Magnetic Resonance Imaging Kwantificering van pulmonale perfusie met geijkte Arterial Spin Labeling

Het algemene doel van het volgende experiment is om fysiologische technieken te combineren met magnetic resonance imaging om de distributie van de pulmonale perfusie non-invasief te meten onder verschillende geïnspireerde zuurstofcondities. Dit wordt bereikt door een proefpersoon eerst te trainen om tijdens de beeldacquisitie de adem vast te houden bij de functionele residuele capaciteit, en tijdens het interval tussen de beelden adem te halen om de verzameling van meerdere beelden mogelijk te maken. Als tweede stap wordt de proefpersoon voorzien van een gezichtsmasker, waarbij de inspiratoire en expiratoire slangen worden bevestigd om de verschillende gasmengsels aan de proefpersoon toe te dienen en expiratoire gasmonsters te verzamelen voor metabole metingen.

Vervolgens worden in de MRI-scanner, na een localizer-beeld, arteriële spinlabeling en multi-echo fast gradient echo-sequenties gebruikt om beelden van de pulmonale bloedstroom en protonendichtheid te verkrijgen. De resulterende beelden worden gekwantificeerd om de distributie van de pulmonale bloedstroom te bepalen, uitgedrukt in milliliters per minuut per gram, afgeleid van de twee verschillende MR-beelden. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat de pulmonale perfusie non-invasief in vivo wordt gemeten zonder blootstelling aan ioniserende straling, waardoor herhaalde metingen mogelijk zijn.

Deze methode kan inzicht bieden in de mechanismen die de ruimtelijke distributie van de pulmonale perfusie beheersen, en kan ook worden gebruikt om andere fysiologische mechanismen binnen de MS-scanomgeving te bestuderen. De procedures worden vandaag gedemonstreerd door TSIA rye, promovendus Sebastian Verta en RU Carlos SA, postdoctoral fellows uit ons laboratorium. Voordat het experiment wordt uitgevoerd, dient er eerst schriftelijke en geïnformeerde toestemming van de proefpersoon te worden verkregen en moet hij of zij een MRI-veiligheidsscreeningsformulier invullen.

Voer daarnaast een lichamelijk onderzoek, een longfunctietest en een trainingssessie uit waarbij de proefpersoon leert hoe hij of zij de adem moet inhouden bij de functionele residuele capaciteit (FRC). Begin met het installeren van de ademhalingsapparatuur door eerst het masker op het gezicht van de proefpersoon te passen. Met een gaasbevestiging is het masker voorzien van een vooraf gesteriliseerde non-rebreathingklep en slangen.

Controleer het masker zorgvuldig op lekken. Plaats de gaszakken in de scannerruimte en verbind deze met een tank in de MRI-consolekamer. Dit dient zo te worden ingericht dat de onderzoeker gas aan de zak kan toevoegen door middel van bediening van de gastank.

Controleer of de gaszak in het zicht is. Tijdens het experiment moet de onderzoeker de zak via het raam van de consolekamer bewaken om er zeker van te zijn dat het gasvolume voldoende is. Anders is de proefpersoon mogelijk niet in staat om de fractie geïnhaleerde zuurstof in te ademen; voor hyperoxische en hypoxische gassen zijn deze respectievelijk 1,0 en 0,125, en voor het normoxische gas kan omgevingslucht worden gebruikt.

Zorg ervoor dat de uitademingsbuis voldoende lang is om de proefpersoon in de MR-scanner via een golfgeleider te verbinden met de metabole meetwagen in de MR-consoleruimte. De hier getoonde metabole meetwagen meet het volume van de uitgeademde lucht en de mengconcentraties van uitgeademde zuurstof en kooldioxide. Op basis van deze parameters berekent het apparaat tevens diverse respiratoire volumes.

EG, het teugvolume VO₂ en de respiratoire quotiënt. Laat de proefpersoon in rugligging met de voeten eerst op de scantafel liggen en gebruik kussens en schuimkussentjes om het comfort te maximaliseren. Sluit vervolgens de inspiratoire beademingsslang aan op de inspiratoire zijde van het masker van de proefpersoon.

De tube zal worden gebruikt om via een schakelklep ofwel hyperoxische en hypoxische gassen of normoxische lucht uit de Mylar-zakken toe te dienen. Plaats daarnaast een EKG-pad op de borst van de proefpersoon. Dit maakt het mogelijk om de arteriele spin labeling Mr.Sequence te synchroniseren met het QRS-complex in het elektrocardiogram van de proefpersoon.

Controleer de klep om er zeker van te zijn dat deze normaal functioneert. Voorzie de proefpersoon van oordopjes om deze te beschermen tegen het geluid van de scanner. Omdat de proefpersoon een masker draagt en niet gemakkelijk met het studiepersoneel kan communiceren, moet er bovendien een knijpbal in de hand van de proefpersoon worden geplaatst en met tape worden vastgezet.

Dit maakt communicatie met de onderzoekers mogelijk indien assistentie nodig is. Plaats tot slot een pulsoximeter op de vinger van de proefpersoon om de zuurstofsaturatie te bewaken, wat cruciaal is wanneer de proefpersoon wordt blootgesteld aan hypoxie. Plaats nu twee Mr Phantoms op de borst van de proefpersoon.

Deze phantoms moeten worden gebruikt om het MR-signaal tijdens de post-processing te kwantificeren. Plaats vervolgens de torso-spoel over de phantoms. De torso-spoel wordt gebruikt om de signaal-ruisverhouding van het MR-beeld te verhogen ten opzichte van de lichaamspoel door de fysieke afstand tussen de ontvanger en het subject te verkleinen.

Bedek ten slotte de proefpersoon met een kleed om het comfort te waarborgen voordat hij of zij naar het midden van de MR-scannerbore wordt geschoven. Zodra de proefpersoon in de scanner ligt, dient de operator regelmatig met de persoon te communiceren om te controleren of hij of zij zich comfortabel voelt en om de proefpersoon eraan te herinneren de drukballon te gebruiken als er hulp nodig is. Vervolgens stellen we de localizer in, wat de eerste scan is.

Het zal ongeveer 30 seconden duren. Ik wil dat u zich ontspant en normaal blijft ademhalen terwijl alle knallen en klikjes plaatsvinden. Zorg ervoor dat het EKG, de zuurstofsaturatie, het tidal volume, VO₂ en VCO₂ worden gemonitord. De eerste minuten van de monitoring zijn bijzonder belangrijk om gegevens van goede kwaliteit te garanderen.

Indien deze waarden afwijken van de verwachte waarden, moet de kalibratie opnieuw worden uitgevoerd en het gezichtsmasker en de slang worden gecontroleerd op lekken. Verwerf eerst een localizer-sequentie om de anatomische beelden van de torso van het subject te verkrijgen. Deze localizer duurt ongeveer 20 seconden.

Ontspan u maar. Blijf tijdens de procedure normaal ademen. We gaan beginnen.

Stel nu een arteriële spinlabeling in, een SL-farer sequentie met een halve Fourier-acquisitie. Gebruik een single-shot turbo spin-echo imaging-schema, zoals haste, om regionale pulmonale perfusiegegevens te verkrijgen. Selecteer vervolgens het sagittale vlak in het deel van de rechterlong waar de afstand van anterior naar posterior het grootst is.

Een plakdikte van 15 millimeter en een gezichtsveld van 40 centimeter bij 40 centimeter is gebruikelijk. Hier worden scans verkregen met een 1.5 Tesla GE HDX ex excite twin speed scanner. De proefpersoon zal een reeks luide kloppende geluiden in paren horen.

Er is een interval van vijf seconden tussen deze knallen waarin de proefpersoon één ademhalingscyclus moet voltooien. Adem in en adem vervolgens uit tot de functionele residuele capaciteit. Tijdens het knallende geluid moet de proefpersoon de adem inhouden en het longvolume op FRC houden.

Hoewel de proefpersonen vóór het scannen vertrouwd worden gemaakt met de ademhalingstechniek, moet de eerste reeks beeldacquisities een testrun zijn, zodat de proefpersoon kan oefenen met de ademhaling en het inhouden van de adem terwijl hij of zij in de scanner ligt. De MR-operator dient de kwaliteit van de longbeelden te beoordelen op basis van de beweging van het diafragma. Als de beweging minimaal is, kunnen de ASL-metingen beginnen terwijl het teugvolume tijdens het scannen wordt gemonitord.

Het benaderde doel. Een teugvolume van 500 milliliters is consistent met een normale ventilatie. In de A SL-sequentie.

Er worden twee verschillende hart-gegate images verkregen. De beeldtiming van 80% van het RR-interval moet individueel worden ingesteld voor elk subject en elke experimentele conditie; dit zorgt ervoor dat het beeld het bloedsignaal van één systolische ejectieperiode bevat wanneer de twee beelden van elkaar worden afgetrokken, waardoor het stationaire signaal wordt geëlimineerd. Het resultaat is een kwantitatieve kaart van het bloed dat binnen één systolische ejectieperiode naar het beeldvlak wordt getransporteerd.

Verwerf, naast de ASL-beelden, een protondichtheidsbeeld van de longen met behulp van een multi-echo fast gradient echo-sequentie. De meting van de protondichtheid maakt het mogelijk om de perfusiemetingen uit te drukken in milliliters per minuut per gram en houdt rekening met de vervorming van het longweefsel. Binnen de thorax zal de proefpersoon tijdens deze scan een continu geluid horen dat ongeveer 10 seconden duurt; de proefpersoon moet gedurende dit geluid de adem inhouden en op FRC blijven.

Ontspan en adem normaal, dat zag er goed uit. Voor dit experiment worden gassen voor normoxie of kamerlucht, hypoxie en hyperoxie in een gebalanceerde volgorde tussen de proefpersonen gepresenteerd. Hoewel deze naar wens tussen proefpersonen kunnen variëren, moet een proefpersoon ongeveer 20 minuten een bepaald gas inademen om steady-state condities in het longweefsel te vestigen voordat de MR-metingen van perfusie en protonendichtheid worden uitgevoerd.

Volg vervolgens hetzelfde beeldvormingsprotocol als beschreven in de vorige sectie; er is gekozen voor een blootstellingsperiode van 20 minuten aan het gas vóór de beeldvorming. Hoewel de initiatie van de respons van hypoxische pulmonale vasoconstrictie binnen enkele seconden plaatsvindt, is de respons op alveolaire hypoxie pas na ongeveer 20 minuten maximaal, wat consistent is met het doel van deze specifieke studie. De nabewerking kan worden uitgevoerd met op MATLAB gebaseerde, speciaal ontwikkelde software, waarbij gebruik wordt gemaakt van de gepaarde MGRE-beelden van de homogene lichaamsspoel en de niet-homogene torso-spoel.

Alle bloedstroom- en protondichtheidsbeelden kunnen op individuele basis per subject worden gecorrigeerd voor spoelinhomogeniteit. Zodra het afgetrokken a SL-beeld is gecorrigeerd voor spoelinhomogeniteit, kan de regionale pulmonale bloedstroom worden gekwantificeerd in milliliters bloed per minuut per voxel. Vervolgens kunnen dichtheidsgenormaliseerde perfusiebeelden worden gemaakt.

Densiteitsgenormaliseerde perfusie wordt uitgedrukt in eenheden van milliliters bloed per minuut per gram water, en wordt berekend door het ASL-beeld te delen door het protondichtheidsbeeld om beelden van de perfusie in milliliters per minuut per gram longweefsel te verkrijgen; fysiologische gegevens zijn hier te zien. De hartslag was verhoogd bij hypoxie en de saturatie was verlaagd. De ventilatie bedroeg 8,31 liter per minuut.

BTPS tijdens hypoxie, 7,04 liters per minuut tijdens normoxie en 6,64 liters per minuut. Tijdens hyperoxie was het teugvolume 0,76 liters voor hypoxie, 0,69 liters voor normoxie en 0,67 liters voor hyperoxie. Blootstelling aan hypoxie verhoogt zowel de ventilatie als het teugvolume, terwijl hyperoxie de ventilatie en het teugvolume verlaagt.

Hier worden drie densiteitsgenormaliseerde perfusiebeelden getoond die bij één proefpersoon zijn verzameld onder drie verschillende geïnhaleerde zuurstofconcentraties. De resultaten van de data-analyse van de perfusieheterogeniteit zijn weergegeven in tabel twee. Er is te zien dat hypoxie de relatieve dispersie verhoogde, terwijl de overige indices grotendeels ongewijzigd bleven.

Zodra deze techniek onder de knie is, kan deze in minder dan twee uur worden voltooid als deze correct wordt uitgevoerd. Na het bekijken van deze video zou u een goed inzicht moeten hebben in het meten van de pulmonale perfusie en het uitvoeren van andere fysiologische studies binnen de MR.Scanner-omgeving.