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

この作品は、国立心臓、肺、血液研究所 (NHLBI) (助成金 R01 HL-080203、R01 HL-081171、R01 HL-104118 と R01-HL119263) と国立宇宙生物医学研究所 (米国航空宇宙局認可 NCC) によって支持されました。9-58) e. t. Geier は NHLBI グラント F30 HL127980 によってサポートされました。

カリフォルニア大学サンディエゴ人間研究保護プログラムは、このプロトコルを承認しました。
1. 対象者の安全と訓練
<ol><li>被験者から書面でインフォームドコンセントを得る。急速に変化する磁界への暴露によって提示される潜在的なリスク、およびフェイシャルマスクおよび呼吸乾燥ガスを使用する潜在的な不快感について説明する。</li>
	<li>局所的に承認された ...

<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>

特定の換気のイメージ投射は人間の肺の特定の換気の空間分布の量的なマッピングを可能にする。SVI に代わるものは存在しますが、いくつかの方法で制限されています。複数の呼気ウォッシュアウトは不均一性の尺度を提供するが、空間情報23を欠いている。代替画像化方法は、患者を電離放射線 (例えば、SPECT、PET、CT、γシンチグラフィー) に暴露するか、または広く利用...

特定換気イメージング (SVI) の全体的な目標は、酸素を造影剤として使用するプロトン磁気共鳴画像法 ( MRI) 技術であり、ヒト肺における特定の換気を定量的にマッピングすることである。特定の換気は、同じ肺領域1の最後の呼気体積で割った1回の呼吸で肺領域に送達される新鮮なガスの比率である。局所的な肺密度の測定と共に、特定の換気は地域の換気2を計算するのに使用することができる。局所的な換気および換気の測定 SVI によって提供される不均一性は、肺の機能、正常および異常な3、4の両方の理解を豊かにする可能性を有する。
特定の換気イメージングは、古典的な生理学テストの延長であります, 複数の呼吸ウォッシュアウト (MBW), 1950 年代に最初に導入された技術5,6.どちらの技術も、特定の換気の不均一性を測定するためにガス和親/ウォッシュアウトを使用しますが、SVI は空間的に局在化した情報を提供し、MBW は不均一性のグローバルメジャーのみを提供します。MBW では、図 1に示すように、そのガスの洗い出し中に、不溶性ガス (窒素、ヘリウム、硫黄 hexafluoride など) の混合期限切れ濃度を多くの呼吸で測定するために質量分析計が使用されます。ウォッシュアウト期間中の呼気量の有効期限とともに、この情報を使用して肺内の特定の換気の全体的な分布を計算することができます。SVI では、MRI スキャナを使用して、肺組織における溶液中の酸素量に対するサロゲートである T1加重信号を測定し、いくつかの和親/亀裂の間に、各肺ボクセルにおいて、多くの呼吸に対して、その局所的な酸素濃度を直接指標する。の酸素。MBW に直接類似している方法では、この情報は、我々は、各肺ボクセルの特定の換気を計算することができます。つまり、この技法は、SVI 実験中に、ボクセルごとに1つずつ、数千の並列 MBW のような実験を実行します。確かに、このように生成された特定の換気の空間地図は、MBW の特定の換気異種出力を回復するためにコンパイルすることができます。検証研究7は、2つの方法論が同じ被験者に系列で実行されたときに同等の結果を生み出したことを示した。
他の画像化モダリティが存在することは、SVI のように、異質の換気の空間的測定を提供する。陽電子放射断層撮影法 (PET)8,9, 単一光子放射断層撮影 (SPECT)10,11, 過分極ガス MRI12,13技術が使用されています。健康で異常な被験者の換気の空間的なパターンに関する文献のかなりの体を作成します。一般に、これらの技術は、SVI に対して少なくとも1つの明確な利点があり、その信号対雑音比が特徴的に高いことがあります。しかし、それぞれの技術にも特徴的な欠点があります: PET と SPECT は電離放射線への曝露を伴い、過分極 MRI は、高度に特殊化された過分極ガスと、非標準の多核ハードウェアを備えた MR スキャナの使用を必要とします。
通常、プロトン MRI 技術である SVI は、造影剤として吸入酸素を含む1.5 テスラ MR ハードウェアを使用しています (どちらの要素もヘルスケアにおいて容易に入手可能であるため、臨床環境に汎用性可能性があります。SVI は、酸素が肺組織1の長手方向緩和時間(t1) を短縮するという事実を活用し、これは、T1加重画像におけるシグナル強度の変化に変換される。このように、刺激された酸素の濃度の変化は、適切に時限 MRI 画像の信号強度の変化を誘発する。この変化の速度は、刺激を受けた酸素濃度の急激な変化、典型的には空気および 100% の酸素に続く、吸入ガスによって常駐ガスが置換される速度を反映する。この交換速度は、特定の換気によって決定されます。
SVI は電離放射線を必要としないので、時間をかけて患者を追跡する縦方向およびインターベンション研究のための禁忌を持っていません。従って、それは病気の進行を研究するか、または個々の患者が処置にどのように反応するか評価するために理想的に適する。相対的な容易さおよび安全な反復性が原因で、特定の換気のイメージ投射は、一般に、大きい効果をおよび/または時間によってまたは複数の異なった臨床場所で調査したいと思う人のための理想的な技術である。
技術1を説明した元の出版物に続いて、特定の換気イメージング (SVI) は、急速な食塩水注入、姿勢、運動、および気管支収縮の影響に焦点を当てた研究で使用されています2、3,4,14,15.特定の換気の全肺異質性を推定する技術の能力は、十分に確立された複数の呼気ウォッシュアウト試験7を使用して検証したが、最近では、地域的なクロス検証が実施された。SVI と過分極ガス多重呼気特異的換気イメージング16を比較する。この信頼性の高い、容易に展開可能な技術は、ヒト肺内の特定の換気を定量的にマッピングすることができ、呼吸器疾患の早期発見および診断に有意に寄与する可能性を有する。また、地域の肺の異常を定量化し、治療によって誘発される変化に従う新しい機会を提示します。これらの領域特異的な肺機能の変化は、SVI が初めて測定することを可能にし、薬物や吸入治療の影響を評価するためのバイオマーカーになる可能性があり、臨床試験において非常に有用なツールとなり得る。
本稿の目的は、特定の換気イメージングの方法論を詳細に、そして視覚的な形で提示することによって、より多くのセンターへの技術の普及に貢献することである。

<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

特定換気イメージング (SVI) は、特定の換気量を定量化することができる機能的な磁気共鳴画像技術で、肺領域に入る新鮮なガスの割合を、ヒトの肺の中で、地域の最後の呼気体積で割って、造影剤として吸入酸素。特定の換気の地域の定量化は病理学の肺機能の区域を識別するのを助ける潜在性を有する。組織内の溶液中の酸素は、組織の長手方向緩和時間 (t1) を短縮し、ひいては組織の酸素化の変化を、逆転回復取得画像を伴う T1加重信号の変化として検出することができる。2つの濃度の影響を受けた酸素の急激な変化に続いて、ボクセル equilibrates 内の肺組織が新しい定常状態になる速度は、吸入ガスによって常駐ガスが置換される速度を反映する。この速度は、特定の換気によって決定されます。酸素化におけるこの突然の変化を惹起するために、被験者は、MRI スキャナ中に20個の空気のブロック (酸素 21%) と 100% の酸素を交互に呼吸する。刺激された酸素の一部分の段階的な変更は短い終わりの呼気の息の状態の間に手動スイッチが付いている慣習的な3次元 (3D) 印刷した流れのバイパスシステムの使用によって得られる。T1の対応する変化を検出するために、グローバルな反転パルスの後に1ショットの高速スピンエコーシーケンスを使用して、8要素の胴コイルを使用して、1.5 t MRI スキャナーで2次元の t1加重画像を集録しました。わずかに異なるイメージングパラメータで、単一スライスとマルチスライスイメージングが可能です。特定の換気の定量化は、空気/酸素刺激へのシミュレートされた応答のライブラリと各肺ボクセルのための信号強度の時間経過を相関させることによって達成され.特定の換気異質性の SVI 推定は、複数の呼気ウォッシュアウトに対して検証されており、特定の換気分布の不均一性を正確に決定することを証明した。

健常者の単一スライス SVI 特定の換気画像は、図 3aに示すように特定の換気の定量的な地図を生成し、39歳の健康な女性の右肺に1つのスライスを描写する。特定の換気で予想される垂直方向の勾配の存在に注意してください。肺の従属部分は、肺の非依存性部分よりも高い特定の換気を提示する。マッピングされた特定の換気値のヒストグ?...

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

特定の換気イメージングは、ヒトの肺における地域特有の換気の定量化を可能にする機能的な磁気共鳴イメージング技術で、造影剤として吸入酸素を使用する。ここでは、特定の換気画像データを収集・解析するためのプロトコルを紹介します。

造影剤としてのプロトン磁気共鳴イメージングと酸素を用いたヒト肺における特定の換気の定量的マッピング

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

特定の換気画像(SVI)は、生理学の基本的な理解と呼吸器疾患の管理をさらに助ける定性的な肺イメージング技術です。SVIは放射線を含まない、一般的に利用できる装置、MRIの走査器および医学の酸素だけを要求する。これは子供にとって安全で、大人の繰り返し研究に最適です。SVIを臨床実践に翻訳することで、喘息の管理が改善される可能性があります。治療に応答して肺内の変化をマッピングする能力は、吸入療法を最適化し、個別の治療選択を知らせるのに役立つ可能性があります。この手順のデモンストレーションを支援しているのは、医学部の博士研究員であるヴィンセント・テジャサプトラです。手続きを開始し、被験者から書面によるインフォームド・コンセントを得て、急速に変化する磁場への暴露によって提示される潜在的なリスクと、顔面マスクを使用してドライガスを呼吸することの潜在的な不快感を説明する。被験者が、現地承認の磁気共鳴画像法またはMRI安全スクリーニングアンケートを利用して磁気共鳴スキャンを安全に受けることができることを確認します。MRスキャンシーケンスで時間を呼吸するように被験者を訓練し、被験者に最も適したフェイスマスクのサイズを決定するために、被験者の鼻を顎の寸法まで測定します。次に、被写体のポケットと衣類に磁気ベースのクレジットカードや鉄含有金属片が含まれないように確認します。MRスキャナを準備するには、スキャナーテーブルの適切なコネクタに胴コイルを接続してスキャナを構成し、スキャナテーブルにシート、パッド、枕を配置して、被写体が少なくとも30分間撮像できるようにします。酸素供給システムを組み立てるには、スキャナーオペレータの手の届くところに双方向スイッチバルブを設置し、直径8メートルの直径1/4のプラスチックチューブを使用して、酸素供給をスイッチバルブの1つの入口に接続します。コントロールルームのスイッチバルブの出口を4分の1のプラスチックチューブに接続し、管がスキャナーボアの中央に到達するように注意して、コントロールルームの通過を通してチューブをスキャナールームに供給します。サブジェクトのフェイス マスクへのフロー バイパスアタッチメントを保護します。チューブの半インチの真鍮端をフローバイパスマスクアタッチメントに接続します。酸素供給出口レギュレータの圧力を、研究の性質とガス供給システムの全体的な抵抗に応じて、予想されるピーク吸気流量よりも大きい酸素の流れを生成する値に設定します。次に、酸素の流れを活性化してスイッチバルブをテストし、流れバイパスアタッチメントの出口に適切なフローが存在し、プラスチックチューブに漏れが発生しないようにします。画像撮影のための被写体を準備するために、被験者がスキャナーテーブルの上に置き、下側のコイル要素の上部が肺アピセスの十分なカバレッジを提供することを確実にするために、下側コイル要素の上部が被験者の肩よりも高いことを確認する。サブジェクトに耳栓を挿入し、音がブロックされていることを確認します。容易にアクセスできるように、被験者の手首に安全機構をテープで貼り付け、被写体の顔にマスクとフローバイパスシステムを取り付けます。フローバイパスアタッチメントの呼び出し側を簡単に取り出し、リークをチェックするために通常のインスピレーションと有効期限を試みるように被験者に依頼します。次に、照明中心ツールを使用して被写体をスキャナーにロードして、胴コイルがボアの中心を占めていることを確認し、被写体をスキャナの中央に向かって移動させながら被写体の快適性を保証するためにフローバイパスラインを導きます。画像スライスのための肺の位置を選択した後、ローカライザー配列を取得し、試験の残りの部分を処方するために使用される解剖学的地図を取得する。スキャナーのグラフィカル・ユーザー・インターフェースを使用して、対象領域をターゲットとする肺フィールドの中央にあるイメージング・スライスを目的の位置までドラッグして、最大4つの矢状肺スライスを選択して研究します。次に、縦断的研究のために同じ体積を再画像化できるように、脊柱の位置に関するイメージングスライスの位置をメモします。特定の換気画像処理の場合、最も内側のスライスのMRコンピュータの反転時間を1100ミリ秒に設定して、空気酸素コントラストを最大にし、繰り返し回数を220に、繰り返し時間を5秒に設定します。その後の取得時に被験者の肺容積と有効期限の一貫性を監視し、必要に応じて品質を向上させるためのフィードバックを提供します。部屋の空気と医療用酸素の間で交互に、被験者の快適さのために、取得呼吸ホールド中に20呼吸ごとに被験者のインスピレーションを受けたガス混合物を切り替えます。パルスオキシメーターを定期的に確認して心拍数と酸素飽和度を確認し、被験者に頻繁にチェックインして、残り時間の定期的な更新を行います。呼吸220の後、撮像が完了する。被検体を室内の空気に戻し、スキャナーから取り外します。特定の換気マップを作成するには、画像解析ソフトウェアに登録する画像をインポートし、220 個の画像スタック全体を視覚的に検査して、機能残存容量を最もよく表す各スライスのイメージを選択します。モード画像を基準として使用し、射出または細かい登録を使用して、すべての画像を機能的な残存容量参照に登録し、適切なアルゴリズムを使用して登録されたスタックから肺内の特定の換気を定量化します。特定の換気の地図が作成されます。SVIは、例えば39歳の健康な女性の右肺のこの単一のスライス画像に示すように、特定の換気の定量マップを生成する。肺の依存部分が肺の非依存部分よりも高い特定の換気を提示する特定の換気における予想される垂直勾配の存在に注意してください。最適な合値の対数正規確率分布関数を使用したマップ固有の換気値のヒストグラムにより、最適な分布の幅を特定の換気の異質性のメトリックとして使用できます。ここで、同じ姿勢で同じ被写体で獲得した複数の呼吸洗浄が示されている。窒素濃度の時間的記録は、インスピレーションを受けた空気から100%酸素へのシフトに続いて口の中で測定された。この特定の換気画像と複数の呼吸の洗浄の両方のための洗浄から推定される特定の換気の分布では、分布の幅は健全な正常範囲内にあることがわかった。スキャナーで時間を通じて呼吸する被験者を訓練し、取得時にフィードバックを与えることは、良質のデータを確保するのに役立ちます。密度と灌流の測定と組み合わせることで、SVIは、換気の局所比を灌流に対してマッピングし、ガス交換効率の測定に使用できます。この技術は、激しい運動後の換気の分布と喘息における繰り返される気管支制限の特別なパネルを理解するために使用されてきた。MRI環境は、強い磁場が常にオンであり、強磁性体が発射物になり、損傷を引き起こす可能性があるため、安全性に注意を払う必要があります。

Research

JoVE Journal

Medicine

Magnetic Resonance Derived Myocardial Strain Assessment Using Feature Tracking

特徴追跡を用いた磁気共鳴が派生心筋ストレインの評価

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

キャリブレーション動脈スピンラベリングを用いた肺血流の磁気共鳴イメージングの定量化

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

磁気共鳴イメージング、体積CT画像と超音波を用いた乳がんの骨転移のヌードラットモデルにおける血管新生のマルチモーダルイメージング

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

敗血症性関節炎の経時的評価のためにMRターゲット造影剤を用いたin vivoイメージングのマクロファージ

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

骨格筋疾患の定量的磁気共鳴イメージング

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

同所膵臓癌マウスモデルのダイナミックコントラスト強化磁気共鳴画像

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

リン-31磁気共鳴分光法：測定するためのツール<em&gt;インビボ</emヒト骨格筋における&gt;ミトコンドリア酸化的リン酸化能力

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 テスラで心臓磁気共鳴イメージング

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

生体内でMenière の病気耳と健聴耳の磁気共鳴イメージ投射を使用して人間の脳神経の形態計測的解析

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

ラットの総頸動脈で位相コントラスト磁気共鳴イメージング

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