yksityiskohtaiset NMR-spektroskooppiset mittaukset 83kr T1 relaksaatiosta Hengitystilavuuden funktiona
erittelemättä HP 83Kr: n tuotannon ja kaasun käsittelyn teknisiä näkökohtia, on tärkeää huomata, että menetelmän jatkuva kehittäminen on mahdollistanut tarkemmat kokeet tuotettujen tietojen paremmalla laadulla ajan edetessä. Tällaiset parannukset olivat mahdollistaneet yksityiskohtaisen tutkimuksen 83kr T1 keuhkoissa, eli lähde neliön kontrasti, esitetty yksityiskohtaisesti Ref. tämä muodosti suuren harppauksen yli kokeellisen asennuksen raportoitu aiemmin Ref. , ei vain siksi, että parannettu näennäinen polarisaatio Papp=0,5% – Papp=1%, parempi kaasun käsittely ja suuremmat NMR kelat (koska ei kaltevuuksia tarvittaessa), vaan myös siksi, että parannettu protokolla relaksaatiomittauksissa.
HP 83Kr-signaali mitattiin sarjassa 32 pientä kääntökulmaa (12°) NMR-spektriä 0,2 s välein, joka alkoi ennen hengittämistä HP 83KR: lla ja kesti useita sekunteja täyden sisäänhengityksen ja hengityksen pidättämisen jälkeen. Alkuperäisen aikajänteen aikana havaittavan NMR-signaalin puuttuminen osoitti, että HP 83Kr ei pakotettu keuhkoihin alkuperäisen kaasun siirron aikana säilytysastiaan VB. Noin 0, 6 sekuntia sen jälkeen, kun ennalta määrätty imutilavuus oli otettu käyttöön ilmanvaihtoruiskulla, keuhkot saavuttivat vastaavan vakaan hengitystilavuuden Vi (eli hengityksen pidättämisen mallintaminen). Jonkin ajan kuluttua keuhkojen ratkaisun (tyypillisesti 0.2 s), havaittu HP 83KR signaali näytteillä monoeksponentiaalinen relaksaatio rappeutuminen (lisäksi signaalin rappeutuminen aiheuttama 12° flip kulma pulssit) ja tietojen sopiva vastaavasti edellyttäen 83Kr T1 relaksaatio kertaa (katso taajuuskorjain. 19.3). Relaksaatiomittauksia ei yritetty paikallistaa, koska tarvittiin lisää parannuksia tekniikkaan, jotta voitiin mahdollistaa mielekäs HP 83Kr MRI-neliökontrasti (KS.kohta ”HP 83KR neliön T1-Kontrasti emfyseeman Eläinmallista”). Protokolla tarjosi kuitenkin erittäin toistettavia tietoja, jotka eliminoivat suuren osan aiemmasta hajonnasta mitatuilla T1-kerroilla, koska koko inhalaatioprosessia seurattiin ja intensiteettikäyrästä voitiin määrittää hyvä vertailupiste hengitystiejakson päättymiselle. T1-liitoksissa käytetyt tiedot jatkuivat 2,6 s: n ajan ottamatta huomioon tämän jälkeen kerättyjä spektrejä, koska havaittiin poikkeama monoeksponentiaalisesta rentoutumiskäyttäytymisestä, joka todennäköisesti johtui merkittävistä eroavaisuuksista rentoutumiskäyttäytymisessä hengitysalueiden ja suurempien hengitysteiden välillä.
HP 83Kr: n hajoamiskäyrien relaksaatiomittausten tulokset on koottu kuvioon. 19.4 jossa datapisteissä näkyy 83 KR T1-arvot rotan keuhkoissa hengitystilavuuden funktiona, joka vaihtelee välillä Vi=3-Vi=20 mL. Täytetyt ympyrät edustavat kokeita, joissa HP-kaasuseoksen tilavuus Vi oli ainoa hengitettävä kaasu (eli inhalaatiomenetelmä 1). Huomaa, että jokainen havaintopiste on viiden yksittäisen rotan (3 kuukauden ikäinen; 350-425 g) poistetuista keuhkoista tehtyjen relaksaatiomittausten keskiarvo ja vähintään kahden T1-liitoksen keskiarvo hengitystilavuutta ja näytettä kohti. Relaksaatiotiedot osoittavat suhteellisen pienen poikkeaman yksittäisten rottien välillä (keskihajonnan osoittavina virhepalkeina), mikä korostaa kokeiden suurta toistettavuutta.
kuva 19.4. (A) luonnos eri hengitysteitse järjestelmiä, jotka joko suoraan HP 83Kr enemmän kohti hengitysteihin (järjestelmä 2) tai kohti korkea S/V hengitysalue (järjestelmä 3) verrattuna ”tavallinen” HP 83Kr hengitettynä (järjestelmä 1). Järjestelmässä 2 keuhkot hengittävät ensin ”tumman kaasun” tilavuusvidarkia (ts., kaasu, joka ei ole MRI havaittavissa, tyypillisesti ilmaa tai N2—merkitty punaisella värillä) jonka jälkeen HP 83Kr (esitetty sininen väri) tuloksena kokonaishengitystilavuus Vi. Scheme 3 edustaa ”typen kyytipojat” tyyppinen kokeilu, jossa hengitettynä HP 83Kr seuraa tilavuus N2, jälleen tuloksena kokonaishengitystilavuus Vi. (B) mitattu 83Kr T1 relaksaatio kertaa funktiona inhalaatiomäärä Vi käyttäen ex vivo keuhkot ja ilmanvaihtojärjestelmä hahmoteltu Kuvassa. 19.3. Huomaa hengitysteitse tilavuus riippumattomuus 83kr relaksaatio edellä Vi=10 mL kaavion 1 ja 3.
sovitettu stupic KF: n, Elkins ND: n, Pavlovskaja GE: n, Repine JE: n, Meersmann T: n luvalla.Keuhkohengityksen vaikutukset hyperpolarisoituun krypton-83-magneettiresonanssiin T-1-relaksaatioon. Phys Med Biol 2011; 56 (13): 3731-48. doi:10.1088/0031-9155/56/13/001. PubMed PMID:ISI: 000291866800003.
mallipinnoilla saatujen tulosten perusteella voisi naiivisti ennustaa, että hengitystilavuuden kasvaessa, Vi, myös T1-ajat kasvavat, koska laajenevat keuhkorakkulat oletettavasti aiheuttavat s/v: n pienenemisen. Havaitut T1-ajat lyhenivät kuitenkin tai pysyivät muuttumattomina inhalaatiotilavuuden kasvaessa. Ensimmäinen lasku rentoutumisajat voidaan selittää muuttuva osuus hengitysteiden (matala S / V) ja alueilla, joilla on korkea S/Vs kuten hengitysteiden alueella (eli, alveolaarinen kanavat ja alveolaarinen pusseja), mukaan lukien ehkä enemmän distaalinen hengitystiet kuten bronchioles ja pienempi bronkia. Pienellä hengitystilavuudella hengitystiet osallistuvat suurempaan murto-osaan havaitusta signaalista verrattuna suuriin hengitystilavuuksiin, joissa signaali syntyy valtaosin alveolaarisesta vyöhykkeestä. Mitattu relaksaatioaika voi olla ”todellinen” keskiarvo eri vyöhykkeiden relaksaatiosta, koska kaasudiffuusio aiheuttaa nopeaa vaihtoa näiden alueiden välillä. Vaihtoehtoisesti rentoutumisajat eri alueilla voivat yksinkertaisesti olla riittävän samanlaisia, jotta syntyy vaikutelma monoeksponentiaalisesta signaalihajoamisesta. Joka tapauksessa yksi aikavakio näyttää antavan hyvän kuvauksen 83kr Pitkittäinen rentoutumista. Inhalaatiotilavuuden kasvaessa ja siten alveolaarisen vyöhykkeen osuuden kasvaessa S / V suurenee ja T1-aikavakiot pienenevät.
tätä tulkintaa tukevat havainnot vaihtoehtoisista inhalaatiomenetelmistä, joissa ensin hengitetään ei-HP (”tumma”) kaasua, jota ei voida havaita magneettikuvauksella, ja sen jälkeen HP-kaasua (inhalaatiomenetelmä 2), tai päinvastoin, kun HP-kaasua seuraa tumma, havaitsematta jäävä kaasu (ts., typen kyytipoikakoe-tai inhalaatiomenetelmä 3). Hengitysteitse järjestelmän 2 odotetaan vähentävän HP 83Kr: n määrää alveolaarisella alueella, mutta ei hengitysteissä. Tämän vuoksi voidaan olettaa, että hengitysteitse tapahtuvassa annostelussa 2 voidaan havaita pidempiä T1-aikoja kuin annostelussa 1. Tämä on todellakin havaittu osoituksena data pistettä (kolmiot) Kuvassa. 19.4. Relaksaatioajan lyheneminen on selvempää vidarkilla=12 mL kuin Vidarkilla=6 mL. Lisäksi annostelun 2 T1-ajat ovat verrattavissa inhalaatiosumutukseen 1 korkeimmilla inhalaatiosumutuksilla. Hengitysteitse järjestelmä 3, suoritetaan yhteensä hengitysteitse tilavuudet Vi vaihtelevat 9-20 mL, oli suunniteltu vaimentamaan HP 83Kr signaaleja suuremmista hengitysteistä ja lisätä osuutta HP kaasun alveolaarinen alue. Kuten ohjelmassa 1, T1-ajat pienenevät aluksi ja lopulta tasaantuvat siten, että kokonaishengitystilavuus Vi on noin 12 mL. Tämä kaava johtaa kuitenkin nopeampiin rentoutumisaikoihin (avoimiin ympyröihin), kun T1≈1, 0 s, kun Vi≥12 mL, verrattuna vastaavaan arvoon T1≈1, 3 s, joka saadaan menetelmällä 1 samalla inhalaatiotilavuudella. Huomaa, että myöhemmissä kuvantamiskokeissa havaittiin rentoutumisaikojen bimodaalijakauma, jolla on hidas nopea rentoutumisosuus noin 1 s ja hitaampi rentoutumisjakauma noin noin 1,3 s (ks.kohta ”HP 83KR SQUARE T1 Contrast of an Animal Model of Emfysema”).
vaikka relaksaatioaikojen alkuhäviö lisääntyvän hengitystilavuuden myötä selittyy hengitysteiden ja hengitysvyöhykkeen välisen suhteellisen osuuden muutoksella, on huomionarvoista, että 83kr T1-aikoja ei ole lisätty keuhko-inhalaation lisääntyessä. Keuhkoissa ilmenevän S / V: n odotetaan pienenevän hengitystilavuuden kasvaessa. Kuitenkin inhalaatiotilavuus riippumaton 83Kr T1 kertaa suurilla inhalaatiotilavuuksilla kaavoilla 1 ja 3 osoittavat vakio S/V distaalisessa osassa hengitysteitä ja hengitysvyöhykkeitä. Huomattavan, seuraavat aikaisemmat havainnot koiran keuhkot, hieman samanlainen havainto on raportoitu Woods, Conradi, Yablonski, ja työtovereiden 3HE tutkimus käyttäen näennäinen diffuusiokerroin (ADC) työtä ihmisen keuhkoihin . Tutkijat päättelivät, että keuhkorakkuloiden kanavasäteet kasvavat vain hieman hengitysteitse ja että keuhkojen tilavuuden kasvu johtuu suurelta osin alveolaarisesta rekrytoinnista. Huomaa kuitenkin, että ADC määritetään tyypillisesti 1-3 ms: n aikaväleillä, jotka ovat paljon lyhyempiä kuin tässä ilmoitetut relaksaatiomittaukset 2,6 s: n keston ajalta ja ADC-mittaukset koetin siis paljon pienemmällä alueella . 293 K: ssa diffuusiovakio vaihtelee d=0, 63cm2/s (krypton heliumissa) d=0: een.15cm2 / s (krypton typessä) ja siten vapaasti leviävät krypton-kaasuseokset näyttäisivät senttimetrin kokoisia keskimääräisiä siirtymiä 2-3 s: n aikana. On huomattava, että alveolaariset ulottuvuudet ovat suurelta osin inflaatiotilavuudesta riippumattomia, ja ne on esitetty kahdella eri menetelmällä, jotka mittaavat hyvin erilaisia pituusasteikkoja, ja ne voivat johtaa oivalluksiin alveolaaristen rekrytointien mekanismista. Yhdessä ADC-mittausten ja muiden tekniikoiden, kuten HP 129XE-liuenneen vaiheen kokeiden, kanssa HP 83KR-neliöinen MRI-kontrasti voi antaa lisää vihjeitä tulevaisuudessa. Nyt tärkeä tulos Fig. 19.4 on, että HP 83Kr neliön kontrasti, jota tutkitaan seuraavassa jaksossa, on erittäin toistettavissa pienellä huolella pienistä hengitystilavuuden vaihteluista, ainakin terveissä (poistetuissa) jyrsijän keuhkoissa ja niin kauan kuin hengitystilavuus on riittävän suuri. Typpi-chaser experiment (hengitettynä järjestelmä 3) voi mahdollisesti parantaa neliön kontrastia HP 83Kr suunnataan enemmän kohti hengitysteiden alueilla.