patient preparation and subject training for hyperpolarized xenon mri

हाइपरपोलराइज्ड क्सीनन -129 एमआरआई के साथ फेफड़े के कार्य का आकलन

Hyperpolarized Xenon-129 (HXe) magnetic resonance imaging (MRI)1 is a technique that offers unique insights into lung structure, function, and gas exchange processes. By dramatically amplifying the magnetization of Xenon gas through spin-exchange optical pumping, HXe MRI achieves an order-of-magnitude improvement in signal-to-noise ratio compared to thermally polarized Xenon MRI2,3,4,5,6. This hyperpolarization enables the direct visualization and quantification of Xenon gas uptake into lung tissue and blood, which would otherwise be undetectable with conventional thermally polarized MRI7.
Chemical shift saturation recovery (CSSR) MR spectroscopy8,9,10,11,12,13 has proven to be one of the most valuable HXe MRI techniques. CSSR involves selectively saturating the magnetization of Xenon dissolved in lung tissue and blood using frequency-specific radiofrequency (RF) pulses. The subsequent recovery of the dissolved-phase (DP) signal as it exchanges with fresh hyperpolarized Xenon gas in the airspaces on a timescale of ms offers important functional information about the lung parenchyma.
Since its development in the early 2000s, the techniques behind CSSR spectroscopy have been progressively refined14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Further, advances in modeling Xenon uptake curves have enabled the extraction of specific physiological parameters, such as alveolar wall thickness and pulmonary transit times10,24,25,26. Studies have shown CSSR&#39;s sensitivity to subtle changes in lung microstructure and gas exchange efficiency in the form of pulmonary abnormalities found in clinically healthy smokers27, as well as in a range of lung diseases, including chronic obstructive pulmonary disease (COPD)18,27,28, fibrosis29, and radiation-induced lung injury30,31. CSSR spectroscopy has also been demonstrated to be sensitive to detect oscillations in the DP signal corresponding to pulsatile blood flow during the cardiac cycle32.
While significant progress has been made, practical challenges remain in implementing CSSR spectroscopy on clinical MRI systems. Scan times requiring single-dose breath holds approaching 10 s may be too long for pediatric subjects33,34 or patients with severe lung disease35,36. Additionally, the technique is susceptible to measurement biases if acquisition parameters such as the order of the saturation delay times or the efficacy of the dissolved-phase saturation are not properly optimized21. To address these limitations and make CSSR more accessible to the broader research community, clear, step-by-step protocols for both conventional breath hold and free-breathing acquisitions, currently under development, are needed.
The objective of this paper is to present a detailed methodology for performing optimized CSSR MR spectroscopy using HXe gas. The protocol will cover polarization and delivery of the Xenon gas, RF pulse calibration, sequence parameter selection, subject preparation, data acquisition, and key steps in data analysis. Examples of experimental results will be provided. It is hoped that this comprehensive guide will serve as a foundation for CSSR implementations across sites and help realize the full potential of this technique for quantifying lung microstructural changes in a range of pulmonary diseases.

लेखक स्पॉटलाइट: फ्री-ब्रीदिंग हाइपरपोलराइज्ड क्सीनन -129 एमआरआई के साथ फेफड़े के रोग अनुसंधान को आगे बढ़ाना

Hyperpolarized क्सीनन स्पेक्ट्रोस्कोपी से प्राप्त फेफड़े की संरचना और समारोह के मात्रात्मक उपाय

Our research focuses on using hyperpolarizing on 129 MRI technology to assess pulmonary function and to investigate lung diseases. The main objective is to see how this imaging technique can lead to better detection, understanding, and tracking of different lung conditions. Most hyperpolarized lung MR imaging is performed during a breath hold.We believe that pulmonary function quantified under such an artificial condition, may not fully reflect gas exchange during regular respiration, and we are testing new free breathing measurements that do not require any breath hold. Current challenges include the optimization of the CSSR acquisition technique for consistency and accuracy in the face of physiological variation and patient compliance. Severely ill or pediatric patients struggle with maintaining lengthy breath holds.The CSSR heart technique appears particularly sensitive to changes in alveolar septal wall thickness. As we and others in the field of demonstrated, alveolar wall thickening can indicate the presence of interstitial edema, inflammation, or pulmonary fibrosis. All metrics derived from CSSR spectroscopy acquisitions are currently based on the temporal dynamics of the signal amplitudes.In the future though, we hope to include changes in peak shape and center frequency in the analysis to obtain a more complete picture of the ongoing gas exchange processes.

Hyperpolarized क्सीनन एमआरआई के लिए रोगी तैयारी और विषय प्रशिक्षण

शुरू करने के लिए, इमेजिंग के दौरान श्वास घटता और वास्तविक समय गैस विश्लेषण रिकॉर्ड करने के लिए शारीरिक निगरानी प्रणाली स्थापित करें। एमआरआई रूम हेडफ़ोन को ऑडियो सिग्नल से कनेक्ट करें और परीक्षण करें जो इनहेल-एक्सहेल ऑडियो रिकॉर्डिंग का उपयोग करके विषय का मार्गदर्शन करता है। ऑडियो ट्रैक की प्लेबैक गति समायोजित करें। साँस लें.साँस छोड़ें।प्रत्येक विषय की सामान्य श्वास दर के आधार पर। साँस लें। इसके बाद, स्कैनर बिस्तर को एक साफ हेडरेस्ट, लेग सपोर्ट तकिया और कंबल के साथ तैयार करें। एमआरआई स्कैनर की मेज पर बिना बन्धन वाले क्सीनन 129 चेस्ट वेस्ट कॉइल को रखें और कॉइल का कनेक्टर प्लग डालें।एक नि: शुल्क श्वास अध्ययन के लिए, इमेजिंग के दौरान सिंक्रनाइज़ श्वास के लिए श्वास-साँस छोड़ने की आवाज रिकॉर्डिंग के लिए विषय का परिचय। एमआरआई कमरे में विषय का नेतृत्व करें और उन्हें स्कैनर बिस्तर पर रखें, खुले क्सीनन बनियान कॉइल के शीर्ष पर झूठ बोल रहे हैं। एक बार विषय स्थित होने के बाद, वेल्क्रो पट्टियों को जकड़ें ताकि बनियान का तार बंद हो जाए, लेकिन विषय की छाती को संकुचित न करें।एक नि: शुल्क श्वास अध्ययन के लिए, रोगी के चेहरे पर एक न्यूमेटैक के साथ एक फेस मास्क रखें। पट्टियों को कस लें ताकि मुखौटा बहुत तंग होने के बिना नाक और मुंह पर अच्छी तरह से फिट हो जाए। फिटिंग के बाद, मास्क को हटा दें और इसे बाद के लिए अलग रख दें, पट्टियों को विषय के सिर के पीछे छोड़ दें।फिर अध्ययन के दौरान हृदय गति और रक्त ऑक्सीजन संतृप्ति की लगातार निगरानी के लिए दोनों तर्जनी पर दो पल्स ऑक्सीमीटर रखें। एमआरआई संगत हेडफ़ोन को विषय के कानों पर रखें। एमआरआई स्कैनर तालिका को चुंबक बोर में ले जाएं ताकि विषय के फेफड़े देखने के क्षेत्र के केंद्र में स्थित हों।

Research

JoVE Journal

Medicine

Patient Preparation and Subject Training for Hyperpolarized Xenon MRI

Quantitative Measure of Lung Structure and Function Obtained from Hyperpolarized Xenon Spectroscopy

Hyperpolarized Xenon-129 (HXe) magnetic resonance imaging (MRI) provides tools for obtaining 2- or 3-dimensional maps of lung ventilation patterns, gas ...

Polarizing Xenon-129 for Hyperpolarized Xenon Spectroscopy

ध्रुवीकरण क्सीनन -129 हाइपरपोलराइज्ड क्सीनन स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए

Performing Hyperpolarized Xenon-129 Inhalation for Chemical Shift Saturation Recovery (CSSR) Measurement

रासायनिक शिफ्ट संतृप्ति वसूली (CSSR) मापन के लिए हाइपरपोलराइज्ड क्सीनन -129 इनहेलेशन प्रदर्शन करना