Method Article
هنا ، نقدم بروتوكولا للحصول على صور الرنين المغناطيسي xenon-129 عالية الجودة شديدة الاستقطاب ، والتي تغطي الأجهزة والبرامج والحصول على البيانات واختيار التسلسل وإدارة البيانات واستخدام مساحة k وتحليل الضوضاء.
التصوير بالرنين المغناطيسي للزينون مفرط الاستقطاب (HP) (129Xe MRI) هو طريقة تصوير معتمدة مؤخرا من إدارة الأدوية الفيدرالية (FDA) تنتج صورا عالية الدقة لاستنشاق استنشاق غاز الزينون للتحقيق في وظائف الرئة. ومع ذلك ، فإن تنفيذ 129Xe MRI يمثل تحديا فريدا لأنه يتطلب أجهزة ومعدات متخصصة لفرط الاستقطاب ، وشراء ملفات تصوير الزينون وبرامج الملفات ، وتطوير وتجميع تسلسلات التصوير بالرنين المغناطيسي متعددة النواة ، وإعادة بناء / تحليل البيانات المكتسبة. بدون الخبرة المناسبة ، يمكن أن تكون هذه المهام شاقة ، وقد يكون الفشل في الحصول على صور عالية الجودة محبطا ومكلفا. نقدم هنا بعض بروتوكولات مراقبة الجودة (QC) وممارسات استكشاف الأخطاء وإصلاحها والأدوات المفيدة ل129موقعا للتصوير بالرنين المغناطيسي Xe ، والتي قد تساعد في الحصول على بيانات محسنة وعالية الجودة ونتائج دقيقة. ستبدأ المناقشة بنظرة عامة على عملية تنفيذ التصوير بالرنين المغناطيسي HP 129Xe ، بما في ذلك متطلبات مختبر فرط الاستقطاب ، والجمع بين أجهزة / برامج ملف التصوير بالرنين المغناطيسي 129Xe ، والحصول على البيانات واعتبارات التسلسل ، وهياكل البيانات ، وخصائص k-space والصورة ، وخصائص الإشارة والضوضاء المقاسة. ضمن كل خطوة من هذه الخطوات الضرورية تكمن فرص الأخطاء والتحديات والأحداث غير المواتية التي تؤدي إلى جودة صورة رديئة أو فشل التصوير ، ويهدف هذا العرض التقديمي إلى معالجة بعض المشكلات الأكثر شيوعا. وعلى وجه الخصوص، من الضروري تحديد وتوصيف أنماط الضوضاء الشاذة في البيانات المكتسبة لتجنب آثار الصور والصور المنخفضة الجودة؛ سيتم إعطاء أمثلة ، وسيتم مناقشة استراتيجيات التخفيف. نهدف إلى جعل عملية تنفيذ التصوير بالرنين المغناطيسي 129Xe أسهل للمواقع الجديدة مع توفير بعض الإرشادات والاستراتيجيات لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها في الوقت الفعلي.
لأكثر من قرن من الزمان ، اعتمد تقييم وظائف الرئة بشكل أساسي على القياسات العالمية من قياس التنفس وتخطيط التحجم في الجسم. ومع ذلك ، فإن اختبارات وظائف الرئة التقليدية (PFTs) محدودة في قدرتها على التقاط الفروق الدقيقة الإقليمية للمرض في المراحل المبكرة والتغيرات الطفيفة في أنسجة الرئة1. وقد استخدم الطب النووي المزود بمقتفيات إشعاعية مستنشقة على نطاق واسع لتقييم عدم تطابق التهوية / التروية المرتبط عادة بالصمات الرئوية ، ولكن هذا ينطوي على إشعاع مؤين وينتج عنه دقة أقل. في المقابل ، برز التصوير المقطعي المحوسب (CT) كمعيار ذهبي لتصوير الرئة ، حيث يوفر وضوحا مكانيا وزمانيا استثنائيا مقارنة بالتصوير النووي2. في حين أن الجرعات المنخفضة من التصوير المقطعي المحوسب يمكن أن تخفف من التعرض للإشعاع ، إلا أنه لا يزال يتعين النظر في مخاطر الإشعاع المحتملة 3,4. التصوير بالرنين المغناطيسي بالبروتون في الرئة غير شائع بسبب انخفاض كثافة أنسجة الرئة وتسوس الإشارة السريع من أنسجة الرئة ، على الرغم من أن التطورات الحديثة تقدم معلومات وظيفية على الرغم من الإشارة المنخفضة المحتملة. من ناحية أخرى ، فإن التصوير بالرنين المغناطيسي للزينون شديد الاستقطاب (HP 129Xe MRI) هو طريقة غير جراحية تسمح بتصوير وظائف الرئة بخصوصية إقليمية 5,6. ينتج مغنطة نووية عالية غير متوازنة للغاز بكميات لتر. ثم يتم استنشاق الغاز الخامل بواسطة موضوع داخل ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي لنفس واحد ويتم تصويره مباشرة بواسطة الماسح الضوئي. وبالتالي ، يتم تصوير الغاز المستنشق مباشرة بدلا من الأنسجة نفسها. تم استخدام هذه التقنية لتقييم تهوية الرئة عبر العديد من الأمراض ، بما في ذلك الربو ومرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) والتليف الكيسي والتليف الرئوي مجهول السبب ومرض فيروس كورونا 2019 (COVID-19) وغيرها الكثير3. في ديسمبر 2022 ، تمت الموافقة على HP 129Xe MRI من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية كعامل تباين تهوية بالرنين المغناطيسي لاستخدامه في الولايات المتحدة الأمريكية (الولايات المتحدة الأمريكية) للبالغين والأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 12 عاما وما فوق7 سنوات. يمكن للأطباء الآن استخدام 129Xe MRI لرعاية أفضل للمرضى الذين لديهم خطط علاج محسنة / شخصية.
تاريخيا ، يركز التصوير بالرنين المغناطيسي السريري حصريا على تصوير نوى الهيدروجين (البروتونات) التي تكون وفيرة في جميع الأحشاء البشرية تقريبا. يتم الاحتفاظ بماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي والتسلسلات ومراقبة الجودة بشكل عام من قبل الشركة المصنعة للماسح الضوئي كجزء من ترخيص الموقع والضمان. ومع ذلك ، يتطلب 129Xe ماسحا ضوئيا للتصوير بالرنين المغناطيسي متعدد النواة ويتطلب فريقا بحثيا مخصصا لتشغيل فرط الاستقطاب ، وملفات الترددات الراديوية (RF) المصممة خصيصا ، وتسلسل النبضات المخصص ، وبرامج إعادة البناء / التحليل غير المتصلة بالإنترنت. يمكن توفير كل مكون من هذه المكونات من قبل بائعين تابعين لجهات خارجية أو تطويره داخليا. وبالتالي ، فإن عبء مراقبة الجودة يقع عموما على عاتق فريق البحث 129Xe بدلا من الشركة المصنعة للماسح الضوئي أو طرف ثالث فردي. وبالتالي ، فإن الحصول المتسق على بيانات 129Xe عالية الجودة يمثل تحديا فريدا لأن كل مكون من مكونات عملية التصوير بالرنين المغناطيسي 129Xe يقدم إمكانية الخطأ ، والتي يجب مراقبتها عن كثب من قبل فريق 129Xe. لا يمكن أن تكون هذه المواقف محبطة للغاية فحسب ، حيث يتعين على الباحثين استكشاف الأخطاء وإصلاحها والتحقيق في الأسباب المحتملة لأي تحديات قد تكون نشأت ، ولكنها قد تكون مكلفة للغاية لأن هذا يبطئ تصوير المرضى وتجنيد الموضوع. تتضمن بعض التكاليف المرتبطة باستكشاف الأخطاء وإصلاحها تكاليف وقت التصوير بالرنين المغناطيسي ، وفرط استقطاب 129Xe ، والذي يتضمن استهلاك غازات مختلفة ، واستخدام المواد. بالإضافة إلى ذلك ، مع موافقة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية الأخيرة والنمو في تصوير 129Xe ، يعد توفير بروتوكول موحد لمراقبة الجودة ضروريا لتجنب المشكلات والنكسات الشائعة في عملية 129Xe 8,9.
هنا ، نقدم بعض المشكلات الأكثر شيوعا في 129Xe MRI ، بما في ذلك فشل ملف RF ، وظهور ملفات تعريف ضوضاء مختلفة تؤدي إلى انخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) ، والصور ذات الجودةالرديئة 10. نهدف إلى توفير بعض الإرشادات والبروتوكولات الموجزة لمراقبة الجودة (QC) لضمان الحصول على بيانات صور عالية الجودة واستكشاف بعض المشكلات الأكثر شيوعا التي يمكن أن تنشأ في 129Xe MRI. الرؤى المقدمة هنا ذات صلة أيضا باستكشاف أخطاء الهيليوم -3 شديدة الاستقطاب وإصلاحها.
يلتزم البروتوكول الموضح أدناه بالمبادئ التوجيهية والمعايير التي وضعتها لجنة أخلاقيات البحوث البشرية بجامعة ميسوري ، مما يضمن السلوك الأخلاقي للدراسة وحماية حقوق المشاركين وسلامتهم ورفاهيتهم.
ملاحظة: لضمان موثوقية ودقة دراسات التصوير بالرنين المغناطيسي للزينون مفرط الاستقطاب ، من الأهمية بمكان إجراء توصيف صارم للصور المكتسبة ، واتباع بروتوكول شامل ، واستخدام استراتيجيات فعالة لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها. تتضمن جلسة التصوير عدة خطوات: فرط استقطاب الغاز ، واتصال الملف / الماسح الضوئي 129Xe ، والتحليل الطيفي 129Xe ، والحصول على البيانات ، وإعادة بناء البيانات ، وتحليل الصور. يبدأ البروتوكول بمناقشة هذه الخطوات بالتفصيل ويسلط الضوء على الاحتياطات اللازمة واستراتيجيات استكشاف الأخطاء وإصلاحها لتحسين عملية التصوير. من خلال اتباع هذه الإجراءات ودمج استراتيجيات استكشاف الأخطاء وإصلاحها ، يمكن للباحثين تحسين عملية التصوير والتغلب على التحديات التي قد تنشأ أثناء دراسات التصوير بالرنين المغناطيسي للزينون مفرط الاستقطاب. ثم سنتناول ممارسات استكشاف الأخطاء وإصلاحها الشائعة التي قد تنشأ في العديد من حالات البيانات دون المستوى الأمثل.
1. الخطوات الرئيسية لدراسة شاملة للتصوير بالرنين المغناطيسي HPG
قدمنا هنا لمحة موجزة عن العمليات التي تنطوي عليها جلسة تصوير 129Xe نموذجية مفرطة الاستقطاب. وترد توصيات البروتوكول التفصيلية من اتحاد التجارب السريرية 129Xe في Niedbalski et al.11.
2. خطوات استكشاف الأخطاء وإصلاحها
ملاحظة: بينما حدد البروتوكول بعض إجراءات مراقبة الجودة (QC) في التصوير بالرنين المغناطيسي 129Xe شديد الاستقطاب ، فقد يكون استكشاف الأخطاء وإصلاحها ضروريا بسبب المشكلات الناشئة والحالات الشاذة والتحديات. يمكن أن يكون لأي أخطاء أو عثرات في العملية تأثير مضاعف ، مما يؤثر على الخطوات اللاحقة ويؤدي إلى مشكلات مثل الصور المفقودة أو منخفضة الجودة ذات كثافة الإشارة المنخفضة أو مستويات الضوضاء العالية أو فقدان الإشارة بالكامل. ولمواجهة هذه التحديات، ينبغي استخدام نهج استراتيجية لتحديد المشاكل والتحقيق فيها بالتفصيل.
يوضح الشكل 4 نتائج تحليل توصيف الضوضاء الذي تم إجراؤه على مسح الضوضاء. يوضح المخطط تأثير كل من الضوضاء العادية وغير المنتظمة على مساحة k ، حيث لوحظ الانحراف عن الخط المرجعي المثالي y = x. تؤدي الضوضاء العادية إلى نمط مستمر في مساحة k ، بينما تؤدي الضوضاء غير المنتظمة إلى قيم متطرفة عالية القيمة في مخطط QQ.
بالانتقال إلى الشكل 5 ، يتم تقديم سلسلة من صور الرئة التي تم الحصول عليها باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي HPG. يعرض الصف العلوي أمثلة في مساحة الصورة ، بما في ذلك المسح الضوئي المرجعي ، وصورة الرئة المتأثرة بالضوضاء العادية و / أو غير المنتظمة ، وصورة بدون إشارة. يعرض الصف السفلي تمثيلات معامل k-space المقابلة.
في الشكل 5 أ ، تتمركز نقطة مضيئة مميزة في الفضاء k ، مما يشير إلى إشارة رئوية واضحة ذات ضوضاء منخفضة. على العكس من ذلك ، يوضح الشكل 5B وجود ضوضاء منتظمة (ضوضاء غاوسية) منتشرة في جميع أنحاء الصور. في الشكل 5C ، تكون الضوضاء غير المنتظمة واضحة ، مما يتسبب في ارتفاعات عالية القيمة في مساحة k وينتج عنه نمط شريطي في مساحة الصورة. يوضح الشكل 5D سيناريو توجد فيه ضوضاء منتظمة وغير منتظمة في وقت واحد ، مما يؤثر على صورة الرئة. أخيرا ، يمثل الشكل 5E حالة لا يتم فيها اكتشاف أي إشارة في صورة الرئة المكتسبة.
يوضح الشكل 6 مثالا على تمييز البيانات التقريبي مقارنة ببيانات k-space ذات الحجم الصحيح. عند حساب نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، يصبح من الواضح أن البيانات المنفصلة تظهر مستوى إشارة منخفضا.
الشكل 1: رسم توضيحي لتكوين شبح زينون. يتم وضع وعاء الضغط في كمية صغيرة من النيتروجين السائل لجعل الزينون يتجمد عند حوالي -203.15 درجة مئوية (70 كلفن). يتم توصيل كيس من 129Xe مباشرة بالسفينة. عندما ينتشر الزينون في الوعاء ، يتجمد عند لمس الجدران الباردة ، مما يخلق بنية تشبه الثلج المتجمد. بمجرد تجميدها بالكامل ، يتم إغلاق الوعاء ، ويسمح للزينون بالذوبان ، مما يؤدي إلى زيادة الضغط داخل الوعاء. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: ترتيب التحليل الطيفي. (أ) شبح 129-زينون متمركز بين شبحين بروتونيين ، وكلها محاطة بملف سترة 129Xe. (ب) قم بتأمين ملف سترة الزينون بأشرطة. (ج) أدخل التجميع في تجويف المغناطيس لتحديد موقعه. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: استجابة الإشارة فيما يتعلق بإثارة عرض النطاق المتغير عند تردد زينون ثابت (34,081,645 هرتز). تؤدي زيادة عرض النطاق الترددي إلى ارتفاع مستوى الضوضاء. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: ثلاثة أنواع من عمليات مسح الضوضاء: الضوضاء المقبولة والعادية وغير المنتظمة. (A) تعرض اللوحة A تمثيل معامل الفضاء k لكل نمط ضوضاء ، مع ضوضاء منتظمة تظهر نمطا شريطيا وضوضاء غير منتظمة تظهر طفرات (نقاط مضيئة). (ب) الرسم البياني للأجزاء الحقيقية والتخيلية من بيانات k-space لكل مسح للضوضاء. (ج) مخطط QQ للمكونات الحقيقية / التخيلية لبيانات k-space ، بمقارنة مجموعة البيانات المكتسبة بمجموعة بيانات موزعة بشكل طبيعي ذات متوسط متساو وانحراف معياري بترتيب تصاعدي. يمثل الخط الأحمر الخط المرجعي y = x. تشير الانحرافات عن هذا الخط إلى وجود مكونات غير غاوسية داخل البيانات المكتسبة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: رسم توضيحي لأنماط الضوضاء المختلفة في تصوير الرئة HPG 129Xe. يعرض الصف العلوي أمثلة على مساحة الصورة ، بما في ذلك مسح ضوئي مرجعي ، وصورة رئة ذات ضوضاء منتظمة و / أو غير منتظمة ، وصورة بدون إشارة. يظهر الصف السفلي تمثيلات معامل الفضاء k المقابلة. في الصورة مع الإشارة ، تتمركز نقطة مضيئة في مساحة k ، تمثل إشارة الرئة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: توضيح لتأثير الدقة الرقمية العالية / المنخفضة في بيانات 129Xe كيس اختبار أعيد بناؤها. بالنسبة للصورة عالية الدقة الرقمية (الصف العلوي) ، تحتوي الصورة على نسبة SNR عالية تبلغ 600 ، ويظهرمعامل الصف 55 من K-space منحنى سلس يعرض تفاصيل دقيقة للبيانات. ومع ذلك ، في الصورة منخفضة الدقة الرقمية (الصف السفلي) ، يتم "تثبيت" نقاط البيانات الفردية إلى عدد محدود من المستويات الرقمية التي تغطي نطاق الإشارة ، مما يؤدي إلى تقليل نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR = 98) في الصورة المعاد بناؤها. لا يمكن تحديد هذه المشكلة إلا من خلال الفحص الدقيق لبيانات الإشارة الأولية ، لأنها لا تمنع إنتاج صورة تبدو مرضية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
تعد القدرة على استكشاف مشكلات التصوير بالرنين المغناطيسي 129Xe وإصلاحها مهارة ضرورية وقد تساعد في تخفيف المشكلات في الوقت الفعلي. إلى أن يتم شراء بنية تحتية للغاز شديد الاستقطاب من طرف واحد والحصول على الدعم من الشركات المصنعة للماسحات الضوئية ، فإن مهام مراقبة الجودة هذه هي مسؤولية المختبرات الفردية وحدها. الهدف من هذه المخطوطة هو تزويد القارئ بممارسات واقتراحات مفيدة للحدث الحتمي المتمثل في ضعف الحصول على البيانات. بينما نحاول معالجة أكبر عدد ممكن من المشكلات المحتملة ، فإن العديد من التحديات الأخرى في 129Xe MRI خاصة بالشركة المصنعة للماسح الضوئي ولا يمكن مناقشتها بالتفصيل بسبب قيود الملكية الفكرية. ومع ذلك ، فإن اتحاد التجارب السريرية 129Xe ، وهو مجتمع له هدف صريح يتمثل في تطوير تجارب متعددة المواقع باستخدام 129Xe MRI ، يتكون من العديد من المشاركين في الموقع والخبراء المخضرمين ذوي الخبرة في تشغيل 129Xe MRI على منصات وبرامج متعددة17. يوصى بالاتصال بأي من المشاركين في الموقع مع أي أسئلة تتعلق بالتنفيذ و / أو استكشاف الأخطاء وإصلاحها لم يتم تناولها هنا.
يجب إجراء فحوصات أداء منتظمة للملف لتحديد المؤشرات المبكرة لانخفاض الإشارة أو مشاكل الضوضاء الناشئة. تتضمن هذه الفحوصات فحص واجهة الملف والوصلات الداخلية ، بالإضافة إلى تقييم التأثير المحتمل للسقوط أو الوزن الزائد على الملف. بالإضافة إلى عمليات الفحص المادي ، يمكن أن تساعد مقارنة عمليات المسح الطيفي بشكل متكرر في تحديد المشكلات المتعلقة بأداء الملف. نظرا لأن الوظيفة متعددة النوى لنظام التصوير بالرنين المغناطيسي هي مكون مشترك مع مرفق البروتون ، يجب أن تخضع أي أجهزة أو معدات تم إدخالها حديثا في الغرفة المغناطيسية للاختبار لمنع التداخل المحتمل في تردد الزينون. بالإضافة إلى الاعتبارات الفنية ، ينبغي إيلاء الاهتمام بالتفاصيل في الإجراءات التجريبية. وهذا يشمل تدريب الموضوعات بشكل فعال ، وضمان التواصل الواضح مع منسقي الدراسة ، وتحديد المواقع الدقيقة لحقيبة الزينون أثناء فحوصات مراقبة الجودة. لا ينبغي التغاضي عن هذه التفاصيل التي تبدو بسيطة ، لأنها يمكن أن تحسن بشكل كبير من جودة الصورة ونتائج الدراسة الإجمالية.
يوفر البروتوكول المقدم في هذه الورقة للباحثين إطارا شاملا لتحديد ومعالجة المشكلات المحتملة أثناء عملية التصوير. من خلال اتباع خطوات استكشاف الأخطاء وإصلاحها بشكل منهجي ، يمكن للباحثين تحسين جودة الصورة ، وتعزيز دقة البيانات ، وتطوير مجال التصوير بالرنين المغناطيسي للزينون شديد الاستقطاب. سيساهم التحسين المستمر وتكييف استراتيجيات استكشاف الأخطاء وإصلاحها هذه ، إلى جانب التقدم في تكنولوجيا التصوير ، في مزيد من التحسينات في جودة وموثوقية دراسات التصوير بالرنين المغناطيسي للزينون مفرط الاستقطاب.
قدم روبرت تومين الاستشارات لشركة Polarean، LLC.
اي.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Polarization measurement station | Polerean | 42881 | https://polarean.com/ |
Pressure vessele with plunger valve | Ace glass | 8648-85 | https://www.aceglass.com/html/3dissues/Pressure_Vessels/offline/download.pdf |
Tedlar bag | Jensen inert | GST381S-0707TJO | http://www.jenseninert.com/ |
Xenon Hyperpolarizer 9820 | Polerean | 49820 | https://polarean.com/ |
Xenon loop coil | Clinical MR Solutions | Custom device | https://www.sbir.gov/sbc/clinical-mr-solutions-llc |
Xenon vest coil | Clinical MR Solutions | Custom device | https://www.sbir.gov/sbc/clinical-mr-solutions-llc |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved