[論文レビュー] Posture-Dependent Human 3He Lung Imaging in an Open Access MRI System: Initial Results

Leo L. Tsai, R. W. Mair+4 more|ArXiv.org|Jul 23, 2007

Atomic and Subatomic Physics Research参考文献 56被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、仰向けおよび立位の両方の位置で撮影可能なオープンアクセス型MRIシステムを用いて、ヒト肺における体位依存性換気をハイパーポラライズド3He MRIで調査した。初期の結果は、4 mmの平面内分解能を有する2次元（4 mm in-plane resolution）および1.5 cmのスライス厚さを有する3次元（1.5 cm slice thickness）肺画像の撮影が可能であり、顕著な体位に起因する換気の変化が観察された。これは重力が肺機能の不均一性に与える影響を示している。

ABSTRACT

The human lung and its functions are extremely sensitive to orientation and posture, and debate continues as to the role of gravity and the surrounding anatomy in determining lung function and heterogeneity of perfusion and ventilation. However, study of these effects is difficult. The conventional high-field magnets used for most hyperpolarized 3He MRI of the human lung, and most other common radiological imaging modalities including PET and CT, restrict subjects to lying horizontally, minimizing most gravitational effects. In this paper, we briefly review the motivation for posture-dependent studies of human lung function, and present initial imaging results of human lungs in the supine and vertical body orientations using inhaled hyperpolarized 3He gas and an open-access MRI instrument. The open geometry of this MRI system features a "walk-in" capability that permits subjects to be imaged in vertical and horizontal positions, and potentially allows for complete rotation of the orientation of the imaging subject in a two-dimensional plane. Initial results include two-dimensional lung images acquired with ~ 4 mm in-plane resolution and three-dimensional images with ~ 1.5 cm slice thickness. Effects of posture variation are observed.

研究の動機と目的

• ハイパーポラライズド3He MRIを用いて、体位が肺換気および血流不均一性に与える影響を調査すること。
• 従来の高磁場MRIシステムが被験者を水平位置に限定するという制限を克服すること。
• オープンアクセス型MRIシステムを用いたヒトにおける体位依存性肺画像撮影の可能性を評価すること。
• 非侵襲的画像法を用いて、重力および解剖的制約が局所的肺機能に与える影響を評価すること。
• ハイパーポラライズド3Heガスを用いた立位および仰向け肺画像撮影の初期画像プロトコルを確立すること。

提案手法

• 垂直および水平の被験者位置を可能にする「ウォークイン」構造のオープンアクセス型MRIシステムを用いた。
• ヒト被験者に対してハイパーポラライズド3Heガスを吸入させ、肺機能画像を取得した。
• 約4 mmの平面内分解能を有する2次元肺画像と、約1.5 cmのスライス厚さを有する3次元画像を取得した。
• 換気分布を比較するために、被験者を仰向けおよび立位の両方で撮影した。
• 肺実質における3Heガス信号検出に最適化された標準的なMRIシーケンスを用いた。
• 迅速な2次元画像撮影のためのシングルショットEPIシーケンスと、ボリュメトリックデータ取得のための3次元勾配エコー画像シーケンスを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 体位がヒト肺における換気分布に与える影響は、3He MRIでどのように測定されるか？
• RQ2 立位と仰向けの位置における換気不均一性に、重力がどの程度影響を及えるか？
• RQ3 オープンアクセス型MRIシステムは、非仰向け位置における高分解能3He肺画像を信頼性高く取得できるか？
• RQ4 体位依存性3He肺画像撮影における技術的および生理的課題は何か？
• RQ5 解剖的制約および重力が、肺領域ごとの換気パターンにどのように影響を及えるか？

主な発見

• オープンアクセス型MRIシステムは、立位および仰向けの両位置で、約4 mmの平面内分解能を有するハイパーポラライズド3He肺画像を正常に取得できた。
• スライス厚さが約1.5 cmの3次元3He肺画像が得られ、ボリュメトリック評価が可能になった。
• 体位に起因する換気分布の変化が視覚的に観察され、重力が換気不均一性に与える影響が示された。
• システムのオープン構造により、垂直および水平の位置での安定した画像撮影が可能となり、今後の体位効果に関する研究が支援された。
• 初期の結果は、オープンアクセス型MRIを用いた複数体位における機能的肺画像撮影の可能性を示している。
• 本研究は、非侵襲的かつ高分解能の3He MRIを用いた重力依存性肺機能の今後の調査の基盤を提供している。