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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Este trabalho foi apoiado pelo Instituto Nacional do coração, pulmão e sangue (NHLBI) (concede R01 HL-080203, R01 HL-081171, R01 HL-104118 e R01-HL119263) e o Instituto Nacional de pesquisa biomédica do espaço (National Aeronautics and Space Administration concede NCC 9-58). E.T. Geier foi apoiado pelo NHLBI Grant F30 HL127980.

A Universidade da Califórnia, programa de proteção de pesquisa humana de San Diego aprovou este protocolo.
1. segurança e formação de sujeitos
<ol><li>Obter o consentimento escrito e informado do assunto. Descreva os riscos potenciais apresentados pela exposição a campos magnéticos em rápida mutação, e o desconforto potencial de usar máscara facial e respirar o gás seco.</li>
	<li>Assegure-se de que o assunto possa submeter-se com segurança a varredura do Sr, utilizando o ques...

<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>

A imagem latente específica da ventilação permite o traço quantitativo da distribuição espacial da ventilação específica no pulmão humano. Alternativas ao SVI existem, mas são limitadas de alguma maneira: o washout múltiplo da respiração fornece uma medida da heterogeneidade mas falta a informação spatial23. Os métodos alternativos da imagem latente expõem pacientes à radiação ionizante (por exemplo, SPECT, animal de estimação, CT, Scintigraphy da gama) ou não são extensam...

O objetivo geral da imagem latente específica da ventilação (SVI) ― uma técnica da imagem latente de ressonância magnética do Proton (MRI) que use o oxigênio como um agente do contraste1 ― é para mapear quantitativamente a ventilação específica no pulmão humano. A ventilação específica é a proporção de gás fresco entregue a uma região pulmonar em uma respiração dividida pelo volume expiratório final da mesma região pulmonar1. Em conjunto com medições da densidade pulmonar local, a ventilação específica pode ser usada para computar a ventilação regional2. Medidas de ventilação local e heterogeneidade de ventilação que são fornecidas pelo SVI têm o potencial de enriquecer a compreensão de como as funções pulmonares, tanto normalmente como anormalmente3,4.
A imagem latente específica da ventilação é uma extensão do teste Classical da fisiologia, washout múltiplo da respiração (MBW), uma técnica introduzida primeiramente nos 1950s5,6. Ambas as técnicas usam Washin/washout do gás para medir a heterogeneidade da ventilação específica, mas o SVI fornece a informação spatially-localizada quando o MBW fornece somente medidas globais da heterogeneidade. Em MBW, um espectrómetro de massa é usado para medir a concentração expirada misturada de um gás insolúvel (nitrogênio, hélio, hexafluoreto do enxôfre, etc.) sobre muitas respiras durante um washout desse gás, como representado em Figura 1. Junto com o volume expirado por a respiração durante o período do washout, esta informação pode ser usada para computar a distribuição total da ventilação específica no pulmão. Em SVI, um varredor de MRI é usado para medir o sinal de T1-weighted ― que é um substituto para a quantidade de oxigênio na solução no tecido pulmonar, um indicador direto da concentração local do oxigênio ― em cada voxel do pulmão sobre muitas respirações durante diversos Washin/washouts de oxigénio. De uma forma que é diretamente análoga ao MBW, essa informação nos permite computar a ventilação específica de cada voxel pulmonar. Em outras palavras, a técnica realiza milhares de experimentos paralelos do tipo MBW, um para cada voxel, durante um experimento do SVI. De fato, os mapas espaciais de ventilação específica assim produzidos podem ser compilados para recuperar a saída específica de heterogeneidade de ventilação da MBW. Um estudo de validação7 mostrou que as duas metodologias produziram resultados comparáveis quando realizadas em série sobre os mesmos sujeitos.
Existem outras modalidades de imagem que, como a SVI, fornecem medidas espaciais de heterogeneidade ventilatória. Tomografia por emissão de pósitrons (PET)8,9, tomografia computadorizada de emissão de fóton único (SPECT)10,11e gás hiperpolarizado ressonância magnética12,13 técnicas têm sido usadas para criar um corpo substancial da literatura a respeito do teste padrão espacial da ventilação em assuntos saudáveis e anormais. Em geral, essas técnicas têm pelo menos uma vantagem distinta sobre o SVI, em que sua relação sinal-ruído é caracteristicamente maior. No entanto, cada técnica também tem uma desvantagem característica: PET e SPECT envolvem exposição à radiação ionizante, e ressonância magnética hiperpolarizada requer o uso de gás hiperpolarizado altamente especializado e um scanner de RM com hardware multi-core não padronizado.
SVI, uma técnica de prótons-RM, normalmente usa 1,5 Tesla MR hardware com oxigênio inalado como um agente de contraste (ambos os elementos estão prontamente disponíveis na saúde), tornando-o potencialmente mais generalizável para o ambiente clínico. O SVI aproveita o fato de que o oxigênio encurta o tempo de relaxamento longitudinal (T1) dos tecidos pulmonares1, que por sua vez se traduz em uma mudança na intensidade do sinal em uma imagem ponderada em T1. Assim, as mudanças na concentração de oxigênio inspirado induzem a mudança na intensidade do sinal de imagens apropriadamente cronometradas de MRI. A taxa desta mudança que segue uma mudança abrupta na concentração inspirada do oxigênio, tipicamente ar e 100% oxigênio, reflete a taxa em que o gás residente é substituído pelo gás inalado. Esta taxa de substituição é determinada por ventilação específica.
Como SVI não envolve nenhuma radiação ionizante, não tem contra-indicações para estudos longitudinais e intervencionais que seguem pacientes ao longo do tempo. Assim, é serido idealmente estudando a progressão da doença ou avaliando como os pacientes individuais respondem ao tratamento. Devido à sua facilidade relativa e repetibilidade segura, a imagem de ventilação específica é, em geral, uma técnica ideal para aqueles que desejam estudar grandes efeitos e/ou um grande número de pessoas ao longo do tempo ou em vários locais clínicos diferentes.
Após a publicação original descrevendo a técnica1, a imagem de ventilação específica (SVI) tem sido utilizada em estudos focados no efeito da infusão salina rápida, postura, exercício e broncoconstrição2,3 , 4. º , 14 anos de , a habilidade da técnica 15. The de estimar a heterogeneidade inteira do pulmão da ventilação específica foi validada usando o teste múltiplo bem estabelecido do washout da respiração7 e mais recentemente, uma validação cruzada regional foi executada, por comparando SVI e a imagem latente de ventilação específica da respiração múltipla do gás hyperpolarizado16. Essa técnica confiável e prontamente implantável, capaz de mapear quantitativamente a ventilação específica no pulmão humano, tem o potencial de contribuir significativamente para a detecção precoce e o diagnóstico da doença respiratória. Também apresenta novas oportunidades para quantificar anormalidades pulmonares regionais e acompanhar as alterações induzidas pela terapia. Essas alterações na função pulmonar específica da região, que a SVI nos permite mensurar pela primeira vez, têm o potencial de se tornarem biomarcadores para avaliar o impacto das drogas e das terapias inalatórias, podendo ser uma ferramenta extremamente útil em ensaios clínicos.
O objetivo deste artigo é apresentar a metodologia de imagem de ventilação específica em detalhe e em forma visual, contribuindo assim para a disseminação da técnica para mais centros.

<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

A imagem latente específica da ventilação (SVI) é uma técnica funcional da imagem latente de ressonância magnética capaz de quantificar a ventilação específica ― a relação do gás fresco que entra em uma região do pulmão dividida pelo volume final expiratório da região ― no pulmão humano, usando somente oxigênio inalado como um agente de contraste. A quantificação regional da ventilação específica tem o potencial ajudar a identificar áreas da função patológica do pulmão. O oxigênio na solução no tecido encurta o tempo longitudinal do abrandamento do tecido (T1), e assim uma mudança no oxigenação do tecido pode ser detectada como uma mudança no sinal de T1-weighted com uma imagem adquirida recuperação da inversão. Após uma mudança abrupta entre duas concentrações de oxigênio inspirado, a taxa em que o tecido pulmonar dentro de um VOXEL equilibrou a um novo estado estacionário reflete a taxa em que o gás residente está sendo substituído pelo gás inalado. Esta taxa é determinada pela ventilação específica. Para provocar esta mudança repentina na oxigenação, os indivíduos respiram alternadamente 20 blocos da respiração do ar (oxigênio de 21%) e oxigênio de 100% quando no varredor de MRI. Uma mudança Stepwise na fração inspirada do oxigênio é conseguida com o uso de um sistema tridimensional (3D)-impresso feito encomenda do desvio do fluxo com um interruptor manual durante uma preensão final-expiratória curta da respiração. Para detectar a mudança correspondente em T1, um pulso global da inversão seguido por uma única seqüência rápida do eco da rotação do tiro foi usado para adquirir imagens bidimensionais de t1-weighted em um varredor de 1,5 t MRI, usando uma bobina do torso do oito-elemento. A única fatia e a imagem latente da multi-fatia são possíveis, com parâmetros ligeiramente diferentes da imagem latente. A quantificação da ventilação específica é conseguida correlacionando o tempo-curso da intensidade do sinal para cada voxel do pulmão com uma biblioteca de respostas simuladas ao estímulo do ar/oxigênio. As estimativas de SVI da heterogeneidade específica da ventilação foram validadas de encontro ao washout múltiplo da respiração e provaram determinar exatamente a heterogeneidade da distribuição específica da ventilação.

Única fatia SVI em um assunto saudável A imagem latente específica da ventilação produz mapas quantitativos da ventilação específica como mostrado na Figura 3a, que descreve uma única fatia no pulmão direito de uma fêmea saudável dos anos de idade 39. Observe a presença do gradiente vertical esperado em ventilação específica; a porção dependente do pulmão apresenta maior ventilação específica do que a porção não dependente do p...

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

A imagem latente específica da ventilação é uma técnica funcional da imagem latente de ressonância magnética que permita a quantificação da ventilação específica regional no pulmão humano, usando o oxigênio inalado como um agente do contraste. Aqui, apresentamos um protocolo para coletar e analisar dados específicos de imagens de ventilação.

Mapeamento quantitativo de ventilação específica no pulmão humano usando ressonância magnética de prótons e oxigênio como agente de contraste

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

A Imagem de Ventilação Específica, ou SVI, é uma técnica qualitativa de imagem pulmonar que nos ajudará a aprofundar nossa compreensão fundamental da fisiologia e do manejo de doenças respiratórias. O SVI é livre de radiação e requer apenas equipamentos comumente disponíveis, um scanner de ressonância magnética e oxigênio médico. Isso o torna seguro para crianças e ideal para estudos repetidos em adultos.A tradução do SVI para a prática clínica pode melhorar o manejo da asma, pois nos permitirá identificar áreas mais afetadas pela doença. A capacidade de mapear mudanças dentro do pulmão em resposta à terapia pode ajudar a otimizar a terapia inalação e informar escolhas terapêuticas individualizadas. Ajudando a demonstrar este procedimento está Vincent Tedjasaputra, um pós-doutorando no Departamento de Medicina.Comece a iniciar o procedimento, obtenha consentimento por escrito informado do sujeito e descreva os potenciais riscos apresentados pela exposição a campos magnéticos em rápida mudança e o desconforto potencial do uso de uma máscara facial e gás seco respiratório. Confirme que o sujeito pode ser submetido com segurança à ressonância magnética utilizando o questionário de triagem de segurança de ressonância magnética ou ressonância magnética aprovado localmente. Treine o sujeito para respirar a tempo com a sequência de ressonância magnética e meça as dimensões do nariz do sujeito ao queixo para determinar o tamanho da máscara facial que melhor se encaixará no assunto.Em seguida, verifique se os bolsos e roupas do sujeito estão livres de cartões de crédito baseados em magnético e peças metálicas contendo ferro. Para preparar o scanner MR, conecte uma bobina do torso ao conector apropriado na mesa do scanner para configurar o scanner para uso e coloque folhas, almofadas e travesseiros na mesa do scanner para que o sujeito fique confortável por pelo menos 30 minutos de imagem. Para montar o sistema de entrega de oxigênio, coloque uma válvula de interruptor bidirecional ao alcance do operador do scanner e use um pedaço de tubo plástico de oito metros de comprimento de um quarto de polegada de diâmetro para conectar o suprimento de oxigênio a uma entrada da válvula de comutação.Conecte a saída da válvula de comutação na sala de controle ao tubo plástico de um quarto e alimente a tubulação através da sala de controle até a sala do scanner, tomando cuidado para que a tubulação atinja o meio do furo do scanner. Fixar o acessório de desvio de fluxo à máscara facial para o sujeito. Conecte a extremidade de latão de meia polegada da tubulação ao acessório da máscara de desvio de fluxo.Coloque a pressão sobre o regulador de saída de oxigênio a um valor que produz um fluxo de oxigênio maior do que o fluxo inspirador de pico esperado de acordo com a natureza do estudo e a resistência geral do sistema de entrega de gás. Em seguida, ative o fluxo de oxigênio para testar a válvula de comutação, certificando-se de que um fluxo adequado está presente na saída do acessório de desvio de fluxo e que não há vazamentos na tubulação plástica. Para preparar o assunto para a imagem, que o sujeito esteja sobre a mesa do scanner certificando-se de que a parte superior do elemento da bobina inferior é maior do que os ombros do sujeito para garantir que a parte superior do elemento bobina inferior forneça uma cobertura adequada dos apices pulmonares.Que o sujeito insira os protetores auriculares e verifique se o som está sendo bloqueado. Grave um mecanismo de segurança no pulso do sujeito para que ele possa ser facilmente acessado e anexar a máscara e o sistema de desvio de fluxo ao rosto do sujeito. Oclua brevemente o lado expiratório do anexo do bypass de fluxo e peça ao sujeito para tentar uma inspiração e expiração normais para verificar se há vazamentos.Agora carregue o sujeito no scanner usando a ferramenta de centro de luz para garantir que a bobina do tronco ocupe o centro do furo e guie a linha de desvio de fluxo para garantir o conforto do sujeito enquanto move o assunto em direção ao centro do scanner. Depois de selecionar o local pulmonar para fatias de imagem, adquira uma sequência de localizador para obter um mapa anatômico que será usado para prescrever o resto do exame. Use a interface gráfica do usuário do scanner para clicar e arrastar a fatia de imagem centrada no campo pulmonar visando a região de interesse para o local desejado para selecionar até quatro fatias pulmonares sagiais a serem estudadas.Em seguida, anote a localização das fatias de imagem em relação à localização da coluna vertebral para que o mesmo volume possa ser reimagem para estudos longitudinais. Para imagens de ventilação específicas, defina o tempo de inversão no computador MR para a fatia mais medial para 1100 milissegundos para o máximo o contraste de oxigênio do ar, o número de repetições para 220 e o tempo de repetição para cinco segundos. Monitore a consistência do volume pulmonar e expiração do sujeito durante as aquisições subsequentes e forneça feedback para melhorar a qualidade, se necessário.Troque a mistura de gás inspirada do sujeito a cada 20 respirações durante a aquisição de respiração para o conforto do sujeito, alternando entre o ar da sala e o oxigênio médico. Verifique o oxímetro de pulso regularmente para verificar a frequência cardíaca e a saturação de oxigênio e faça check-in com o sujeito com frequência para dar atualizações regulares do tempo restante. Após o hálito 220, a imagem está completa.Devolva o assunto ao ar da sala e remova-os do scanner. Para criar um mapa de ventilação específico, importe as imagens para registro no software de análise de imagens e inspecione visualmente toda a pilha de imagens 220 para selecionar a imagem para cada fatia que melhor represente a capacidade residual funcional. Usando a imagem do modo como referência, use um registro projetivo ou fino para registrar todas as imagens na referência de capacidade residual funcional e quantificar a ventilação específica no pulmão a partir da pilha registrada usando um algoritmo apropriado.Um mapa da ventilação específica será criado. A SVI produz mapas quantitativos de ventilação específica, por exemplo, como mostrado nesta única imagem de fatia no pulmão direito de uma mulher saudável de 39 anos. Observe a presença do gradiente vertical esperado na ventilação específica com a porção dependente do pulmão apresentando uma ventilação específica maior do que a porção não dependente do pulmão.Um histograma dos valores de ventilação específicos do mapa com uma função de distribuição de probabilidade normal de registro de ajuste melhor permite que a largura da melhor distribuição de ajuste seja usada como uma métrica de heterogeneidade de ventilação específica. Aqui, uma lavagem múltipla da respiração adquirida no mesmo assunto na mesma postura é mostrada. O registro temporal da concentração de nitrogênio foi medido na boca após uma mudança do ar inspirado para 100% de oxigênio inspirado.Nesta distribuição de ventilação específica, conforme estimado a partir da lavagem tanto para imagens específicas de ventilação quanto para lavagem múltipla da respiração, a largura da distribuição foi encontrada dentro da faixa normal saudável. Treinar os sujeitos para respirar a tempo com o scanner e dar-lhes feedback durante a aquisição pode ajudar a garantir dados de boa qualidade. Combinado com medidas de densidade e perfusão, o SVI pode ser usado para mapear a razão local de ventilação à perfusão e medida da eficiência da troca de gás.Esta técnica tem sido usada para entender a distribuição da ventilação após exercícios extenuantes e um painel especial de restrição brônquica repetida na asma. O ambiente de ressonância magnética requer atenção à segurança, pois um campo magnético forte está sempre ligado e objetos ferromagnéticos podem se tornar projéteis resultando em ferimentos.

Research

JoVE Journal

Medicine

Magnetic Resonance Derived Myocardial Strain Assessment Using Feature Tracking

Avaliação Strain Ressonância Magnética Derivado do Miocárdio Usando o controle de recursos

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 ...

Medicina

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

Quantificação Imagem por Ressonância Magnética de perfusão pulmonar usando Labeling rotação Calibrado Arterial

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

Multi-modal de imagem de angiogênese em um modelo de rato nu de Câncer de mama utilizando a ressonância magnética, tomografia computadorizada volumétrica e ultra-som

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 macrófagos Imagem Usando MR alvejado agente de contraste para avaliação longitudinal de artrite séptica

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

Quantitativa Ressonância Magnética da doença do músculo esquelético

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

Contraste Dinâmico aprimorada Ressonância Magnética de um Modelo de câncer de pâncreas Orthotopic Rato

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

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Fósforo-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: uma ferramenta para medir<em&gt; In Vivo</em&gt; Capacidade mitocondrial fosforilação oxidativo no músculo esquelético humano

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

Ressonância magnética cardíaca na Tesla 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

Na Vivo Análise morfométrica de humano nervos cranianos, utilizando imagens de ressonância magnética da doença doença ouvidos e orelhas de audição Normal

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

Imagens de ressonância magnética fase contraste na artéria carótida comum de rato

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