Name: quantitative mapping of specific ventilation in the human lung using proton magnetic resonance imaging and oxygen as a contrast agent
Uploaded: 2019-06-05T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Quantitative Mapping of Specific Ventilation in the Human Lung using Proton Magnetic Resonance Imaging and Oxygen as a Contrast Agent at JoVE.com

وكان هذا العمل مدعوما من المعهد الوطني للقلب والرئة والدم (NHLBI) (منح R01 HL-080203 ، R01 HL-081171 ، R01 HL-104118 و R01-HL119263) والمعهد الوطني لبحوث الطب الإحيائي الفضائي (الاداره الوطنية للملاحة الفضائية والفضاء منحه NCC 9-58). تم دعم اي تي غايير من قبل NHLBI غرانت F30 HL127980.

وقد وافقت جامعه كاليفورنيا ، سان دييغو برنامج حماية البحوث البشرية هذا البروتوكول.
1. موضوع السلامة والتدريب
<ol><li>الحصول علي موافقه خطيه ومستنيرة من الموضوع. وصف المخاطر المحتملة التي ينطوي عليها التعرض للمجالات المغناطيسية المتغيرة بسرعة ، والانزعاج المحتمل من استخدام ق...

<ol>
	<li>S&#225;, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vertical+distribution+of+specific+ventilation+in+normal+supine+humans+measured+by+oxygen-enhanced+proton+MRI.">Vertical distribution of specific ventilation in normal supine humans measured by oxygen-enhanced proton MRI.</a> Journal of Applied Physiology. 109 (6), 1950-1959 (2010).</li><li>Henderson, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+gravitational+distribution+of+ventilation-perfusion+ratio+is+more+uniform+in+prone+than+supine+posture+in+the+normal+human+lung.">The gravitational distribution of ventilation-perfusion ratio is more uniform in prone than supine posture in the normal human lung.</a> Journal of Applied Physiology. 115 (3), 313-324 (2013).</li><li>Geier, E. T., Neuhart, I., Theilmann, R. J., Prisk, G. K., S&#225;, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+persistence+of+reduced+specific+ventilation+following+methacholine+challenge+in+the+healthy+human+lung.">Spatial persistence of reduced specific ventilation following methacholine challenge in the healthy human lung.</a> Journal of Applied Physiology. 124 (5), 1222-1232 (2018).</li><li>Tedjasaputra, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+heterogeneity+of+regional+specific+ventilation+is+unchanged+following+heavy+exercise+in+athletes.">The heterogeneity of regional specific ventilation is unchanged following heavy exercise in athletes.</a> Journal of Applied Physiology. 115 (1), 126-135 (2013).</li><li>Fowler, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lung+Function+Studies.+III.+Uneven+Pulmonary+Ventilation+in+Normal+Subjects+and+in+Patients+with+Pulmonary+Disease.">Lung Function Studies. III. Uneven Pulmonary Ventilation in Normal Subjects and in Patients with Pulmonary Disease.</a> Journal of Applied Physiology. 2 (6), 283-299 (1949).</li><li>Robertson, J. S., Siri, W. E., Jones, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lung+ventilation+patterns+determined+by+analysis+of+nitrogen+elimination+rates;+use+of+mass+spectrometer+as+a+continuous+gas+analyzer.">Lung ventilation patterns determined by analysis of nitrogen elimination rates; use of mass spectrometer as a continuous gas analyzer.</a> Journal of Clinical Investigation. 29 (5), 577-590 (1950).</li><li>S&#225;, R. C., Asadi, A. K., Theilmann, R. J., Hopkins, S. R., Prisk, G. K., Darquenne, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Validating+the+distribution+of+specific+ventilation+in+healthy+humans+measured+using+proton+MR+imaging.">Validating the distribution of specific ventilation in healthy humans measured using proton MR imaging.</a> Journal of Applied Physiology. 116 (8), 1048-1056 (2014).</li><li>Musch, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Topographical+distribution+of+pulmonary+perfusion+and+ventilation,+assessed+by+PET+in+supine+and+prone+humans.">Topographical distribution of pulmonary perfusion and ventilation, assessed by PET in supine and prone humans.</a> Journal of Applied Physiology. 93 (5), 1841-1851 (2002).</li><li>Venegas, J. G., Schroeder, T., Harris, R. S., Winkler, R. T., Melo, M. F. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+distribution+of+ventilation+during+bronchoconstriction+is+patchy+and+bimodal:+a+PET+imaging+study.">The distribution of ventilation during bronchoconstriction is patchy and bimodal: a PET imaging study.</a> Respiratory Physiology &amp; Neurobiology. 148 (1-2), 57-64 (2005).</li><li>Orphanidou, D., Hughes, J. M., Myers, M. J., Al-Suhali, A. R., Henderson, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tomography+of+regional+ventilation+and+perfusion+using+krypton+81m+in+normal+subjects+and+asthmatic+patients.">Tomography of regional ventilation and perfusion using krypton 81m in normal subjects and asthmatic patients.</a> Thorax. 41 (7), 542-551 (1986).</li><li>King, G. G., Eberl, S., Salome, C. M., Meikle, S. R., Woolcock, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Airway+closure+measured+by+a+technegas+bolus+and+SPECT.">Airway closure measured by a technegas bolus and SPECT.</a> American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 155 (2), 682-688 (1997).</li><li>Horn, F. C., Deppe, M. H., Marshall, H., Parra-Robles, J., Wild, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+regional+fractional+ventilation+in+human+subjects+by+measurement+of+hyperpolarized+3He+washout+with+2D+and+3D+MRI.">Quantification of regional fractional ventilation in human subjects by measurement of hyperpolarized 3He washout with 2D and 3D MRI.</a> Journal of Applied Physiology. 116 (2), 129-139 (2014).</li><li>Hamedani, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+hybrid+multibreath+wash-in+wash-out+lung+function+quantification+scheme+in+human+subjects+using+hyperpolarized+3+He+MRI+for+simultaneous+assessment+of+specific+ventilation,+alveolar+oxygen+tension,+oxygen+uptake,+and+air+trapping.">A hybrid multibreath wash-in wash-out lung function quantification scheme in human subjects using hyperpolarized 3 He MRI for simultaneous assessment of specific ventilation, alveolar oxygen tension, oxygen uptake, and air trapping.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 78 (2), 611-624 (2017).</li><li>Hall, E. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+supine+exercise+on+the+distribution+of+regional+pulmonary+blood+flow+measured+using+proton+MRI.">The effect of supine exercise on the distribution of regional pulmonary blood flow measured using proton MRI.</a> Journal of Applied Physiology. 116 (4), 451-461 (2014).</li><li>Henderson, A. C., S&#225;, R. C., Barash, I. A., Holverda, S., Buxton, R. B., Prisk, G. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+intravenous+infusion+of+20mL/kg+saline+alters+the+distribution+of+perfusion+in+healthy+supine+humans.">Rapid intravenous infusion of 20mL/kg saline alters the distribution of perfusion in healthy supine humans.</a> Respiratory Physiology &amp; Neurobiology. 180 (2-3), 331-341 (2012).</li><li>Arai, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+quantitative+multiple-breath+specific+ventilation+imaging+using+colocalized+2D+oxygen-enhanced+MRI+and+hyperpolarized+3He+MRI.">Comparison of quantitative multiple-breath specific ventilation imaging using colocalized 2D oxygen-enhanced MRI and hyperpolarized 3He MRI.</a> Journal of Applied Physiology. 125 (5), 1526-1535 (2018).</li><li>Chen, Q., Jakob, P. M., Griswold, M. A., Levin, D. L., Hatabu, H., Edelman, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+enhanced+MR+ventilation+imaging+of+the+lung.">Oxygen enhanced MR ventilation imaging of the lung.</a> Magma: Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology, and Medicine. 7 (3), 153-161 (1998).</li><li>. Deforminator: Projective transformation to register small scale Lung deformation Available from: <a target="_blank" href="https://github.com/UCSDPulmonaryImaging/Deforminator">https://github.com/UCSDPulmonaryImaging/Deforminator</a> (2019)</li><li>Yang, G., Stewart, C. V., Sofka, M., Tsai, C. -. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Registration+of+Challenging+Image+Pairs:+Initialization,+Estimation,+and+Decision.">Registration of Challenging Image Pairs: Initialization, Estimation, and Decision.</a> IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 29 (11), 1973-1989 (2007).</li><li>Arai, T. J., Villongco, C. T., Villongco, M. T., Hopkins, S. R., Theilmann, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Affine+transformation+registers+small+scale+lung+deformation.">Affine transformation registers small scale lung deformation.</a> Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2012, 5298-5301 (2012).</li><li>Theilmann, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+MRI+measurement+of+lung+density+must+account+for+the+change+in+T(2)+(*)+with+lung+inflation.">Quantitative MRI measurement of lung density must account for the change in T(2) (*) with lung inflation.</a> Journal of Magnetic Resonance Imaging. 30 (2), 527-534 (2009).</li><li>Arai, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+Resonance+Imaging+Quantification+of+Pulmonary+Perfusion+using+Calibrated+Arterial+Spin+Labeling.">Magnetic Resonance Imaging Quantification of Pulmonary Perfusion using Calibrated Arterial Spin Labeling.</a> Journal of Visualized Experiments. 51 (51), e2712 (2011).</li><li>Lewis, S. M., Evans, J. W., Jalowayski, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+Distributions+of+Specific+Ventilation+Recovered+From+Inert-Gas+Washout.">Continuous Distributions of Specific Ventilation Recovered From Inert-Gas Washout.</a> Journal of Applied Physiology. 44 (3), 416-423 (1978).</li><li>Cook, F. R., Geier, E. T., Asadi, A. K., S&#225;, R. C., Prisk, G. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+Prototyping+of+Inspired+Gas+Delivery+System+for+Pulmonary+MRI+Research.">Rapid Prototyping of Inspired Gas Delivery System for Pulmonary MRI Research.</a> 3D Printing and Additive Manufacturing. 2 (4), 196-203 (2015).</li><li>Zapol, W. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulmonary+Delivery+of+Therapeutic+and+Diagnostic+Gases.">Pulmonary Delivery of Therapeutic and Diagnostic Gases.</a> Journal of Aerosol Medicine and Pulmonary Drug Delivery. 31 (2), 78-87 (2018).</li><li>Kang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+silico+modeling+of+oxygen-enhanced+MRI+of+specific+ventilation.">In silico modeling of oxygen-enhanced MRI of specific ventilation.</a> Physiological Reports. 6 (7), e13659 (2018).</li></ol>

وتسمح الصور المحددة للتهوية برسم خرائط كميه للتوزيع المكاني للتهوية المحددة في الرئة البشرية. بدائل لل SVI موجودة ولكنها محدوده بطريقه ما: يوفر غسل النفس المتعدد مقياسا للتغزيه ولكنه يفتقر إلى المعلومات المكانية23. طرق التصوير البديلة تعرض المرضي للإشعاع المؤين (علي سبيل المث?...

الهدف العام للتصوير التهوية المحددة (SVI)-تقنيه التصوير بالرنين المغناطيسي البروتون (MRI) التي تستخدم الأكسجين كعامل النقيض1 -هو لتحديد كميه التهوية محدده في الرئة البشرية. التهوية المحددة هي نسبه الغاز الطازج الذي يتم تسليمه إلى منطقه الرئة في نفس واحد مقسوما علي الحجم النهائي لنفس منطقه الرئة1. بالتزامن مع قياسات كثافة الرئة المحلية ، يمكن استخدام تهويه محدده لحساب التهوية الاقليميه2. قياسات التهوية المحلية والتهوية التغاير التي تقدمها svi لديها القدرة علي إثراء فهم كيفيه وظائف الرئة ، سواء بشكل طبيعي أو غير طبيعي3،4.
التصوير التهوية المحددة هو امتداد للاختبار فسيولوجيا الكلاسيكية ، وغسل النفس متعددة (mbw) ، وهي تقنيه قدمت لأول مره في 1950s5،6. وتستخدم كلتا التقنيتين غسل الغاز/التبييض لقياس التباين في التهوية المحددة ، ولكن SVI توفر معلومات مكانيه مترجمه بينما يوفر MBW مقاييس عالميه فقط من التغاير. في MBW ، يستخدم مطياف الكتلي لقياس التركيز المختلط منتهي الصلاحية لغاز غير قابل للذوبان (النيتروجين ، الهيليوم ، سادس فلوريد الكبريت ، الخ) علي العديد من الأنفاس اثناء غسل الغاز ، كما هو مبين في الشكل 1. بالاضافه إلى الحجم المنتهي في التنفس خلال فتره الغسيل ، يمكن استخدام هذه المعلومات لحساب التوزيع الكلي للتهوية المحددة في الرئة. في svi ، يتم استخدام ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي لقياس الاشاره T1-المرجحة-وهو بديل لكميه الأكسجين في الحل في انسجه الرئة ، وهو مؤشر مباشر لتركيز الأكسجين المحلي-في كل الرئة فوكسل علي العديد من الأنفاس خلال عده الغسيل/washouts من الأكسجين. بطريقه مشابهه مباشره ل MBW ، هذه المعلومات تسمح لنا لحساب التهوية محدده من كل voxel الرئة. وبعبارة أخرى ، فان هذه التقنية تنفذ آلاف من التجارب الموازية MBW مثل ، واحده لكل voxel ، اثناء تجربه SVI. في الواقع ، يمكن تجميع الخرائط المكانية للتهوية محدده التالي المنتجة لاسترداد الناتج تغاير التهوية محدده من MBW. وأظهرت دراسة التصديق7 ان المنهجيتين أسفرت عن نتائج قابله للمقارنة عندما أجريت في سلسله بشان نفس المواضيع.
وتوجد طرائق تصوير أخرى ، مثل SVI ، توفر مقاييس مكانيه لعدم تجانس التهوية. بوزيترون التصوير المقطعي الانبعاثات (PET)8،9، أحاديه الفوتون انبعاثات التصوير المقطعي (spect)10،11، والتصوير بالرنين المغناطيسي الغاز الاستقطاب12،13 وقد استخدمت تقنيات إنشاء مجموعه كبيره من الأدبيات المتعلقة بالنمط المكاني للتهوية في المواد الصحية وغير الطبيعية. بشكل عام ، هذه التقنيات لديها علي الأقل ميزه واحده متميزة علي SVI ، في ان نسبه الاشاره إلى الضوضاء هي اعلي بشكل مميز. ومع ذلك ، كل تقنيه لديها أيضا عيب مميز: PET و SPECT تنطوي علي التعرض للإشعاع المؤين ، والتصوير بالرنين المغناطيسي الاستقطاب يتطلب استخدام الغاز عاليه الاستقطاب المتخصصة للغاية والماسح الضوئي MR مع غير القياسية الاجهزه متعددة النوى.
SVI ، وهي تقنيه التصوير بالرنين المغناطيسي البروتون ، ويستخدم عاده 1.5 تسلا الاجهزه السيد مع استنشاق الأكسجين كعامل النقيض (كلا العنصرين متاحه بسهوله في الرعاية الصحية) ، مما يجعل من المحتمل أكثر تعميما للبيئة السريرية. SVI روافع حقيقة ان الأكسجين يقصر وقت الاسترخاء الطولي (T1) من انسجه الرئة1، والذي يترجم بدوره إلى تغيير في كثافة الاشاره في صوره T1المرجحة. وهكذا ، فان التغيرات في تركيز الأكسجين الملهم تحفز التغير في كثافة الاشاره من صور التصوير بالرنين المغناطيسي الموقوتة بشكل مناسب. معدل هذا التغيير بعد التغير المفاجئ في تركيز الأكسجين الملهم ، وعاده الهواء والأكسجين 100 ٪ ، يعكس المعدل الذي يتم استبدال الغاز المقيم بالغاز المستنشق. يتم تحديد معدل الاستبدال هذا بواسطة تهويه محدده.
كما لا يتضمن SVI الإشعاع المؤين ، فانه لا يوجد لديه موانع للدراسات الطولية والتداخلية التي تتبع المرضي مع مرور الوقت. التالي ، فهي مناسبه بشكل مثالي لدراسة تطور المرض أو تقييم كيفيه استجابه المرضي الافراد للعلاج. نظرا لسهوله النسبية والتكرار أمنه ، والتصوير التهوية محدده ، بشكل عام ، وهي تقنيه مثاليه لأولئك الذين يرغبون في دراسة الآثار الكبيرة و/أو عدد كبير من الناس مع مرور الوقت أو في العديد من المواقع السريرية المختلفة.
بعد المنشور الأصلي الذي يصف التقنية1، وقد استخدمت التصوير التهوية المحددة (svi) في الدراسات التي تركز علي تاثير التسريب الملحي السريع ، والموقف ، وممارسه ، وتضيق القصبات2،3 , 4 , 14 , 15. وقد تم التحقق من قدره التقنية علي تقدير تغاير الرئة كله من التهوية محدده باستخدام اختبار التنفس متعددة مستقره جيدا7 وأكثر مؤخرا ، تم تنفيذ الاقليميه التحقق من الصحة عبر ، من قبل مقارنه SVI وفرط الاستقطاب الغاز التنفس متعددة محدده التصوير التهوية16. وهذه التقنية الموثوقه والقابلة للنشر بسهوله ، والقادرة علي التخطيط الكمي للتهوية المحددة في الرئة البشرية ، لديها القدرة علي المساهمة بشكل كبير في الكشف المبكر عن امراض الجهاز التنفسي وتشخيصها. كما انها تتيح فرصا جديده لقياس تشوات الرئة الاقليميه وتتبع التغيرات التي يسببها العلاج. هذه التغييرات في وظيفة الرئة الخاصة بالمنطقة ، والتي SVI تمكننا من قياس للمرة الاولي ، لديها القدرة علي ان تصبح المؤشرات الحيوية لتقييم تاثير المخدرات والعلاجات المستنشقة ، ويمكن ان تكون أداه مفيده للغاية في التجارب السريرية.
والغرض من هذه المادة هو تقديم منهجيه التصوير التهوية محدده بالتفصيل وفي شكل مرئي ، التالي المساهمة في نشر هذه التقنية إلى المزيد من المراكز.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D-printed flow bypass system</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Face mask</td>
			<td>Hans Rudolph</td>
			<td></td>
			<td>7400 series Oro-nasal mask, different sizes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas/oxygen regulator</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mask head set</td>
			<td>Hans Rudolph</td>
			<td></td>
			<td>7400 compatible head set</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matlab</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td></td>
			<td>analysis software developed locally</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medical oxygen</td>
			<td>Air Liquide/Linde</td>
			<td></td>
			<td>Oxygen to be delivered to the subject</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRI</td>
			<td>GE healthcare</td>
			<td></td>
			<td>1.5 T GE HDx Excite twin-speed scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic tubing</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>&#188;&#8221;, 3/8&#8221; and 1/2&#8221; tubing and connectors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulse oximeter</td>
			<td>Nonin</td>
			<td></td>
			<td>7500 FO (MR compatible)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Switch valve</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Torso coil</td>
			<td>GE healthcare</td>
			<td></td>
			<td>High gain torso coil for GE scanner</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantitative mapping of specific ventilation in the human lung using proton magnetic resonance imaging and oxygen as a contrast agent

تصوير التهوية المحددة (SVI) هو تقنيه التصوير بالرنين المغناطيسي وظيفية قادره علي تحديد كميه التهوية المحددة-نسبه الغاز الطازج الذي يدخل منطقه الرئة مقسوما علي الحجم النهائي للمنطقة-في الرئة البشرية ، وذلك باستخدام فقط استنشاق الأكسجين كعامل تباين. القياس الكمي الإقليمي للتهوية محدده لديه القدرة علي المساعدة في تحديد مجالات وظيفة الرئة المرضية. الأكسجين في المحلول في الانسجه يقصر وقت الاسترخاء الطولي للانسجه (T1) ، التالي يمكن الكشف عن تغيير في الأوكسجين في الانسجه كتغيير في اشاره T1المرجحة مع استعاده انعكاس المكتسبة الصورة. بعد التغير المفاجئ بين تركيزين من الأكسجين الملهم ، يعكس المعدل الذي فيه انسجه الرئة داخل يتوازن فوكسل إلى حاله ثابته جديده المعدل الذي يتم فيه استبدال الغاز المقيم بالغاز المستنشق. يتم تحديد هذا المعدل بواسطة تهويه محدده. للحصول علي هذا التغيير المفاجئ في الأوكسجين ، والموضوعات تتنفس بالتناوب كتل 20 التنفس من الهواء (21 ٪ الأكسجين) و 100 ٪ الأكسجين في حين في الماسح الضوئي التصوير بالرنين المغناطيسي. يتم تحقيق تغيير تدريجي في جزء الأكسجين المستوحي من خلال استخدام نظام تجاوز التدفق المطبوع ثلاثي الابعاد (3D) مع مفتاح يدوي اثناء عقد التنفس القصير النهاية. للكشف عن التغيير المطابق في T1, نبض انعكاس العالمي تليها طلقه واحده سريعة تدور صدي تسلسل تم استخدامها للحصول علي ثنائي الابعاد t1-الصور المرجحة في الماسح الضوئي 1.5 t التصوير بالرنين المغناطيسي, باستخدام لفائف الجذع ثمانيه عناصر. كل من شريحة واحده والتصوير متعدد الشرائح ممكن ، مع معلمات التصوير مختلفه قليلا. ويتحقق القياس الكمي للتهوية محدده عن طريق الربط الزمني لكثافة الاشاره لكل فوكسل الرئة مع مكتبه من الاستجابات محاكاة لتحفيز الهواء/الأكسجين. وقد تم التحقق من تقديرات SVI من تغاير التهوية محدده ضد غسل النفس متعددة وثبت لتحديد بدقه عدم تجانس توزيع التهوية محدده.

شريحة واحده SVI في موضوع صحي وتنتج صور التهوية المحددة خرائط كميه للتهوية المحددة كما هو مبين في الشكل 3A، الذي يصور شريحة واحده في الرئة اليمني لانثي صحية تبلغ من العمر 39 سنه. لاحظ وجود الانحدار العمودي المتوقع في تهويه معينه; يقدم الجزء متدلية من الرئة ...

Watch this Scientific Journal Video about Quantitative Mapping of Specific Ventilation in the Human Lung using Proton Magnetic Resonance Imaging and Oxygen as a Contrast Agent at JoVE.com

Quantitative Mapping of Specific Ventilation in the Human Lung using Proton Magnetic Resonance Imaging and Oxygen as a Contrast Agent

التصوير التهوية المحددة هي تقنيه التصوير بالرنين المغناطيسي وظيفية التي تسمح للقياس الكمي من التهوية الاقليميه المحددة في الرئة البشرية ، وذلك باستخدام استنشاق الأكسجين كعامل النقيض. هنا ، نقدم بروتوكولا لجمع وتحليل بيانات التصوير التهوية محدده.

الخرائط الكمية للتهوية الخاصة في الرئة البشرية باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي البروتون والأكسجين كعامل تباين

Specific ventilation imaging (SVI) is a functional magnetic resonance imaging technique capable of quantifying specific ventilation &#8213; the ratio of ...

التصوير بالتهوية المحددة، أو SVI، هو تقنية تصوير الرئة النوعية التي ستساعدنا على زيادة فهمنا الأساسي لعلم وظائف الأعضاء وإدارة أمراض الجهاز التنفسي. SVI خالية من الإشعاع وتتطلب فقط المعدات المتاحة بشكل شائع، وماسحة التصوير بالرنين المغناطيسي والأكسجين الطبي. وهذا يجعل من آمن للأطفال ومثالية لتكرار الدراسات في البالغين.قد يؤدي ترجمة SVI إلى الممارسة السريرية إلى تحسين إدارة الربو لأنها ستسمح لنا بتحديد المناطق الأكثر تضرراً من المرض. القدرة على رسم خريطة التغيرات داخل الرئة استجابة للعلاج قد تساعد على تحسين العلاج بالاستنشاق وإعلام الخيارات العلاجية الفردية. يساعد في إثبات هذا الإجراء فنسنت Tedjasaputra، زميل ما بعد الدكتوراه في قسم الطب.ابدأ في بدء الإجراء، والحصول على موافقة خطية مستنيرة من الموضوع ووصف المخاطر المحتملة التي يمثلها التعرض للمجالات المغناطيسية المتغيرة بسرعة والانزعاج المحتمل من استخدام قناع الوجه واستنشاق الغاز الجاف. تأكد من أن هذا الموضوع يمكن أن يخضع بأمان المسح بالرنين المغناطيسي باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي المعتمد محليا أو الاستبيان فحص سلامة التصوير بالرنين المغناطيسي. تدريب هذا الموضوع على التنفس في الوقت المناسب مع تسلسل المسح الضوئي MR وقياس أنف هذا الموضوع لأبعاد الذقن لتحديد حجم قناع الوجه الذي يناسب الموضوع على أفضل وجه.ثم تحقق من أن جيوب الشخص وملابسه خالية من بطاقات الائتمان المغناطيسية والقطع المعدنية المحتوية على الحديد. لإعداد الماسح الضوئي MR، قم بتوصيل لفائف الجذع إلى الموصل المناسب في الجدول الماسح الضوئي لتكوين الماسح الضوئي للاستخدام ووضع أوراق، ومنصات، والوسائد على طاولة الماسح الضوئي بحيث يكون الموضوع مريحة لمدة 30 دقيقة على الأقل من التصوير. لتجميع نظام توصيل الأكسجين، ضع صمام تبديل في اتجاهين في متناول مشغل الماسح الضوئي واستخدم قطعة من ثمانية أمتار طولها ربع بوصة أنابيب بلاستيكية قطرها لتوصيل إمدادات الأكسجين بمدخل واحد من صمام التبديل.توصيل منفذ صمام التبديل في غرفة التحكم بالأنابيب البلاستيكية ربع وتغذية الأنابيب من خلال مرور من خلال غرفة التحكم إلى غرفة الماسح الضوئي مع الحرص على أن أنابيب تصل إلى منتصف ماسحة تتحمل. تأمين مرفق تجاوز التدفق إلى قناع الوجه لهذا الموضوع. قم بتوصيل نهاية النحاس نصف بوصة من أنابيب إلى مرفق قناع تجاوز تدفق.تعيين الضغط على منظم منفذ إمدادات الأكسجين إلى قيمة تنتج تدفق الأكسجين أكبر من التدفق الملهم الذروة المتوقعة وفقا لطبيعة الدراسة والمقاومة الشاملة لنظام توصيل الغاز. ثم قم بتنشيط تدفق الأكسجين لاختبار صمام التبديل ، مع التأكد من وجود تدفق كاف في منفذ مرفق تجاوز التدفق وعدم وجود تسرب في أنابيب البلاستيك. لإعداد الموضوع للتصوير، يكون الموضوع تكمن على طاولة الماسح الضوئي التأكد من أن الجزء العلوي من عنصر لفائف أقل أعلى من الكتفين الموضوع للتأكد من أن الجزء العلوي من العنصر لفائف السفلي يوفر تغطية كافية من apices الرئة.واخضع الموضوع لإدراج سدادات الأذن والتحقق من أن الصوت قد تم حظره. الشريط آلية سلامة إلى معصم الموضوع بحيث يمكن الوصول إليها بسهولة وإرفاق قناع وتدفق نظام الالتفافية إلى وجه هذا الموضوع. لفترة وجيزة انسداد الجانب انتهائية من مرفق تجاوز تدفق واطلب من هذا الموضوع لمحاولة إلهام العادي والانتهاء للتحقق من تسرب.الآن تحميل الموضوع في الماسح الضوئي باستخدام أداة التمركز الضوء للتأكد من أن لفائف الجذع تحتل مركز تتحمل وتوجيه خط الالتفافية تدفق لضمان راحة الموضوع في حين تتحرك هذا الموضوع نحو مركز الماسح الضوئي. بعد اختيار موقع الرئة لشرائح التصوير، احصل على تسلسل محلي للحصول على خريطة تشريحية سيتم استخدامها لوصف بقية الامتحان. استخدام واجهة المستخدم الرسومية الماسح الضوئي إلى انقر واسحب شريحة التصوير تركزت في مجال الرئة تستهدف المنطقة ذات الأهمية للموقع المطلوب لتحديد ما يصل إلى أربع شرائح الرئة القوس المراد دراسته.ثم قم بعمل ملاحظة عن موقع شرائح التصوير فيما يتعلق بموقع العمود الفقري بحيث يمكن إعادة تصوير نفس المجلد للدراسات الطولية. بالنسبة لتصوير التهوية المحدد، قم بتعيين وقت الانقلاب في الكمبيوتر MR للحصول على الشريحة الوسيطة إلى 1100 مللي ثانية إلى أقصى تباين لأكسجين الهواء، وعدد التكرارات إلى 220، ووقت التكرار إلى خمس ثوانٍ. مراقبة اتساق حجم الرئة في هذا الموضوع والانتهاء خلال عمليات الاستحواذ اللاحقة وتقديم ردود الفعل لتحسين الجودة إذا لزم الأمر.تبديل خليط الغاز مستوحاة من هذا الموضوع كل 20 نفسا خلال عقد التنفس اقتناء لراحة هذا الموضوع، بالتناوب بين الهواء الغرفة والأكسجين الطبية. تحقق من oximeter النبض بانتظام للتحقق من معدل ضربات القلب وتشبع الأكسجين والتحقق مع هذا الموضوع في كثير من الأحيان لإعطاء تحديثات منتظمة من الوقت المتبقي. بعد التنفس 220، يكتمل التصوير.ارجع الموضوع إلى هواء الغرفة واحذفه من الماسح الضوئي. لإنشاء خريطة تهوية محددة، قم باستيراد الصور للتسجيل في برنامج تحليل الصور وفحص مجموعة الصور 220 بالكامل لتحديد الصورة لكل شريحة تمثل أفضل سعة متبقية وظيفية. باستخدام صورة الوضع كمرجع، استخدم التسجيل التقديري أو غرامة لتسجيل جميع الصور إلى مرجع القدرة المتبقية الوظيفية وتحديد التهوية المحددة في الرئة من المكدس المسجل باستخدام خوارزمية مناسبة.سيتم إنشاء خريطة للتهوية المحددة. SVI تنتج خرائط كمية من التهوية محددة، على سبيل المثال كما هو مبين في هذه الصورة شريحة واحدة في الرئة اليمنى لأنثى 39 عاما صحية. لاحظ وجود التدرج العمودي المتوقع في التهوية المحددة مع الجزء التابع من الرئة الذي يقدم تهوية محددة أعلى من الجزء غير التابع للرئة.يسمح مخطط بياني لقيم التهوية المحددة للخريطة مع أفضل وظيفة توزيع الاحتمالات العادية لللوغارتم باستخدام عرض التوزيع الأفضل ملاءمةً كمقياس لتغايرية التهوية المحددة. هنا ، يتم عرض تبييضة متعددة التنفس المكتسبة في نفس الموضوع في نفس الموقف. تم قياس التسجيل الزمني لتركيز النيتروجين في الفم بعد التحول من الهواء المستوحاة إلى 100٪ من الأكسجين.في هذا التوزيع من تهوية محددة كما يقدر من الاغتسال لكل من التصوير التهوية محددة وتبييض التنفس متعددة، تم العثور على عرض التوزيع لتكون ضمن نطاق طبيعي صحي. يمكن أن يساعد تدريب الأشخاص على التنفس في الوقت المناسب مع الماسح الضوئي ومنحهم ملاحظات أثناء الاستحواذ على ضمان جودة بيانات جيدة. جنبا إلى جنب مع قياسات الكثافة والضخ، SVI يمكن استخدامها لرسم خريطة النسبة المحلية التهوية إلى التسريب وقياس كفاءة تبادل الغاز.وقد استخدمت هذه التقنية لفهم توزيع التهوية بعد ممارسة التمارين الرياضية الشاقة ولوحة خاصة من تقييد الشعب الهوائية المتكرر في الربو. تتطلب بيئة التصوير بالرنين المغناطيسي الانتباه إلى السلامة حيث أن المجال المغناطيسي القوي دائمًا موجود ويمكن أن تصبح الأجسام المغناطيسية المقذوفة مما يؤدي إلى الإصابة.

Research

JoVE Journal

Medicine

Magnetic Resonance Derived Myocardial Strain Assessment Using Feature Tracking

الرنين المغناطيسي المشتقة عضلة القلب عن طريق تقييم سلالة ميزة تتبع

Purpose: An accurate and practical method to measure parameters like strain in myocardial tissue is of great clinical value, since it has been shown, that ...

Magnetic Resonance Imaging Quantification of Pulmonary Perfusion using Calibrated Arterial Spin Labeling

التصوير بالرنين المغناطيسي الكمي من الإرواء الرئوي باستخدام معايرة وصفها سبين الشرياني

This demonstrates a MR imaging method to measure the spatial distribution of pulmonary blood flow in healthy subjects 
during normoxia (inspired O2, ...

Multi-modal Imaging of Angiogenesis in a Nude Rat Model of Breast Cancer Bone Metastasis Using Magnetic Resonance Imaging, Volumetric Computed Tomography and Ultrasound

ومتعددة الوسائط التصوير من الأوعية الدموية في نموذج الفئران عاري من سرطان الثدي الإنبثاث العظام باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي، الحجمي التصوير المقطعي والموجات فوق الصوتية

Angiogenesis is an essential feature of cancer growth and metastasis formation. In bone metastasis, angiogenic factors are pivotal for tumor cell ...

In vivo Macrophage Imaging Using MR Targeted Contrast Agent for Longitudinal Evaluation of Septic Arthritis

In vivo Macrophage Imaging Using MR Targeted Contrast Agent for Longitudinal Evaluation of Septic Arthritis

في الجسم الحي بلعم التصوير باستخدام MR كيل النقيض المستهدفة لتقييم طولية من التفسخ التهاب المفاصل

Macrophages are key-cells in the initiation, the development and the regulation of the inflammatory response to bacterial infection. Macrophages are ...

Quantitative Magnetic Resonance Imaging of Skeletal Muscle Disease

الكمي التصوير بالرنين المغناطيسي من مرض العضلات والهيكل العظمي

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of ...

Dynamic Contrast Enhanced Magnetic Resonance Imaging of an Orthotopic Pancreatic Cancer Mouse Model

التباين الديناميكي المحسن التصوير بالرنين المغناطيسي لنموذج مثلي سرطان البنكرياس ماوس

Dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) has been limitedly used for orthotopic pancreatic tumor xenografts due to severe ...

Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle

Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle

الفوسفور 31 الرنين المغناطيسي الطيفي: أداة لقياس<em&gt; في فيفو</em&gt; القدرة الميتوكوندريا الفسفرة التأكسدية في العضلات الهيكلية البشرية

Skeletal muscle mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity, which is critically important in health and disease, can be measured in vivo ...

Cardiac Magnetic Resonance Imaging at 7 Tesla

القلب التصوير بالرنين المغناطيسي في 7 تسلا

CMR at an ultra-high field (magnetic field strength B0&#160;&#8805; 7 Tesla) benefits from the signal-to-noise ratio (SNR) advantage inherent at higher ...

In Vivo Morphometric Analysis of Human Cranial Nerves Using Magnetic Resonance Imaging in Meni&#232;re's Disease Ears and Normal Hearing Ears

In Vivo Morphometric Analysis of Human Cranial Nerves Using Magnetic Resonance Imaging in MeniÃƒÆ’Ã†'Ãƒâ€šÃ‚Â¨re's Disease Ears and Normal Hearing Ears

في فيفو تحليل شكلي لاعصاب البشرية باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي في سويندل للمرض آذان وآذان السمع العادي

Analysis of neural structures in Meni&#232;re's Disease (MD) is of importance, since a loss of such structures has previously been proposed for this ...

Phase Contrast Magnetic Resonance Imaging in the Rat Common Carotid Artery

مرحلة التباين صور الرنين المغناطيسي في الشريان السباتي المشترك الفئران

Phase contrast magnetic resonance imaging (PC-MRI) is a noninvasive approach that can quantify flow-related parameters such as blood flow. Previous ...