Quantificação Imagem por Ressonância Magnética de perfusão pulmonar usando Labeling rotação Calibrado Arterial

O objetivo geral do experimento a seguir é utilizar técnicas fisiológicas combinadas com imagem por ressonância magnética para medir, de forma não invasiva, a distribuição da perfusão pulmonar sob diferentes condições de oxigênio inspirado. Isso é alcançado primeiramente treinando um sujeito para segurar a respiração na capacidade residual funcional durante a aquisição de imagens e para respirar durante o intervalo entre as imagens, permitindo a coleta de múltiplas imagens. Como segundo passo, coloca-se uma máscara facial no sujeito e conectam-se os tubos inspiratório e expiratório para fornecer ao sujeito diferentes misturas gasosas e coletar amostras de gás expirado, a fim de realizar medições metabólicas.

A seguir, no scanner de ressonância magnética, após uma imagem localizadora, são utilizadas a marcação por inversão arterial e as sequências de gradiente rápido com eco múltiplo para obter imagens de fluxo sanguíneo pulmonar e de densidade de prótons. As imagens resultantes são quantificadas para fornecer a distribuição do fluxo sanguíneo pulmonar expressa em mililitros por minuto por grama, derivada de duas imagens de RM diferentes. A principal vantagem desta técnica é que a perfusão pulmonar é medida in vivo de forma não invasiva, sem exposição à radiação ionizante, permitindo medições repetidas.

Este método pode fornecer informações sobre os mecanismos que controlam a distribuição espacial da perfusão pulmonar, e também pode ser utilizado para estudar outros mecanismos fisiológicos dentro do ambiente de varredura por MS. Demonstrando os procedimentos hoje estarão TSIA rye, o estudante de pós-graduação Sebastian Verta e RU Carlos SA, pesquisadores pós-doutorais do nosso laboratório. Antes de realizar o experimento, obtenha primeiro o consentimento escrito e informado do sujeito da pesquisa e peça a ele ou ela para preencher um formulário de triagem de segurança para ressonância magnética.

Realize também um exame físico, um teste de função pulmonar e uma sessão de treinamento na qual o sujeito aprende como segurar a respiração na capacidade residual funcional, ou CRF. Comece a montar o equipamento respiratório colocando primeiramente a máscara no rosto do sujeito. Com um acessório em forma de malha, a máscara é equipada com uma válvula pré-esterilizada, não reutilizável, e tubos.

Certifique-se de verificar a máscara quanto a vazamentos. Monte as bolsas de gás na sala do scanner e conecte-as a um tanque na sala do console de ressonância magnética. Isso deve ser configurado de modo que o pesquisador possa adicionar gás à bolsa por meio do manuseio do tanque de gás.

O regulador deve garantir que o saco de gás esteja à vista. Durante o experimento, o pesquisador deve monitorar o saco através da janela da sala de controle para assegurar que o volume de gás seja suficiente. Caso contrário, o sujeito pode não ser capaz de inspirar a fração de oxigênio inspirado; os gases hiperoxígenados e hipóxicos, neste caso, são 1,0 e 0,125, respectivamente, e o ar ambiente pode ser utilizado para o gás normóxico.

Assegure que o tubo respiratório expiratório seja suficientemente longo para se conectar do sujeito no escâner de RM, através de uma guia de onda, até o carrinho metabólico na sala de controle da RM. O carrinho metabólico mostrado aqui mede o volume de ar expirado, bem como as concentrações de oxigênio e dióxido de carbono expiratórios mistos. Com base nesses parâmetros, ele também calcula diversos volumes respiratórios.

EG, o volume corrente VO₂, VC O₂, bem como o quociente respiratório. Peça ao sujeito que se deite em decúbito supino, com os pés voltados para a frente, sobre a maca do scanner, e utilize travesseiros e almofadas de espuma para maximizar o conforto. Em seguida, conecte o tubo respiratório inspiratório ao lado inspiratório da máscara do sujeito.

O tubo será usado para administrar gases hiperoxígenados e hipóxicos ou ar normóxico provenientes de sacos de Mylar por meio de uma válvula de comutação. Coloque também um eletrodo de ECG no tórax do sujeito. Isso permitirá que a sequência de marcação por rotação arterial de RM seja sincronizada com o complexo QRS no eletrocardiograma do sujeito.

Certifique-se de verificar a válvula para garantir que ela esteja funcionando normalmente. Forneça protetores auriculares para proteger o sujeito do ruído do escâner. Além disso, como o sujeito está usando uma máscara e não pode se comunicar facilmente com a equipe do estudo, posicione uma bola de compressão na mão do sujeito e fixe-a com fita adesiva.

Isso permite a comunicação com os investigadores caso seja necessária alguma assistência. Por último, coloque um oxímetro de pulso no dedo do sujeito para monitorar a saturação de oxigênio, o que é essencial quando o sujeito é exposto à hipóxia. Agora, coloque dois Mr Phantoms no tórax do sujeito.

Esses fantasmas devem ser utilizados para quantificar o sinal de RM durante o pós-processamento. Em seguida, posicione a bobina de tronco sobre os fantasmas. A bobina de tronco é usada para aumentar a relação sinal-ruído da imagem de RM em comparação com a bobina corporal, reduzindo a distância física entre o receptor e o sujeito.

Por fim, cubra o sujeito com um cobertor para garantir conforto antes de enviá-lo para o centro do orifício do scanner de RM. Uma vez que o sujeito esteja dentro do scanner, o operador deve conversar frequentemente com ele para assegurar que esteja confortável e lembrá-lo de usar a bola de compressão caso precise de assistência. E vamos nos preparar para a localização, que é o primeiro exame.

Vai demorar cerca de 30 segundos. Quero que você apenas relaxe e respire normalmente enquanto todos os estalos e cliques ocorrem. Certifique-se de monitorar o ECG, saturação de oxigênio, volume corrente VO₂ e VCO₂. Os primeiros minutos de monitoramento são especialmente importantes para garantir dados de boa qualidade.

Se esses valores estiverem fora dos valores esperados, a calibração deve ser repetida e a máscara facial e as tubulações devem ser verificadas quanto a vazamentos. Primeiro, adquira uma sequência localizadora para obter as imagens anatômicas no tronco do sujeito. Esta será uma localização que dura cerca de 20 segundos.

Apenas relaxe. Respire normalmente durante todo o processo. Vamos lá.

Agora configure uma marcação por saturação arterial, uma sequência SL farer com aquisição por meio de Fourier. Utilize um esquema de imagem por eco de spin turbo de disparo único, como o haste, para adquirir dados regionais de perfusão pulmonar. Em seguida, selecione o plano sagital da porção do pulmão direito onde a distância de anterior para posterior é a maior.

Uma espessura de corte de 15 milímetros e um campo de visão de 40 centímetros por 40 centímetros é típico. Aqui, as imagens são adquiridas usando um scanner GE HDX ex excite twin speed de 1,5 Tesla. O sujeito ouvirá uma série de sons altos de batida em pares.

Existe um intervalo de cinco segundos entre essas batidas durante o qual o sujeito deve completar um ciclo respiratório. Inspire, depois expire até a capacidade residual funcional. Durante o som de batida, o sujeito deve prender a respiração e permanecer no volume pulmonar da CRF.

Embora os sujeitos sejam familiarizados com a técnica respiratória antes da aquisição de imagens, a primeira aquisição deve ser uma corrida de teste para que o sujeito possa praticar a respiração e a apneia enquanto estiver no scanner. O operador de RM deve avaliar a qualidade das imagens pulmonares com base no movimento do diafragma. Se o movimento for mínimo, as medições de A SL podem começar a monitorar o volume corrente durante a aquisição.

O volume corrente aproximado. Um volume tidal de 500 mililitros é compatível com ventilação normal. Na sequência A SL.

São adquiridas duas imagens cardíacas sincronizadas diferentes. O tempo de aquisição da imagem em 80% do intervalo RR deve ser ajustado individualmente para cada sujeito e condição experimental, garantindo que a imagem contenha sinal sanguíneo de um único período de ejeção sistólica quando as duas imagens forem subtraídas, cancelando assim o sinal estacionário. O resultado é um mapa quantitativo do sangue entregue ao plano da imagem dentro de um único período de ejeção sistólica.

Além das imagens SL A, adquira uma imagem de densidade de prótons pulmonar utilizando uma sequência de eco rápido de gradiente multifásica. A medição da densidade de prótons permite que as medidas de perfusão sejam expressas em mililitros por minuto por grama e leva em consideração a deformação do tecido pulmonar. Dentro do tórax, o sujeito ouvirá um ruído contínuo que durará aproximadamente 10 segundos durante este exame e deverá prender a respiração e permanecer na CRF durante todo o período do ruído.

Relaxe, respire normalmente, ficou ótimo para este experimento. Os gases de normóxia ou ar ambiente, hipóxia e hiperoxia são apresentados em ordem balanceada entre os indivíduos. Embora esses gases possam ser variados entre os indivíduos, se desejado, um indivíduo deve respirar um determinado gás por cerca de 20 minutos para estabelecer condições de estado estacionário nos tecidos pulmonares antes da aquisição das medidas de ressonância magnética da perfusão e da densidade de prótons.

Em seguida, siga o mesmo protocolo de aquisição de imagens descrito na seção anterior, escolhendo o período de 20 minutos de exposição ao gás antes da aquisição. Isso porque, embora o início da resposta de vasoconstrição pulmonar hipóxica ocorra em segundos, a resposta à hipóxia alveolar não atinge seu valor máximo até aproximadamente 20 minutos, o que é consistente com o objetivo deste estudo específico. O pós-processamento pode ser realizado utilizando um software personalizado desenvolvido em MATLAB, com base nas imagens MGRE pareadas obtidas pela bobina corporal homogênea e pela bobina torácica não homogênea.

Todas as imagens de fluxo sanguíneo e densidade de prótons podem ser corrigidas quanto à não homogeneidade da bobina em uma base individual, sujeito por sujeito. Uma vez que a imagem SL subtraída é corrigida quanto à não homogeneidade da bobina, o fluxo sanguíneo pulmonar regional pode ser quantificado em mililitros de sangue por minuto por vóxel. Em seguida, podem ser criadas imagens de perfusão normalizadas por densidade.

A perfusão normalizada pela densidade é expressa em unidades de mililitros de sangue por minuto por grama de água e é calculada dividindo-se a imagem A SL pela imagem de densidade de prótons, fornecendo as imagens de perfusão em mililitros por minuto por grama de pulmão. Por exemplo, aqui são apresentados dados fisiológicos. A frequência cardíaca aumentou na hipóxia e a saturação diminuiu. A ventilação foi de 8,31 litros por minuto.

BTPS durante hipóxia, 7,04 litros por minuto durante normóxia e 6,64 litros por minuto. Durante hiperóxia, o volume corrente foi de 0,76 litros na hipóxia, 0,69 litros na normóxia e 0,67 litros na hiperóxia. A exposição à hipóxia aumenta tanto a ventilação quanto o volume corrente, enquanto a hiperóxia reduz a ventilação e o volume corrente.

Três imagens de perfusão normalizadas por densidade, coletadas de um mesmo indivíduo sob três concentrações diferentes de oxigênio inspirado, são mostradas aqui. Os resultados da análise dos dados da heterogeneidade da perfusão estão apresentados na tabela dois. Pode-se observar que a hipóxia aumentou a dispersão relativa; no entanto, os outros índices permaneceram amplamente inalterados.

Uma vez dominada, essa técnica pode ser concluída em menos de duas horas se realizada corretamente. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como medir a perfusão pulmonar e realizar outros estudos fisiológicos no ambiente do MR.Scanner.