Bu çalışma Ulusal Sağlık Enstitüleri (hibe numaraları R01-CA172595-01, R01-HL132177, R01-HL167202, S10-OD018079 ve UL1-TR003015) ve Siemens Medical Solutions tarafından finanse edilmiştir.

Solunum fonksiyonunu incelemek için hiperpolarize 129Xe MRG için standartlaştırılmış bir iş akışı

Yazarlar J.F.M., J.P.M. ve Y.M.S., Polarean, Inc. tarafından desteklenen klinik araştırmalara katılır Yazarlar JFM ve Y.M.S., Polarean, Inc.'e danışmanlık hizmetleri sağlar (5000 dolardan az). Yazar J.P.M., Polarean, Inc.'den araştırma desteği alıyor.

Yukarıda özetlenen ventilasyon ve anatomik MRI yaklaşımları, uygulama kolaylığını korurken görüntü kalitesini ve SNR'yi en üst düzeye çıkarmak için tasarlanmıştır - bu dizi protokolleri, çok çekirdekli çalışmanın etkinleştirilmesi koşuluyla genel olarak satıcının ürün darbe dizilerinden uyarlanabilir ve görüntüler tarayıcı bilgisayarda otomatik olarak yeniden oluşturulur. Burada açıklanan 2D yaklaşımların bir dezavantajı, tarama sırasında solunan hiperpolarize 129 Xe'nin T<s...

Hiperpolarize 129Xe MRG, pulmoner fonksiyonun spesifik yönlerinin non-invaziv, uzamsal olarak çözülmüş karakterizasyonu ve nicelleştirilmesi için heyecan verici bir araçtır 1,2,3. Anatomik proton MRG'de kullanılanlara benzer edinim ve rekonstrüksiyon yaklaşımları, akciğerlerde solunan 129Xe'nin görüntülerini verir, bu da havalandırılmayan akciğer bölgelerinin görselleştirilmesine ve ventilasyon dağılımının bölgeye göre çözülmüş nicelleştirilmesine izin verir 4,5,6,7,8 . Daha gelişmiş nabız dizisi ve analiz teknikleri, spektroskopik MRG 9,10,11,12,13 yoluyla alveoller ve pulmoner kılcal damarlar arasındaki gaz değişim etkinliğinin ölçülmesi ve difüzyon ağırlıklı MRG 14,15,16 yoluyla alveolar mikroyapı bütünlüğünün karakterizasyonu dahil olmak üzere daha fazla tamamlayıcı bilgi sağlar.
Solunan 129Xe'nin, akciğer hastalığı olanlar da dahil olmak üzere yetişkin ve pediatrik deneklerde güvenli ve tolere edilebilir olduğu kanıtlanmıştır17,18. 129Xe MRG'den elde edilen akciğer fonksiyon ölçümleri, kronik obstrüktif akciğer hastalığı 6,10,19, kistik fibroz20,21,22, idiyopatik pulmoner fibroz 23,24,25 ve astım 7,10 dahil olmak üzere birçok pulmoner hastalık bağlamında yapısal ve fonksiyonel değişikliklere duyarlılık göstermiştir,26. 129Xe MRG'nin yüksek güvenliği ve tolere edilebilirliği, diğer yaygın görüntüleme yaklaşımlarına kıyasla MRG'de iyonlaştırıcı radyasyon eksikliği ve 129Xe MRG sonuçlarının yüksek tekrarlanabilirliği göz önüne alındığında27,28, 129Xe MRG, özellikle kronik akciğer hastalığı için bir zaman tedavisi alan bireylerin hassas seri izlenmesi için önemli bir umut vaat etmektedir.
129Xe MRG'nin güvenlik ve klinik vaadi, Aralık 2022'de 12 yaş ve üstükişilerde akciğer ventilasyonu görüntülemesi için FDA onayına yol açmıştır 29. Bu göz önüne alındığında, 129Xe MRI (şu anda dünya çapında ~ 20) yapabilen araştırma ve klinik alanların sayısının önümüzdeki yıllarda önemli ölçüde artacağı tahmin edilmektedir. 129Xe MRG yeni kurumlara yayıldıkça, tesislerin klinik olarak ilgili 129Xe MRG tekniklerini hızlı bir şekilde oluşturmasına ve taramalar yapmasına ve mevcut sitelerle yakından karşılaştırılabilir sonuçlar üretmesine olanak tanıyan sağlam metodolojik kaynakların mevcut olması önemlidir.
Bu çalışmada, 129Xe MRI Klinik Araştırmalar Konsorsiyumu'nun (Xe MRI CTC) üye kurumları tarafından kararlaştırıldığı ve yakın tarihli bir pozisyon belgesi30'da özetlendiği üzere, insan hiperpolarize 129Xe akciğer ventilasyonu MRG'si için mevcut en iyi uygulamaları özetleyeceğiz. Konular, eksiksiz bir 129Xe MRI iş akışı için ideal olan özel nabız dizilerinin hazırlanmasını, hiperpolarize 129Xe gazının hazırlanmasını ve uygulanmasını, insan 129Xe MRI oturumları için optimize edilmiş bir iş akışını ve MRI oturumları sırasında denek güvenliğini ve konforunu izlemek için en iyi uygulamaları içerecektir.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1.5T or 3T human MRI scanner</td>
			<td>Siemens</td>
			<td></td>
			<td>MAGNETOM Symphony (1.5T) or Vida (3T); older models fine, as long as multinuclear option is/can be installed; scanners also available from GE and Philips</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>129Xe hyperpolarizer</td>
			<td>Polarean</td>
			<td>9820</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>129Xe MRI phantom</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>129Xe MRI vest coil</td>
			<td>Clinical MR Solutions</td>
			<td></td>
			<td>Also available from other vendors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>129Xe polarization measurement station</td>
			<td>Polarean</td>
			<td>2881</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1H MRI phantom</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coil file for 129Xe MRI vest coil</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Also available from other vendors for their respective coils</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ECG machine</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Helium buffer gas</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Interface box from coil to scanner</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>May be built into coil, but needs to be included separately if not</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liquid nitrogen</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRI-safe pulse oximeter</td>
			<td>Philips</td>
			<td>Expression MR200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen buffer gas</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PFT machine</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Programming/image analysis software</td>
			<td>MATLAB</td>
			<td>R2023a</td>
			<td>Various other options available</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulse sequence design software</td>
			<td>Siemens</td>
			<td></td>
			<td>IDEA software package; also available from GE and Philips for their respective scanners</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanner multinuclear option</td>
			<td>Siemens</td>
			<td></td>
			<td>Scanner integrated hardware/software package; also available from GE and Philips for their respective scanners</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tedlar gas sampling bags (500, 750, 1000, 1250, 1500 mL)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xenon gas (129Xe isotopically enriched)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

acquiring hyperpolarized 129xe magnetic resonance images of lung ventilation

Hiperpolarize 129Xe MRG, benzersiz bir dizi yapısal ve fonksiyonel akciğer görüntüleme tekniğinden oluşur. 129Xe'nin MR kontrast maddesi olarak yakın zamanda FDA onayı ve araştırma ve klinik kurumlar arasında 129Xe MRG'ye olan ilgi arttıkça, bölgeler arasında teknik standardizasyon giderek daha önemli hale gelmektedir. 129Xe MRI Klinik Araştırmalar Konsorsiyumu (Xe MRI CTC) üyeleri, 129Xe MRI iş akışının temel yönlerinin her biri için en iyi uygulamalar üzerinde anlaştılar ve bu öneriler yakın tarihli bir yayında özetlendi. Bu çalışma, Xe MRI CTC önerilerine göre akciğer ventilasyonunun 129Xe MR görüntüsünü toplamak için uçtan uca bir iş akışı geliştirmek için pratik bilgiler sağlar. MR çalışmaları için 129Xe'nin hazırlanması ve uygulanması, tüm çalışmalar ve bireysel MR taramaları için uygun gaz hacimlerinin seçimi, bireysel 129Xe dozlarının hazırlanması ve verilmesi ve denek güvenliğinin izlenmesi için en iyi uygulamalar ve çalışmalar sırasında 129Xe tolere edilebilirliği dahil olmak üzere belirli konularla tartışılacak ve gösterilecektir. Darbe dizisi türleri ve optimize edilmiş parametreler, 129Xe çevirme açısı ve merkez frekansının kalibrasyonu ve 129Xe MRI ventilasyon görüntü analizi dahil olmak üzere önemli MR teknik hususları da ele alınacaktır.

Hyperpolarized 129Xe MRI is an exciting tool for non-invasive, spatially-resolved characterization and quantification of specific aspects of pulmonary function1,2,3. Acquisition and reconstruction approaches similar to those used in anatomical proton MRI yield images of inhaled 129Xe in the lungs, permitting visualization of non-ventilated lung regions and region-resolved quantification of ventilation distribution4,5,6,7,8. More advanced pulse sequence and analysis techniques yield further complementary information, including quantification of gas-exchange efficacy between alveoli and pulmonary capillaries via spectroscopic MRI9,10,11,12,13 and characterization of alveolar microstructure integrity via diffusion-weighted MRI14,15,16.
Inhaled 129Xe has been proven safe and tolerable in adult and pediatric subjects, including those with pulmonary disease17,18. Measurements of lung function derived from 129Xe MRI have shown sensitivity to structural and functional alterations in many pulmonary disease contexts, including chronic obstructive pulmonary disease6,10,19, cystic fibrosis20,21,22, idiopathic pulmonary fibrosis23,24,25, and asthma7,10,26. Given the high safety and tolerability of 129Xe MRI, the lack of ionizing radiation in MRI compared with other common imaging approaches, and the high reproducibility of 129Xe MRI results27,28, 129Xe MRI holds significant promise, in particular for precise serial monitoring of individuals receiving a time course of therapy for chronic pulmonary disease.
The safety and clinical promise of 129Xe MRI have led to its FDA approval in December 2022 for lung ventilation imaging in persons aged 12 years and older29. Given this, it is anticipated that the number of research and clinical sites capable of performing 129Xe MRI (currently ~20 worldwide) will increase significantly over the coming years. As 129Xe MRI spreads to new institutions, it is important that robust methodological resources exist to allow sites to build out clinically relevant 129Xe MRI techniques quickly and to perform scans and generate results that are closely comparable with those of existing sites.
In this work, we will outline the current best practices for human hyperpolarized 129Xe MRI of lung ventilation, as agreed upon by member institutions of the 129Xe MRI Clinical Trials Consortium (Xe MRI CTC) and summarized in a recent position paper30. Topics will include the preparation of tailored pulse sequences ideal for a complete 129Xe MRI workflow, preparation, and administration of hyperpolarized 129Xe gas, an optimized workflow for human 129Xe MRI sessions, and best practices for monitoring subject safety and comfort during MRI sessions.

Yazar Spotlight: 129Xe MRI Kullanarak Akciğer Görüntülemeyi İlerletmek için Standardizasyon ve En İyi Uygulamalar

Akciğer Ventilasyonunun Hiperpolarize 129Xe Manyetik Rezonans Görüntülerinin Elde Edilmesi

Our research seeks to establish Xenon MRI as a clinical tool for characterizing lung function. Xenon MRI allows us to directly visualize ventilation defects in patients with obstructive lung diseases like COPD, asthma, and cystic fibrosis. It offers information that can't be obtained from standard MRI and pulmonary function test.Xenon MRI was recently approved by the FDA for clinical evaluation of lung ventilation. This represents a culmination of a huge amount of effort by the people in our field and it's an exciting opportunity to show how Xenon MRI can improve patient care and outcomes in pulmonary disease. Xenon MRI is still a relatively new family of techniques, and standardization is still an ongoing process.This protocol distills the existing standards for Xenon ventilation MRI into a form that we hope will be useful to research in clinical sites who are trying to perform these scans for the first time. Common clinical readouts of lung function, like pulmonary function tests, only give a single number for the entire lung with no spatial information included. Xenon MRI can make regional assessments of several aspects of lung health and function, which we believe will be very useful in the clinic.Only a few institutions are currently performing Xenon MRI, but we expect there will be many more sites soon considering the recent FDA approval. We hope that this Xenon ventilation MRI protocol will serve as a blueprint for new sites and help em to ramp up their Xenon MRI operations more quickly.

Şekil 1 , sağlıklı bir bireyden alınan temsili ventilasyon ve üç düzlemli lokalizatör görüntülerini göstermektedir. Ventilasyon görüntülerinde akciğerlerin tamamında yüksek 129Xe sinyali görülebilir ve bu kişide ventilasyon bozukluğu görülmez.
Şekil 2, Şekil 3 ve Şekil 4 , hastalıklı bireylerden alınan temsili ventilasyon ve anatomik ...

Watch this Scientific Journal Video about Acquiring Hyperpolarized 129Xe Magnetic Resonance Images of Lung Ventilation at JoVE.com

Hiperpolarize 129Xe manyetik rezonans görüntüleme (MRG), pulmoner fonksiyonun bölgesel olarak çözülmüş yönlerini incelemek için kullanılan bir yöntemdir. Bu çalışma, nabız dizisi tasarımına, 129Xe doz hazırlığına, tarama iş akışına ve denek güvenliği izleme için en iyi uygulamalara özel önem vererek, akciğer ventilasyonunun hiperpolarize 129Xe MRG'si için uçtan uca standartlaştırılmış bir iş akışı sunmaktadır.

Hyperpolarized 129Xe MRI comprises a unique array of structural and functional lung imaging techniques. Technique standardization across sites is ...

Araştırmamız, Xenon MRG'yi akciğer fonksiyonunu karakterize etmek için klinik bir araç olarak kurmayı amaçlamaktadır. Ksenon MRG, KOAH, astım ve kistik fibroz gibi obstrüktif akciğer hastalıkları olan hastalarda ventilasyon kusurlarını doğrudan görselleştirmemizi sağlar. Standart MR ve solunum fonksiyon testinden elde edilemeyecek bilgiler sunar.Xenon MRG, akciğer ventilasyonunun klinik değerlendirmesi için yakın zamanda FDA tarafından onaylanmıştır. Bu, alanımızdaki insanlar tarafından büyük miktarda çabanın doruk noktasını temsil ediyor ve Xenon MRG'nin akciğer hastalığında hasta bakımını ve sonuçlarını nasıl iyileştirebileceğini göstermek için heyecan verici bir fırsat. Ksenon MRG hala nispeten yeni bir teknik ailesidir ve standardizasyon hala devam eden bir süreçtir.Bu protokol, Xenon ventilasyon MRG için mevcut standartları, bu taramaları ilk kez gerçekleştirmeye çalışan klinik sitelerde araştırma yapmak için yararlı olacağını umduğumuz bir forma damıtıyor. Solunum fonksiyon testleri gibi akciğer fonksiyonunun yaygın klinik okumaları, mekansal bilgi dahil edilmeden tüm akciğer için yalnızca tek bir sayı verir. Ksenon MRG, klinikte çok faydalı olacağına inandığımız akciğer sağlığı ve fonksiyonunun çeşitli yönlerinin bölgesel değerlendirmelerini yapabilir.Şu anda sadece birkaç kurum Xenon MRI yapıyor, ancak son FDA onayını göz önünde bulundurarak yakında çok daha fazla site olacağını umuyoruz. Bu Xenon ventilasyon MRI protokolünün yeni bölgeler için bir plan görevi göreceğini ve Xenon MRI operasyonlarını daha hızlı hızlandırmalarına yardımcı olacağını umuyoruz.

acquiring-hyperpolarized-129xe-magnetic-resonance-images-lung

Research

JoVE Journal

Medicine

Acquiring Hyperpolarized 129Xe Magnetic Resonance Images of Lung Ventilation

606 Görüntüleme.  University of Virginia. Araştırmamız, Xenon MRG'yi akciğer fonksiyonunu karakterize etmek için klinik bir araç olarak kurmayı amaçlamaktadır. Ksenon MRG, KOAH, astım ve kistik fibroz gibi obstrüktif akciğer hastalıkları olan hastalarda ventilasyon kusurlarını doğrudan görselleştirmemizi sağlar. Standart MR ve solunum fonksiyon testinden elde edilemeyecek bilgiler sunar.Xenon MRG, akciğer ventilasyonunun klinik değerlendirmesi için yakın zamanda FDA tarafından onaylanmıştır. Bu, ala...