利用质子磁共振成像结合氧气作为对比剂对人体肺部特异性通气进行定量绘图

特定通气成像（Specific Ventilation Imaging，SVI）是一种定性的肺部成像技术，有助于加深我们对生理学基础以及呼吸系统疾病管理的理解。SVI 无需电离辐射，仅需常规设备，即磁共振成像仪（MRI）和医用氧气。因此，该技术对儿童安全，也适用于成人重复研究。

将SVI技术转化为临床实践可能改善哮喘的管理，因为它使我们能够识别受疾病影响最严重的肺部区域。通过绘制治疗过程中肺部变化的图谱，有助于优化吸入疗法，并为个体化治疗方案提供依据。协助演示该操作的是医学系博士后研究员 Vincent Tedjasaputra。

开始操作前，需从受试者处获得书面知情同意，并说明暴露于快速变化的磁场可能带来的风险，以及使用面罩和吸入干燥气体可能引起的不适。通过当地批准的磁共振成像（MRI）安全筛查问卷，确认受试者是否可安全接受磁共振扫描。训练受试者按照磁共振扫描序列的节奏进行呼吸，并测量受试者鼻部至下巴的尺寸，以确定最适合该受试者的面罩大小。

然后确认受试者的口袋和衣物中不含有磁性信用卡及含铁金属物品。准备磁共振扫描仪时，将体部线圈连接至扫描床台上的相应接口，以配置扫描仪供使用，并在扫描床台上放置床单、垫子和枕头，确保受试者在至少30分钟的成像过程中保持舒适。组装氧气输送系统时，将一个双向切换阀置于扫描操作员易于触及的位置，并使用一段长度为8米、直径为1/4英寸的塑料管，将氧气源连接至切换阀的一个入口。

将控制室内切换阀的出口连接至四分之一英寸的塑料管，并将管路穿过控制室的传递孔引至扫描室，注意确保管路延伸至扫描孔径的中部。将流量旁路装置固定在受试者的面罩上。将管路的半英寸黄铜端连接至流量旁路面罩装置。

根据研究性质和气体输送系统的总体阻力，将氧气供应出口调节器的压力设置为产生高于预期峰值吸气流速的氧气流量值。然后启动氧气流动以测试切换阀，确保流量旁路附件出口处有足够流量，且塑料管路无泄漏。为受试者进行成像准备时，让受试者仰卧于扫描仪检查床上，确保下部线圈元件的顶端高于受试者肩部，以便下部线圈元件的顶端能够充分覆盖肺尖区域。

让受试者插入耳塞，并确认声音已被阻隔。将安全装置用胶带固定在受试者手腕上，以便于快速触及，并将面罩和气流旁路系统连接至受试者面部。短暂阻塞气流旁路接头的呼气端，要求受试者尝试一次正常的吸气和呼气，以检查是否存在泄漏。

现在使用光源定位工具将受试者送入扫描仪，确保躯干线圈位于孔径中心，并引导分流旁路线，以保证受试者在移向扫描仪中心过程中的舒适性。选择肺部成像层面位置后，采集定位序列以获得解剖图谱，该图谱将用于规划后续检查。通过扫描仪的图形用户界面，点击并拖动成像层面，将其中心对准肺部感兴趣区域，选择最多四个矢状位肺部层面进行研究。

然后记录成像层面相对于脊柱位置的关系，以便在纵向研究中对同一区域进行重复成像。对于特定的通气成像，在MR计算机中将最内侧层面的反转时间设置为1100毫秒，以最大化空气中的氧气对比度，重复次数设为220次，重复时间设为5秒。在后续数据采集过程中，监测受试者肺容积和呼气的一致性，并在必要时提供反馈以提高图像质量。

在采集屏气过程中，为受试者的舒适起见，每20次呼吸交替更换一次吸入的气体混合物，轮流使用室内空气和医用氧气。定期检查脉搏血氧仪，以确认心率和血氧饱和度，并频繁与受试者沟通，定期告知剩余时间。第220次呼吸后，成像完成。

将受试者恢复至室内空气环境，并将其从扫描仪中移出。为创建特定的通气图，将图像导入图像分析软件进行配准，目视检查全部220幅图像组成的图像序列，为每个层面选择最能代表功能残气量的图像。以模式图像作为参考，采用投影配准或精细配准方法，将所有图像与功能残气量参考图像进行配准，并利用适当的算法对配准后的图像序列进行分析，量化肺部的特定通气值。

将生成一幅特定通气分布图。SVI 可生成特定通气的定量图谱，例如本图所示为一名39岁健康女性右肺的单一切片图像。注意特定通气呈现出预期的垂直梯度分布，即肺的依赖区特定通气高于非依赖区。

通过绘制地图特异性通气值的直方图，并拟合最佳的对数正态概率分布函数，可利用最佳拟合分布的宽度作为特异性通气异质性的度量指标。此处展示的是同一受试者在相同体位下获得的多次呼吸冲洗数据。在吸入气体从空气转变为100%氧气后，于口腔处测量氮气浓度的时间序列记录。

根据特定通气成像和多次呼吸清除法所估算的特定通气分布，其分布宽度处于健康正常范围内。在扫描过程中训练受试者与扫描仪同步呼吸，并在数据采集期间给予反馈，有助于确保获得高质量的数据。结合密度和灌注的测量，特定通气成像（SVI）可用于绘制局部通气/灌注比值图，并评估气体交换效率。

该技术已用于研究剧烈运动后以及哮喘患者反复支气管收缩情况下的通气分布。MRI 环境需要特别注意安全，因为强磁场始终处于开启状态，铁磁性物体可能变成抛射物，导致伤害。