırın. Her b değeri görüntüsü için SNR'yi hesaplayın.
2. b₀ görüntüsünün her bir vokselindeki sinyali görüntü parazitinin standart sapmasına bölerek sinyal-değer-gürültü oranını (SVNR₀ ) hesaplayın. SVNR₀ < görüntü gürültüsünün^{2,5 katı 97} ile vokselleri hariç tutun.
  NOT: SVNR₀ayrı bir voksel metriğidir, parankimal SNR ise bir tüm akciğer metriğidir.
3. Denklem 5 ^98,99'a göre sinyal bozulmasını b-değerleri (b_i) üzerine uydurarak ADC'yi hesaplayın:
  (5)

Sonuçlar

Havalandırma Görüntüleri

Hayvan hazırlama ve ventilasyon prosedürleri uygun şekilde uygulanırsa, 3D radyal görüntüleme, veri toplama inspirasyon veya ekspirasyon sırasında gerçekleştirildiğinde ventilasyon modellerini başarılı bir şekilde yakalayabilir (Şekil 7). Bu görüntüler birçok nefes üzerinden toplanırken, burada anlatılan yöntem insanlarda kullanılan tek nefesli görüntüleme ...

Tartışmalar

Hiperpolarize ¹²⁹Xe MRG, küçük hayvan modellerinde akciğer mikroyapısını ve işlevini incelemek için sofistike ve güçlü bir teknik olarak ortaya çıkmaktadır. Bu protokol, ilk saha hazırlığına rehberlik etmeyi ve HP ¹²⁹Xe ile fare akciğerlerinde ventilasyon, difüzyon ve gaz değişimini ölçmek için gereken deneysel prosedürleri tanımlamayı amaçlamaktadır. Deneyler için temel ön koşullar arasında ^{bir 129}Xe gaz fantomu kurulma...

Açıklamalar

Peter Niedbalski, Polarean Imaging, Plc'de danışman olarak görev yapmaktadır.

Teşekkürler

Yazarlar, ventilatör yapımında yol gösterici bir ışık olduğu için Jerry Dalke'ye yürekten şükranlarını sunarlar. HP ¹²⁹Xe gazını hazırladığı için Carter McMaster'a teşekkür ederiz. Ayrıca Dr. Matthew Willmering ve Dr. Juan Parra-Robles'e düşündürücü bilimsel tartışmaları için teşekkür ederiz. BioRender.com ile oluşturulan figürler. Bu çalışma Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından finanse edilmiştir (Hibe Nos: NHLBI R01HL143011, R01HL151588)

Malzemeler

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/

Referanslar

World Health Organization. Global health estimates 2020: Deaths by cause, age, sex, by country and by region, 2000-2019. World Health Organization. , (2020).
Middleton, P. G., et al. Elexacaftor-Tezacaftor-Ivacaftor for cystic fibrosis with a single Phe508del allele. N Engl J Med. 381 (19), 1809-1819 (2019).
Taylor-Cousar, J. L., et al. Tezacaftor-Ivacaftor in patients with cystic fibrosis homozygous for Phe508del. N Engl J Med. 377 (21), 2013-2023 (2017).
Richeldi, L., et al. Efficacy and safety of nintedanib in idiopathic pulmonary fibrosis. N Engl J Med. 370 (22), 2071-2082 (2014).
King, T. E., et al. A phase 3 trial of pirfenidone in patients with idiopathic pulmonary fibrosis. N Engl J Med. 370 (22), 2083-2092 (2014).
Yong, K. S. M., Her, Z., Chen, Q. Humanized mice as unique tools for human-specific studies. Arch Immunol Ther Exp (Warsz. 66 (4), 245-266 (2018).
Li, H., Auwerx, J. Mouse systems genetics as a prelude to precision medicine. Trends Genet. 36 (4), 259-272 (2020).
Eppig, J. T., Motenko, H., Richardson, J. E., Richards-Smith, B., Smith, C. L. The International Mouse Strain Resource (IMSR): cataloging worldwide mouse and ES cell line resources. Mamm Genome. 26 (9-10), 448-455 (2015).
Vedi, M., et al. 2022 updates to the rat genome database: A Findable, Accessible, Interoperable, and Reusable (FAIR) resource. Genetics. 224 (1), 042 (2023).
Ghorani, V., Boskabady, M. H., Khazdair, M. R., Kianmeher, M. Experimental animal models for COPD: a methodological review. Tob Induc Dis. 15, 25 (2017).
Semaniakou, A., Croll, R. P., Chappe, V. Animal models in the pathophysiology of cystic fibrosis. Front Pharmacol. 9, 1475 (2018).
Moore, B. B., et al. Animal models of fibrotic lung disease. Am J Respir Cell Mol Biol. 49 (2), 167-179 (2013).
Jenkins, R. G., et al. An official American thoracic society workshop report: Use of animal models for the preclinical assessment of potential therapies for pulmonary fibrosis. Am J Respir Cell Mol Biol. 56 (5), 667-679 (2017).
Gomez-Arroyo, J., et al. A brief overview of mouse models of pulmonary arterial hypertension: problems and prospects. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 302 (10), L977-L991 (2012).
Dignam, J. P., Scott, T. E., Kemp-Harper, B. K., Hobbs, A. J. Animal models of pulmonary hypertension: Getting to the heart of the problem. Br J Pharmacol. 179 (5), 811-837 (2022).
Woodrow, J. S., Sheats, M. K., Cooper, B., Bayless, R. Asthma: The use of animal models and their translational utility. Cells. 12 (7), 1091 (2023).
Van de Velde, G., et al. Longitudinal in vivo microcomputed tomography of mouse lungs: No evidence for radiotoxicity. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 309 (3), L271-L279 (2015).
Mata, J. F., et al. Evaluation of emphysema severity and progression in a rabbit model: comparison of hyperpolarized 3He and 129Xe diffusion MRI with lung morphometry. J Appl Physiol (1985). 102 (1985), 1273-1280 (2007).
Boudreau, M., Xu, X., Santyr, G. E. Measurement of 129Xe gas apparent diffusion coefficient anisotropy in an elastase-instilled rat model of emphysema. Magn Reson Med. 69 (1), 211-220 (2013).
Cleveland, Z. I., et al. 3D MRI of impaired hyperpolarized 129Xe uptake in a rat model of pulmonary fibrosis. NMR Biomed. 27 (12), 1502-1514 (2014).
Kimura, A., et al. Inflammation during lung cancer progression and ethyl pyruvate treatment observed by pulmonary functional hyperpolarized 129Xe MRI in mice. Contrast Media Mol Imaging. 2021, 9918702 (2021).
Kimura, A., et al. Treatment response of ethyl pyruvate in a mouse model of chronic obstructive pulmonary disease studied by hyperpolarized 129Xe MRI. Magn Reson Med. 78 (2), 721-729 (2017).
Ouriadov, A., et al. Early stage radiation-induced lung injury detected using hyperpolarized 129Xe Morphometry: Proof-of-concept demonstration in a rat model. Magn Reson Med. 75 (6), 2421-2431 (2016).
Willmering, M. M., et al. Improved pulmonary 129Xe ventilation imaging via 3D-spiral UTE MRI. Magn Reson Med. 84 (1), 312-320 (2020).
Kaushik, S. S., et al. Single-breath clinical imaging of hyperpolarized 129Xe in the airspaces, barrier, and red blood cells using an interleaved 3D radial 1-point Dixon acquisition. Magn Reson Med. 75 (4), 1434-1443 (2016).
Zanette, B., Munidasa, S., Friedlander, Y., Ratjen, F., Santyr, G. A 3D stack-of-spirals approach for rapid hyperpolarized 129Xe ventilation mapping in pediatric cystic fibrosis lung disease. Magn Reson Med. 89 (3), 1083-1091 (2023).
Zanette, B., Stirrat, E., Jelveh, S., Hope, A., Santyr, G. Physiological gas exchange mapping of hyperpolarized 129Xe using spiral-IDEAL and MOXE in a model of regional radiation-induced lung injury. Med Phys. 45 (2), 803-816 (2018).
Collier, G. J., et al. Dissolved 129Xe lung MRI with four-echo 3D radial spectroscopic imaging: Quantification of regional gas transfer in idiopathic pulmonary fibrosis. Magn Reson Med. 85 (5), 2622-2633 (2021).
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).
Ruppert, K., Brookeman, J. R., Hagspiel, K. D., Mugler, J. P. Probing lung physiology with xenon polarization transfer contrast (XTC). Magn Reson Med. 44 (3), 349-357 (2000).
Kern, A. L., et al. Investigating short-time diffusion of hyperpolarized 129Xe in lung air spaces and tissue: A feasibility study in chronic obstructive pulmonary disease patients. Magn Reson Med. 84 (4), 2133-2146 (2020).
Amzajerdian, F., et al. Simultaneous quantification of hyperpolarized xenon-129 ventilation and gas exchange with multi-breath xenon-polarization transfer contrast (XTC) MRI. Magn Reson Med. 90 (6), 2334-2347 (2023).
Perron, S., et al. Application of a 2D frequency encoding sectoral approach to hyperpolarized 129Xe MRI at low field. J Magn Reson. 336, 107159 (2022).
Loza, L. A., et al. Quantification of ventilation and gas uptake in free-breathing mice with hyperpolarized 129Xe MRI. IEEE Trans Med Imaging. 38 (9), 2081-2091 (2019).
Imai, H., et al. Regional fractional ventilation mapping in spontaneously breathing mice using hyperpolarized 129Xe MRI. NMR Biomed. 28 (1), 24-29 (2015).
Friedlander, Y., et al. Effect of inhaled oxygen concentration on 129Xe chemical shift of red blood cells in rat lungs. Magn Reson Med. 86 (3), 1187-1193 (2021).
Virgincar, R. S., et al. A portable ventilator with integrated physiologic monitoring for hyperpolarized 129Xe MRI in rodents. J Magn Reson. 295, 63-71 (2018).
Nouls, J., Fanarjian, M., Hedlund, L., Driehuys, B. A constant-volume ventilator and gas recapture system for hyperpolarized gas MRI of mouse and rat lungs. Concepts Magn Reson Part B Magn Reson Eng. 39B (2), 78-88 (2011).
Niedbalski, P. J., et al. Preclinical hyperpolarized 129Xe MRI: ventilation and T2* mapping in mouse lungs at 7 T using multi-echo flyback UTE. NMR Biomed. 33 (7), e4302 (2020).
Akinyi, T. G. . An Affordable Open-Source Small Animal MR and Hyperpolarized Gas Compatible Ventilator: Feasibility in Preclinical Imaging. , (2017).
Smith, L. J., et al. The assessment of short and long term changes in lung function in CF using 129Xe MRI. Eur Respir J. 6, 2000441 (2020).
Svenningsen, S., et al. Reproducibility of hyperpolarized 129Xe MRI ventilation defect percent in severe asthma to evaluate clinical trial feasibility. Acad Radiol. 28 (6), 817-826 (2021).
Kirby, M., et al. Hyperpolarized 3He and 129Xe MR imaging in healthy volunteers and patients with chronic obstructive pulmonary disease. Radiology. 265 (2), 600-610 (2012).
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).
Ebner, L., et al. Multireader determination of clinically significant obstruction using hyperpolarized 129Xe-ventilation MRI. AJR Am J Roentgenol. 212 (4), 758-765 (2019).
Driehuys, B., et al. 3He MRI in mouse models of asthma. Magn Reson Med. 58 (5), 893-900 (2007).
Mistry, N. N., Thomas, A., Kaushik, S. S., Johnson, G. A., Driehuys, B. Quantitative analysis of hyperpolarized 3He ventilation changes in mice challenged with methacholine. Magn Reson Med. 63 (3), 658-666 (2010).
Costa, M., et al. Noninvasive assessment of in vivo mouse lung microstructural changes due to aging and PEEP. Am J Respir Crit Care Med. 207, A4713 (2023).
Sukstanskii, A. L., Yablonskiy, D. A. Lung morphometry with hyperpolarized 129Xe: theoretical background. Magn Reson Med. 67 (3), 856-866 (2012).
Chan, H. F., Stewart, N. J., Norquay, G., Collier, G. J., Wild, J. M. 3D diffusion-weighted 129Xe MRI for whole lung morphometry. Magn Reson Med. 79 (6), 2986-2995 (2018).
Bier, E. A., et al. Noninvasive diagnosis of pulmonary hypertension with hyperpolarised 129Xe magnetic resonance imaging and spectroscopy. ERJ Open Res. 8 (2), 00035 (2022).
Bier, E. A., et al. A protocol for quantifying cardiogenic oscillations in dynamic 129Xe gas exchange spectroscopy: The effects of idiopathic pulmonary fibrosis. NMR Biomed. 32 (1), e4029 (2019).
Wang, Z., et al. Diverse cardiopulmonary diseases are associated with distinct xenon magnetic resonance imaging signatures. Eur Respir J. 54 (6), 1900831 (2019).
Freeman, M. S., Cleveland, Z. I., Qi, Y., Driehuys, B. Enabling hyperpolarized 129Xe MR spectroscopy and imaging of pulmonary gas transfer to the red blood cells in transgenic mice expressing human hemoglobin. Magn Reson Med. 70 (5), 1192-1199 (2013).
Iguchi, S., et al. Direct imaging of hyperpolarized 129Xe alveolar gas uptake in a mouse model of emphysema. Magn Reson Med. 70 (1), 207-215 (2013).
Imai, H., et al. Noninvasive detection of pulmonary tissue destruction in a mouse model of emphysema using hyperpolarized 129Xe MRS under spontaneous respiration. Magn Reson Med. 64 (4), 929-938 (2010).
Silk, S. B., Hampton, L. L., Brown, P. A. What investigators need to know about the use of animals. ILAR J. 54 (3), 324-328 (2014).
Cereda, M., et al. Mild loss of lung aeration augments stretch in healthy lung regions. J Appl Physiol. 120 (1985), 444-454 (2016).
Constantinides, C., Murphy, K. Molecular and integrative physiological effects of isoflurane anesthesia: The paradigm of cardiovascular studies in rodents using magnetic resonance imaging. Front Cardiovasc Med. 3, 23 (2016).
Irwin, M. R., Curay, C. M., Choi, S., Kiyatkin, E. A. Basic physiological effects of ketamine-xylazine mixture as a general anesthetic preparation for rodent surgeries. Brain Res. 1804, 148251 (2023).
Roth, D. M., Swaney, J. S., Dalton, N. D., Gilpin, E. A., John Ross, J. Impact of anesthesia on cardiac function during echocardiography in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 282 (6), H2134-H2140 (2002).
Massey, C. A., Richerson, G. B. Isoflurane, ketamine-xylazine, and urethane markedly alter breathing even at subtherapeutic doses. J Neurophysiol. 118 (4), 2389-2401 (2017).
Janssen, B. J. A., et al. Effects of anesthetics on systemic hemodynamics in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 287 (4), H1618-H1624 (2004).
Lenzarini, F., Di Lascio, N., Stea, F., Kusmic, C., Faita, F. Time course of isoflurane-induced vasodilation: A Doppler ultrasound study of the left coronary artery in mice. Ultrasound Med Biol. 42 (4), 999-1009 (2016).
Mondonedo, J. R., et al. Volatile anesthetics and the treatment of severe bronchospasm: A concept of targeted delivery. Drug Discov Today Dis Models. 15, 43-50 (2015).
Nolan, J. P. Anaesthesia and Neuromuscular Block. Clinical Pharmacology. , 295-310 (2012).
Arras, M., Autenried, P., Rettich, A., Spaeni, D., Rülicke, T. Optimization of intraperitoneal injection anesthesia in mice: drugs, dosages, adverse effects, and anesthesia depth. Comp Med. 51 (5), 443-456 (2001).
Navarro, K. L., et al. Mouse anesthesia: The art and science. ILAR J. 62 (1-2), 238-273 (2021).
Das, S., MacDonald, K., Chang, H. Y., Mitzner, W. A simple method of mouse lung intubation. J Vis Exp. (73), e50318 (2013).
Thomas, J. L., et al. Endotracheal intubation in mice via direct laryngoscopy using an otoscope. J Vis Exp. (86), e50269 (2014).
Slutsky, A. S., Ranieri, V. M. Ventilator-induced lung injury. N Engl J Med. 369 (22), 2126-2136 (2013).
Matute-Bello, G., et al. An official American thoracic society workshop report: features and measurements of experimental acute lung injury in animals. Am J Respir Cell Mol Biol. 44 (5), 725-738 (2011).
Kulkarni, H. S., et al. Update on the features and measurements of experimental acute lung injury in animals: An official American thoracic society workshop report. Am J Respir Cell Mol Biol. 66 (2), e1-e14 (2022).
Tsuchida, S., et al. Atelectasis causes alveolar injury in nonatelectatic lung regions. Am J Respir Crit Care Med. 174 (3), 279-289 (2006).
Fan, E., et al. An official American thoracic society/European society of intensive care medicine/society of critical care medicine clinical practice guideline: Mechanical ventilation in adult patients with acute respiratory distress syndrome. Am J Respir Crit Care Med. 195 (9), 1253-1263 (2017).
Santos, R. S., Silva, P. L., Pelosi, P., Rocco, P. R. Recruitment maneuvers in acute respiratory distress syndrome: The safe way is the best way. World J Crit Care Med. 4 (4), 278-286 (2015).
Mekontso Dessap, A., et al. Conflicting physiological and genomic cardiopulmonary effects of recruitment maneuvers in murine acute lung injury. Am J Respir Cell Mol Biol. 46 (4), 541-550 (2012).
García-Fernández, J., et al. Recruitment manoeuvres in anaesthesia: How many more excuses are there not to use them. Rev Esp Anestesiol Reanim (Engl Ed). 65 (4), 209-217 (2018).
Allen, G. B., Suratt, B. T., Rinaldi, L., Petty, J. M., Bates, J. H. Choosing the frequency of deep inflation in mice: balancing recruitment against ventilator-induced lung injury. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 291 (4), L710-L717 (2006).
da Silva, A. C. L., et al. Sigh maneuver protects healthy lungs during mechanical ventilation in adult Wistar rats. Exp Biol Med. 245 (15), 1404-1413 (2020).
Riva, D. R., et al. Recruitment maneuver: RAMP versus CPAP pressure profile in a model of acute lung injury. Respir Physiol Neurobiol. 169 (1), 62-68 (2009).
Schwarte, L. A., Zuurbier, C. J., Ince, C. Mechanical ventilation of mice. Basic Res Cardiol. 95 (6), 510-520 (2000).
Joelsson, J. P., Ingthorsson, S., Kricker, J., Gudjonsson, T., Karason, S. Ventilator-induced lung-injury in mouse models: Is there a trap. Lab Anim Res. 37 (1), 30 (2021).
Jameson, C. J., Jameson, A. K., Hwang, J. K. Nuclear spin relaxation by intermolecular magnetic dipole coupling in the gas phase. 129Xe in oxygen. J Chem Phys. 89 (7), 4074-4081 (1988).
Kelley, M., Branca, R. T. Theoretical models of spin-exchange optical pumping: Revisited and reconciled. J Appl Phys. 129 (15), 1-16 (2021).
Norquay, G., Leung, G., Stewart, N. J., Wolber, J., Wild, J. M. 129Xe chemical shift in human blood and pulmonary blood oxygenation measurement in humans using hyperpolarized 129Xe NMR. Magn Reson Med. 77 (4), 1399-1408 (2017).
Norquay, G., Collier, G. J., Rao, M., Stewart, N. J., Wild, J. M. 129Xe-Rb spin-exchange optical pumping with high photon efficiency. Phys Rev Lett. 121 (15), 153201 (2018).
Ball, J. E., Wild, J. M., Norquay, G. Investigating Rubidium density and temperature distributions in a high-throughput 129Xe-Rb spin-exchange optical pumping polarizer. Molecules. 28 (1), 11 (2022).
Plummer, J. W., et al. A semi-empirical model to optimize continuous-flow hyperpolarized 129Xe production under practical cryogenic-accumulation conditions. J Magn Reson. 320, 106845 (2020).
Nikolaou, P., et al. Near-unity nuclear polarization with an open-source 129Xe hyperpolarizer for NMR and MRI. Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (35), 14150-14155 (2013).
Robertson, S. H., et al. Optimizing 3D noncartesian gridding reconstruction for hyperpolarized 129Xe MRI-focus on preclinical applications. Concepts Magn Reson Part A Bridg Educ Res. 44 (4), 190-202 (2015).
Thomas, A. C., et al. A robust protocol for regional evaluation of methacholine challenge in mouse models of allergic asthma using hyperpolarized 3He MRI. NMR Biomed. 22 (5), 502-515 (2009).
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).
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).
Brown, R. W., Cheng, Y. C. N., Haacke, E. M., Thompson, M. R., Venkatesan, R. . Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and Sequence Design. , (2014).
Levitt, M. H. . Spin Dynamics: Basics of Nuclear Magnetic Resonance. , (2013).
Salerno, M., et al. Emphysema: hyperpolarized helium 3 diffusion MR imaging of the lungs compared with spirometric indexes—initial experience. Radiology. 222 (1), 252-260 (2002).
Niedbalski, P. J., et al. Validating in vivo hyperpolarized 129Xe diffusion MRI and diffusion morphometry in the mouse lung. Magn Reson Med. 85 (4), 2160-2173 (2021).
Bdaiwi, A. S., et al. Improving hyperpolarized 129Xe ADC mapping in pediatric and adult lungs with uncertainty propagation. NMR Biomed. 35 (3), e4639 (2022).
Ruppert, K., Brookeman, J. R., Hagspiel, K. D., Driehuys, B., Mugler, J. P. NMR of hyperpolarized 129Xe in the canine chest: spectral dynamics during a breath-hold. NMR Biomed. 13 (4), 220-228 (2000).
Driehuys, B., et al. Imaging alveolar-capillary gas transfer using hyperpolarized 129Xe MRI. Proc Natl Acad Sci U S A. 103 (48), 18278-18283 (2006).
Nakamura, K., et al. 129Xe spectra from the heads of rats with and without ligation of the external carotid and pterygopalatine arteries. Magn Reson Med. 53 (3), 528-534 (2005).
Kershaw, J., et al. Confirming the existence of five peaks in 129Xe rat head spectra. Magn Reson Med. 57 (4), 791-797 (2007).
Chen, R. Y., et al. Tissue-blood partition coefficient for xenon: temperature and hematocrit dependence. J Appl Physiol. 49 (2), 178-183 (1980).
Möller, H. E., et al. Magnetic resonance angiography with hyperpolarized 129Xe dissolved in a lipid emulsion. Magn Reson Med. 41 (5), 1058-1064 (1999).
Norquay, G., et al. Relaxation and exchange dynamics of hyperpolarized 129Xe in human blood. Magn Reson Med. 74 (2), 303-311 (2015).
Zhang, L., et al. Absolute thermometry of human brown adipose tissue by magnetic resonance with laser polarized 129Xe. Commun Med. 3 (1), 147 (2023).
Barshishat-Kupper, M., et al. Protein oxidation in the lungs of C57BL/6J mice following X-irradiation. Proteomes. 3 (3), 249-265 (2015).
Olsson, L. E., et al. Measurement of MR signal and T2* in lung to characterize a tight skin mouse model of emphysema using single-point imaging. J Magn Reson Imaging. 25 (3), 488-494 (2007).
Crowle, A. J. Delayed hypersensitivity in mice. J Allergy. 30 (2), 151-164 (1959).
Guo, J., Cao, X., Cleveland, Z. I., Woods, J. C. Murine pulmonary imaging at 7T: T2* and T1 anisotropic UTE. Magn Reson Med. 79 (4), 2254-2264 (2018).
Sonobe, T., et al. Imaging of the closed-chest mouse pulmonary circulation using synchrotron radiation microangiography. J Appl Physiol. 111 (1), 75-80 (2011).
Wang, W., et al. Imaging lung microstructure in mice with hyperpolarized 3He diffusion MRI. Magn Reson Med. 65 (3), 620-626 (2011).
Ouriadov, A. V., et al. Application of a stretched-exponential model for morphometric analysis of accelerated diffusion-weighted 129Xe MRI of the rat lung. Magn Reson Mater Phy. 34 (1), 73-84 (2021).
O'Halloran, R. L., Holmes, J. H., Altes, T. A., Salerno, M., Fain, S. B. The effects of SNR on ADC measurements in diffusion-weighted hyperpolarized He-3 MRI. J Magn Reson. 185 (1), 42-49 (2007).
Moller, H. E., Cleveland, Z. I., Driehuys, B. Relaxation of hyperpolarized 129Xe in a deflating polymer bag. J Magn Reson. 212 (1), 109-115 (2011).
Reiss, L. K., Kowallik, A., Uhlig, S. Recurrent recruitment manoeuvres improve lung mechanics and minimize lung injury during mechanical ventilation of healthy mice. PLoS One. 6 (9), e24527 (2011).
Cagle, L. A., et al. Effects of positive end-expiratory pressure and recruitment maneuvers in a ventilator-induced injury mouse model. PLoS One. 12 (11), e0187419 (2017).
Cannizzaro, V., et al. Lung volume recruitment maneuvers and respiratory system mechanics in mechanically ventilated mice. Respir Physiol Neurobiol. 169 (3), 243-251 (2009).
Hohlbaum, K., et al. Impact of repeated anesthesia with ketamine and xylazine on the well-being of C57BL/6JRj mice. PLoS One. 13 (9), e0203559 (2018).
Blevins, C. E., Celeste, N. A., Marx, J. O. Effects of oxygen supplementation on injectable and inhalant anesthesia in C57BL/6 mice. J Am Assoc Lab Anim Sci. 60 (3), 289-297 (2021).
Cannizzaro, V., et al. Impact of supplemental oxygen in mechanically ventilated adult and infant mice. Respir Physiol Neurobiol. 165 (1), 61-66 (2009).
Sembroski, E., Sanghavi, D. K., Bhardwaj, A. Inverse Ratio Ventilation. StatPearls Publishing. , (2023).
Boros, S. J. Variations in inspiratory:expiratory ratio and airway pressure wave form during mechanical ventilation: the significance of mean airway pressure. J Pediatr. 94 (1), 114-117 (1979).
Zheng, W., Cleveland, Z. I., Moller, H. E., Driehuys, B. Gradient-induced longitudinal relaxation of hyperpolarized noble gases in the fringe fields of superconducting magnets used for magnetic resonance. J Magn Reson. 208 (2), 284-290 (2011).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

Hiperpolarize 129Xe Akci er MRG Spektroskopi Mekanik Ventilasyonlu Fareler Pulmoner Fizyoloji Manyetik Rezonans G r nt leme Gaz De i imi Klinik ncesi Ara t rma Hastal k Modelleri Hayvan Modelleri Veri Toplama Kalite Kontrol Polarizasyon Optimizasyonu Sedasyon Ent basyon Ventilasyon Protokolleri

This article has been published

Video Coming Soon

Keep me updated: