La cuantificación de resonancia magnética de imagen de perfusión pulmonar con etiquetado calibrado arterial spin

El objetivo general del siguiente experimento consiste en utilizar técnicas fisiológicas combinadas con imágenes por resonancia magnética para medir de forma no invasiva la distribución de la perfusión pulmonar bajo distintas condiciones de oxígeno inspirado. Esto se logra primero entrenando a un sujeto para que mantenga la respiración en la capacidad residual funcional durante la adquisición de imágenes, y para que respire durante el intervalo entre imágenes, permitiendo así la obtención de múltiples imágenes. Como segundo paso, se coloca al sujeto una máscara facial y se conectan los tubos inspiratorio y espiratorio con el fin de suministrar al sujeto distintas mezclas de gases y recolectar muestras de gas espirado para realizar mediciones metabólicas.

A continuación, en el escáner de RM, tras obtener una imagen localizadora, se utilizan el etiquetado de espín arterial y las secuencias de eco rápido de gradiente múltiple para obtener imágenes del flujo sanguíneo pulmonar y de densidad de protones. Las imágenes resultantes se cuantifican para proporcionar la distribución del flujo sanguíneo pulmonar expresada en mililitros por minuto por gramo, derivada de las dos imágenes de RM diferentes. La principal ventaja de esta técnica es que la perfusión pulmonar se mide de forma no invasiva in vivo, sin exposición a radiación ionizante, lo que permite realizar mediciones repetidas.

Este método puede proporcionar información sobre los mecanismos que controlan la distribución espacial de la perfusión pulmonar, y también puede utilizarse para estudiar otros mecanismos fisiológicos dentro del entorno de escaneo de MS. Quienes demostrarán los procedimientos hoy serán TSIA rye, la estudiante graduada Sebastian Verta y RU Carlos SA, investigadores postdoctorales de nuestro laboratorio. Antes de realizar el experimento, primero obtenga el consentimiento informado por escrito del sujeto de investigación y haga que complete un formulario de evaluación de seguridad para resonancia magnética.

Asimismo, realice un examen físico, una prueba de función pulmonar y una sesión de entrenamiento en la que el sujeto aprenda cómo mantener la respiración en la capacidad residual funcional, o FRC. Comience a preparar el equipo de respiración colocando primero la máscara en el rostro del sujeto. Con un accesorio de malla, la máscara está equipada con una válvula esterilizada previamente y no reutilizable, así como con tubos.

Asegúrese de verificar la máscara en busca de fugas. Prepare las bolsas de gas en la sala del escáner y conéctelas a un tanque en la sala de la consola de resonancia magnética. Esto debe configurarse de manera que el investigador pueda agregar gas a la bolsa mediante la manipulación del tanque de gas.

El regulador debe asegurarse de que la bolsa de gas esté a la vista. Durante el experimento, el investigador debe monitorear la bolsa a través de la ventana de la sala de control para garantizar que el volumen de gas sea suficiente. De lo contrario, el sujeto podría no poder inspirar la fracción de oxígeno inspirado; en este caso, los gases hiperoxicos e hipóxicos son 1,0 y 0,125, respectivamente, y se puede utilizar aire ambiente para el gas normóxico.

Asegúrese de que el tubo respiratorio espiratorio sea lo suficientemente largo como para conectar al sujeto dentro del escáner de RM a través de una guía de ondas y hasta el carro metabólico en la sala de consola de RM. El carro metabólico que se observa aquí mide el volumen de aire espirado, así como las concentraciones mixtas de oxígeno y dióxido de carbono en la espiración. Basándose en estos parámetros, también calcula diversos volúmenes respiratorios.

EG, el volumen corriente VO₂, así como el cociente respiratorio. Pida al sujeto que se acueste en posición supina con los pies hacia adelante sobre la camilla del escáner, y utilice almohadas y almohadillas de espuma para maximizar la comodidad. A continuación, conecte el tubo respiratorio inspiratorio al lado inspiratorio de la mascarilla del sujeto.

El tubo se utilizará para administrar gases hiperoxicos e hipóxicos o aire normóxico proveniente de las bolsas de Mylar mediante una válvula de conmutación. Coloque también una almohadilla de EKG en el pecho del sujeto. Esto permitirá que la secuencia de etiquetado arterial por inversión magnética (Mr.Sequence) se sincronice con el complejo QRS en el electrocardiograma del sujeto.

Asegúrese de verificar la válvula para confirmar que está funcionando normalmente. Proporcione tapones para los oídos para proteger al sujeto del ruido del escáner. Además, dado que el sujeto lleva una máscara y no puede comunicarse fácilmente con el personal del estudio, coloque una pelota de estrujar en la mano del sujeto y sujétela con cinta adhesiva en su lugar.

Esto permite la comunicación con los investigadores si se necesita asistencia. Por último, coloque un oxímetro de pulso en el dedo del sujeto para monitorear la saturación de oxígeno, lo cual es fundamental cuando el sujeto está expuesto a hipoxia. Ahora, coloque dos Mr Phantoms sobre el pecho del sujeto.

Estos fantasmas deben utilizarse para cuantificar la señal de RM durante el posprocesamiento. A continuación, coloque la bobina torácica sobre los fantasmas. La bobina torácica se utiliza para aumentar la relación señal-ruido de la imagen de RM en comparación con la bobina corporal, reduciendo la distancia física entre el receptor y el sujeto.

Finalmente, cubra al sujeto con una manta para garantizar su comodidad antes de introducirlo en el centro del orificio del escáner de RM. Una vez que el sujeto esté dentro del escáner, el operador debe hablar frecuentemente con él o ella para asegurarse de que se sienta cómodo y recordarle que utilice la pelota de apretar si necesita ayuda. Y ahora vamos a prepararnos para la localización, que es el primer escaneo.

Va a tardar unos 30 segundos. Quiero que se relaje y respire normalmente mientras suceden todos los ruidos y clics. Asegúrese de monitorear el EKG, la saturación de oxígeno, el volumen tidal, VO O2 y VC O2. Los primeros minutos de monitoreo son especialmente importantes para garantizar datos de buena calidad.

Si estos valores están fuera de los valores esperados, se debe repetir la calibración y verificar si la mascarilla facial y los tubos tienen fugas. Primero, adquiera una secuencia localizadora para obtener las imágenes anatómicas del torso del sujeto. Esta será una secuencia localizadora que dura aproximadamente 20 segundos.

Relájese. Respire con normalidad durante todo el proceso. Empecemos.

Ahora configure una etiquetado de espín arterial, una secuencia SL farer con una adquisición de medio Fourier. Utilice un esquema de imagen de eco de espín turbo de disparo único, como HASTE, para adquirir datos de perfusión pulmonar regional. Luego, seleccione el plano sagital de la porción del pulmón derecho donde la distancia de anterior a posterior sea la mayor.

Un grosor de corte de 15 milímetros y un campo de visión de 40 centímetros por 40 centímetros es típico. Aquí, las exploraciones se realizan utilizando un escáner GE HDX ex excite twin speed de 1,5 tesla. El sujeto escuchará una serie de sonidos fuertes de golpeteo en pares.

Hay un intervalo de cinco segundos entre estos golpes durante el cual el sujeto debe completar un ciclo respiratorio. Inspire, luego exhale hasta la capacidad residual funcional. Durante el sonido de golpe, el sujeto debe contener la respiración y mantenerse en el volumen pulmonar de la CRF.

Aunque los sujetos se familiarizan con la técnica de respiración antes del escaneo, la primera adquisición de imágenes debe ser una prueba para que el sujeto pueda practicar la respiración y la retención del aliento dentro del escáner. El operador de RM debe evaluar la calidad de las imágenes pulmonares en función del movimiento del diafragma. Si el movimiento es mínimo, se pueden iniciar las mediciones de A SL mientras se realiza el escaneo.

El objetivo aproximado. Un volumen tidal de 500 mililitros es consistente con una ventilación normal. En la secuencia A SL.

Se adquieren dos imágenes cardiacamente sincronizadas diferentes. El momento de la imagen, correspondiente al 80 % del intervalo RR, debe establecerse individualmente para cada sujeto y condición experimental, y asegura que la imagen contenga señal sanguínea proveniente de un único período de eyección sistólica cuando se restan las dos imágenes, cancelando así la señal estacionaria. El resultado es un mapa cuantitativo de la sangre entregada al plano de imagen dentro de un único período de eyección sistólica.

Además de las imágenes de A SL, adquiera una imagen de densidad de protones del pulmón utilizando una secuencia de eco de gradiente rápido con múltiples ecos. La medición de la densidad de protones permite expresar las mediciones de perfusión en mililitros por minuto por gramo y tiene en cuenta la deformación del tejido pulmonar. Dentro del tórax, el sujeto escuchará un ruido continuo que durará aproximadamente 10 segundos durante este escaneo y deberá contener la respiración y permanecer en la capacidad residual funcional (FRC) durante toda la duración del ruido.

Relájese, respire normalmente, eso se veía bien para este experimento. Los gases de normoxia o aire ambiente, hipoxia e hiperoxia se presentan en orden equilibrado entre los sujetos. Aunque estos pueden variarse entre sujetos si se desea, un sujeto debe respirar un gas determinado durante aproximadamente 20 minutos para establecer condiciones de estado estable en el tejido pulmonar antes de adquirir las mediciones por RM de perfusión y densidad de protones.

Luego siga el mismo protocolo de imagen descrito en la sección anterior, eligiéndose el período de 20 minutos de exposición al gas antes de la adquisición de imágenes. Debido a que aunque la iniciación de la respuesta de vasoconstricción pulmonar hipóxica ocurre en cuestión de segundos, la respuesta a la hipoxia alveolar no es máxima hasta aproximadamente 20 minutos, lo cual es consistente con el objetivo de este estudio particular. El posprocesamiento puede realizarse utilizando un software personalizado desarrollado en MATLAB mediante el uso de las imágenes MGRE emparejadas provenientes de la bobina corporal homogénea y la bobina torácica no homogénea.

Todas las imágenes de flujo sanguíneo y de densidad de protones pueden corregirse por la inhomogeneidad de la bobina en una base individual, sujeto por sujeto. Una vez que la imagen aSL sustraída se corrige por la inhomogeneidad de la bobina, el flujo sanguíneo pulmonar regional puede cuantificarse en mililitros de sangre por minuto por vóxel. Luego pueden crearse imágenes de perfusión normalizadas por densidad.

La perfusión normalizada por densidad se expresa en unidades de mililitros de sangre por minuto por gramo de agua, y se calcula dividiendo la imagen A SL por la imagen de densidad de protones para obtener las imágenes de perfusión en mililitros por minuto por gramo de pulmón. Por ejemplo, aquí se muestran los datos fisiológicos. La frecuencia cardíaca aumentó en hipoxia y la saturación disminuyó. La ventilación fue de 8,31 litros por minuto.

BTPS durante la hipoxia, 7,04 litros por minuto durante la normoxia y 6,64 litros por minuto. Durante la hiperoxia, el volumen tidal fue de 0,76 litros para la hipoxia, 0,69 litros para la normoxia y 0,67 litros para la hiperoxia. La exposición a la hipoxia aumenta tanto la ventilación como el volumen tidal, mientras que la hiperoxia disminuye la ventilación y el volumen tidal.

Se muestran aquí tres imágenes de perfusión normalizadas por densidad obtenidas de un sujeto bajo tres concentraciones diferentes de oxígeno inspirado. Los resultados del análisis de datos de la heterogeneidad de la perfusión se presentan en la tabla dos. Puede observarse que la hipoxia aumentó la dispersión relativa; sin embargo, los demás índices permanecieron en gran medida sin cambios.

Una vez dominada, esta técnica puede completarse en menos de dos horas si se realiza adecuadamente. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo medir la perfusión pulmonar y realizar otros estudios fisiológicos dentro del entorno del MR.Scanner.