szczegółowe pomiary spektroskopowe NMR relaksacji 83kr T1 jako funkcji objętości inhalacyjnej
bez wyszczególnienia technicznych aspektów produkcji i obsługi gazu HP 83KR, ważne jest, aby pamiętać, że ciągły rozwój metodologii umożliwił udoskonalone eksperymenty z wyższą jakością generowanych danych w miarę postępu czasu. Takie ulepszenia umożliwiły szczegółowe badanie 83kr T1 w płucach, tj. źródła kontrastu kwadratowego, przedstawione szczegółowo w Ref. stanowiło to skok kwantowy w stosunku do konfiguracji eksperymentalnej opisanej wcześniej w Ref. , nie tylko ze względu na lepszą pozorną polaryzację od Papp=0,5% do Papp=1%, lepszą obsługę gazu i większe cewki NMR (ponieważ nie ma gradientów, gdy jest to potrzebne), ale także ze względu na Ulepszony protokół pomiarów relaksacyjnych.
sygnał HP 83kr był mierzony w serii 32 widm NMR o małym kącie odbicia (12°) oddalonych od siebie o 0,2 s, które rozpoczęły się przed inhalacją za pomocą HP 83kr i trwały kilka sekund po pełnym inhalacji i wstrzymaniu oddechu. W początkowym przedziale czasowym brak wykrywalnego sygnału NMR wykazał, że HP 83Kr nie został wepchnięty do płuc podczas wstępnego transferu gazu do pojemnika magazynującego VB. Około 0,6 s Po nałożeniu określonej objętości ssania za pomocą strzykawki wentylacyjnej płuca osiągnęły odpowiednią stałą objętość inhalacji Vi (tj. modelowanie wstrzymania oddechu). Po pewnym czasie osadnictwa płucnego (zazwyczaj 0.2 s), zaobserwowany sygnał HP 83kr wykazywał monoeksponencyjny rozpad relaksacyjny (oprócz rozpadu sygnału spowodowanego impulsami kątowymi 12°) i odpowiednio dopasowane DANE zapewniały czasy relaksacji 83Kr T1 (patrz Korektor. 19.3). Nie podjęto próby przestrzennego rozwiązania pomiarów relaksacji, ponieważ dalsze ulepszenia technologii były wymagane, aby umożliwić znaczący kontrast HP 83KR MRI SQUARE contrast (patrz punkt „HP 83kr SQUARE T1 Contrast of an Animal Model of Emphysema”). Protokół dostarczał jednak wysoce powtarzalnych danych, które eliminowały znaczną część poprzedniego rozproszenia w mierzonych czasach T1, ponieważ cały proces inhalacji był monitorowany i dobry punkt odniesienia dla końca okresu inhalacji można było określić na podstawie krzywej intensywności. Dane użyte w łącznikach T1 przedłużyły się o 2,6 s bez uwzględniania widm zebranych po tym czasie z powodu zaobserwowanego odchylenia od zachowania relaksacyjnego monoeksponencjalnego, które prawdopodobnie było spowodowane istotnymi różnicami w zachowaniu relaksacyjnym między strefami oddechowymi a większymi drogami oddechowymi.
wyniki pomiarów relaksacji z krzywych rozpadu HP 83Kr podsumowano na Fig. 19.4 gdzie dane wskazują wartości 83kr T1 w płucach szczura w funkcji objętości inhalacyjnej, w zakresie od Vi = 3 do Vi = 20 mL. Wypełnione okręgi reprezentują eksperymenty, w których jedynym wdychanym gazem był tom Vi mieszaniny gazów HP (tj. schemat inhalacji 1). Należy zauważyć, że każdy punkt danych jest średnią pomiarów relaksacji z wyciętych płuc pięciu pojedynczych szczurów (3-miesięczne; 350-425 g)i co najmniej dwóch łączników T1 na objętość inhalacji i próbkę. Dane relaksacyjne pokazują stosunkowo małe odchylenia między poszczególnymi szczurami (wyświetlane jako paski błędów pokazujące odchylenie standardowe), podkreślając wysoką powtarzalność eksperymentów.
rysunek 19.4. A) szkic różnych schematów inhalacji, które kierują HP 83Kr bardziej w stronę dróg oddechowych (Schemat 2) lub w stronę strefy oddechowej wysokiego S/V (schemat 3) w porównaniu do „zwykłej” inhalacji HP 83KR (schemat 1). W schemacie 2 płuca najpierw wdychają objętość „ciemnego gazu” (tj. Schemat 3 przedstawia eksperyment typu „Chaser azotu”, w którym po inhalacji HP 83Kr następuje objętość N2, która ponownie prowadzi do całkowitej objętości inhalacji Vi. (B) zmierzono 83kr czasy relaksacji T1 w funkcji objętości inhalacji Vi przy użyciu płuc ex vivo i systemu wentylacyjnego, przedstawionego na Fig. 19.3. Należy zwrócić uwagę na objętość inhalacyjną 83kr relaksacji powyżej Vi=10 mL według schematu 1 i 3.
adaptacja za zgodą Stupic KF, Elkins ND, Pavlovskaya GE, Repine JE, Meersmann T. Wpływ inhalacji płuc na hiperpolaryzowany rezonans magnetyczny krypton-83 T-1. Phys Med Biol 2011;56(13):3731-48. doi:10.1088/0031-9155/56/13/001. PubMed PMID: ISI: 000291866800003.
opierając się na wynikach z powierzchniami modelowymi, można naiwnie przewidzieć, że wraz ze wzrostem objętości inhalacji, Vi, pojawi się również czas T1, ponieważ Rozszerzanie pęcherzyków płucnych prawdopodobnie spowoduje spadek S/V. Jednakże zaobserwowane czasy T1 stały się albo krótsze, albo stały wraz ze wzrostem objętości inhalacji. Początkowy spadek czasu relaksacji może być wyjaśnione przez zmianę wkładu z dróg oddechowych (niski S/V) i od stref z wysokim S / Vs, takich jak Obszar oddechowy (to znaczy, pęcherzyków i pęcherzyków), w tym być może bardziej dystalnych dróg oddechowych, takich jak oskrzeliki i mniejsze oskrzela. Przy małej objętości inhalacji drogi oddechowe przyczyniają się do większej frakcji wykrytego sygnału w porównaniu z dużymi objętościami inhalacji, w których sygnał powstaje w przeważającej mierze ze strefy pęcherzykowej. Zmierzony czas relaksacji może być” prawdziwą ” średnią z relaksacji w różnych strefach z powodu dyfuzji gazu powodującej szybką wymianę między tymi regionami. Alternatywnie, czasy relaksacji w różnych strefach mogą być po prostu wystarczająco podobne, aby stworzyć wrażenie monoeksponencyjnego rozpadu sygnału. W każdym razie pojedyncza stała czasowa wydaje się być dobrym opisem relaksacji podłużnej 83Kr. Wraz ze wzrostem objętości inhalacji, a tym samym zwiększeniem udziału strefy pęcherzykowej, wzrasta S / V, A stałe czasowe T1 maleją.
ta interpretacja jest dodatkowo poparta obserwacjami z alternatywnymi schematami inhalacji, w których najpierw wdychany jest gaz inny niż HP („ciemny”), którego nie można zaobserwować za pomocą MRI, a następnie gazu HP (schemat inhalacji 2) lub odwrotnie, gdy po gazie HP następuje ciemny, niewykrywalny Gaz (tj., eksperyment Chaser azotu – lub schemat inhalacji 3). Oczekuje się, że schemat inhalacji 2 zmniejszy ilość HP 83Kr w okolicy pęcherzyka płucnego, ale nie w drogach oddechowych. W konsekwencji można oczekiwać dłuższego czasu T1 w schemacie inhalacji 2 niż w schemacie 1. Jest to rzeczywiście obserwowane, jak pokazano w punktach danych (Trójkąty)na Fig. 19.4. Redukcja czasu relaksacji jest bardziej wyraźna dla leku Vidark=12 mL niż dla leku Vidark=6 mL. Co więcej, czasy T1 schematu 2 stają się porównywalne do czasów schematu inhalacyjnego 1 przy najwyższych objętościach inhalacji. Schemat inhalacji 3, przeprowadzony z całkowitą objętością inhalacji Vi w zakresie od 9 do 20 mL, został zaprojektowany w celu tłumienia sygnałów HP 83Kr z większych dróg oddechowych i zwiększenia udziału gazu HP z obszaru pęcherzyka płucnego. Podobnie jak w schemacie 1, czas T1 zmniejsza się początkowo i ostatecznie stabilizuje się przy całkowitej objętości inhalacyjnej Vi wynoszącej około 12 mL. Jednakże schemat ten prowadzi do szybszego czasu relaksacji (otwarte kręgi) z T1≈1,0 s dla Vi≥12 mL w porównaniu do odpowiadającej wartości T1≈1,3 s uzyskanej schematem 1 dla tej samej objętości inhalacji. Zauważ, że późniejsze eksperymenty obrazowe wykazały bimodalny rozkład czasów relaksacji z wolnym szybkim relaksującym wkładem około 1 s i wolniejszym rozkładem relaksacyjnym około 1,3 s (patrz sekcja „HP 83KR SQUARE T1 Contrast of an Animal Model of Emphysema”).
chociaż początkowy spadek czasu relaksacji wraz ze wzrostem objętości inhalacji można wyjaśnić przesunięciem względnego udziału między drogami oddechowymi a strefą oddechową, całkowity brak wzrostu 83kr T1 razy wraz ze wzrostem inhalacji płuc jest godny uwagi. Oczekuje się, że S/V w płucach zmniejszy się wraz ze wzrostem objętości inhalacji. Jednakże, niezależna od objętości inhalacji 83kr T1 razy przy dużych objętościach inhalacji według schematu 1 i 3 wskazuje na stałą S / V w dalszej części dróg oddechowych i w strefach oddechowych. Co ciekawe, po wcześniejszych obserwacjach w płucach psów, nieco podobne odkrycie zostało zgłoszone przez Woodsa, Conradiego, Yablonskiego i współpracowników w badaniach 3He z wykorzystaniem pozornego współczynnika dyfuzji (ADC) w ludzkich płucach . Naukowcy doszli do wniosku, że promienie pęcherzyków płucnych zwiększają się tylko nieznacznie podczas inhalacji, a wzrost objętości płuc jest spowodowany w dużej mierze rekrutacją pęcherzyków płucnych. Należy jednak zauważyć, że ADC jest określana na skalach czasowych typowo 1-3 ms, które są znacznie krótsze niż pomiary relaksacji w okresie 2,6 S czasu trwania zgłaszane tutaj i pomiary ADC sondy zatem znacznie mniejszy obszar . Przy 293k stała dyfuzji waha się od D=0, 63cm2/s (krypton w Helu) do D=0.15cm2 / s (krypton w Azocie), a co za tym idzie, swobodnie dyfundujące mieszaniny gazów krypton wykazywałyby średnie przemieszczenia wielkości centymetrów w okresie 2-3 s. Wskazanie wymiarów wyrostka zębodołowego, które są w dużej mierze niezależne od objętości inflacji, dostarczane przez dwie różne metody, które badają znacznie różne skale długości, jest niezwykłe i może prowadzić do wglądu w mechanizm rekrutacji wyrostka zębodołowego. W połączeniu z pomiarami ADC i innymi technikami, takimi jak eksperymenty z fazą rozpuszczoną HP 129xe, HP 83KR SQUARE MRI contrast może dostarczyć dalszych wskazówek w przyszłości. Na razie ważny wynik rys. 19.4 jest to, że HP 83KR SQUARE contrast, zbadany w poniższej sekcji, jest wysoce powtarzalny przy niewielkich wahaniach objętości inhalacji, przynajmniej w zdrowych (wyciętych) płucach gryzoni i tak długo, jak objętość inhalacji jest wystarczająco duża. Eksperyment z użyciem azotu (schemat inhalacji 3) może potencjalnie zwiększyć kontrast kwadratowy, ponieważ HP 83Kr będzie skierowany bardziej w stronę stref oddechowych.