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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이 작품은 국립 심장, 폐 및 혈액 학회 (NHLBI) (보조금 R01 HL-080203, R01 HL 081171, R01 HL-104118 및 R01 HL119263) 및 국가 우주 생물 의학 연구 기관에 의해 지원 되었다 (국가 항공 우주 행정 보조금 NCC 9-58 플 라 잉 Geier는 NHLBI 그랜트 F30 HL127980에 의해 지지 되었다.

캘리포니아 대학, 샌디에고 인간 연구 보호 프로그램은이 프로토콜을 승인 했다.
1. 과목 안전 및 교육
<ol><li>주제 로부터 서 면으로 정보에 근거한 동의를 얻습니다. 급속 하 게 변화 하는 자기장에 노출에 의해 제공 되는 잠재적 인 위험을 설명 하 고, 얼굴 마스크와 호흡 건조 가스를 사용 하는 잠재적 인 불편 함.</li>
	<li>국부 적으로 승인 된 MRI 안전 검사 설문지를 활용 하 ...

<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>

특정 환기 이미징 인간의 폐에 특정 환기의 공간적 분포의 정량적 매핑을 할 수 있습니다. SVI에 대 한 대안은 존재 하지만 어떤 식으로든 제한 됩니다: 다중 호흡 세척은 이질성의 척도를 제공 하지만 공간 정보 (23)가 부족 합니다. 대체 영상 법은 환자를 이온화 방사선 (예: 조사, 애완 동물, CT, 감마 시 그 라피)에 노출 시키거나 광범위 하 게 사용할 수 없습니다 (MRI를 사용 하는 ?...

특정 환기 이미징 (SVI)의 전반적인 목표 ― 조 영제로 서 산소를 사용 하는 양성자 자기 공명 영상 (MRI) 기술은 인간의 폐에 특정 환기를 정량적으로 매핑하는 것 이다. 특정 환기는 하나의 호흡에서 폐 영역으로 전달 되는 신선한 가스의 비율이 동일한 폐 영역 (1)의 최종 호기 부피로 나눈 것 이다. 지역 폐 밀도의 측정과 함께 특정 환기는 지역 환기2를 계산 하는 데 사용할 수 있습니다. Svi에 의해 제공 되는 국 소 환기 및 환기 이질성의 측정은 폐의 기능에 대 한 이해를 풍부 하 게 하는 잠재력을가지고, 정상적으로 그리고 비정상적으로3,4.
특정 환기 이미징은 1950 년대5,6에서 처음 도입 된 기술인 고전적인 생리학 시험, 다중 호흡 세척 (mbw)의 확장 이다. 두 가지 기술 모두 가스 워시/워시 아웃을 사용 하 여 특정 통풍의 이질성을 측정 하지만, MBW는 공간적으로 현지화 된 정보를 제공 하는 한편,이는 전체적으로이 화 된 측정을 제공 합니다. MBW에서는, 질량 분 광 계는 그림 1에 묘사 된 바와 같이 그 가스의 워시 아웃 동안 많은 호흡에 불용 성 가스 (질소, 헬륨, 황 화인 등)의 혼합 만료 된 농도를 측정 하는 데 사용 됩니다. 세척 기간 동안 호흡 당 만료 된 부피와 함께,이 정보는 폐에 특정 통풍의 전반적인 분포를 계산 하는 데 사용할 수 있습니다. SVI에서, MRI 스캐너는 T1가 중 신호를 측정 하기 위하여 사용 됩니다 ―이는 폐 조직에 있는 해결책에 있는 산소의 양에 대 한 대리, 국부 산소 사격 량의 직접 지시자입니다 ― 몇몇 세척 도중 많은 호흡에 걸쳐 각 폐 복 셀에서/washouts 산소. MBW와 직접적으로 유사한 방식으로,이 정보를 통해 각 폐 복 셀의 특정 환기를 계산할 수 있습니다. 다시 말해서,이 기법은 SVI 실험 동안 각 복 셀에 하나씩 수천 개의 병렬 MBW 유사 실험을 수행 합니다. 실제로, 이렇게 생성 된 특정 환기의 공간적 맵은 MBW의 특정 환기 이질성 출력을 회수 하기 위해 컴파일될 수 있다. 검증 연구7 은 동일한 주제에 대해 시리즈로 수행 될 때 두 방법론에서 비교 가능한 결과를 생성 했다는 것을 보여주었습니다.
SVI 처럼 환기 이질성의 공간적 조치를 제공 하는 다른 이미징 양식이 존재 합니다. 포지 트 론 방출 단층 촬영 (PET)8,9, 단일 광자 방출 계산 단층 촬영 (10,11및 하이퍼 편광 가스 MRI12,13 기술을 사용 하 여 건강 하 고 비정상적인 과목에서 환기의 공간 패턴에 관한 문학의 실질적인 시체를 만듭니다. 일반적으로, 이들 기술은 신호 대 잡음비가 특징적으로 높다는 점에서 SVI에 비해 적어도 하나의 뚜렷한 장점을 가진다. 그러나, 각각의 기술은 또한 특징적인 단점을가지고 있습니다: PET 및 조사는 이온화 방사선에 노출을 포함 하 고, 하이퍼 편광 MRI는 고도로 전문화 된 하이퍼 편광 가스와 비표준 다중 핵 하드웨어가 있는 MR 스캐너를 사용 해야 합니다.
양성자 MRI 기술은 일반적으로 조 영제로 흡입 산소를 1.5 테슬라 MR 하드웨어를 사용 (두 요소는 의료에서 쉽게 사용할 수 있습니다), 그것은 잠재적으로 더 일반화 임상 환경. SVI는 산소는 폐 조직1의 세로 이완 시간 (t1)을 단축 한다는 사실을 활용 하 여 t1가 중 이미지에서 신호 강도의 변화를 차례로 변환 합니다. 따라서, 영감 산소의 농도의 변화는 적절 하 게 타이밍 MRI 이미지의 신호 강도의 변화를 유도 한다. 일반적으로 공기와 100%의 산소 농도의 급격 한 변화에 따라 이러한 변화의 비율은 주민 가스가 흡입 가스로 대체 되는 속도를 반영 합니다. 이 교체 비율은 특정 환기에 의해 결정 됩니다.
SVI는 이온화 방사선을 포함 하지 않기 때문에, 시간이 지남에 따라 환자를 따르는 종 및 중재 연구에 대 한 금기 사항이 없습니다. 따라서 질병 진행을 연구 하거나 개별 환자가 치료에 어떻게 반응 하는지를 평가 하는 데 이상적입니다. 상대적으로 쉽게 그리고 안전한 반복성 때문에, 특정 환기 화상 진 찰은, 일반적으로, 시간이 지남에 또는 몇몇 다른 임상 위치에 많은 사람들의 큰 효력 및/또는 많은 수를 공부 하 고 싶은 사람들을 위한 이상적인 기술입니다.
기술1을 설명 하는 원본 간행물에 따르면, 특정 환기 이미징 (svi)은 빠른 식 염 액 주입, 자세, 운동 및 기관지 수축 효과에 초점을 맞춘 연구에서 사용 되어 왔으며,3 , 4 , 14 , 15. 특정 환기의 전체 폐 이질성을 추정 하는 기술의 능력은 잘 확립 된 다중 호흡 세척 시험 (7 )을 사용 하 여 검증 되었으며, 보다 최근에는 지역적 교차 검증이 수행 되었고, SVI와 하이퍼 편광 가스 다중 호흡 특이 환기 영상 비교16. 이 안정적이 고 쉽게 배포할 수 있는 기술은 인간의 폐에 특정 환기를 정량적으로 매핑할 수 있으며, 호흡기 질환의 조기 발견 및 진단에 크게 기여할 수 있는 잠재력을가지고 있습니다. 그것은 또한 지역 폐 이상을 정량화 하 고 치료에 의해 유도 된 변화를 따를 새로운 기회를 제공. SVI가 처음으로 측정할 수 있게 해 주는 지역 특정 폐 기능의 이러한 변화는 약물과 흡입 된 치료법의 영향을 평가 하기 위한 바이오 마커가 될 가능성이 있으며 임상 시험에서 매우 유용한 도구가 될 수 있습니다.
이 기사의 목적은 구체적으로 환기 이미징의 방법론을 시각적 형태로 제시 하 여 더 많은 센터에 기술 보급에 기여 하는 것입니다.

<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

특정 환기 이미징 (SVI)은 특정 통풍을 정량화 할 수 있는 기능적 자기 공명 영상 기술입니다 ― 폐 영역으로 유입 되는 신선한 가스의 비율은 지역의 최종 호기 용적으로 나눈 것 ― 인간 폐에만 사용 하 여 조 영제로 산소 흡입. 특정 통풍의 지역 정량화는 병리학 적인 폐 기능의 지역을 확인 하는 것을 도울 가능성이 있습니다. 조직 내의 산소는 조직의 길이 이완 시간 (T1)을 단축 시키고, 따라서 조직 산 소화의 변화는 반전 회복 이미지를 가진 T1가 중 신호의 변화로 서 검출 될 수 있다. 두 농도의 영감을 받은 산소를 급격 하 게 변화 시킨 후, 새로운 정상 상태에 대 한 복 셀 내 폐 조직 평형 속도는 주민 가스가 흡입 가스로 대체 되는 속도를 반영 합니다. 이 비율은 특정 환기에 의해 결정 된다. 이 갑작스러운 산소 변화를 유도 하기 위해, 피사체는 MRI 스캐너에 있는 동안 공기 (21% 산소)의 20 호흡 블록과 100%의 산소를 교대로 호흡 합니다. 영감을 받은 산소 분 율의 단계적 변화는 짧은 호기 호흡 유지 동안 수동 스위치가 있는 맞춤형 3 차원 (3d) 인쇄 유량 우회 시스템을 사용 하 여 달성 됩니다. T1에서의 상응 하는 변화를 검출 하기 위해, 단일 샷 패스트 스핀 에코 시퀀스에 이어서 전 세계적 반전 펄스가 8 개의 엘리먼트 몸통 코일을 사용 하 여 1.5 t MRI 스캐너에서 2 차원 t1가 중 이미지를 획득 하는 데 사용 되었다. 약간 다른 이미징 매개 변수를 사용 하 여 단일 슬라이스 및 다중 슬라이스 이미징이 가능 합니다. 특정 통풍의 정량화는 공기/산소 자극에 대 한 시뮬레이션 된 반응의 라이브러리로 각 폐 복 셀에 대 한 신호 강도의 시간 과정을 상호 연관 시켜 달성 됩니다. 특정 환기 이질성에 대 한 SVI 추정치는 여러 호흡 세척에 대해 검증 되었으며 특정 환기 분포의 이질성을 정확 하 게 결정 하는 것으로 입증 되었습니다.

건강 한 피사체의 단일 슬라이스 SVI 특정 환기 이미징은 39 세의 건강 한 여성의 오른쪽 폐에 단일 슬라이스를 묘사 하는 그림 3a와 같이 특정 통풍의 정량적 맵을 생성 합니다. 특정 환기에 예상 수직 그라데이션의 존재를 참고; 폐의 의존적 부분은 폐의 비 의존적 부분 보다 더 높은 특정 통풍을 제시 합니다. 매핑된 특정 환기 값의 히스토그램?...

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

특정 환기 화상 진 찰은 조 영제로 서 흡입 된 산소를 사용 하 여 인간의 폐에 지역 특정 환기의 정량화를 허용 하는 기능적 자기 공명 영상 기술 이다. 여기서는 특정 환기 이미징 데이터를 수집 하 고 분석 하는 프로토콜을 제시 합니다.

양성자 자기 공명 영상 및 조 영제로 산소를 사용 하 여 인간의 폐에 특정 통풍의 정량 매핑

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

특정 환기 화상 진찰, 또는 SVI는, 우리가 생리학과 호흡기 질병의 관리에 대한 우리의 근본적인 이해를 강화하는 것을 도울 질적 폐 화상 진찰 기술입니다. SVI는 방사선이 없으며 일반적으로 사용할 수 있는 장비, MRI 스캐너 및 의료 용 산소만 필요합니다. 이것은 아이들에게 안전하고 성인의 반복 연구에 이상적입니다.임상 사례에 SVI의 번역은 우리가 질병에 의해 가장 영향을 받는 지역을 확인하는 것을 허용할 것이기 때문에 천식의 관리를 향상할 수 있습니다. 치료에 응하여 폐 내의 변화를 매핑하는 능력은 흡입 치료를 최적화하고 개별화된 치료 선택을 알리는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 절차를 설명하는 데 도움은 빈센트 Tedjasaputra, 의학의 학과에서 박사 후 동료입니다.절차를 시작하고, 피사체의 서면 통보 된 동의를 얻고 빠르게 변화하는 자기장에 노출되어 제시 된 잠재적 인 위험과 얼굴 마스크를 사용하고 드라이 가스를 호흡하는 잠재적 인 불편을 설명하십시오. 피사체가 현지에서 승인된 자기 공명 영상 또는 MRI 안전 검진 설문지를 활용하여 자기 공명 스캐닝을 안전하게 받을 수 있는지 확인합니다. MR 스캔 시퀀스와 함께 제 시간에 호흡하는 피사체를 훈련하고 피사체의 코를 턱 치수에 측정하여 피사체에 가장 잘 맞는 얼굴 마스크의 크기를 결정합니다.그런 다음 피사체의 주머니와 의류가 자기 기반 신용 카드와 철함유 금속 조각이 없는지 확인합니다. MR 스캐너를 준비하려면 몸통 코일을 스캐너 테이블의 적절한 커넥터에 연결하여 스캐너 테이블에 시트, 패드 및 베개를 배치하여 피사체가 이미징을 최소 30분 이상 편안하게 사용할 수 있도록 합니다. 산소 전달 시스템을 조립하려면 스캐너 작업자의 손이 닿는 곳에 양방향 스위치 밸브를 배치하고 8미터 길이의 1/1 인치 직경 플라스틱 튜브를 사용하여 산소 공급을 스위치 밸브의 입구에 연결합니다.제어실에 있는 스위치 밸브의 콘센트를 1쿼터 플라스틱 튜브에 연결하고 관제실 통과를 통해 튜브를 스캐너 실에 공급하여 튜브가 스캐너 보어 의 중간에 도달하는 것을 주의하십시오. 피사체의 얼굴 마스크에 대한 흐름 바이패스 부착물을 보호합니다. 튜브의 반인치 황동 끝을 유량 바이패스 마스크 부착에 연결합니다.산소 공급 출구 레귤레이터에 압력을 설정하여 연구의 특성과 가스 전달 시스템의 전반적인 저항에 따라 예상되는 피크 피망 흐름보다 큰 산소의 흐름을 생성하는 값으로 설정합니다. 그런 다음 산소의 흐름을 활성화하여 스위치 밸브를 테스트하여 흐름 우회 부착물의 출구에 적절한 흐름이 존재하고 플라스틱 튜브에 누출이 존재하지 않도록합니다. 이미징에 대한 피사체를 준비하기 위해, 피사체가 스캐너 테이블에 누워 서 하부 코일 요소의 상단이 피사체의 어깨보다 높도록 하여 하부 코일 요소의 상단이 폐 아픽스의 적절한 커버리지를 제공한다는 것을 확인하십시오.피사체가 이어 플러그를 삽입하고 소리가 차단되고 있는지 확인합니다. 피사체의 손목에 안전 메커니즘을 테이프로 부착하여 쉽게 접근하고 마스크와 플로우 바이패스 시스템을 피사체의 얼굴에 부착할 수 있습니다. 흐름 우회 부착물의 만료 측면을 잠깐 가려내고 피사체에게 정상적인 영감과 만료를 시도하여 누출을 확인하도록 요청합니다.이제 피사체를 라이트 센터링 도구를 사용하여 스캐너에 적재하여 몸통 코일이 보어의 중심을 차지하고 흐름 우회 선을 안내하여 피사체를 스캐너 의 중심으로 이동시키면서 피사체의 편안함을 보장합니다. 이미징 슬라이스에 대한 폐 위치를 선택한 후, 시험의 나머지 부분을 처방하는 데 사용되는 해부학지도를 얻기 위해 국소화 순서를 습득한다. 스캐너 그래픽 사용자 인터페이스를 사용하여 관심 영역을 대상으로 폐 필드를 중심으로 한 이미징 슬라이스를 원하는 위치로 드래그하여 최대 4개의 좌활폐 슬라이스를 선택하여 연구할 수 있습니다.그런 다음 동일한 볼륨이 세로 연구를 위해 다시 이미지화 될 수 있도록 척추의 위치에 대하여 이미징 슬라이스의 위치를 기록합니다. 특정 환기 이미징의 경우 가장 내측 슬라이스에 대한 MR 컴퓨터의 반전 시간을 1100밀리초로 설정하여 공기 산소 대비를 최대화하고 반복 횟수는 220초로, 반복 시간을 5초로 설정합니다. 후속 획득 시 피사체의 폐 부피 및 만료의 일관성을 모니터링하고 필요한 경우 품질을 개선하기 위한 피드백을 제공합니다.피사체의 영감 받은 가스 혼합물을 20회마다 전환하여 피사체의 편안함을 위해 호흡을 유지하며 실내 공기와 의료용 산소를 번갈아 가며 착용할 수 있습니다. 맥박 산소계를 정기적으로 확인하여 심박수와 산소 포화도를 확인하고 피험자와 자주 체크인하여 남은 시간을 정기적으로 업데이트하십시오. 호흡 후 220, 이미징이 완료됩니다.피사체를 실내 공기로 되돌리고 스캐너에서 제거합니다. 특정 환기 맵을 만들려면 이미지 분석 소프트웨어에 등록할 이미지를 가져오고 전체 220 개의 이미지 스택을 시각적으로 검사하여 기능 잔류 용량을 가장 잘 나타내는 각 슬라이스에 대한 이미지를 선택합니다. 모드 이미지를 참조로 사용하여, 프로젝션 또는 미세 등록을 사용하여 모든 이미지를 기능잔류 용량 참조에 등록하고 적절한 알고리즘을 사용하여 등록된 스택으로부터 폐내의 특정 환기를 정량화한다.특정 환기의 지도가 만들어집니다. SVI는 39세의 건강한 여성의 오른쪽 폐에 있는 이 단일 슬라이스 이미지와 같이 특정 환기의 정량적 지도를 생성합니다. 폐의 의존부분과 함께 특정 환기에서 예상되는 수직 그라데이션의 존재는 폐의 비의존부분보다 더 높은 특이적 환기를 제시한다.최적의 로그 정상 확률 분포 기능을 갖춘 맵 특정 환기 값의 히스토그램을 사용하면 최적의 맞춤 분포의 폭을 특정 환기 이질성의 메트릭으로 사용할 수 있습니다. 여기서, 동일한 자세로 동일한 피험자에서 획득한 다중 호흡 세척이 표시됩니다. 질소 농도의 시간적 기록은 영감 받은 공기에서 영감을 받은 100% 산소로 이동한 후 입에서 측정되었습니다.특정 환기 영상과 다중 호흡 세척모두에 대한 세척에서 추정되는 특정 환기의 이러한 분포에서, 분포의 폭은 건강한 정상 범위 내에 있는 것으로 나타났다. 스캐너와 함께 호흡하는 피사체를 교육하고 획득 하는 동안 피드백을 주는 것은 좋은 품질의 데이터를 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다. 밀도 및 관류 측정과 결합하여 SVI를 사용하여 환기의 로컬 비율을 관류 및 가스 교환 효율 측정에 매핑할 수 있습니다.이 기술은 격렬한 운동 후 환기의 분포와 천식에서 반복되는 기관지 제한의 특별한 패널을 이해하는 데 사용되었습니다. MRI 환경은 강한 자기장이 항상 켜져 있고 강자성 물체가 발사체가 되어 부상을 입을 수 있으므로 안전에 주의를 기울여야 합니다.

Research

JoVE Journal

Medicine

Magnetic Resonance Derived Myocardial Strain Assessment Using Feature Tracking

기능 추적을 사용하여 자기 공명이 유래 심근 스트레인 평가

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 ...

연구

의학

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

조정 아티 스핀 라벨을 사용하여 폐 관류의 자기 공명 이미징 부량

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

자기 공명 영상, 체적 계산의 Tomography 및 초음파를 이용한 유방암의 뼈 전이의 누드 쥐 모델에서 Angiogenesis의 멀티 모달 이미징

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

정화조 관절염의 경도 평가를위한 MR 표적 조영제를 사용하여 생체 내 대식 세포 이미징

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

골격근 질환의 정량적 자기 공명 영상

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

동소 이식 췌장 암 마우스 모델의 동적 대비 강화 된 자기 공명 영상

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

인-31 자기 공명 분광학 : 측정을위한 도구<em&gt; 생체</em인간의 골격 근육에&gt; 미토콘드리아 산화 적 인산화 능력

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

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

Vivo에서 Menière의 질병 귀 그리고 정상 청력 귀에 자기 공명 화상 진 찰을 사용 하 여 인간의 두개골 신경의 형태학 분석

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

쥐 일반적인 경 동맥에 단계 대조 자기 공명 영상

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