التصوير بالرنين المغناطيسي الكمي من الإرواء الرئوي باستخدام معايرة وصفها سبين الشرياني

الهدف العام من التجربة التالية هو استخدام التقنيات الفسيولوجية مدمجة مع التصوير بالرنين المغناطيسي لقياس توزيع التروية الرئوية بطريقة غير جراحية تحت ظروف مختلفة من الأكسجين المستنشق. يتم تحقيق ذلك أولاً عن طريق تدريب الشخص الخاضع للتجربة على حبس النفس عند سعة الرئة المتبقية الوظيفية أثناء الحصول على الصور، والتنفس خلال الفاصل الزمني بين الصور للسماح بجمع صور متعددة. وكخطوة ثانية، يتم تركيب قناع الوجه للشخص وتوصيل أنابيب الشهيق والزفير من أجل تزويده بمزيج الغازات المختلفة وجمع عينات غاز الزفير لإجراء القياسات الأيضية.

بعد ذلك، في جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي، وبعد الحصول على صورة تحديد الموقع، تُستخدم تسلسلات وسم الدوران الشرياني والتدرج السريع متعدد الأصداء، وتسلسلات الصدى، من أجل الحصول على صور تدفق الدم الرئوي وكثافة البروتونات. ثم يتم قياس الصور الناتجة كمياً لتحديد توزيع تدفق الدم الرئوي معبراً عنه بالمليلتر في الدقيقة لكل جرام، والمشتق من صورتي الرنين المغناطيسي المختلفتين. وتكمن الميزة الرئيسية لهذه التقنية في قياس التروية الرئوية بشكل غير جراحي داخل الجسم دون التعرض للإشعاعات المؤينة، مما يسمح بإجراء قياسات متكررة.

يمكن أن توفر هذه الطريقة نظرة متعمقة في الآليات التي تتحكم في التوزيع المكاني للتروية الرئوية، كما يمكن استخدامها لدراسة آليات فيزيولوجية أخرى ضمن بيئة مسح MS. سيقوم اليوم باستعراض الإجراءات كل من طالب الدراسات العليا Sebastian Verta وباحث ما بعد الدكتوراه Carlos SA من مختبرنا. قبل إجراء التجربة، يجب أولاً الحصول على موافقة كتابية مستنيرة من الشخص الخاضع للبحث، وطلب تعبئة نموذج فحص السلامة الخاص بالتصوير بالرنين المغناطيسي MRI.

أجرِ أيضاً فحصاً بدنياً واختباراً لوظائف الرئة وجلسة تدريبية يتعلم فيها الخاضع للاختبار كيفية حبس أنفاسه عند السعة المتبقية الوظيفية (Functional Residual Capacity) أو FRC. ابدأ بتجهيز معدات التنفس عن طريق تثبيت القناع أولاً على وجه الشخص الخاضع للاختبار. يتكون القناع، المزود بملحق شبكي، من صمام لمنع إعادة التنفس ومعقم مسبقاً وأنابيب.

تأكد من فحص القناع للتأكد من عدم وجود تسريبات. قم بتجهيز أكياس الغاز في غرفة الماسح الضوئي وربطها بخزان في غرفة وحدة تحكم MRI. يجب إعداد ذلك بحيث يمكن للباحث إضافة الغاز إلى الكيس من خلال التحكم في خزان الغاز.

يتحقق المنظم من أن كيس الغاز يقع ضمن مجال الرؤية. وكما هو الحال أثناء التجربة، يجب على الباحث مراقبة الكيس من خلال نافذة غرفة التحكم لضمان كفاية حجم الغاز. وإلا، فقد لا يتمكن الخاضع للتجربة من استنشاق كسر الأكسجين المستنشق؛ حيث تكون نسبة الغازات في حالتي فرط التأكسج ونقص التأكسج 1.0 و 0.125 على التوالي، ويمكن استخدام هواء الغرفة لغاز الحالة الطبيعية.

تأكد من أن أنبوب تنفس الزفير طويل بما يكفي ليمتد من الخاضع للفحص في ماسح الرنين المغناطيسي (MR Scanner) عبر دليل الموجات وصولاً إلى عربة التمثيل الغذائي في غرفة وحدة تحكم الرنين المغناطيسي. تقوم عربة التمثيل الغذائي الموضحة هنا بقياس حجم الهواء المزفور بالإضافة إلى تركيزات الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في خليط الزفير. وبناءً على هذه المعايير، تقوم العربة أيضاً بحساب أحجام تنفسية مختلفة.

الحجم المدي VO2 وVC O2، بالإضافة إلى الحاصل التنفسي. اجعل الشخص الخاضع للتجربة يستلقي في وضعية الاستلقاء الظهري بحيث تكون القدمان أولاً على سرير الماسح الضوئي، واستخدم الوسائد والمنصات الرغوية لضمان أقصى قدر من الراحة. بعد ذلك، قم بتوصيل أنبوب تنفس الشهيق بجانب الشهيق في قناع الشخص الخاضع للتجربة.

ستُستخدم الأنبوبة لإعطاء غازات عالية الأكسجين أو منخفضة الأكسجين أو هواء طبيعي الأكسجين من أكياس المايلر عبر صمام تحويل. ضع أيضاً وسادة تخطيط كهربائية (EKG) على صدر الخاضع للتجربة. سيتيح ذلك ربط تسلسل التصوير بالرنين المغناطيسي لوسم الدوران الشرياني (arterial spin labeling Mr.Sequence) بمركب QRS في تخطيط كهربائية القلب الخاص بالخاضع للتجربة.

تأكد من فحص الصمام للتأكد من أنه يعمل بشكل طبيعي. قدم سدادات للأذن لحماية الشخص الخاضع للفحص من ضوضاء الماسح الضوئي. وأيضاً، نظراً لأن الشخص يرتدي قناعاً ولا يستطيع التواصل بسهولة مع طاقم الدراسة، ضع كرة ضغط في يد الشخص وثبتها في مكانها باستخدام شريط لاصق.

يتيح ذلك التواصل مع الباحثين في حال كانت هناك حاجة للمساعدة. وأخيراً، ضع جهاز قياس تأكسج النبض على إصبع الخاضع للتجربة لمراقبة تشبع الأكسجين، وهو أمر بالغ الأهمية عندما يتعرض الخاضع للتجربة لنقص الأكسجة. الآن، ضع اثنين من Mr Phantoms على صدر الخاضع للتجربة.

يجب استخدام هذه النماذج المحاكية لقياس إشارة الرنين المغناطيسي (MR) خلال مرحلة ما بعد المعالجة. بعد ذلك، ضع ملف الجذع فوق النماذج المحاكية. يُستخدم ملف الجذع لزيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء في صورة الرنين المغناطيسي مقارنة بملف الجسم، وذلك عن طريق تقليل المسافة الفيزيائية بين المستقبل والجسم الخاضع للفحص.

أخيراً، قم بتغطية الشخص الخاضع للفحص ببطانية لضمان راحته قبل إدخاله إلى مركز فتحة ماسح الرنين المغناطيسي (MR scanner). وبمجرد وجود الشخص داخل الماسح، يجب على المشغل التحدث إليه بشكل متكرر للتأكد من أنه يشعر بالراحة وتذكيره باستخدام كرة الضغط في حال الحاجة إلى المساعدة. وسنقوم الآن بالتحضير لصورة التحديد (localizer)، وهي أول عملية مسح.

سيستغرق الأمر حوالي 30 ثانية. أريدك فقط أن تسترخي وتتنفس بشكل طبيعي بينما تحدث جميع هذه الأصوات من طقطقة ونقرات. تأكد من مراقبة EKG وتشبع الأكسجين والحجم المدي VO O2 وVC O2. إن الدقائق القليلة الأولى من المراقبة مهمة بشكل خاص لضمان جودة البيانات.

إذا كانت هذه القيم خارج نطاق القيم المتوقعة، فيجب إعادة المعايرة وفحص قناع الوجه والأنابيب للتأكد من عدم وجود تسريبات. أولاً، قم ببدء تسلسل تحديد الموقع (localizer sequence) للحصول على الصور التشريحية لجذع الخاضع للفحص. يستغرق هذا التحديد حوالي 20 ثانية.

استرخِ فحسب. تنفس بشكل طبيعي طوال العملية. لنبدأ الآن.

الآن، قم بإعداد تسلسل الوسم المغناطيسي الشرياني (arterial spin labeling)، وهو تسلسل SL farer مع استحواذ نصف فورير (half Fourier acquisition). استخدم نظام تصوير صدى الغزل التوربيني أحادي اللقطة (single shot turbo spin echo) مثل تقنية haste للحصول على بيانات تروية الرئة الإقليمية. ثم اختر المستوى السهمي (sagittal plane) من جزء الرئة اليمنى حيث تكون المسافة من الأمام إلى الخلف هي الأكبر.

يعد سمك الشريحة البالغ 15 millimeters ومجال الرؤية البالغ 40 centimeters في 40 centimeters أمرًا نموذجيًا. يتم هنا الحصول على الصور الممسوحة باستخدام ماسح 1.5 Tesla GE HDX ex excite twin speed. سيسمع الخاضع للفحص سلسلة من أصوات الطرق العالية في أزواج.

توجد فاصلة زمنية مدتها خمس ثوانٍ بين هذه الضربات، يتعين على الخاضع للتجربة خلالها إكمال دورة تنفسية واحدة. استنشق الهواء، ثم أخرجه حتى تصل إلى السعة المتبقية الوظيفية (FRC). وأثناء صوت الضربات، يجب على الخاضع للتجربة حبس أنفاسه والبقاء عند حجم الرئة المساوي للسعة المتبقية الوظيفية (FRC).

على الرغم من تدريب الخاضعين للدراسة على تقنية التنفس قبل التصوير، يجب أن تكون جولة اكتساب الصور الأولى جولة تجريبية لتمكين الشخص من التدرب على التنفس وكتم النفس أثناء تواجده داخل جهاز الماسح. ويتعين على مشغل الرنين المغناطيسي تقييم جودة صور الرئة بناءً على حركة الحجاب الحاجز. وفي حال كانت الحركة في حدها الأدنى، يمكن البدء في قياسات A SL مع مراقبة الحجم المدي أثناء التصوير.

الهدف التقريبي. حجم مدّي يبلغ 500 milliliters يتوافق مع التهوية الطبيعية. في تسلسل A SL.

يتم الحصول على صورتين مختلفتين بنظام البوابة القلبية. يجب ضبط توقيت الصورة عند 80% من فاصل RR بشكل فردي لكل شخص خاضع للدراسة ولكل حالة تجريبية، وذلك لضمان أن تحتوي الصورة على إشارة الدم من فترة قذف انقباضية واحدة عند طرح الصورتين من بعضهما، مما يؤدي إلى إلغاء الإشارة الثابتة. والنتيجة هي خريطة كمية للدم الذي وصل إلى مستوى الصورة خلال فترة قذف انقباضية واحدة.

بالإضافة إلى صور A SL، قم بالحصول على صورة لكثافة البروتونات في الرئة باستخدام تتابع صدى سريع متدرج متعدد الأصداء. يسمح قياس كثافة البروتونات بالتعبير عن قياسات التروية بالمليلتر في الدقيقة لكل جرام، ويأخذ في الاعتبار تشوه أنسجة الرئة. سيسمع الخاضع للفحص داخل الصدر ضوضاء مستمرة تستمر لمدة 10 ثوانٍ تقريبًا خلال هذا الفحص، ويجب عليه حبس أنفاسه والبقاء عند FRC طوال فترة الضوضاء.

استرخِ، وتنفس بشكل طبيعي، لقد بدا ذلك رائعاً. بالنسبة لهذه التجربة، يتم تقديم غازات الحالة الطبيعية للأكسجين (normoxia) أو هواء الغرفة، ونقص الأكسجة (hypoxia)، وفرط الأكسجة (hyperoxia) بترتيب متوازن بين المبحوثين. وعلى الرغم من إمكانية تغيير هذا الترتيب بين المبحوثين إذا لزم الأمر، يجب على المبحوث تنفس غاز معين لمدة 20 دقيقة تقريباً من أجل تحقيق ظروف الحالة المستقرة داخل أنسجة الرئة قبل الحصول على قياسات الرنين المغناطيسي (MR) للتروية وكثافة البروتونات.

بعد ذلك، اتبع بروتوكول التصوير نفسه الموضح في القسم السابق، حيث تم اختيار فترة تعريض للغاز مدتها 20 دقيقة قبل التصوير. وذلك لأنه على الرغم من أن بدء استجابة تضيق الأوعية الرئوية الناجم عن نقص الأكسجة يحدث في غضون ثوانٍ، إلا أن الاستجابة لنقص أكسجة الأسناخ لا تصل إلى حدها الأقصى إلا بعد حوالي 20 دقيقة، وهو ما يتوافق مع هدف هذه الدراسة المحددة. يمكن إجراء المعالجة اللاحقة باستخدام برنامج مخصص تم تطويره استنادًا إلى MATLAB باستخدام صور MGRE المقترنة من ملف الجسم المتجانس وملف الجذع غير المتجانس.

يمكن تصحيح جميع صور تدفق الدم وكثافة البروتونات من عدم تجانس الملف (coil inhomogeneity) لكل شخص على حدة. وبمجرد تصحيح صورة SL المطروحة من عدم تجانس الملف، يمكن تقدير تدفق الدم الرئوي الإقليمي بكمية المليلترات من الدم في الدقيقة لكل فوكسل. بعد ذلك، يمكن إنشاء صور تروية مُطبعة حسب الكثافة.

يُعبر عن التروية الموحدة بالكثافة بوحدات المليلتر من الدم في الدقيقة لكل جرام من الماء، ويتم حسابها بقسمة صورة A SL على صورة كثافة البروتونات للحصول على صور التروية بالمليلتر في الدقيقة لكل جرام من الرئة؛ تظهر هنا البيانات الفسيولوجية كمثال، حيث زاد معدل ضربات القلب في حالة نقص الأكسجة وانخفض التشبع. وكانت التهوية 8.31 لتر في الدقيقة.

بلغت BTPS أثناء نقص الأكسجة 7.04 لتر في الدقيقة، وأثناء الحالة الطبيعية للأكسجة 6.64 لتر في الدقيقة. وخلال فرط الأكسجة، كان الحجم المدي 0.76 لتر لنقص الأكسجة، و0.69 لتر للحالة الطبيعية للأكسجة، و0.67 لتر لفرط الأكسجة. يؤدي التعرض لنقص الأكسجة إلى زيادة كل من التهوية والحجم المدي، بينما يؤدي فرط الأكسجة إلى تقليل التهوية والحجم المدي.

تظهر هنا ثلاث صور تروية تمت معايرتها حسب الكثافة، جُمعت من شخص واحد تحت ثلاثة تركيزات مختلفة من الأكسجين المستنشق. وتوضح الجداول في الجدول 2 نتائج تحليل البيانات الخاصة بتباين التروية. ويمكن ملاحظة أن نقص الأكسجين أدى إلى زيادة التشتت النسبي، ومع ذلك، ظلت المؤشرات الأخرى دون تغيير إلى حد كبير.

بمجرد إتقان هذه التقنية، يمكن إتمامها في أقل من ساعتين إذا نُفذت بشكل صحيح. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يتكون لديك فهم جيد لكيفية قياس التروية الرئوية وإجراء الدراسات الفسيولوجية الأخرى ضمن بيئة MR.Scanner.