preparation of mri scanner room and subject positioning for 129xe mri of lung ventilation

Ein standardisierter Workflow für hyperpolarisierte 129xe MRT zur Untersuchung der Lungenfunktion

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.

Autor im Rampenlicht: Standardisierung und Best Practices für die Weiterentwicklung der Lungenbildgebung mit 129Xe MRT

Aufnahme von hyperpolarisierten 129Xe-Magnetresonanzbildern der Lungenbeatmung

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.

Vorbereitung des MRT-Scannerraums und der Probandenpositionierung für die129-Xe-MRT der Lungenbeatmung

Stellen Sie zunächst sicher, dass jeder, der den MRT-Scannerraum betritt, alle metallischen und elektronischen Gegenstände aus seinem Körper oder seinen Taschen entfernt hat. Bereiten Sie die Xenon 129-Westenspule vor, indem Sie sie an den Scanner anschließen und auf den Patiententisch des MRT-Scanners legen. Weisen Sie den Probanden an, je nach Anordnung des Scannerraums mit den Füßen voran oder mit dem Kopf voran auf dem Patiententisch zu liegen.Legen Sie bei Bedarf Kissen unter Kopf, Knie usw. des Probanden, um den Komfort während des Eingriffs zu gewährleisten. Befestigen Sie die Xenon 129-Westenspule um die Brust des Probanden, während Sie die Mittellinie der Spule in Kopf-Fuß-Richtung so nah wie möglich an der erwarteten Mittellinie der Lunge des Probanden halten, wenn sich der Proband auf einem angenehmen Aufblasniveau befindet. Wenn Sie die Spule zu niedrig auf dem Subjekt platzieren, kann dies zu unerwünschten Signalreduktionen an der Peripherie der Lunge führen.Stellen Sie ein MRT-sicheres Pulsoximeter neben dem Patiententisch im MRT-Scannerraum auf und schließen Sie die Pulsoximetersonde an den Probanden an. Stellen Sie sicher, dass das Pulsoximeter korrekt anzeigt. Legen Sie eine Nasenkanüle in die Nase des Probanden und schließen Sie sie an eine Sauerstoffquelle an, die bei Bedarf nach der Inhalation der Dosis verwendet werden kann.Stellen Sie den Sauerstofftank und den Atemregler auf MRT-sichere Weise auf, basierend auf den örtlichen Sicherheitsrichtlinien in erreichbarer Entfernung. Schieben Sie den Patiententisch in den MRT-Scanner und richten Sie die Mittellinie der Spule oder die Lunge des Probanden auf das Isozentrum des Scanners aus. Die hier gezeigten Bilder stellen die Beatmungsbilder aus einer Studie dar, die unwissentlich mit einer Xenon-129-Westenspule mit einem beschädigten Kabel durchgeführt wurde.Die rechte Lunge weist ein geringeres Signal-Rausch-Verhältnis auf als die linke Lunge. Die Beatmungsbilder aus einer Studie, die mit der Xenon 129-Westenspule durchgeführt wurde, die zu weit in Richtung der Füße des Probanden platziert wurde, sind hier zu sehen. In beiden Lungenspitzen wird ein künstlich niedriges Xenon-129-Signal beobachtet, da dort keine Empfängerempfindlichkeit vorhanden ist.

Research

JoVE Journal

Medicine

Preparation of MRI Scanner Room and Subject Positioning for 129Xe MRI of Lung Ventilation

Acquiring Hyperpolarized 129Xe Magnetic Resonance Images of Lung Ventilation

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

Forschung

Medizin

Pre-Scan Preparation and Coaching of Subject for 129Xe MRI of Lung Ventilation

Vorbereitung und Coaching des Probanden vor dem Scan für 129Xe-MRT der Lungenbeatmung

Performing 129Xe MRI Scan of Lung Ventilation to Assess Pulmonary Function

Durchführung eines 129-Xe-MRT-Scans der Lungenbeatmung zur Beurteilung der Lungenfunktion