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
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这项工作得到了国家心脏、肺和血液研究所 (NHLBI) 的支持 (赠款 R01 hl-080203、R01 hl-081171、R01 HL-104118 和 R01-hl119263) 和国家空间生物医学研究所 (国家航空和航天局赠款 NCC).. e. t. Geeer 得到 NHLBI 赠款 F30 HL127980 的支持。

加州大学圣地亚哥分校人类研究保护计划批准了这一协议。
1. 学科安全和培训
<ol><li>获得主体的书面知情同意。描述暴露在迅速变化的磁场中带来的潜在风险, 以及使用面膜和呼吸干气的潜在不适。</li>
	<li>使用当地批准的 MRI 安全检查问卷, 确保受试者能够安全地接受 MR 扫描。</li>
	<li>如果对象是育龄妇女, 且怀孕状况不确定, 请她自行进行非处方药检。如果研究对象怀孕, ?...

<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>

特定的通气成像可以定量地绘制人肺特定通气的空间分布图。SVI 的替代方法存在, 但在某种程度上是有限的: 多次呼吸冲洗提供了一个异质性的度量, 但缺乏空间信息23。替代成像方法使患者暴露在电离辐射 (例如, SPECT、PET、CT、伽玛显像) 或不广泛使用 (使用 MRI 的超极化气体成像)。特定的通气成像提供空间信息, 可以使用标准的临床扫描仪和吸入氧气作为对比源进行, 因此可以转...

特定通气成像 (SVI)--一种利用氧作为造影剂1的质子磁共振成像 (mri) 技术--的总体目标是定量绘制人肺中的特异性通气图。具体通气是将新鲜气体输送到肺区的比例, 在一次呼吸中除以同一肺区1的末端呼气量。结合局部肺密度的测量, 可使用特定通气来计算区域通气2。Svi 提供的局部通气和通气异质性测量有可能丰富对肺正常和异常3、4 功能的理解。
特定通气成像是经典生理试验的延伸, 多呼吸冲洗 (mbw), 这是 20世纪50年代5,6首次引入的技术。这两种技术都使用气体洗涤清洗来测量特定通风的异质性, 但 SVI 提供空间局部信息, 而 MBW 只提供全球异质性的度量。在 MBW 中, 质谱仪用于测量在许多呼吸过程中, 不溶于气体 (氮、氦、六氟化硫等) 在该气体排出过程中混合过期的浓度, 如图 1所示。在冲洗期间, 随着每次呼吸体积的过期, 这些信息可用于计算肺中特定通气的总体分布。在 SVI 中, MRI 扫描仪用于测量 T1 加权信号--它是肺组织溶液中氧气含量的替代品, 是局部氧浓度的直接指标--在几次洗脱过程中, 每个肺体素中的氧量都是非常高的。的氧气。以直接类似于 MBW 的方式, 这些信息允许我们计算每个肺体素的特定通气。换句话说, 在 SVI 实验期间, 该技术执行了数千个类似 mbw 的平行实验, 每个体素一个。事实上, 由此产生的特定通风的空间图可以被编译, 以恢复 MBW 的特定通风异质性输出。一项验证研究7表明, 这两种方法在同一主题上连续执行时产生了可比结果。
其他成像方式, 如 SVI, 提供了通风异质性的空间测量。正电子发射断层扫描 (pet)8,9, 单光子发射计算机断层扫描 (spect)10,11, 和超极化气体 mri12,13技术已被用于创建大量关于健康和异常受试者通风空间模式的文献。一般来说, 与 SVI 相比, 这些技术至少有一个明显的优势, 因为它们的信噪比具有较高的特点。然而, 每种技术也有一个典型的缺点: PET 和 SPECT 涉及电离辐射照射, 而超极化 MRI 需要使用高度专业化的超极化气体和具有非标准多核硬件的 MR 扫描仪。
SVI 是一种质子磁共振成像技术, 通常使用 1.5 Tesla MR 硬件, 吸入氧气作为造影剂 (这两种元素在医疗保健中都很容易获得), 使其有可能更易于推广到临床环境中。SVI 利用氧气缩短肺组织1的纵向松弛时间 (t1)的事实, 这反过来又转化为 t1 加权图像中信号强度的变化.因此, 激发氧浓度的变化会引起适当定时 MRI 图像信号强度的变化。在激发的氧气浓度 (通常是空气和100% 氧气) 突然变化后, 这种变化的速度反映了居民气体被吸入气体取代的速度。这种更换率是由特定的通风决定的。
由于 SVI 不涉及电离辐射, 因此它对随着时间的推移跟踪患者的纵向和介入研究没有禁忌症。因此, 它是理想的研究疾病进展或评估个别患者如何反应的治疗。由于其相对容易和安全的重复性, 具体的通气成像, 在一般情况下, 是一个理想的技术, 为那些谁希望研究大的影响和/或大量的人随着时间的推移或在几个不同的临床地点。
继描述技术1的原始出版物之后, 具体的通气成像 (svi) 被用于研究快速盐水输注、姿势、运动和支气管收缩2,3的影响,4 个,14,15. 该技术估计特定通气全肺异质性的能力已通过成熟的多次呼吸冲洗试验7进行了验证, 最近, 通过以下方式进行了区域交叉验证:比较 SVI 和超极化气体多呼吸特异性通气成像16。这种可靠且易于部署的技术能够定量地绘制人体肺中的特定通气图, 有可能为呼吸道疾病的早期发现和诊断做出重大贡献。它还为量化区域肺异常和跟踪治疗引起的变化提供了新的机会。SVI 使我们能够首次测量的特定区域肺功能的这些变化有可能成为评估药物和吸入疗法影响的生物标志物, 并可能成为临床试验中非常有用的工具。
本文的目的是以一种直观的形式详细介绍具体的通气成像方法, 从而促进该技术向更多的中心的传播。

<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

特定通气成像 (SVI) 是一种功能性磁共振成像技术, 能够量化特定通气--进入肺区域的新鲜气体除以该区域的呼气末量的比率--在人的肺中只使用吸入氧气作为造影剂。特定通气的区域定量有可能有助于确定病理肺功能的区域。组织中溶液中的氧缩短了组织的纵向松弛时间 (t1), 因此可以检测到组织氧合的变化是 t1 加权信号的变化,并获得了反转恢复图像。在两种浓度的激发氧之间发生突然变化后, 体素平衡内的肺组织达到新的稳定状态的速度反映了常驻气体被吸入气体取代的速度。此速率由特定通风口决定。为了引起氧合的突然变化, 受试者在 MRI 扫描仪中交替呼吸20个呼吸块的空气 (21% 氧气) 和100% 的氧气。通过在短端呼气呼吸保持过程中使用带有手动开关的自定义三维 (3D) 打印的流动旁路系统, 实现了激励氧分数的逐步变化。为了检测 T1 中的相应变化, 采用全局反演脉冲, 然后是单次快速自旋回波序列, 利用八元躯干线圈, 在 1.5 t mri 扫描仪中获取二维 t1 加权图像.单片和多层成像都是可能的, 成像参数略有不同。通过将每个肺体素的信号强度时间过程与对空气/氧刺激的模拟反应库联系起来, 实现了特定通气的量化。针对多次呼吸冲洗, 验证了 SVI 对特定通风异质性的估计, 并证明了该估计可以准确地确定特定通风分布的异质性。

单片 SVI 在一个健康的主题 具体的通气成像产生特定通气的定量地图, 如图 3 a所示, 它描绘了一个39岁健康女性右肺的单片。注意特定通风过程中存在预期的垂直梯度;肺的依赖部分比肺的非依赖部分表现出更高的具体通气。显示映射的特定通风值的直方图 (图 3B, 填充圆) 以及最适合的对数正态分布函数 (虚线)。最佳配合分布的宽度?...

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

特定通气成像是一种功能磁共振成像技术, 允许使用吸入氧作为造影剂, 对人肺中的区域特异性通气进行量化。在这里, 我们提出了一个收集和分析特定通风成像数据的协议。

以质子磁共振成像和氧为造影剂对人肺特异性通气进行定量定位

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

特异性通气成像（SVI）是一种定性肺成像技术，有助于我们进一步了解生理和呼吸系统疾病的管理。SVI 不含辐射，只需要常用的设备、MRI 扫描仪和医用氧气。这使得它是安全的儿童和理想的重复研究成人。将SVI翻译成临床实践可能会改善哮喘的管理，因为它将使我们能够确定受该疾病影响最严重的地区。绘制治疗反应中肺内变化的能力可能有助于优化吸入疗法，并告知个性化的治疗选择。帮助证明这个程序的是文森特·特贾萨普特拉，医学系的博士后研究员。开始手术，获得主体的书面知情同意，并描述暴露于快速变化的磁场带来的潜在风险，以及使用面罩和呼吸干气的潜在不适。确认患者可以使用当地批准的磁共振成像或 MRI 安全筛查问卷安全地进行磁共振扫描。使用 MR 扫描序列训练主体及时呼吸，并测量主体的鼻子到下巴尺寸，以确定最适合主体的面罩尺寸。然后验证主体的口袋和衣服是否不含磁性信用卡和含铁金属件。要准备 MR 扫描仪，请将躯干线圈连接到扫描仪表中的适当连接器，以配置扫描仪以用于扫描仪，并将纸张、垫子和枕头放在扫描仪表上，以便主体能够舒适地进行至少 30 分钟的成像。要组装氧气输送系统，请将双向开关阀放在扫描仪操作员触手可及的地方，并使用一块八米长的四分之一英寸直径塑料管将氧气供应连接到开关阀的一个入口。将控制室开关阀的插座连接到四分之一的塑料管，并通过控制室的通道将油管馈送至扫描仪室，注意管子到达扫描仪孔的中间。将流旁路附件固定到主体的面罩上。将管子的半英寸黄铜端连接到流旁通面罩附件。根据研究的性质和气体输送系统的整体电阻，将氧气供应出口调节器的压力设置为产生大于预期峰值吸入流量的氧气流量的值。然后激活氧气流量以测试开关阀，确保流量旁通附件的出口处存在足够的流量，且塑料管中不存在泄漏。要准备成像的主体，请让主体位于扫描仪桌上，确保下线圈元件的顶部高于主体的肩膀，以确保下线圈元件的顶部提供肺皮的充分覆盖。让主体插入耳塞并验证声音是否被阻塞。将安全机制贴在主体的手腕上，以便轻松访问，并将面罩和流量旁通系统连接到主体的面部。简要地遮挡流旁路附件的呼气侧，并要求主体尝试正常的灵感和过期检查泄漏。现在，使用光居中工具将主体加载到扫描仪中，以确保躯干线圈占据孔的中心，并引导流旁通线，以确保主体在将主体移动到扫描仪中心时舒适。选择成像切片的肺位置后，获取定位器序列以获取用于开行其余检查的解剖图。使用扫描仪图形用户界面单击并拖动以肺场为中心的成像切片，将目标区域定位到所需位置，以选择要研究的最多四个下垂肺切片。然后记下成像切片与脊柱位置的位置，以便可以重新成像相同的体积进行纵向研究。对于特定的通风成像，将 MR 计算机中最中切片的反转时间设置为 1100 毫秒，以将空气氧对比度最大，将重复次数设置为 220，将重复时间设置为 5 秒。在后续采集过程中，监控主体肺体积和过期的一致性，并提供必要的反馈以提高质量。在采集呼吸保持过程中，每 20 次切换主体的灵感气体混合物，以舒适，在室内空气和医用氧气之间交替。定期检查脉搏血氧计，以验证心率和氧饱和度，并经常与对象进行检查，定期更新剩余时间。呼吸220后，成像完成。将主体返回到室内空气，并将其从扫描仪中卸下。若要创建特定的通风图，请导入图像以注册到图像分析软件中，并直观地检查整个 220 图像堆栈，以选择最适合功能剩余容量的每个切片的图像。使用模式图像作为参考，使用项目或精细注册将所有图像注册到功能剩余容量参考，并使用适当的算法从注册堆栈中量化肺中的特定通气。将创建特定通风的地图。SVI 可生成特定通风的定量图，例如，在 39 岁健康女性的右肺中，此单片图像所示。请注意，特定通气中是否存在预期的垂直梯度，肺的受抚养部分比肺的非依赖部分呈现更高的特定通气。具有最佳拟合日志正态概率分布函数的地图特定通风值的直方图允许将最佳拟合分布的宽度用作特定通风异质性的度量。在这里，显示在同一主体中以相同姿势获得的多次呼吸洗涤。在从受启发的空气转向受启发的100%氧气后，在口腔测量氮浓度的时间记录。在特定通风成像和多次呼吸冲洗的冲洗估计的特定通风分布中，发现分布的宽度在健康的正常范围内。训练受试者及时使用扫描仪呼吸，并在采集过程中给予他们反馈，有助于确保高质量的数据。SVI 结合密度和灌注测量，可用于绘制局部通风与灌注的比例，并测量气体交换效率。该技术已用于了解剧烈运动后通风分布和哮喘重复支气管限制的特殊面板。MRI 环境需要注意安全性，因为强磁场始终位于铁磁物体上，可能会成为弹丸，从而造成伤害。

Research

JoVE Journal

Medicine

Magnetic Resonance Derived Myocardial Strain Assessment Using Feature Tracking

磁共振衍生的心肌劳损评估使用特征跟踪

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 ...

科研

医学

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

使用校准动脉自旋标记磁共振肺灌注显像定量

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

利用磁共振成像，容积电脑断层扫描及超音波的裸鼠乳腺癌骨转移大鼠模型血管生成的多模态成像

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

在体内的巨噬细胞成像采用MR靶向造影剂化脓性关节炎的纵向评价

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

骨骼肌疾病的定量磁共振成像

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

原位胰腺癌小鼠模型的动态对比增强磁共振成像

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

磷31磁共振波谱分析：一种测量工具<em&gt;在体内</em&gt;线粒体氧化磷酸化能力人骨骼肌

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

7号特斯拉的心脏磁共振成像

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

体内Menière 病耳和正常听觉的磁共振成像对人颅神经的形态学分析

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

大鼠颈总动脉的相位对比磁共振成像

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