Detalhadas Espectroscópicos de RMN de Medições de 83Kr T1 Relaxamento como uma Função do Volume de Inalação
Sem detalhando os aspectos técnicos da HP 83Kr de produção e movimentação de gás, é importante destacar que o desenvolvimento contínuo da metodologia de ter activado refinado experimentos com maior qualidade dos dados gerados como o tempo passou. Tais melhorias permitiram um estudo detalhado de 83Kr T1 no pulmão, isto é, a fonte do contraste quadrado, apresentado em detalhes na Ref. isso constituiu um salto quântico sobre a configuração experimental relatada anteriormente em Ref. , não só por causa da polarização aparente melhorada de Papp = 0,5% para Papp=1%, melhor manuseio de gás, e bobinas NMR maiores (como nenhum gradiente onde necessário), mas também por causa do protocolo melhorado para medições de relaxamento.
o sinal hp 83Kr foi medido em uma série de 32 pequenos ângulos de flip (12°) NMR espaçados 0.2 s que começaram antes da inalação com HP 83Kr e duraram vários segundos após a inalação completa e respiração-hold. Durante o período de tempo inicial, a ausência de sinal de RMN detectável demonstrou que o HP 83Kr não foi forçado a entrar no pulmão durante a transferência inicial de gás para o recipiente de armazenamento VB. Aproximadamente 0, 6 s após a aplicação de um volume de sucção pré-determinado com a seringa de ventilação, os pulmões atingiram o respectivo volume de inalação constante Vi (isto é, modelando um dispositivo de respiração). Após algum tempo de colonização pulmonar (tipicamente 0.2 s), o sinal observado de HP 83Kr exibiu um decaimento de relaxamento monoexponencial (para além do decaimento do sinal causado pelos impulsos do ângulo de viragem de 12°) e a instalação dos dados forneceu os tempos de relaxamento T1 de 83Kr (ver Eq. 19.3). Não foi feita qualquer tentativa de resolver espacialmente as medidas de relaxamento, uma vez que foram necessárias melhorias adicionais da tecnologia para permitir um contraste quadrado significativo de HP 83Kr MRI (ver secção “HP 83Kr quadrado T1 contraste de um modelo Animal de enfisema”). No entanto, o protocolo forneceu dados altamente reprodutíveis que eliminaram grande parte da dispersão anterior nas vezes T1 medidas porque todo o processo de inalação foi monitorado e um bom ponto de referência para o final do período de inalação poderia ser determinado a partir da curva de intensidade. Os dados utilizados nas ligações T1 estenderam-se por 2,6 s sem considerar os espectros recolhidos após este tempo devido ao desvio observado do comportamento de relaxamento monoexponencial que foi provavelmente causado por diferenças substanciais no comportamento de relaxamento entre as zonas respiratórias e as vias aéreas maiores.
os resultados das medições de relaxamento das curvas de decaimento hp 83Kr estão resumidos na Fig. 19.4 em que os pontos de dados mostram os valores de 83Kr T1 nos pulmões de rato em função do volume de inalação, variando de Vi=3 a Vi=20 mL. Os círculos cheios representam experimentos onde um volume Vi de mistura de gás HP era o único gás inalado (i.e., esquema de inalação 1). Note-se que cada ponto de dados é a média das medições de relaxamento dos pulmões excisados de cinco ratos individuais (3 meses de idade; 350-425 g) e de pelo menos dois acessórios T1 por volume de inalação e amostra. Os dados de relaxamento mostram um desvio relativamente pequeno entre ratos individuais (apresentados como barras de erro que mostram o desvio-padrão), sublinhando a elevada reprodutibilidade das experiências.
Figura 19.4. (A) Sketch of the various inhalation schemes that either direct the HP 83Kr more toward the airways (scheme 2) or toward the high S/V respiratory zone (scheme 3) compared to “plain” HP 83Kr inhalation (scheme 1). In scheme 2, the lungs first inhale the volume Vidark of “dark gas” (i.e. a gás , que não é MRI detectável, geralmente ar ou N2—indicado em cor vermelha), seguida pela HP 83Kr (mostrado na cor azul), resultando o total de volume de inalação Vi. Esquema 3 representa um “nitrogênio chaser” tipo de experimento onde a inalação de HP 83Kr é seguido por um volume de N2, novamente, resultando o total de volume de inalação Vi. (B) Medido 83Kr T1 momentos de descontração, como uma função do volume de inalação Vi usando ex vivo, pulmões e o sistema de ventilação esboçado na Fig. 19.3. Note-se a independência do relaxamento de 83Kr em volume por inalação acima de Vi=10 mL com os esquemas 1 e 3.adaptado com autorização da Stupic KF, Elkins ND, Pavlovskaya GE, Repine JE, Meersmann T. efeitos da inalação pulmonar no relaxamento por ressonância magnética de krypton-83 hiperpolarizado T-1. Phys Med Biol 2011; 56 (13):3731-48. doi:10.1088/0031-9155/56/13/001. PubMed PMID:ISI: 0002918668003.
com Base nos resultados com o modelo de superfícies, seria ingenuamente prever que com o aumento do volume de inalação, Vi, seria encontrar o T1 vezes também aumentam, devido a expansão de alvéolos irá, provavelmente, causar a S/V em declínio. No entanto, os tempos T1 observados tornaram-se mais curtos ou mantiveram-se constantes com o aumento do volume de inalação. A queda inicial nos tempos de relaxamento pode ser explicada pela mudança de Contribuição das vias aéreas (baixa S/V) e de zonas com alta S/Vs, como a região respiratória (ou seja, as condutas alveolares e as sacas alveolares), incluindo talvez as vias aéreas mais distais, como bronquíolos e brônquias menores. Em baixo volume de inalação, as vias aéreas contribuem para uma fração maior do sinal detectado em comparação com grandes volumes de inalação, onde o sinal surge esmagadoramente a partir da zona alveolar. O tempo de relaxamento medido pode ser uma média “verdadeira” do relaxamento nas diferentes zonas por causa da difusão de gás causando troca rápida entre essas regiões. Alternativamente, os tempos de relaxamento nas diferentes zonas podem simplesmente ser suficientemente semelhantes para criar a impressão de um decaimento de sinal monoexponencial. Em qualquer caso, uma constante de tempo único parece fornecer uma boa descrição do relaxamento longitudinal de 83Kr. Com o aumento do volume de inalação e, portanto, o aumento da contribuição da zona alveolar, o S/V aumenta e as constantes de tempo T1 diminuem.
esta interpretação é corroborada pelas observações feitas com esquemas alternativos de inalação em que quer gás não HP (“escuro”) é primeiro inalado que não pode ser observado por IRM seguido por gás HP (esquema de inalação 2) ou vice-versa, em que o gás HP é seguido por gás escuro, não detectável (i.e., um método de ensaio de azoto ou de inalação 3). Prevê-se que o esquema de inalação 2 Reduza a quantidade de HP 83Kr na região alveolar, mas não nas vias aéreas. Como consequência, seria de esperar observar mais tempo T1 vezes com o esquema de inalação 2 do que com o esquema 1. Isto é realmente observado como mostrado pelos pontos de dados (triângulos) na figura. 19.4. A redução do tempo de relaxamento é mais pronunciada para Vidark=12 mL do que para Vidark=6 mL. Além disso, os tempos T1 do esquema 2 tornam-se comparáveis aos do esquema de inalação 1 nos maiores volumes de inalação. O esquema de inalação 3, realizado com volumes totais de inalação Vi variando de 9 a 20 mL, foi projetado para suprimir os sinais HP 83Kr das vias aéreas maiores e para aumentar a contribuição de gás HP da região alveolar. Tal como acontece com o esquema 1, As vezes T1 diminuem inicialmente e eventualmente estabilizam num volume total de inalação Vi de cerca de 12 mL. No entanto, este esquema leva a tempos de relaxamento mais rápidos (círculos abertos) com T1≈1, 0 s para Vi≥12 mL em comparação com o valor correspondente de T1≈1, 3 s obtido com esquema 1 para o mesmo volume de inalação. Note que os experimentos de imagiologia posteriores encontraram uma distribuição bimodal dos tempos de relaxamento com uma lenta e rápida contribuição relaxante em torno de 1 s e uma mais lenta distribuição de relaxamento em torno de aproximadamente 1,3 s (ver seção “hp 83Kr SQUARE T1 contraste de um modelo Animal de enfisema”).embora a queda inicial nos tempos de relaxamento com o aumento do volume de inalação possa ser explicada por uma mudança na contribuição relativa entre as vias aéreas e a zona respiratória, a ausência completa de um aumento de 83Kr T1 vezes com o aumento da inalação pulmonar é notável. Espera-se que o S/V no pulmão diminua com o aumento do volume de inalação. No entanto, o volume de inalação independente de 83Kr T1 vezes em volumes de inalação elevados, com os esquemas 1 e 3, indica uma constante S/V na parte distal das vias respiratórias e nas zonas respiratórias. Notavelmente, após observações anteriores em pulmões caninos, um achado similar foi relatado por Woods, Conradi, Yablonski, e colegas de trabalho em 3He pesquisa usando o coeficiente de difusão aparente (ADC) trabalho em pulmões humanos . Os pesquisadores concluíram que os raios do ducto alveolar aumentam apenas ligeiramente com a inalação e que o aumento do volume pulmonar é causado em grande parte pelo recrutamento alveolar. Note no entanto que o ADC é determinado em escalas de tempo de tipicamente 1-3 ms que são muito mais curtas do que as medições de relaxamento durante um período de 2,6 s de duração relatado aqui e sonda de medição ADC, portanto, uma região muito menor . A 293K, a constante de difusão varia de D=0. 63cm2 / s (krypton em hélio) A D=0.15cm2 / s (krypton em nitrogênio) e, consequentemente, a difusão livre de misturas de gás de krypton exibiria deslocamentos médios do tamanho de centímetros durante um período de tempo de 2-3 S. A indicação de dimensões alveolares sendo em grande parte independente do volume de inflação, fornecida por dois métodos diferentes que sonda escalas de comprimento muito diferentes, é notável e pode levar a insights sobre o mecanismo de recrutamento alveolar. Em combinação com medições ADC e outras técnicas, tais como experiências de fase dissolvida de HP 129Xe, o contraste de IRM quadrado de HP 83Kr pode fornecer mais pistas no futuro. Por agora, o importante resultado da Fig. 19.4 é que o contraste quadrado de HP 83Kr, explorado na secção seguinte, é altamente reprodutível, com pouca preocupação com pequenas flutuações no volume de inalação, pelo menos dentro de pulmões saudáveis (excisados) de roedores e desde que o volume de inalação seja suficientemente grande. O experimento nitrogênio-borracha (esquema de inalação 3) pode potencialmente aumentar o contraste quadrado, uma vez que o HP 83Kr será direcionado mais para as zonas respiratórias.