Quantification magnétique Imagerie par Résonance de la perfusion pulmonaire en utilisant Calibré marquage de spins artériels

L'objectif général de l'expérience suivante est d'utiliser des techniques physiologiques combinées à l'imagerie par résonance magnétique pour mesurer de façon non invasive la distribution de la perfusion pulmonaire dans différentes conditions d'oxygène inspiré. Cela est réalisé en premier lieu en entraînant un sujet à suspendre sa respiration à la capacité résiduelle fonctionnelle pendant l'acquisition d'images, puis à respirer durant l'intervalle entre les images afin de permettre la collecte de plusieurs images. Dans un deuxième temps, le sujet est équipé d'un masque facial et les tubulures inspiratoire et expiratoire sont fixées afin de fournir au sujet des mélanges gazeux différents et de recueillir des échantillons de gaz expirés pour effectuer des mesures métaboliques.

Ensuite, dans le scanner IRM, après une image localisatrice, le marquage par inversion des spins artériels et les séquences d'écho rapide à gradient multi-écho sont utilisés afin d'obtenir des images de flux sanguin pulmonaire et de densité de protons. Les images obtenues sont quantifiées pour fournir la distribution du flux sanguin pulmonaire exprimée en millilitres par minute par gramme, dérivée de deux images IRM différentes. Le principal avantage de cette technique est que la perfusion pulmonaire est mesurée de façon non invasive in vivo, sans exposition aux rayonnements ionisants, permettant ainsi des mesures répétées.

Cette méthode peut fournir des informations sur les mécanismes qui contrôlent la répartition spatiale de la perfusion pulmonaire, et elle peut également être utilisée pour étudier d'autres mécanismes physiologiques dans l'environnement d'analyse par IRM. Les procédures seront démontrées aujourd'hui par TSIA rye, l'étudiant diplômé Sebastian Verta et le postdoctorant RU Carlos SA, tous deux membres de notre laboratoire. Avant de réaliser l'expérience, obtenez d'abord le consentement écrit et éclairé du sujet de recherche et faites-lui remplir un formulaire de dépistage de sécurité pour l'IRM.

Effectuez également un examen physique, un test de fonction pulmonaire et une séance d'entraînement au cours de laquelle le sujet apprend à retenir sa respiration à la capacité résiduelle fonctionnelle, ou CRF. Commencez ensuite à installer l'appareil respiratoire en fixant d'abord le masque sur le visage du sujet. Équipé d'un accessoire en maille, le masque comporte une valve stérilisée préalablement et non réutilisable, ainsi que des tubes.

Vérifiez soigneusement le masque afin de détecter d'éventuelles fuites. Installez les poches à gaz dans la salle du scanner et reliez-les à un réservoir situé dans la salle de la console d'IRM. Ce dispositif doit permettre au chercheur d'ajouter du gaz dans la poche en manipulant le réservoir de gaz.

Le régulateur s'assure que le sac à gaz est bien en vue. Comme pendant l'expérience, l'investigateur doit surveiller le sac à travers la fenêtre de la salle de contrôle pour s'assurer que le volume de gaz est suffisant. Sinon, le sujet pourrait ne pas être en mesure d'inspirer la fraction d'oxygène inspiré ; dans ce cas, les gaz hyperoxiques et hypoxiques sont respectivement de 1,0 et 0,125, et l'air ambiant peut être utilisé pour le gaz normoxique.

Veillez à ce que le tube respiratoire expiratoire soit suffisamment long pour relier le sujet dans le scanner IRM, en passant par un guide d'ondes, jusqu'au chariot métabolique situé dans la salle de commande IRM. Le chariot métabolique illustré ici mesure le volume d'air expiré ainsi que les concentrations mixtes en oxygène et en dioxyde de carbone dans l'air expiré. À partir de ces paramètres, il calcule également divers volumes respiratoires.

EG, le volume courant VO₂, ainsi que le quotient respiratoire. Demander au sujet de s’allonger en position supine, les pieds en premier sur la table du scanner, et utiliser des oreillers et des coussinets en mousse pour maximiser le confort. Ensuite, relier le tube respiratoire inspiratoire au côté inspiratoire du masque du sujet.

Le tube servira à administrer soit des gaz hyperoxiques et hypoxiques, soit de l'air normoxique provenant des poches en Mylar via une vanne de commutation. Placez également un électrode EKG sur la poitrine du sujet. Cela permettra de synchroniser la séquence d'imagerie par marquage artériel sur le complexe QRS de l'électrocardiogramme du sujet.

Veillez à vérifier la valve afin de vous assurer qu'elle fonctionne normalement. Fournissez des bouchons d'oreilles pour protéger le sujet du bruit du scanner. En outre, comme le sujet porte un masque et ne peut pas facilement communiquer avec le personnel de l'étude, placez une balle de compression dans la main du sujet et fixez-la avec du ruban adhésif.

Cela permet la communication avec les investigateurs en cas de besoin d'assistance. Enfin, placer un oxymètre de pouls sur le doigt du sujet pour surveiller la saturation en oxygène, ce qui est essentiel lorsque le sujet est exposé à l'hypoxie. Maintenant, placer deux Mr Phantoms sur la poitrine du sujet.

Ces fantômes doivent être utilisés pour quantifier le signal IRM lors du post-traitement. Ensuite, placer la bobine du tronc au-dessus des fantômes. La bobine du tronc sert à augmenter le rapport signal sur bruit de l'image IRM par rapport à la bobine corporelle, en réduisant la distance physique entre le récepteur et le sujet.

Enfin, couvrez le sujet avec une couverture pour assurer son confort avant de l'envoyer au centre du tunnel de l'appareil d'IRM. Une fois que le sujet est dans l'appareil, l'opérateur doit lui parler fréquemment afin de s'assurer qu'il est à l'aise et lui rappeler d'utiliser la balle de pression en cas de besoin d'assistance. Ensuite, nous allons configurer le localisateur, qui correspond au premier examen.

Il faudra environ 30 secondes. Je vous demande de vous détendre et de respirer normalement pendant que les bruits forts et les clics se produisent. Veillez à surveiller l'ECG, la saturation en oxygène, le volume courant, le VO₂ et le VCO₂. Les premières minutes de surveillance sont particulièrement importantes pour garantir des données de bonne qualité.

Si ces valeurs sont en dehors des valeurs attendues, l'étalonnage doit être refait et le masque facial et les tubulures doivent être vérifiés pour détecter d'éventuelles fuites. Commencez par acquérir une séquence de localisation afin d'obtenir les images anatomiques du tronc du sujet. Cette localisation durera environ 20 secondes.

Relaxez-vous simplement. Respirez normalement pendant toute la durée. Nous y allons.

Configurez maintenant un marquage par inversion du flux sanguin artériel, une séquence SL farer avec une acquisition en demi-Fourier. Utilisez un schéma d'imagerie en écho de spin turbo monodéclenchement tel que HASTE pour acquérir des données de perfusion pulmonaire régionale. Ensuite, sélectionnez le plan sagittal à partir de la portion du poumon droit où la distance antéro-postérieure est la plus grande.

Une épaisseur de coupe de 15 millimètres et un champ de vision de 40 centimètres sur 40 centimètres sont typiques. Ici, les examens sont réalisés à l’aide d’un scanner GE HDX ex excite twin speed de 1,5 Tesla. Le sujet entendra une série de bruits forts de martèlement, par paires.

Il y a un intervalle de cinq secondes entre ces coups, durant lequel le sujet doit effectuer un cycle respiratoire complet. Inspirez, puis expirez jusqu’à la capacité résiduelle fonctionnelle. Pendant le bruit de martèlement, le sujet doit retenir sa respiration et maintenir un volume pulmonaire correspondant à la CRF.

Bien que les sujets soient familiarisés avec la technique respiratoire avant l'acquisition d'images, la première série doit servir de test afin que le sujet puisse s'exercer à la respiration et aux apnées tout en étant dans le scanner. L'opérateur IRM doit évaluer la qualité des images pulmonaires en fonction du mouvement du diaphragme. Si le mouvement est minimal, les mesures A SL peuvent commencer à surveiller le volume courant pendant l'acquisition.

Le volume cible approximatif. Un volume courant de 500 millilitres est compatible avec une ventilation normale. Dans la séquence A SL.

Deux images cardiaques synchronisées différentes sont acquises. Le moment d'acquisition de l'image, fixé à 80 % de l'intervalle RR, doit être réglé individuellement pour chaque sujet et chaque condition expérimentale, afin de garantir que l'image contient le signal sanguin provenant d'une seule période d'éjection systolique ; lorsque les deux images sont soustraites, cela permet d'annuler le signal stationnaire. Le résultat est une carte quantitative du sang délivré au plan d'image au cours d'une période d'éjection systolique.

En complément des images SL A, acquérez une image de densité protonique pulmonaire à l'aide d'une séquence d'écho de gradient rapide multi-écho. La mesure de la densité protonique permet d'exprimer les mesures de perfusion en millilitres par minute par gramme et tient compte de la déformation du tissu pulmonaire. À l'intérieur du thorax, le sujet entendra un bruit continu qui durera environ 10 secondes pendant cet examen et devra retenir sa respiration et rester au niveau de la CRF pendant toute la durée du bruit.

Relaxez-vous, respirez normalement, c'était très bien pour cette expérience. Les gaz de la normoxie ou de l'air ambiant, de l'hypoxie et de l'hyperoxie sont présentés en ordre équilibré entre les sujets. Bien que ces gaz puissent être modifiés entre les sujets si désiré, un sujet doit respirer un gaz particulier pendant environ 20 minutes afin d'établir des conditions d'état stable dans le tissu pulmonaire avant l'acquisition des mesures IRM de perfusion et de densité de protons.

Ensuite, suivez le même protocole d'imagerie décrit dans la section précédente, en choisissant une période d'exposition au gaz de 20 minutes avant l'imagerie. En effet, bien que l'initiation de la réponse de vasoconstriction pulmonaire hypoxique se produise en quelques secondes, la réponse à l'hypoxie alvéolaire n'est maximale qu'après environ 20 minutes, ce qui est conforme à l'objectif de cette étude particulière. Le post-traitement peut être effectué à l'aide d'un logiciel personnalisé développé sous MATLAB en utilisant les images MGRE appariées provenant de la bobine corporelle homogène et de la bobine thoracique hétérogène.

Toutes les images de flux sanguin et de densité de protons peuvent être corrigées, au cas par cas, pour l'inhomogénéité de la bobine. Une fois que l'image aSL soustraite a été corrigée pour l'inhomogénéité de la bobine, le flux sanguin pulmonaire régional peut être quantifié en millilitres de sang par minute par voxel. Ensuite, des images de perfusion normalisées par la densité peuvent être créées.

La perfusion normalisée par la densité s'exprime en millilitres de sang par minute par gramme d'eau, et est calculée en divisant l'image A SL par l'image de densité de protons afin d'obtenir les images de perfusion en millilitres par minute par gramme de poumon. Par exemple, les données physiologiques sont présentées ici. La fréquence cardiaque a augmenté en cas d'hypoxie et la saturation a diminué. La ventilation était de 8,31 litres par minute.

BTPS pendant l'hypoxie, 7,04 litres par minute pendant la normoxie et 6,64 litres par minute. Pendant l'hyperoxie, le volume courant était de 0,76 litre pour l'hypoxie, 0,69 litre pour la normoxie et 0,67 litre pour l'hyperoxie. L'exposition à l'hypoxie augmente à la fois la ventilation et le volume courant, tandis que l'hyperoxie diminue la ventilation et le volume courant.

Trois images de perfusion normalisées par la densité, recueillies chez un sujet sous trois concentrations différentes d'oxygène inspiré, sont présentées ici. Les résultats de l'analyse des données concernant l'hétérogénéité de la perfusion figurent dans le tableau deux. On observe que l'hypoxie a augmenté la dispersion relative ; toutefois, les autres indices étaient largement inchangés.

Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en moins de deux heures si elle est effectuée correctement. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment mesurer la perfusion pulmonaire et réaliser d'autres études physiologiques dans l'environnement du scanner IRM.