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

עבודה זו נתמכת על ידי הלב הלאומי, ריאות ודם המכון (NHLBI) (מענקים R01 HL-080203, R01 HL-081171, R01 HL-104118 R01-HL119263) ו הלאומית שטח המחקר ביו רפואי המכון (הלאומית אווירונאוטיקה וחלל המינהל מענק NCC 9-58). אי. טי Geier נתמך על ידי NHLBI גרנט F30 HL127980.

אוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו התוכנית להגנת האדם אישר את הפרוטוקול הזה.
1. בטיחות והדרכה בנושא
<ol><li>. לקבל כתב, הסכמה מושכלת מהנושא תארו את הסיכונים הפוטנציאליים שהוצגו על ידי חשיפה לשדות מגנטיים שמשתנים במהירות, ואת אי הנוחות הפוטנציאלית של שימוש במסיכת הפנים ולנשום גז יב...

<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>

דימות אוורור ספציפי מאפשר מיפוי כמותי של התפלגות מרחבית של אוורור ספציפי בריאה האנושית. חלופות ל-SVI קיימות אך מוגבלות באופן כלשהו: כשלון נשימה מרובה מספק מידה של מידע טרוגניות אך חסר מרחבית23. שיטות הדמיה חלופיות לחשוף חולים לקרינה מייננת (למשל, הזהיר, PET, CT, גמא מיפוי) או לא זמין ...

המטרה הכוללת של דימות אוורור ספציפי (SVI)-טכניקה של דימות תהודה מגנטית של פרוטונים (MRI) המשתמשת בחמצן כסוכן ניגודיות1 -היא האוורור הסגולי של המפה בריאה האנושית. אוורור ספציפי הוא היחס של הגז הטרי המועבר לאזור ריאות בנשימה אחת מחולק על ידי הקצה הסופי של אותו אזור ריאות1. בשילוב עם מדידות של צפיפות ריאה מקומית, אוורור ספציפי יכול לשמש כדי לחשב אוורור אזורי2. מדידות של אוורור ואוורור מקומיות טרוגניות המסופקים על ידי svi יש את הפוטנציאל להעשיר את ההבנה של איך פונקציות הריאות, הן בדרך כלל ובאופן חריג3,4.
הדמיה אוורור ספציפית היא הארכה של מבחן הפיזיולוגיה הקלאסית, שטיפה נשימה מרובה (mbw), טכניקה שהוצגהלראשונה בשנות ה-50,6. שתי הטכניקות להשתמש בוושין גז/כשלון כדי למדוד טרוגניות של אוורור ספציפי, אבל SVI מספק מידע spatially המותאמות לשפות אחרות, בעוד MBW מספק רק מדדים גלובליים של טרוגניות. ב-MBW, ספקטרומטר מסה משמש למדידת הריכוז המעורב של גז לא מחושב (חנקן, הליום, hexafluoride גופרית וכו ') על נשימות רבות במהלך כשלון הגז, כפי שמתואר באיור 1. יחד עם עוצמת הקול שפג תוקפו במהלך תקופת הכישלון, ניתן להשתמש במידע זה כדי לחשב את ההתפלגות הכוללת של אוורור ספציפי בריאה. ב SVI, סורק MRI משמש כדי למדוד את האות1משוקלל-שהוא פונדקאית עבור כמות החמצן בתמיסה ברקמת הריאה, מחוון ישיר של ריכוז החמצן המקומי-בכל ריאה voxel על נשימות רבות במהלך מספר הוושין/כביסה של חמצן. באופן שהוא אנלוגי ישירות ל-MBW, מידע זה מאפשר לנו לחשב את האוורור הספציפי של כל ריאה voxel. במילים אחרות, הטכניקה מבצעת אלפי ניסויים כמו MBW מקבילים, אחד עבור כל voxel, במהלך ניסוי SVI. אכן, מפות מרחבי של אוורור ספציפי ובכך המיוצר ניתן להדר כדי לשחזר את הפלט הספציפי טרוגניות התפוקה של MBW. מחקר אימות7 הראה כי שתי המתודולוגיות יצרו תוצאות דומות כאשר הופיעו בסדרה על אותם נושאים.
שיטות דימות אחרות קיימות, כמו SVI, לספק אמצעים מרחביים של אוורור טרוגניות. פליטת פוזיטרונים טומוגרפיה (PET)8,9, פליטת פוטון יחיד טומוגרפיה ממוחשבת (מבחינה פסיכומטרית)10,11, ו-MRI היפרמקוטב היפר-12,13 טכניקות שימשו כדי ל ליצור גוף משמעותי של ספרות לגבי דפוס מרחבי של איוורור בנושאים בריאים וחריגים. באופן כללי, טכניקות אלה יש לפחות יתרון אחד ברור על SVI, כי היחס שלהם האות לרעש הוא האופייני גבוה יותר. עם זאת, כל טכניקה יש גם חיסרון אופייני: PET ו-הזהיר כרוך חשיפה לקרינה מייננת, ו-MRI היפרקוטב דורש שימוש של גז היפרקוטב מאוד מיוחד, סורק MR עם חומרה רב-קוטבי מרובה.
SVI, שיטת פרוטון-MRI, בדרך כלל משתמש 1.5 החומרה טסלה MR עם שאיפה חמצן כסוכן ניגודיות (שני האלמנטים זמינים בטיפול בריאות), מה שהופך אותו להכליל יותר לסביבה קלינית. SVI ממנף את העובדה חמצן מקצר את זמן הרפיה האורך (T1) של רקמות ריאות1, אשר בתורו מתרגמת לשינוי עוצמת האות בתמונה משוקלל T1. כך, שינויים בריכוז של חמצן בהשראת לגרום לשנות את עוצמת האות של תמונות MRI מתוזמן כראוי. שיעור שינוי זה לאחר שינוי פתאומי בריכוז החמצן בהשראת, בדרך כלל אוויר 100% חמצן, משקף את הקצב שבו גז תושב מוחלף גז שאפה. שיעור חלופי זה נקבע על-ידי אוורור ספציפי.
כמו SVI כרוך לא קרינה מייננת, אין לו התוויות עבור המחקרים האורכי והתערבותית כי לעקוב אחר החולים לאורך זמן. לכן, הוא מתאים באופן אידיאלי למחקר התקדמות המחלה או להערכת כיצד מטופלים בודדים מגיב לטיפול. בשל הקלות היחסית שלה והיכולת לעבור חזרה בטוחה, הדמיה של אוורור ספציפי היא, באופן כללי, טכניקה אידיאלית עבור אלה המעוניינים ללמוד אפקטים גדולים ו/או מספר גדול של אנשים לאורך זמן או במקומות קליניים שונים.
בעקבות הפרסום המקורי המתאר את הטכניקה1, הדמיה אוורור ספציפית (svi) נעשה שימוש במחקרים התמקדו ההשפעה של אינפוזיה מלוחים מהירה, יציבה, תרגיל, וברונסימפלכווץ2,3 , ד , מיכל בן 14 , 15. היכולת של הטכניקה להעריך טרוגניות ריאה שלמה של אוורור מסוים כבר אומת באמצעות מבחן מרובה הוקמה במבחן נשימה מרובים7 ולאחרונה, האזורית החוצה אימות בוצעה, על ידי השוואת SVI וגזים היפרקוטב נשימה מרובה הדמיית אוורור ספציפי16. טכניקה אמינה וניתנת לפריסה זו, המסוגלת לבצע מיפוי כולל אוורור ספציפי בריאה האנושית, יש פוטנציאל לתרום באופן משמעותי לגילוי מוקדם ואבחון של מחלות הנשימה. זה גם מציג הזדמנויות חדשות מכמת ליקויים בריאות האזור ולעקוב אחר שינויים המושרה על ידי טיפול. שינויים אלה בתפקוד הריאות ספציפי לאזור, אשר SVI מאפשר לנו למדוד בפעם הראשונה, יש את הפוטנציאל להיות סמנים להערכת ההשפעה של תרופות וטיפולים שואף, והוא יכול להיות כלי שימושי ביותר בניסויים קליניים.
מטרת מאמר זה היא להציג את המתודולוגיה של דימות אוורור ספציפי בפרוטרוט ובצורה חזותית, ובכך לתרום להפצת הטכניקה למרכזים נוספים.

<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

הדמיה של אוורור ספציפי (SVI) היא טכניקת תהודה מגנטית תפקודית המסוגלת לכמת אוורור ספציפי-היחס של הגז הטרי הנכנסים לאזור הריאה מחולק על ידי נפח הקצה של האזור בריאות האדם, שימוש רק שאפה חמצן כסוכן ניגודיות. הקוונפיקציה אזורית של אוורור ספציפי יש פוטנציאל לעזור לזהות אזורים של תפקוד ריאות פתולוגי. חמצן בתמיסה מקצר את זמן הרפיה האורך של הרקמה (T1), ולכן שינוי בחמצון רקמות ניתן להבחין כשינוי באות T1משוקלל עם תמונה התאוששות היפוך שנרכש. בעקבות שינוי פתאומי בין שני ריכוזים של חמצן השראה, את הקצב שבו רקמת הריאה בתוך voxel מבטטים למצב קבוע חדש משקף את הקצב שבו גז תושב מוחלף על ידי גז שאפה. שיעור זה נקבע על ידי אוורור ספציפי. כדי להפיק את השינוי הפתאומי הזה בחמצן, נושאים לסירוגין לנשום 20 נשימה בלוקים של אוויר (21% חמצן) ו 100% חמצן בזמן סורק ה-MRI. שינוי צעד ושוב השראה בשבר החמצן מושגת באמצעות שימוש במערכת מותאמת אישית תלת ממדית (3D)-מערכת מעקף תזרים מודפס עם מתג ידני במהלך החזקת הנשימה קצר הקצה. כדי לזהות את השינוי המתאים ב-T1, פולס היפוך כללי ואחריו רצף מהיר של זריקה במהירות מהירה שימש לרכישת תמונות דו מימדי t1משוקלל בסורק 1.5 T MRI, באמצעות סליל גוף שמונה אלמנט. ניתן לעשות הדמיה של פרוסה אחת ומרובת פרוסות, עם פרמטרי דימות שונים במקצת. הקוונפיקציה של אוורור ספציפי מושגת על ידי התייחסות הזמן-מסלול של עוצמת האות עבור כל ריאה voxel עם ספרייה של תגובות מדומה לאוויר/גירוי בחמצן. SVI הערכות של טרוגניות אוורור ספציפיים אומתו נגד כשלון נשימה מרובים הוכיחו כדי לקבוע במדויק את הטרוגניות של התפלגות אוורור ספציפי.

לחתוך בודד SVI בנושא בריא הדמיית אוורור ספציפית מייצרת מפות כמותיים של אוורור ספציפי כפי שמוצג באיור 3A, אשר מתארת פרוסה אחת בריאה הימנית של נקבה בריאה 39 בן. שים לב לנוכחות המעבר האנכי הצפוי באוורור ספציפי; החלק התלוי של הריאה מציג אוורור ספציפי גבוה יות?...

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

הדמיה של אוורור ספציפי היא טכניקת תהודה מגנטית תפקודית המאפשר כימות אוורור ספציפי באזור הריאה האנושית, באמצעות חמצן בשאיפה כסוכן ניגודיות. כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי לאסוף ולנתח נתונים ספציפיים הדמיה אוורור.

מיפוי כמותי של אוורור ספציפי בריאה האנושית באמצעות דימות תהודה מגנטית פרוטון וחמצן כסוכן ניגודיות

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

הדמיית אוורור ספציפית, או SVI, היא טכניקה איכותית להדמיית ריאות שתעזור לנו לקדם את ההבנה הבסיסית שלנו של הפיזיולוגיה וניהול מחלות בדרכי הנשימה. SVI הוא נטול קרינה ודורש רק ציוד זמין בדרך כלל, סורק MRI וחמצן רפואי. זה עושה את זה בטוח לילדים אידיאלי עבור מחקרים חוזרים אצל מבוגרים.התרגום של SVI לתרגול קליני עשוי לשפר את ניהול האסתמה כי זה יאפשר לנו לזהות אזורים המושפעים ביותר על ידי המחלה. היכולת למפות שינויים בריאה בתגובה לטיפול עשויה לסייע לייעל את הטיפול בשאיפה ולהודיע על בחירות טיפוליות אינדיבידואליות. עוזר להדגים את ההליך הזה הוא וינסנט Tedjasaputra, פוסט דוקטורנט במחלקה לרפואה.התחילו להתחיל את ההליך, קבלו הסכמה מדעת בכתב מהנושא ותיארו את הסיכונים הפוטנציאליים שמציגה החשיפה לשדות מגנטיים המשתנים במהירות ואת אי הנוחות הפוטנציאלית בשימוש במסכת פנים ובנשימה של גז יבש. ודא כי הנושא יכול לעבור בבטחה סריקת תהודה מגנטית באמצעות דימות תהודה מגנטית שאושרו באופן מקומי או שאלון סינון בטיחות MRI. לאמן את הנושא לנשום בזמן עם רצף סריקת MR ולמדוד את האף של הנבדק לממדים הסנטר כדי לקבוע את גודל מסכת הפנים שיתאים ביותר לנושא.לאחר מכן ודאו שהכיסים והבגדים של הנבדק נקיים בכרטיסי אשראי מבוססי מגנטיות וחתיכות מתכת המכילות ברזל. כדי להכין את סורק MR, חבר סליל פלג גוף עליון למחבר המתאים בטבלת הסורק כדי לקבוע את תצורת הסורק לשימוש ולהצבת גיליונות, רפידות וכריות על שולחן הסורק כך שהנושא יהיה נוח למשך 30 דקות לפחות של הדמיה. כדי להרכיב את מערכת אספקת החמצן, מניחים שסתום מתג דו כיווני בהישג יד של מפעיל הסורק ולהשתמש בחתיכה של צינורות פלסטיק בקוטר 8 מטרים בקוטר רבע אינץ 'כדי לחבר את אספקת החמצן לתוך אחד של שסתום המתג.חבר את השקע של שסתום המתג בחדר הבקרה לצנרת הפלסטיק ברבע להאכיל את הצינורות דרך המעבר של חדר הבקרה לחדר הסורק דואג כי הצינור מגיע לאמצע הסורק נשא. אבטחו את מעקף הזרימה המצורף למסכת הפנים של הנושא. חבר את קצה פליז חצי אינץ ' של הצינורות לחיבור מסכת מעקף זרימה.הגדר את הלחץ על רגולטור שקע אספקת החמצן לערך המייצר זרימת חמצן גדולה יותר מהזרימה ההשראה לשיא הצפויה בהתאם לאופי המחקר וההתנגדות הכוללת של מערכת אספקת הגז. לאחר מכן להפעיל את זרימת החמצן כדי לבדוק את שסתום המתג, לוודא זרימה נאותה קיימת בשקע של מצורף מעקף זרימה, כי אין דליפות נמצאים צינורות פלסטיק. כדי להכין את הנושא להדמיה, יש את הנושא לשכב על שולחן הסורק לוודא כי החלק העליון של אלמנט הסליל התחתון גבוה יותר מאשר הכתפיים של הנושא כדי להבטיח כי החלק העליון של אלמנט הסליל התחתון מספק כיסוי הולם של apices הריאה.תן לנושא להכניס אטמי אוזניים וודא שהקול נחסם. קלטת מנגנון בטיחות לפרק כף היד של הנושא, כך שניתן לגשת אליו בקלות ולצרף את המסכה ואת מערכת מעקף זרימה לפנים של הנושא. בקצרה למנוע את הצד התפוגה של הקובץ המצורף לעקוף את הזרימה ולבקש מהנושא לנסות השראה נורמלית ותפוגה כדי לבדוק אם יש דליפות.עכשיו לטעון את הנושא לתוך הסורק באמצעות כלי מרכוז האור כדי לוודא כי סליל פלג הגוף העליון תופס את מרכז נשא ולהנחות את קו מעקף זרימה כדי להבטיח נוחות הנושא תוך הזזת הנושא לכיוון מרכז הסורק. לאחר בחירת מיקום הריאות לפרוסות הדמיה, לרכוש רצף לוקלייזר כדי לקבל מפה אנטומית שתשמש לרשום את שאר הבחינה. השתמש בממשק המשתמש הגרפי של הסורק כדי ללחוץ ולגרור את פרוסת ההדמיה שבמרכזה שדה הריאה המכוונת לאזור העניין למיקום הרצוי כדי לבחור עד ארבע פרוסות ריאה קשתית ללמוד.לאחר מכן שימו לב למיקום פרוסות ההדמיה ביחס למיקום עמוד השדרה, כך שניתן יהיה יהיה דימוי מחדש של אותו נפח למחקרי אורך. להדמיית אוורור ספציפית, הגדר את זמן ההיפוך במחשב MR לפרוסה המדיקלית ביותר ל- 1100 אלפיות שנייה כדי למקסם את ניגודיות החמצן באוויר, את מספר החזרה ל- 220 ואת זמן החזרה לחמש שניות. לפקח על העקביות של נפח הריאות של הנבדק ותפוגה במהלך הרכישות הבאות ולספק משוב כדי לשפר את האיכות במידת הצורך.החלף את תערובת הגז בהשראת הנושא כל 20 נשימות במהלך נשימה הרכישה לנוחות הנבדק, לסירוגין בין אוויר החדר לחמצן רפואי. בדוק את אוקסימטר הדופק באופן קבוע כדי לאמת את קצב הלב ואת רוויית החמצן ולבדוק עם הנושא לעתים קרובות כדי לתת עדכונים שוטפים של הזמן שנותר. לאחר נשימה 220, ההדמיה הושלמה.החזירו את הנושא לאוויר החדר והוציאו אותו מהסורק. ליצירת מפת אוורור ספציפית, יבאו את התמונות לרישום לתוכנה לניתוח תמונות ובדקו באופן חזותי את מחסנית התמונה 220 כולה כדי לבחור את התמונה עבור כל פרוסה המייצגת בצורה הטובה ביותר את הקיבולת השיורית הפונקציונלית. שימוש בתמונת המצב כהפניה, שימוש בהקרנה או ברישום עדין כדי לרשום את כל התמונות להתייחסות הקיבולת השיורית הפונקציונלית ולכימת את האוורור הספציפי בריאה מהערימה הרשומה באמצעות אלגוריתם מתאים.מפה של האוורור הספציפי תיווצר. SVI מייצרת מפות כמותיות של אוורור ספציפי, למשל כפי שמוצג בתמונת פרוסה אחת זו בריאה הימנית של נקבה בריאה בת 39. שימו לב לנוכחותו של שיפוע אנכי צפוי באוורור הספציפי עם החלק התלוי של הריאה המציג אוורור ספציפי גבוה יותר מאשר החלק הלא תלוי של הריאה.היסטוגרמה של ערכי אוורור ספציפיים למפה עם פונקציית התפלגות הסתברות נורמלית של יומן התאמה מיטבית מאפשרת את רוחב התפלגות מתאים ביותר לשמש כמדד של הטרוגניות אוורור ספציפית. כאן, שטיפת נשימה מרובה שנרכשה באותו נושא באותה יציבה מוצגת. ההקלטה הזמנית של ריכוז החנקן נמדדה בפה בעקבות מעבר מהאוויר מעורר ההשראה להשראה של 100% חמצן.בחלוקה זו של אוורור ספציפי כפי שהוערך מן הסחף עבור הדמיה אוורור ספציפית ושטיפת נשימה מרובה, רוחב ההפצה נמצאה בטווח נורמלי בריא. אימון הנבדקים לנשום בזמן עם הסורק ולתת להם משוב במהלך הרכישה יכול לעזור להבטיח נתונים באיכות טובה. בשילוב עם מדידות של צפיפות ו תדלוק, SVI יכול לשמש כדי למפות את היחס המקומי של אוורור תדלוק ומדידת יעילות חילופי גז.טכניקה זו שימשה להבנת התפלגות האוורור לאחר פעילות גופנית מאומצת וועדה מיוחדת של הגבלת הסופתנות החוזרת ונשנית באסתמה. סביבת ה- MRI דורשת תשומת לב לבטיחות מכיוון שדה מגנטי חזק תמיד דול ואובייקטים פרומגנטיים יכולים להפוך ל קליע וכתוצאה מכך לפציעה.

Research

JoVE Journal

Medicine

Magnetic Resonance Derived Myocardial Strain Assessment Using Feature Tracking

תהודה מגנטית נגזר מסננים הערכה שריר הלב באמצעות מעקב אחר תכונות

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

דימות תהודה מגנטית כימות זלוף ריאתי באמצעות מכויל תיוג ספין העורקים

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

רב מודלי הדמיה של אנגיוגנזה מודל עכברים עירום של גרורות סרטן השד עצם באמצעות דימות תהודה מגנטית, טומוגרפיה ממוחשבת נפחית ו אולטראסאונד

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

In vivo Macrophage ההדמיה באמצעות חומר ניגוד ממוקד MR להערכת אורך של דלקת מפרקים ספיגה

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

דימות תהודה מגנטית כמותי של מחלת שריר שלד

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

הדמיית תהודה מגנטית משופרת ניגודיות דינמית של דגם orthotopic סרטן לבלב עכבר

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

זרחן-31 ספקטרוסקופיה תהודה מגנטית: כלי למדידת<em&gt; In vivo</em&gt; קיבולת זרחון חמצוני מיטוכונדריאלי של שריר שלד אדם

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

דימות תהודה מגנטית לב בטסלה 7

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

אין ויוו ניתוח Morphometric של עצבי האנושי באמצעות תהודה מגנטית של Menière מחלת האוזניים ואת האוזניים שמיעה רגילה

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

שלב ניגודיות תהודה מגנטית בעורק החולדה נפוצים

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