detaljerede NMR-spektroskopiske målinger af 83kr T1-afslapning som funktion af Inhalationsvolumen
uden at specificere de tekniske aspekter af HP 83kr-produktion og gashåndtering, er det vigtigt at bemærke, at løbende udvikling af metoden har muliggjort raffinerede eksperimenter med højere kvalitet af de genererede data efterhånden som tiden skred frem. Sådanne forbedringer havde muliggjort en detaljeret undersøgelse af 83Kr T1 i lungen, dvs.kilden til den firkantede kontrast, præsenteret detaljeret i Ref. det udgjorde et kvantespring over den eksperimentelle opsætning, der tidligere blev rapporteret i Ref. , ikke kun på grund af den forbedrede tilsyneladende polarisering fra Papp=0,5% til Papp=1%, Bedre gashåndtering og større NMR-spoler (som ingen gradienter, hvor det er nødvendigt), men også på grund af forbedret protokol til afslapningsmålinger.
HP 83kr-signalet blev målt i serie på 32 små vippevinkler (12 liter) NMR-spektre med en afstand på 0,2 s fra hinanden, der begyndte før indånding med HP 83Kr og varede flere sekunder efter fuld indånding og åndedræt. I løbet af det indledende tidsrum viste fraværet af detekterbart NMR-signal, at HP 83Kr ikke blev tvunget ind i lungen under den indledende gasoverførsel til opbevaringsbeholder VB. Cirka 0,6 s efter påføring af et forudbestemt sugevolumen med ventilationssprøjten nåede lungerne det respektive stabile inhalationsvolumen Vi (dvs.modellering af et åndedrætshold). Efter nogen tid med lungeafvikling (typisk 0.2 s) udviste det observerede HP 83kr-signal et monoeksponentielt afslapningsforfald (ud over signalforfald forårsaget af de 12 liter vippevinkelimpulser) og datatilpasning i overensstemmelse hermed tilvejebragte 83kr T1 afslapningstider (se EKV. 19.3). Der blev ikke gjort noget forsøg på rumligt at løse afslapningsmålingerne, da der var behov for yderligere forbedringer af teknologien for at muliggøre meningsfuld HP 83KR MR-KVADRATKONTRAST (se afsnit “HP 83Kr firkantet T1-kontrast af en dyremodel af emfysem”). Protokollen leverede imidlertid meget reproducerbare data, der eliminerede meget af den foregående spredning i de målte T1-tider, fordi hele inhalationsprocessen blev overvåget, og et godt referencepunkt for slutningen af inhalationsperioden kunne bestemmes ud fra intensitetskurven. Data, der blev brugt i T1-armaturerne, blev udvidet til 2,6 s uden at overveje spektre indsamlet efter dette tidspunkt på grund af observeret afvigelse fra monoeksponentiel afslapningsadfærd, der sandsynligvis var forårsaget af væsentlige forskelle i afslapningsadfærd mellem luftvejsområderne og de større luftveje.
resultaterne af afslapningsmålingerne fra HP 83kr henfaldskurverne er opsummeret i Fig. 19.4 hvor datapunkterne viser 83kr T1-værdierne i rotte lunger som en funktion af inhalationsvolumen, der spænder fra Vi=3 til vi=20 mL. De fyldte cirkler repræsenterer eksperimenter, hvor et volumen Vi af HP-gasblanding var den eneste inhalerede gas (dvs.inhalationsskema 1). Bemærk, at hvert datapunkt er gennemsnittet af afslapningsmålinger fra udskårne lunger hos fem individuelle rotter (3 måneder gamle; 350-425 g) og af mindst to T1-fittings pr.inhalationsvolumen og prøve. Afslapningsdataene viser relativt lille afvigelse mellem individuelle rotter (vist som fejllinjer, der viser standardafvigelsen), der understreger den høje reproducerbarhed af eksperimenterne.
figur 19.4. (A) skitse af de forskellige inhalationsordninger, der enten dirigerer HP 83Kr mere mod luftvejene (skema 2) eller mod det høje S/V-åndedrætsområde (skema 3) sammenlignet med “almindelig” HP 83kr inhalation (skema 1). I skema 2 inhalerer lungerne først volumen Vidark af “mørk gas” (dvs., gas, der ikke kan påvises MR, typisk luft eller N2—angivet i rød farve) efterfulgt af HP 83Kr (vist i blå farve), hvilket resulterer i det samlede inhalationsvolumen Vi. skema 3 repræsenterer en “nitrogenjager” – type eksperiment, hvor inhalationen af HP 83kr efterfølges af et volumen på N2, hvilket igen resulterer i det samlede inhalationsvolumen Vi. (B) målt 83kr T1 afslapningstider som en funktion af inhalationsvolumen vi ved hjælp af eks vivo lunger og ventilationssystemet skitseret i Fig. 19.3. Bemærk inhalationsvolumenuafhængigheden af 83kr-afslapningen over Vi=10 mL med skema 1 og 3.
tilpasset med tilladelse fra Stupic KF, Elkins ND, Pavlovskaya GE, Repine JE, Meersmann T. virkninger af pulmonal indånding på hyperpolariseret krypton-83 magnetisk resonans T-1 afslapning. Phys Med Biol 2011; 56 (13): 3731-48. doi:10.1088/0031-9155/56/13/001. PubMed PMID: ISI: 000291866800003.
baseret på resultaterne med modeloverflader ville man naivt forudsige, at med stigende inhalationsvolumen, Vi, ville man finde T1-tiderne til også at stige, fordi ekspanderende alveoler formodentlig vil medføre, at S/V falder. De observerede T1-tider blev imidlertid enten kortere eller forblev konstante med stigende inhalationsvolumen. Det indledende fald i afslapningstider kan forklares ved det skiftende bidrag fra luftveje (lav S/V) og fra områder med høj S/Vs såsom åndedrætsregionen (dvs.de alveolære kanaler og de alveolære sække), herunder måske de mere distale luftveje såsom bronchioler og mindre bronchia. Ved lavt inhalationsvolumen bidrager luftvejene til en højere fraktion til det detekterede signal sammenlignet med store inhalationsvolumener, hvor signalet opstår overvældende fra alveolarområdet. Den målte afslapningstid kan være et” sandt ” gennemsnit fra afslapningen i de forskellige områder på grund af gasdiffusion, der forårsager hurtig udveksling mellem disse regioner. Alternativt kan afslapningstiderne i de forskellige områder simpelthen være tilstrækkeligt ens til at skabe indtryk af et monoeksponentielt signalfald. Under alle omstændigheder ser en enkelt tidskonstant ud til at give en god beskrivelse af 83kr langsgående afslapning. Med stigende inhalationsvolumen og dermed stigende bidrag fra alveolarområdet øges S/V, og T1-tidskonstanterne falder.
denne fortolkning understøttes yderligere af observationer foretaget med alternative inhalationsordninger, hvor enten ikke-HP (“mørk”) gas først inhaleres, som ikke kan observeres af MR efterfulgt af HP-gas (inhalationsskema 2) eller omvendt, hvor HP-gas efterfølges af mørk, ikke-detekterbar gas (dvs., et nitrogen-chaser eksperiment-eller inhalationsskema 3). Inhalationsskema 2 forventes at reducere mængden af HP 83Kr i det alveolære område, men ikke i luftvejene. Som følge heraf ville man forvente at observere længere T1 gange med inhalationsskema 2 end med skema 1. Dette observeres faktisk som vist af datapunkterne (trekanter) i Fig. 19.4. Afslapningstidsreduktionen er mere udtalt for Vidark=12 mL end for Vidark=6 mL. Desuden bliver T1-tiderne i skema 2 sammenlignelige med dem i inhalationsskema 1 ved de højeste inhalationsvolumener. Inhalationsskema 3, udført med samlede inhalationsvolumener Vi i området fra 9 til 20 mL, var designet til at undertrykke HP 83Kr-signalerne fra de større luftveje og for at øge bidraget fra HP-gas fra det alveolære område. Som med skema 1 falder T1-tiderne oprindeligt og stabiliseres til sidst ved et samlet inhalationsvolumen Vi på ca.12 mL. Dette skema fører imidlertid til hurtigere afslapningstider (åbne cirkler) med T1-kur 1,0 s for vi-kur 12 mL sammenlignet med tilsvarende værdi af T1-kur 1,3 s opnået med skema 1 For det samme inhalationsvolumen. Bemærk, at senere billeddannelseseksperimenter fandt en bimodal fordeling af afslapningstiderne med et langsomt hurtigt afslappende bidrag omkring 1 s og en langsommere afslapningsfordeling omkring cirka 1,3 s (Se afsnit “HP 83KR firkantet T1-kontrast af en dyremodel af emfysem”).
selvom det indledende fald i afslapningstider med stigende inhalationsvolumen kan forklares ved et skift i det relative bidrag mellem luftveje og åndedrætsområde, er det fuldstændige fravær af en stigning i 83kr T1 gange med stigende lungeindånding bemærkelsesværdigt. S / V i lungen forventes at falde med stigende inhalationsvolumen. Imidlertid indikerer inhalationsvolumenet uafhængigt 83kr T1 gange ved høje inhalationsvolumener med skema 1 og 3 konstant S/V i den distale del af luftvejene og luftvejsområderne. Bemærkelsesværdigt, efter tidligere observationer i hunde lunger, er et noget lignende fund blevet rapporteret af skov, Conradi, Yablonski og kolleger i 3HE-forskning ved hjælp af tilsyneladende diffusionskoefficient (ADC) arbejde i menneskelige lunger . Forskerne konkluderede, at de alveolære kanalradier kun øges lidt ved indånding, og at lungevolumenforøgelsen i vid udstrækning skyldes alveolær rekruttering. Bemærk dog, at ADC bestemmes på tidsskalaer på typisk 1-3 ms, der er meget kortere end afslapningsmålingerne over en periode på 2,6 s varighed rapporteret her, og ADC-målinger Sonder derfor et meget mindre område . Ved 293K varierer diffusionskonstanten fra D=0.63cm2 / s (krypton i helium) til D=0.15cm2 / s (krypton i nitrogen) og følgelig frit diffunderende kryptongasblandinger ville vise gennemsnitlige forskydninger i centimeter i en 2-3 s tidsperiode. Indikationen af alveolære dimensioner er stort set inflationsvolumen uafhængig, leveret af to forskellige metoder, der undersøger meget forskellige længdeskalaer, er bemærkelsesværdig og kan føre til indsigt i mekanismen for alveolær rekruttering. I kombination med ADC-målinger og andre teknikker, såsom HP 129 gange opløste faseeksperimenter, kan HP 83KR firkantet MR-kontrast give yderligere spor i fremtiden. For nu er det vigtige resultat af Fig. 19.4 er, at HP 83KR firkantet kontrast, udforsket i det følgende afsnit, er meget reproducerbar med lidt bekymring for små udsving i inhalationsvolumen, i det mindste inden for sunde (udskårne) gnaverlunge og så længe inhalationsvolumenet er tilstrækkeligt stort. Nitrogen-chaser-eksperiment (inhalationsskema 3) kan potentielt forbedre den firkantede kontrast, da HP 83Kr vil blive rettet mere mod åndedrætsområderne.